电子设计竞赛与学生素质培养

1、电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 西安电子科技大学电子工程学院 郭万有 2008.12.12 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 n 赛制分析 n 培训思路 n 组织体系 n 实施方案 n 培训效果 n 经验教训 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 n 全国大学生电子设计竞赛 “SONY”杯 n 全国大学生电子设计竞赛嵌入式系统专题赛 “Intel”杯 n全国大学生电子设计竞赛信息安全技术专

2、题邀请赛 n 陕西省大学生电子设计竞赛ALTERA 杯 NIOS 大奖赛 n 陕西省大学生德州仪器(TI)杯模拟及模数混合电路设计竞赛 n 全国大学生课外学术科技作品竞赛“挑战杯” n 西安电子科技大学大学生课外学术科技作品竞赛“星火杯” n Microsoft嵌入式应用设计大奖赛 n TI DSP应用设计大奖赛 n Freescale (Motorola) 单片机应用大奖赛/智能车邀请赛 n ADI 创新设计竞赛 n Xilinx开放源码大奖赛 n Linear 模拟电路设计竞赛 n NXP(philips)嵌入式系统设计大奖赛 n Infineon杯校园设计竞赛 n n学科 / 综合 n工

3、程师 / 发明家 n普及 / 专题 n命题 / 开放 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的四大学 科竞赛之一。自1994年以来已举办了8届竞赛和3届专 题赛。 竞赛以队为基本单位，每队由三名具有正式学籍 的在校本、专科生学生组成。竞赛采用全国统一命题、 以 “半封闭”方式进行。 竞赛采用“一次竞赛、二级评奖”的方式进行评 奖。竞赛颁发全国统一的获奖证书，竞赛成绩记入学 生档案。 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 培训思路 积极认真参与竞赛，丰

4、富学生科技活动，推 动教学改革与课程建设。 建立科学有效的培训体系，培养学生提高专 业理论水平、工程素质及创新能力，锻炼学生意 志品德，树立协作精神。 赛出成绩，赛出水平。 指导思想 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 电子设计竞赛赛前训练是精英教育模式的一个 重要环节。 培训内容应有针对性、继承性和前瞻性 培训应分阶段进行，兼顾知识梯度与受众面 基础知识与基本技能的培养 培养，激发创新能力 注意培养协作精神与竞争意识 培训思路 方法路线 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 组织

5、体系 校竞赛组委会 领导小组培训组专家组 校领导 院处领导 组织成员 顾 问 组 长 成 员 组 长 成 员 学院竞赛委员会 行政组教练组 领 导 成 员 主教练 教 练 参赛队 队 长 队 员 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 n 描述：以电子信息技术为主体或核心的系统 n 块： 模块/单元电路 /节点 n 路： 信号/信息交互 n 性能：数字化、自动化、智能化 n 技术：嵌入式/单片机、EDA 、CPLD/FPGA、DSP 电子系统 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭

6、万有 基本知识 涵盖电路分析、模拟与数字电路、高频/非线性电子 电路主要知识点； 单元电路分析、验证、设计方法； 电路主要性能指标测量方法； 重要基本概念：时域与频域、 频率与相位、功率与 效率，瞬态与稳态，有源与无源，调制与解调、 传输与接收、同步与异步、集中与分布， 线性与非线 性， 捕捉与跟踪，反馈、动态范围、精度、分辨力、 阻抗、匹配、稳定度、调整能力等等。 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 基本技能 元器件识别、寻找、运用 常用仪器工作原理、使用方法； 资料查阅：书、刊、网； 电路设计与仿真； 印刷电路板设计； 工

7、装：焊接、装配 电子测量方法：参数测量，准确度与误差分析 调试方法：故障分析和排除 文档整理：章节、文字、图表的规范化。 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 基本设计能力 掌握先进仪器使用方法（如数字存储示波器、 逻辑分析 仪等 ）； 掌握单片机/嵌入式、CPLD/FPGA、*DSP基 本知识； 掌握更先进的工具软件、开发系统，结合硬 件实现较小电子系统的能力； 掌握一些系统分析软件，能完成单元、系统 设计； 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 综合设计能力

8、实现小系统的设计实现能力； 掌握常用传感器、执行机构的基本知识，和用简单的 或与本专业有关的光、机、电一体化组成系统的能力； 能在网上查阅相关元器件资料，具有一定的选择能力， 并能根据要求正确使用； 具有绘制印刷板能力，并有初步的电磁兼容知识； 具有接受和掌握“嵌入式系统”的开发能力； 具有接受和掌握“SOC”的开发能力； 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 确定设计目标 系统分析 模块设计与实现 系统调试 系统测试 文档整理 实施方案 电子系统设计过程 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能

9、力培养 郭万有郭万有 设计过程：确定设计目标 需求分析：从非技术和技术两方面分析； 性能设计：功能，技术性能与指标； 支撑技术：关键技术，相关技术； 实现方法：技术方法，技术路线； 完成形式：原理/性能样机，实用样机。 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 设计过程：系统分析 块：系统可以按功能分解成若干个功能相对 独立、单一的单元模块; 路：系统可以按照信号/信息交互特征分解成 若干信号传输、处理节点/模块。 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 系统分析：实时

10、数字信号处理系统实时数字信号处理系统 麦克风调理放大抗混叠滤波 ADC 模数转换 DSP 数字信号处理 算法 DAC 数模转换数模转换抗镜频滤波功率放大 扬声器 键盘 摄像头 显示终端 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 系统分析：软件无线电系统软件无线电系统 天线 LNA VCO ADC 低噪放大高速采样 NCO FIR FIR I Q DDC 数字基带信号处理 FIR FIR I Q DUC NCO DAC 高速转换 PA 功率放大天线 射频、微波 数字中频（FPGA/ASIC） 数字基带 DUC 低通滤波 低通滤波 抽取

11、 插值 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 系统分析： 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 系统分析：单片机+FPGA小系统 MCU FPGA KeyBoard RS232/CA N LCD/LE D Memory ADCDAC I/O Interface Ext STD Interface 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 设计过程：模块设计与实现 确定电路形式 /确定软件框图与基本算法；

12、 理论分析与计算 元、器件选择 电路设计与仿真 电路装配 电路调试 电路测试 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 设计过程：系统调试 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 设计过程：系统测试 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 设计过程：文档整理 方案论证与方案比较 理论分析与参数计算 单元电路设计与实现 软件设计 系统测试与数据处理 结果分析/结论 实施方案 2021-7-23电子设计竞赛与学

13、生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 阶段时间 培训内容人数考核 入门阶段 1年 入门培养：开放实验， 课外科技制作，兴趣 培养 2500 “星火杯”等 第一阶段 1月 基础知识培训，讲 座辅导 750 笔试选拔 第二阶段 1月 基本技能培训，小系 统设计，教练负责制 辅导 150 动手选拔 第三阶段 2月 应用系统设计培训， 教练负责制辅导 100 校级竞赛 冲刺阶段 1月 典型系统设计培训， 教练负责制辅导 100 国家竞赛 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 入门阶段：制作，锻炼动手，兴趣

14、培养 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 模拟电子设计基础 数字电子设计基础、现代数字电子设计技术 单片机技术与应用设计、嵌入式技术 电子系统综合设计 实施方案 第一阶段：讲座内容 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第一阶段：部分讲稿 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第一阶段：部分讲稿 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第一阶段

15、：考核内容 （四）仪器和基本技能（四）仪器和基本技能 简要说明下列器件的功能：(10分每空分) 2标出下列阻容元件的参数(分每空分) 电阻：金棕紫黄 ； ； 电容： ； . ； 4n7 。 写出常用EDA仿真软件。（3分每空分） 单片机 ； 数字电路和模拟电路仿真 ； 系统仿真 ； 写出你知道的2个著名的电子设计相关网站（电子技术综合、元器件、论坛）的名称。（2分每个分） ； ； 请写出中以下元件的原理图名称和一种印制板（PCB）封装.(分/每空分) 电阻(1K 1/4W) ； 瓷片电容(1uF 63V) ； 如图所示的电路，（1）简述电路的功能(3分);(2)当工作不正常时，用万用表测得点和

16、点的对地电压分别是V和V，试分析故障原因（5分）。 （8分） 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第一阶段：考核内容 1、（8分）写出图1电路IL的表达式（UB9V）。 2、（10）求图2所示有源滤波器的传递函数Auf (s) ，定性画出其幅频特性|Auf (j )|，并判断该滤波器 的类型。 3、（10） 图3所示电路中，A1 、A2各构成什么电 路，在同一张图上画出uo1和uo2的波形，并标出其 振幅。调节哪些参数可以改变uo2的振幅？调节哪些 参数可以uo2的频率？为了减小占空比，电位器RW 的滑动端应该向上还是向下调整

17、？ 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第一阶段：笔试考核内容 图4 4、（18）在图4所示三端稳压器电路中， 根据输入电压UI的方向将二极管正确接 入电路的虚线圆内，构成桥式整流器。 7812从1端输入电压，在3端输出，2端 的静态工作电流IQ很小。当经过整流滤 波得到的UI = 15V时，计算负载上的电流 IL和7812的管功耗P。 5、（10分）电路如下图所示，uI=2sint /V，试求这时： （1）uo的表达式； （2）输出功率Po （3）图中VD1和VD2的作用是什么？ （4）设VT1和VT2的均为100，对运放输

18、出电流Io有何要求？ 6、（14）设计一个基于运算放大器的信号调理电路，实现将 Ui=2+2sint调理成Uo=2sint （2*106rad/s）。 (1) 画出电路图； (2) 给出计算过程和计算公式； (3) 标出所选元件值； 对运算放大器性能有什么要求？ 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 二、数字电路二、数字电路 一、 （15分）回答 1. 简述什么是组合逻辑，什么是竞争、冒险，在组 合逻辑设计中应怎样避免竞争、冒险？ 2. 什么是时序逻辑？描述时序逻辑电路的三个基本 逻辑方程是什么？同步时序逻辑电路与异步时序逻辑

19、电路的本质区别在哪里？简述同步时序电路的设计过 程。 3什么是FPGA？简述FPGA在现代数字系统设计中 的作用，写出FPGA开发步骤。 二、（15分）已知逻辑函数为 1. 试用尽可能少的与非门实现F，并保证其可靠工作 。 2. 试用数据选择器或译码器和少量逻辑门实现F。 三、 （20分）某信号产生电路的功能框图及其相关 波形图如图所示： 1. 设计振荡器电路 2. 用分别用基本触发器和集成器件（如计数器、移 位寄存器）设计序列信号产生电路，产生如下序列信 号： 第一阶段：笔试考核内容 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第二

20、阶段：培训内容 一、培训目标一、培训目标 设计单片机小系统，应用单片机小系统实现物理量采集、显示、处理控制、报警系统。 1 单片机小系统硬件组成 人机通道：16-20键，8位LED数码或16x1字符液晶，4-8只LED状态显示，蜂鸣器1只 存储器：32K x 8B SRAM，256B 非易失性存储器，实时日历钟。 前向模拟通道：2CH，增益、偏置均可调，带低通滤波，8bit A/D 后向模拟通道：2CH，8bit D/A, 带平滑滤波及功率输出。 通讯接口：三线制TTL电平，经驱动后支持RS232，SPI，I2C，CAN等。 扩展电路：centronics并行打印口，总线扩展口，8bit I/

21、O口 2 单片机最小系统基本软件设计要求 程序设计模块化：即功能相互独立、具有可移植性 键盘管理：软件削抖、功能键功能、编辑键功能 显示：显示提示，滚动显示，编辑操作与显示功能，菜单操作与显示功能 采集与控制：采集，处理，存储，模拟输出 数据处理：基本算法库、软件曲线拟和与插值功能、数字滤波、谱分析 通讯：I2C、RS232、打印 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第二阶段：培训内容 3 物理量采集、显示、处理控制、报警系统（以温度测量为例） 假定温度传感器分别为热电阻、热电偶、电压/电流型IC、数字温度IC，并且都 呈分段

22、非线性，要求能够记录24小 时内每间隔6分钟及最近6分钟内每间隔2秒钟的4只 传感器的温度值。 用数码管实时显示选定的传感器号及相应的温度值，用双通道示波器实时显示 24小时及6分钟的温度变化曲线。能够用数码管回调选定时刻的温度值，打印选定时段 的温度记录曲线。 计算并用数码管实时显示选定的传感器24小时内的平均温度、温度最大值、最 小值、最大温差、积温；设立系统自动校准功能。 用水泥电阻作为控温元件，将其置于数字温度IC上，分别采用模拟线性功控及 PWM功控方法将水泥电阻温度控制在设定的温度值附近。 为每一路温度传感器设计越限报警功能。当某路传感器温度超越设定的温度上 下阀值时，即产生相应的

23、声光报警信号并显示该传感器的温度值，直至温度回到门限 内或通过用控制键解除警报。 设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设 计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第二阶段：培训内容 二、进度安排二、进度安排 1印制版设计阶段 （三：2、3、4、5） 2小系统调试阶段 （三：1、7、8、9） 3应用系统设计与调试阶段 （三：6、10、11、12） 三、培训指导内容三、培训指导内容 （60课时）课时） 1、仪器原理与使用 4+4 模拟示波器 基本原理，主要

24、性能指标，触发（方式、源、条件），垂直（灵敏度、偏移、耦合方式、合成方式） ，水平（扫速/时基、位移、扫描方式、释抑调整、时基拓展），显示方式（YT、XY、XYZ），显示 调整（聚焦、亮度、标尺），AB方式，探头匹配调整与使用。 数字存储示波器 基本原理，主要性能指标，自动设置， 触发（方式、源、条件、电平），垂直（灵敏度、偏移、耦 合方式、带宽、通道数学合成、反相功能），水平（扫速/时基、位移、扫描方式、释抑调整、主时基 与时基拓展），冻结与拓展（水平、垂直）、测量（幅度、时频），光标功能，显示格式（YT、XY） ，存储与比较，显示方式（点阵、矢量），显示调整（余灰、对比度），探头匹配与使用

25、。 混合示波器 基本原理，主要性能指标，自动设置， 触发（方式、源、条件、电平），垂直（灵敏度、偏移、耦 合方式、带宽、反相功能），水平（扫速/时基、位移、扫描方式、释抑调整、主时基与时基拓展）， 冻结与拓展（水平、垂直），测量（幅度、时频、FFT），光标功能，显示格式（YT、XY），存储与 比较，显示方式（点阵、矢量），模拟探头匹配与使用，打印、存盘，逻辑分析仪功能。 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第二阶段：培训内容 信号源 性能指标，信号类型，幅度（量程，微调，偏置），频率（量程，微调），占空比，扫频范围，测 频。

26、电源 三用表 仿真器 编程器 2、常用工具软件使用 4+4+4+4 仿真器开发软件的安装与使用 Mulitesim2001仿真软件使用 protel99se使用 Max+plusII使用 C51原理 keilC51使用 3、常用元器件与电路 4 电阻、电容、电感、二极管、三极管、可控硅、继电器的分类、型号规格与识别、用途、封装 标准数字逻辑集成电路分类、规格、型号、封装 运算放大器分类、规格、型号、用途、封装 A/D、D/A转换 可编程逻辑器件的印制版设计与编程下载 缓冲驱动与接收、功率驱动、差分驱动与接收，光耦接口电路（） V/F、F/V、I/V、V/I转换、PWM、PFM、滤波、PLL、V

27、CO、555等特殊功能电路 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第二阶段：培训内容 4、单片机小系统组成原理与硬件设计 4 5、单片机小系统软件设计 4 6、单片机应用系统设计-温度采集、显示、控制、报警系统的设计与实现 4 7、模拟通道设计 4 放大调理（增益、偏置、频响、带宽、极性） 滤波调理 电源（单/双、模拟/数字地、虚地发生） 功率驱动 A/D、D/A设计 8、接口扩展与通讯 4 总线式、串行、并行 I/O扩展、存储器扩展 常用通讯接口 无线通讯：射频、红外、激光 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子

28、设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第二阶段：小系统设计培训 9、电子系统测量原理与方法 4+4 电阻、输入阻抗、输出阻抗、 电容、电感 （恒流、恒压、电桥法） 电压、电流 传输特性 （幅频、相频） 频率、周期测量 10、将示波器作为显示终端 2 11、使用单片机控制打印机 2 12、电子设计竞赛文档整理 2 13、信息获取 2 推荐书籍与杂志 资料与开发技术网站 器件供应商 样片索要 四、其他工作四、其他工作 1、器件资料、工具软件、应用技术、往届搜集、汇总、刻录与打印 2、参考书订购 3、元器件采购 4、印制版加工 5、小组工具准备与钳工桌工具准备 6、选手个人实力及精力投

29、入摸底 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第二阶段：小系统设计培训 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第二阶段：小系统培训 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第二阶段：动手选拔考核 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第二阶段：动手选拔考核 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养

30、郭万有郭万有 实施方案 第三阶段：应用系统设计 2021-7-23电子设计竞赛与学生创新能力培养电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有郭万有 实施方案 第三阶段：应用系统设计 电子工程学院电子工程学院03电子竞赛第三阶段培训计划电子竞赛第三阶段培训计划 1. 信号测试分析：信号测试分析：李锋林，刘华敬 信号产生、测量、分析、处理、传送、显示打印 例：心率测试，电子听诊，水声检测与识别，超声测距，探物（导盲），数控滤波器 2数字式仪表：数字式仪表：刘华敬，彭克昌 信号发生，信号测量，信号处理及显示打印 如：数字式红外体温计，晶体管仪，工频移相器，相位计，低频信号分析仪、分贝计 3自动控制：自动控

31、制：董大威，李俊 传感器及电路，电机（伺服/步进控制），功放 例：电动车寻迹，寻物（动/静目标），条码识别 4电力电子：电力电子：李俊，董大威，李锋林等 PWM, PFM, DCDC 开关电源，功率信号产生与测量，温度控制系统 如：程控DCDC /开关电源、三相正弦发生器（PWM控制相位，恒功模式，加速模式，测功测相 ）、三相电监控（漏电、补偿）程控变频变压 5通信：通信：刘松华 无线数传，电话拨号、限时、记录、分析，无线收发机（子母电话、传呼），AV信号产生，无线 远程监控报警、基带（PCM、AM、PM、QAM）产生与传输。 6消费电子：消费电子：彭克昌、刘松华、董大威、李俊、 电子密码锁、里程车计价器、智能家居、数字化/程控化基础电路 要求：1，2题用点阵LCD, CPLD/FPGA,鼠标/手写板 3，4，5、6题用LED或字符LCD或小尺寸点阵LCD，无线/红外数传/遥控 2021-7-23电