全国电子设计大赛培训讲义9.docx

1、全国电子设计大赛培训讲义一、历届竞赛赛题解析第一届（ 1994年）全国大学生电子设计竞赛题目一、简易数控直流电源二、多路数据采集系统第二届（ 1995年）全国大学生电子设计竞赛题目一、实用低频功率放大器二、实用信号源的设计和制作三、简易无线电遥控系统四、简易电阻、电容和电感测试仪第三届（ 1997年）全国大学生电子设计竞赛题目A 题 直流稳定电源B 题 简易数字频率计C 题 水温控制系统D 题 调幅广播收音机 *第四届（ 1999年）全国大学生电子设计竞赛题目A 题 测量放大器B 题 数字式工频有效值多用表C 题 频率特性测试仪D 题 短波调频接收机E 题 数字化语音存储与回放系统第五届（ 2

2、001 年）全国大学生电子设计竞赛题目A 题 波形发生器B 题 简易数字存储示波器C 题 自动往返电动小汽车D 题 高效率音频功率放大器E 题 数据采集与传输系统F 题 调频收音机第六届（ 2003 年）全国大学生电子设计竞赛题目A 题 电压控制 LC 振荡器B 题 宽带放大器C 题 低频数字式相位测量仪D 题 简易逻辑分析仪E 题 简易智能电动车F 题 液体点滴速度监控装置第七届（ 2005 年）全国大学生电子设计竞赛题目A 题 正弦信号发生器B 题 集成运放参数测试仪C 题 简易频谱分析仪D 题 单工无线呼叫系统E 题 悬挂运动控制系统F 题 数控直流电流源G 题 三相正弦波变频电源纵观历

3、届赛题，设计方向大致可以分为四类：（一）功能电路兼控制类系统设计(11 项)第一届（ 1994 年）全国大学生电子设计竞赛题目一、简易数控直流电源第二届（ 1995 年）全国大学生电子设计竞赛题目一、实用低频功率放大器二、实用信号源的设计和制作第三届（ 1997 年）全国大学生电子设计竞赛题目A 题 直流稳定电源第四届（ 1999 年）全国大学生电子设计竞赛题目A 题 测量放大器第五届（ 2001 年）全国大学生电子设计竞赛题目D 题 高效率音频功率放大器第六届（ 2003 年）全国大学生电子设计竞赛题目A 题 电压控制 LC 振荡器B 题 宽带放大器第七届（ 2005 年）全国大学生电子设计

4、竞赛题目A 题 正弦信号发生器F 题 数控直流电流源G 题 三相正弦波变频电源（二）测量仪器类系统设计（ 10 项）第二届（ 1995 年）全国大学生电子设计竞赛题目四、简易电阻、电容和电感测试仪第三届（ 1997 年）全国大学生电子设计竞赛题目B 题 简易数字频率计第四届（ 1999 年）全国大学生电子设计竞赛题目B 题 数字式工频有效值多用表C 题 频率特性测试仪第五届（ 2001 年）全国大学生电子设计竞赛题目A 题 波形发生器B 题 简易数字存储示波器第六届（ 2003 年）全国大学生电子设计竞赛题目C 题 低频数字式相位测量仪D 题 简易逻辑分析仪第七届（ 2005 年）全国大学生电

5、子设计竞赛题目B 题 集成运放参数测试仪C 题 简易频谱分析仪（三）通信传输类系统设计（ 7 项）第一届（ 1994 年）全国大学生电子设计竞赛题目二、多路数据采集系统第二届（ 1995 年）全国大学生电子设计竞赛题目三、简易无线电遥控系统第三届（ 1997 年）全国大学生电子设计竞赛题目D 题 调幅广播收音机 *第四届（ 1999 年）全国大学生电子设计竞赛题目D 题 短波调频接收机第五届（ 2001 年）全国大学生电子设计竞赛题目E 题 数据采集与传输系统F 题 调频收音机第六届（ 2003年）全国大学生电子设计竞赛题目第七届（ 2005年）全国大学生电子设计竞赛题目D 题 单工无线呼叫系

6、统（四） 自动控制兼电路类系统设计（6 项）第一届（ 1994年）全国大学生电子设计竞赛题目第二届（ 1995年）全国大学生电子设计竞赛题目第三届（ 1997年）全国大学生电子设计竞赛题目C 题 水温控制系统第四届（ 1999年）全国大学生电子设计竞赛题目E 题 数字化语音存储与回放系统第五届（ 2001 年）全国大学生电子设计竞赛题目C 题 自动往返电动小汽车第六届（ 2003 年）全国大学生电子设计竞赛题目E 题 简易智能电动车F 题 液体点滴速度监控装置第七届（ 2005 年）全国大学生电子设计竞赛题目E 题 悬挂运动控制系二、电子系统设计一般方法这里我们以 2005 年全国大学生电子设

7、计竞赛A 题目来给大家展开讲解以下。正弦信号发生器（ A 题）一、任务设计制作一个正弦信号发生器。二、要求1、基本要求（1）正弦波输出频率范围：1kHz10MHz ；（2）具有频率设置功能，频率步进：100Hz；（3）输出信号频率稳定度：优于10 -4；（4）输出电压幅度：在50负载电阻上的电压峰 -峰值 V opp 1V ；（5）失真度：用示波器观察时无明显失真。2、发挥部分在完成基本要求任务的基础上，增加如下功能：（1）增加输出电压幅度：在频率范围内50负载电阻上正弦信号输出电压的峰 -峰值 V opp =6V 1V ；（ 2）产生模拟幅度调制 (AM) 信号：在 1MHz10MHz 范围

8、内调制度 m a 可在 10% 100%之间程控调节，步进量 10%，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；（ 3）产生模拟频率调制 (FM) 信号：在 100kHz10MHz 频率范围内产生 10kHz 最大频偏，且最大频偏可分为 5kHz/10kHz 二级程控调节，正弦调制信号频率为 1kHz，调制信号自行产生；（ 4）产生二进制 PSK、ASK 信号：在 100kHz 固定频率载波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为 10kbps ，二进制基带序列信号自行产生；（5）其他。三、评分标准项目满分设计与总结报告：方案比较，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

9、试数据及测50基本要求试结果分析实际制作完成情况50完成第（ 1）项12完成第（ 2）项10发挥部分完成第（ 3）项13完成第（ 4）项10其他5（一）赛题分析1. 即明确所要设计系统的功能、性能、技术指标及要求、注意事项等，我们推荐尽量把任务书的基本部分和发挥部分一起来考虑。功能：产生频率、幅度产生的 AM 、 FM 信号、产生 PSK、ASK 信号精度要求 : 波形无明显失真、频率稳定度10 -4主要技术指标：频率1K 10MHz步进值： 100HzVp-p=1V等等。注意事项：如实现某功能时规定不用的方法或芯片等等。发挥部分其他部分：即题目的创新点需注意。2. 明确所要测量或实现参数的物

10、理意义，对不明者应迅速查找有关资料。3. 明确所实现参数的值或精度范围的理论计算方法、实际测量的方法（包括测量值的有效数字位数、次数的确定）及测量仪器类型，以便使指标与测量结果进行比较，来表明所完成任务的优劣度。比如怎样用实际测量数据来说明输出频率的稳定度符合指标的要求。（二）方案论证与比较即采用什么样的系统框架来实现我们的设计要求，及方案的优缺点比较。（模仿历届竞赛作品选编）我们选取设计方案的原则有下面几点：1. 总的原则是使用实验室条件允许的、 自己熟悉、易于实现、硬件调试少、测试效果好、稳定性高的方法和手段来实现设计。2. 确定所设计题目的系统实现技术。用模拟技术实现，还是用数字技术实现

11、，如果都可以得话， 我们推荐用数字技术来实现 （在个人的实现能力允许的情况下）。3.对于只能用模拟技术实现的题目，在硬件芯片选择上我们的原则是: 尽量选取易于调试的器件；2 尽量选取自己曾经使用过的器件，因为有些器件在使用时有些特点需要一段时间摸索才能熟悉。3 在赛题允许的情况下，一般优先选择专用集成电路芯片，其次尽量使用运算放大器，最后在选择使用晶体管等分立元件，这样一方面会减小调试的工作量，另一方面提高测试结果的准确度。系统框架一般大致以下几种：1. 以 51 系列、 PIC 系列、凌阳系列、 AVR 系列、 ARM 单片机为核心控制模块，辅以传感器、液晶显示、步进电机、数码管显示、外部存

12、储器、键盘等实现的偏控制的系统框架。如悬挂运动控制系统2. 以 Lattice、Altera 、xilinx 等厂家的 FPGA 可编程器件所建立的片上可变成系统（ SOPC ）为核心，辅以必要的显示、键盘、数模转换、直接数字频率合成专用芯片 DDS 等组成的偏波形处理的系统构架。此构架对FPGA 的门数要求相对高一些。3. 以单片机控制、 FPGA 可编程器件处理为核心模块偏功能实现的系统构架。此构架对 FPGA 的门数要求相对低一些。4. 以硬件实现为主，单片机控制兼有的偏功能实现的系统构架。如集成运放参数测定仪。5. 以单片机、调制芯片、采样电路、频率合成DDS 电路、 FPGA 系统、

13、发射接受模块中的几个部分组成的偏通信传输的系统构架。如单工无线呼叫系统。（三）单元设计即设计系统各个功能模块的具体设计方案。一般有三种类型分为： 基于硬件的数字子系统的设计、模拟子系统的设计、单片机子系统的设计。1. 基于硬件的数字子系统的设计设计在开发软件平台上Maxplus进行。设计完毕（编译通过）就利用开发平台上的 Maxplus进行仿真，然后烧录（下载）到芯片中。目前 PLD 开发软件设计数字子系统的方法有原理图输人法和语言输入法。这里需要特别提到的是VHDL 或 Verilog等高级硬件描述语言的使用。 所以建议参加电子设计竞赛的学生应认真学习，熟练掌握VHDL 或 Verilog

14、，以便在设计过程中能很好地运用。 一般我们用 VHDL 或 Verilog设计控制器和某些较特殊的模块而一般的模块仍然采用原理图输人方式，尽量利用前人的成果并最终用原理图输入法完成顶层设计。 这种安排比较直观， 便于调试和检查， 是一种较好的方法。关键是使用者是否能较熟练地掌挥这些器件及其开发软件的使用因为，这些开发软件的使用通常需要一段熟悉的过程，如在相当生疏的情况下使用它们，则此法有可能成为完成设计工作的瓶颈。2.模拟子系统的设计我们一般做的工作有设计功能电路、仿真电路、绘制PCB 板图。我们用的软件是 Protel99se 。有余力的同学可以学习Multism 2001进行电路的仿真。（

15、回答 protel99se方面的问题）。3、单片机子系统的设计我们主要用的是凌阳单片机进行其软件的设计，可以参照凌阳单片机参考书，实现控制液晶、点阵数码管、数码管、步进电机、键盘、外部存储器等等。具体参看图书馆电子图书数据库。（四）组装调试1. 设计系统的物理外观尽量美观、位置合理。2. 仔细组装电路，避免手直接接触芯片管脚，牢固固定 PCB 板防止震动，引起系统工作不正常。3. 调试要仔细，仔细检查电路后在通电源，防止因电源反接烧毁电路。4. 系统调试通过后，如有富余是需通电是系统工作至少半个小时以上。5. 确保计算机处于正常工作状态（无病毒） ，做好设计软件程序的备份工作，以防误删或感染病毒。6. 防止意外事情造成设计硬件的损坏。比如饮用水流入设计好的电路板中。（五） 撰写设计论文具体参照全国大学生电子设计竞赛获奖作品选集（） 02 8649b附录参考书目： . 振荡电路实用设计手册TN710.2-62/7743 . 新型集成器件实用电路TN4 4750a . 一次集成电路适用手册TN4-62/4750 . 锁相环电路设计与应用TN911.8/3426 . 实用电子电路设计与调试TN702/7444 . 通用电子电路应用 400 例 TN710/2144 . 实用电源电路