2024年全国职业院校技能大赛ZZ051 电子产品设计与应用赛题第8套

模块一、模块二

一、总体任务与要求

请在5小时内完成模块一和模块二，根据模块一任务书的

相关要求，完成以下工作任务：

模块一电子产品设计

任务一PCB设计

1.根据提供功能电路的原理图PDF,采用国产EDA电子产

品设计平台或其它软件完成PCB电路的绘制；

2.根据指定元器件绘制3D模型。

任务二电路仿真

1.根据任务要求及功能指标，采用通用电路设计仿真软

件完成功放工作电路的设计；

2.完成典型工作电路的仿真。

模块二电子产品装配与调试

任务一电路板的焊接装配以及故障修复

1.根据给定的电子电路文件及套件耗材，按照工艺规范

完成电路焊接；

2.焊接完成的电路板进行故障排除。

任务二单片机系统功能仿真

1

1.根据功能要求在辅助应用设计软件环境中搭建一个电

子产品功能仿真电路

2.按照功能要求，使用Keil软件编写单片机程序，完成

功能调试、仿真验证和数据收集等工作。

二、赛场提供

任务书、U盘、电脑、国产EDA电子产品设计平台

Multisim、Pspise或国产相关软件、素材文件。

三、注意事项

1.答题纸存放在赛场电脑“D盘:\模块一、二竞赛资料”

文件夹。

2.选手在D盘建立“×××模块一、二提交资料”文件

夹(×××为赛位号），所有提交资料都必须保存到“D:\×

××模块一提交资料”文件夹中,并保存在U盘，资料提交

成功后签赛位号确认。

3.检查比赛中使用的硬件设备、连接线、工具、材料和

软件等是否齐全，计算机设备是否能正常使用；并在设备确

认单和材料确认单上签工位号。

4.比赛完成后，不得切断任何设备的电源，需保持所有

设备处于工作状态。

四、功能要求

模块一电子产品设计

任务一PCB设计

（一）任务描述

2

1.根据提供功能电路的原理图PDF，采用国产EDA电子产

品设计平台或其他软件完成PCB电路的绘制。

2.根据指定元器件绘制3D模型。

（二）任务内容及要求

1.约束条件

（1）下发的“PCB.PcbDoc”文件中锁定的元器件不得改

变位置。

（2）给定的定位孔不得改变位置。

（3）外形尺寸不得更改。

（4）禁止使用自动布线功能。

2.约束规则要求：

（1）采用双层板。

（2）元件最小间距10mil，敷铜最小间距20mil。

（3）信号线宽度10mil，电源线宽度大于15mil，电源

线过孔的孔径大于10mil小于30mil。

（4）去耦电容布置合理。

（5）元器件布置合理，贴片元件符合SMT生产工艺要求，

元件与板边有一定距离（大于4mm）。

3.根据下发的PDF原理图自行绘制原理图库和PCB封装：

（1）绘制整个PCB得原理图库。

（2）绘制S1、S2、S3、S5的3D模型。

4.丝印及板信息：

（1）元器件丝印高度为1mm，线宽度为0.2mm。

3

（2）PCB板信息丝印：赛位号+日期（年月日）高度2mm，

线宽度0.3mm

任务二电路仿真

使用电路仿真软件设计一个方波信号发生电路，使用

NE555以及阻容器件等完成如下功能：

1.输出的方波频率为2KHz，占空比为75%，峰峰值为5V

，频率误差、峰峰值误差均不大于5%。

2.输出信号为高电平时LED1点亮，LED2熄灭；为低电平

时LED2点亮，LED1熄灭。

3.负载端接蜂鸣器，有波形输出时，蜂鸣器发出“嗒嗒

”的节拍声。

序号任务内容任务要求

1.选择NE555器件。

1器件选型

2.适合的电阻、电容、LED、蜂鸣器等。

1.选择好元器件，进行原理图的搭建。

2绘制电路原理图2.将输出信号与虚拟示波器正确连接。

3.布局合理，走线规范、正确、美观。

1.使用仿真功能，在虚拟示波器中显示输出信号的波形。

3仿真运行

2.在虚拟示波器中获取输出信号的波形、频率、幅度。

模块二电子产品装配与调试

任务一路板的焊接装配以及故障修复

(一)任务要求

使用发放的电路板焊接套件（含PCB板与元器件）和技

术资料（电路原理图、器件位置图、物料清单），参赛选手

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利用工具、仪器和仪表，进行焊接与调试，根据位号图、BOM

清单焊接指定部分电路，然后进行功能调试并排除故障。

(二)焊接工艺

1、元器件焊接到位。

2、元排列整齐，可清晰看到标称值。

3、焊点匀称、无气泡、无堆焊和拖焊以及焊点毛刺。

4、无漏焊情况。

5、焊点间无虚焊或短路情况。

6、电路板无多余焊锡或助焊剂残留。

(三)功能调试：

选手将下发的程序下载到到51或STM32主控板，然后将

焊接完毕的电路板连接到主控板，调试如下功能：

1.将总电源开关以及蜂鸣器开关打开，上电初始化：

（1）电源指示灯D1点亮；

（2）蜂鸣器蜂鸣一声；

（3）左侧LED灯自上而下依次点亮熄灭；

（4）数码管的四位依次显示8；

（5）RGB_LED(D8)灯依次显示红、绿、蓝。

2.电路功能：

（1）超声波开始工作，数码管显示超声波测量距离；

（2）左侧的16个LED会根据超声波测量的距离逐次点亮

：当距离大于160mm时，D8显示绿色；当距离在80-160mm以

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内时，D8显示蓝色；当距离小于80mm时，D8显示红色，蜂鸣

器蜂鸣；

（3）距离小于80mm时关闭蜂鸣器电源开关，蜂鸣器停

止蜂鸣。

(四)故障排除

电路板有错误，需要自行查找并修正。

故障排除记录

序号故障现象故障排除说明

填表说明：请在上表中如实填写故障排除情况，表格中

给出的行数不代表实际故障数量。

任务二单片机系统功能仿真

（一）功能仿真描述

基于辅助仿真软件实现功能仿真系统：模拟半自动洗衣

机运行状态。

（二）功能仿真说明

1.搭建仿真电路

参赛选手需在仿真平台上设计一个模拟半自动洗衣机

运行状态功能仿真电路，仿真参考电路如图3所示，按照任

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务功能要求进行操作。功能仿真电路整体由以下器件组成。

（1）单片机（自定义MCU）

（2）按键（两个）

（3）1602液晶屏（显示名称）

（4）有源蜂鸣器（显示名称）

（5）LED灯（绿、黄、红三个）

（6）直流电机模块（显示名称）

注意：参赛选手在搭建电路过程中需及时保存已经搭建

完成的电路，在实验面板点击“导出实验”，然后导出并保

存已经完成的仿真电路。预防电脑或网络等发生意外，导致

电路丢失。

2.编写程序逻辑功能

参赛队按照任务功能要求需要实现的功能，并参考竞赛

下发的资料（部分驱动代码），利用单片机编程软件（建议

使用keilC51）进行程序编写，点击实验面板上的“单片机

烧写”按钮，将编译生成的HEX文件烧写到单片机中，点击

“运行实验”并结合已经设计完成的功能仿真进行调试，完

成任务功能要求需要实现的功能。

（三）任务功能要求

（1）搭建仿真电路

参考仿真电路设计图进行电路搭建，要正确配置MCU输

入输出IO，正确连接线路。

1.添加单片机（自定义MCU）。

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2.添加两个按键，按键配置成“下降沿”驱动，按键

名称分别命名为“启动”，“停止”，并实现按键相应的功

能。

3.添加1602液晶屏，使其正常显示任务内容。

4.添加有源蜂鸣器，正确配置有源蜂鸣器外设io端口

，可正常鸣叫提示。

5.添加三个LED灯，分别为绿灯、黄灯、红灯，LED灯

默认高电平启动。

6.添加一个直流电机，模拟洗衣机电机转动，可控制

速度实现正反转。

7.在实验面板上添加文字命名—“半自动洗衣机运行

状态”。

（2）编写程序逻辑功能

1.初始状态（运行实验后）

（1）当点击实验面板上的“运行实验”后，蜂鸣器鸣

叫一声，然后蜂鸣器自动停止鸣叫。

（2）洗衣机工作运行时间初始值为0，在1602液晶屏上

显示，R_TIM:0<STA>。（R_TIMR为RUNTIME的缩写，表示

运行时间）

（3）洗衣机工作定时时间初始值为60，在1602液晶屏

上显示，S_TIM:60。（S_TIM为SETTIME的缩写，表示设置

定时时间）

（4）绿色、黄色、LED灯点亮、红色LED灯熄灭。

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（5）直流电机转速为“0.0”，电机为停止状态。

2.系统启动状态（点击“启动”按键）

（1）当点击“启动”按键后，蜂鸣器鸣叫一声后自动

停止。

（2）洗衣机运行时间由0开始计时增加，在1602液晶屏

上显示R_TIM:“运行计时”<STA>，运行计时每秒自加1

。

（3）洗衣机工作设定时间为60（固定时间），在1602

液晶屏上显示，S_TIM:60；S_TIM:60后边显示“RUN”。

（4）直流电机转动状态：正转5S（速度500）-停止3S

（速度0.0）-反转5S（速度-500），在不超出定时时间内，

往复循环转动。

1）当直流电机正转时，绿色LED灯亮，黄色、红色LED

灯灭；

2）当直流电机反转时，黄色LED灯亮，绿色、红色LED

灯灭；

3）当直流电机停止时，黄色、绿色、红色LED灯灭；

（5）当液晶屏运行时间显示为R_TIM:60<STA>时（既

到达设定时间或与设定时间相等），电机停止转动，速度显

示“0.0”，液晶屏第一行显示R_TIM:60<STA>，第二行显

示S_TIM:60STOP后，蜂鸣器鸣叫两声后自动停止，此时绿

色、黄色LED灯灭，红色LED灯亮。

3.系统停止状态（点击“停止”按键）

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（1）当点击“停止”按键后，蜂鸣器鸣叫一声后停止

鸣叫。

（2）电机停止转动，速度显示“0.0”，液晶屏第一行

显示R_TIM:“实时时间”<STA>，第二行显示S_TIM:60STOP

后，绿色、黄色LED灯灭，红色LED灯亮。

模块三电子产品场景应用

一、总体任务与要求

请在3小时内，根据模块三任务书的相关要求，完成以下

工作任务：

任务一单片机程序设计

1.根据系统的功能要求选取所需要的模块并完成接线。

2.完成代码调试和功能演示。

任务二智能硬件管理软件开发

1.根据要求进行设备、网络配置。

2.根据要求完成设备安装。

3.根据应用场景，用office等通用软件绘制系统框架图。

4.完成智能硬件管理软件设计。

二、赛场提供

任务书、U盘、电子产品场景应用套件、电子产品应用场

景后端服务软件（含接口程序及使用文档）、工具软件、素

材文件。

三、注意事项

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1.选手在D盘建立“×××模块三提交资料”文件夹(

×××为赛位号），所有提交资料都必须保存到“D:\×××

模块三提交资料”文件夹中,并保存在U盘，资料提交成功

后签赛位号确认。

2.检查比赛中使用的硬件设备、连接线、工具、材料和

软件等是否齐全，计算机设备是否能正常使用；并在设备确

认单和材料确认单上签工位号。

3.比赛完成后，不得切断任何设备的电源，需保持所有

设备处于工作状态。

四、功能实现

智慧储藏系统由51/STM32系列单片机作为主控芯片，以

及以下外接模块：LCD显示模块、矩阵按键模块、温湿度传感

器模块、光照度传感器模块、二氧化碳传感器模块、Pm2.5传

感器模块、火焰传感器模块、射灯模块、风扇模块、通信模

块。智慧储藏系统可在温湿度检测、光照度检测、Pm2.5检测

、火焰检测等环境参数检测的基础上，实现仓储物品的自动

搬运，以及照明、温度调节等功能。

任务一单片机程序设计

1.设备开始运行，LCD显示“智慧储藏系统”。

2.按下矩阵按键“1”，进入功能一演示模式，此时LCD

屏增加显示“功能一”。驱动温湿度传感器测量温湿度并显

示在LCD屏上。按下矩阵按键“*”，退出该功能，LCD屏幕清

除所增加显示的“功能一”。

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3.按下矩阵按键“2”，进入功能二演示模式，此时LCD

屏增加显示“功能二”。驱动二氧化碳传感器测量二氧化碳

浓度并显示在LCD屏上。按下矩阵按键“*”，退出该功能，

LCD屏幕清除所增加显示的“功能二”。

4.按下矩阵按键“3”，进入功能三演示模式，此时LCD

屏增加显示“功能三”。驱动Pm2.5传感器测量Pm2.5值并显

示在LCD屏上。按下矩阵按键“*”，退出该功能，LCD屏幕清

除所增加显示的“功能三”。

5.按下矩阵按键“4”，进入功能四演示模式，此时LCD

屏增加显示“功能四”。驱动火焰传感器测量是否存在火焰

并显示在LCD屏上。按下矩阵按键“*”，退出该功能，LCD屏

幕清除所增加显示的“功能四”。

6.按下矩阵按键“5”，进入功能五演示模式，此时LCD

屏增加显示“功能五”。驱动光照度传感器测量光照度并显

示在LCD屏上。按下矩阵按键“*”，退出该功能，LCD屏幕清

除所增加显示的“功能五”。

7.按下矩阵按键“6”，进入AGV小车物品检验模式，此

时LCD屏增加显示“功能六”。智能AGV小车开机后，在智能

小车控制器的液晶屏显示下面