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9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、功能说明

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）PCB尺寸，长度：51mm，宽度：26mm，电路板为横

向设计。

（2）USB插座在电路板的左边，正面放置。

（3）P3放置在电路板的最上边，正面放置。

（4）P4放置在电路板的最下边，正面放置。

（5）P2在电路板的最右边，正面放置，绘制3D模型。

（6）U2在电路板正面。

（7）C1、C4、R5、C6、Y1在背面放置。

（8）去耦电容C5、C8、C10、C11在背面放置，靠近单

片机的电源引脚。

（9）USB差分线，按照USB差分线的规则走线。

（10）5V转3.3V电源部分的C2、C3、C7、C9、U1背面

放置。

2.布线与布局要求

（1）要求选手采用双层板。

（2）元件最小间距10mil，敷铜最小间距20mil。

（3）信号线宽度10mil，电源线宽度不小于20mil，电

源线过孔的孔径，内孔直径12mil，外孔直径24mil。

3

（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3mm）。

任务二电路仿真

实现一个使用1位数码管模拟计数器的功能，电路中只

有一个按键，每按一次按键，数码管显示的数字加1，从0到

9循环显示，电路具体设计要求如下：

1.该电路有两个电源端口，分别是5V和GND，通过该端

口给电路输入5V的直流电压之后电路就可以上电并正常工作

。

2.电路中必须有一个按键和一位的数码管，当电路上电

并运行仿真之后可以通过数码管显示按键的次数，计数从0

开始，0-9循环显示。

3.设计仿真电路时，只能从下面的表格中选用元件。

元件名称封装数量

74HC47SO-161

CD40192SO-161

0.36寸数码管1位共阳SLR0361DBA3B资料中给定封装1

轻触开关_TS-1002S-04526C资料中给定封装1

2.54间距排针-2P（用于电路板供电）2.54间距排针-2P1

贴片电阻0805若干

贴片电容0805若干

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

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（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。

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。

（二）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.检测U2，单片机读取U2的ID，如果读取到ID，数码

管最后一位显示1，如果读取不到，数码管最后一位显示0

。

2.电路板上的所有LED全部点亮，数码管显示8888，三

色LED，D24，红绿蓝三个灯丝都亮。（状态保持2秒钟时间

，然后全部熄灭）

5

3.左边16个LED从上到下依次点亮，右边16个LED从上

到下依次点亮

4.数码管4位从左到右依次显示8，然后熄灭

5.D24，依次显示红绿蓝，然后熄灭

6.进入收音机状态，32个LED会随着音频信号的大小跳

动。（需要调整电位器R36，调整到最佳状态）

7.R22为音量电位器，可调节收音机的声音大小，为了

不影响其他比赛人员，喇叭的声音不是很大，近距离可以

听到。

8.U13为编码器，手拧编码器可以调频率，频率调节范

围：87.0-108.0MHz

9.调节R3，使得以U1为主的升压电路，V+测试点为正

10V左右，V-测试点电压为负10V左右，为U11提供正负电源

10.如果比赛场地的FM信号偏弱，接收不到FM信号，可

以将开关S4拨到MIC端，使用麦克风测试喇叭，对着麦克风

吹气，喇叭会有声音，同时32个LED组成的电平表也会有变

化。

（三）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

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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：模拟智能风扇工

作原理。

（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智能风扇功能仿真

电路，仿真参考电路如图3所示，按照任务功能要求进行操

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（显示名称）

（3）拨码开关模块（显示名称）

（4）模拟量输入模块（显示名称）

（5）1602液晶屏模块（显示名称）

（6）LED灯（红灯、绿灯、黄灯）

（7）直流电机模块（显示名称）

7

（8）文字（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）模块。

（2）添加四个按键模块，按键配置成“下降沿”驱动

，按键名称命名为“时间”、“速度”、“启动”、“停

止”，并实现按键相应的功能。

（3）添加一个模拟量输入模块，使用文字命名为“模

拟温度测量信号”，使其正常实现其功能。

8

（4）添加一个拨码开关模块，使用文字命名为“手动

运行/自动运行切换开关”，使其正常实现其功能。

（5）添加一个1602液晶屏模块，使其正常显示要求的

内容。

（6）添加三个LED灯，一个绿灯、一个红灯，一个黄灯

，使用文字命名为“工作指示灯”、“手动档运行灯”、“

自动档运行灯”、使其正确显示。

（7）添加一个直流电机，可启动、停止、控制速度。

（8）在实验面板上添加文字命名—“模拟智能风扇工

作原理”。

2.编写程序逻辑功能

（一）当拨码开关为低电平状态时（此时为手动运行状

态）

（1）初始状态（点击运行实验后）

1）当点击实验面板“运行实验”按钮后

①1602液晶屏显示

T:代表时间值（05/10/15/20可点击时间按键进行调节

）

S:代表速度值（I/II/III三挡在点击启动按键后可调，

当前状态为---）

STA:代表运行状态（RUN/STOP）

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t=:代表模拟温度测量信号值（0V-3.3V）

②绿灯点亮（手动挡运行灯）、红灯灭（工作指示灯

）、黄灯灭（自动挡运行灯）；电机不转动，速度显示为“

0.0”。

（2）系统启动状态（按下启动按键）。

1）当点击“启动”按键后，

工作指示灯点亮，1602液晶屏上T:值，将按照“时间

”按键设定的值递减1秒直到0；当T:值为0时，工作指示灯

熄灭；

在T:值减小的过程中按下“速度”按键后，S:值会有

三个速度值I/II/III显示；

当液晶屏显示S:I时，电机转动，速度为90.0±5;

当液晶屏显示S:II时，电机转动，速度为190.0±5;

当液晶屏显示S:III时，电机转动，速度为390.0±5;

当T:值不为0时，液晶屏显示STA:RUN;

当T:值为0时，液晶屏显示STA:STOP;

手动调整模拟量输入，液晶屏实时显示当前模拟量值，

精度为0.1。

2）当点击“停止”按键后，仿真电路恢复为初始状

态；

（二）当拨码开关为高电平状态时（此时为自动运行状

态）

（1）初始状态（点击运行实验后）

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1）当点击实验面板“运行实验”按钮后

①1602液晶屏显示

T:代表时间值（05/10/15/20可点击时间按键进行调

节）

S:代表速度值（I/II/III三挡在点击启动按键后可

调，当前状态为---）

STA:代表运行状态（RUN/STOP）

t=:代表模拟温度测量信号值（0V-3.3V）

②黄灯点亮（自动挡运行灯）、红灯灭（工作指示灯）

、绿灯灭（手动挡运行灯）；电机不转动，速度显示为“0.0

”。

（2）系统启动状态（按下启动按键）。

1）当点击“启动”按键

工作指示灯点亮，1602液晶屏上T:值，将按照“时间

”按键设定的值递减1秒直到0；当T:值为0时，工作指示灯

熄灭；

当T:值在倒计时的过程中，

S:值会按照t值（模拟温度测量信号值实时输入值）自

动变化成三个速度值I/II/III显示；

①当t测量值<0.5V时，液晶屏显示S:---，电机不转动;

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②当0.5Vt测量值<1.1V时，液晶屏显示S:I，电机转动

，速度为90.0±5;

③当1.1V≤t测量值<2.1V时，液晶屏显示S:II，电机转

动，速度为190.0±5;

④当2.1V≤t测量值<3.3V时，液晶屏显示S:III，电机

转动，速度为390.0±5;

当T:值不为0时，液晶屏显示STA:RUN;

当T:值为0时，液晶屏显示STA:STOP;

手动调整模拟量输入，液晶屏实时显示当前模拟量值，

精度为0.1。

2）当点击“停止”按键后，仿真电路恢复为当前初始

状态；

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。

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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

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、报警灯模块、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

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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，以及通风、报警等功能。

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”。

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

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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“