電子競(jìng)賽訓(xùn)練與典型案例分析課件

1、 電子競(jìng)賽訓(xùn)練 與典型案例分析山東大學(xué) 陳言俊 2010.11學(xué)生培養(yǎng)學(xué)生來源學(xué)生實(shí)習(xí)低年級(jí)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)習(xí)課 選 修 課開設(shè)多門選修課培養(yǎng)學(xué)生興趣申報(bào)選拔公開招收選拔學(xué)生校內(nèi)競(jìng)賽在二年級(jí)校內(nèi)競(jìng)賽中發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀學(xué)生課堂發(fā)掘理論課和課程設(shè)計(jì)中表現(xiàn)突出的學(xué)生學(xué)生引導(dǎo)學(xué)生最了解學(xué)生，高年級(jí)學(xué)生引導(dǎo)協(xié)會(huì)推薦匯集一定數(shù)量的有專長(zhǎng)的學(xué)生毛遂自薦時(shí)有拔尖人才相互吸引人以類聚，物以群分科技立項(xiàng)大學(xué)生科技創(chuàng)新立項(xiàng)（國(guó)家級(jí)、校級(jí)）選拔方式筆試+面試+實(shí)物制作+特招學(xué)生培養(yǎng)培養(yǎng)方式-業(yè)余訓(xùn)練 課余、周日周六、興趣小組、課堂制作、科協(xié)集中競(jìng)賽模式集中選拔、集中訓(xùn)練、集中參賽長(zhǎng)期培養(yǎng)模式長(zhǎng)期培養(yǎng)，良性循環(huán)大學(xué)生科技創(chuàng)新立項(xiàng)（國(guó)

2、家級(jí)、校級(jí)）一至兩年學(xué)生培養(yǎng)大一大二大三大四優(yōu)秀人才創(chuàng)新立項(xiàng)報(bào)名校內(nèi)競(jìng)賽發(fā)掘?qū)I(yè)課堂發(fā)掘競(jìng)賽集中選拔培訓(xùn)： 講座 觀摩 小制作創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練競(jìng)賽集中訓(xùn)練各項(xiàng)學(xué)科競(jìng)賽課程設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作品各項(xiàng)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)優(yōu)秀作品成果激發(fā)興趣發(fā)掘人才指導(dǎo)指導(dǎo)學(xué)生來源最終成果階段成果培養(yǎng)方式良性循環(huán)選修課學(xué)生實(shí)習(xí)科協(xié)社團(tuán)招新研究生助研崗一、賽前培訓(xùn)二、競(jìng)賽準(zhǔn)備及競(jìng)賽三、論文寫作要求四、競(jìng)賽注意事項(xiàng)五、競(jìng)賽典型題目分析要 點(diǎn)1.參 賽 隊(duì) 員暑期學(xué)校、自愿報(bào)名，多次篩選 ；校內(nèi)科技創(chuàng)新大賽是電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽預(yù)選賽。在理論和實(shí)訓(xùn)課程培訓(xùn)中分階段篩選，確 定參賽隊(duì)員；有競(jìng)爭(zhēng)就有壓力，有壓力才有動(dòng)力。一、賽前培訓(xùn)大三、大二學(xué)生

3、比例數(shù)約為3：1多學(xué)院、多專業(yè)、多學(xué)科相交叉隊(duì)員的組合與分工確定。一、賽前培訓(xùn)一、賽前培訓(xùn)2.具備基礎(chǔ)知識(shí) 增加專業(yè)基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù):電路原理、模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)、電機(jī)與拖動(dòng)；微機(jī)原理及單片機(jī)原理及應(yīng)用。新增EDA應(yīng)用、嵌入式技術(shù)應(yīng)用；電工電子實(shí)訓(xùn)、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)等編程：C語言、C+、VC、匯編語言3. 最小開發(fā)系統(tǒng)（MCU ） 熟練使用至少一種單片機(jī)，如51系列，61系列，PIC系列，摩托羅拉系列，430系列，或ARM，AVR，EDA，DSP等。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，原先的最小系統(tǒng)的概念已發(fā)生了很大變化，現(xiàn)在的單片機(jī)一般不再需要擴(kuò)展，并且可在線下載程序，給使用帶來很大的方便。一、賽

4、前培訓(xùn)FPGA FPGA（FieldProgrammable Gate Array），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。FPGA工作原理FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個(gè)概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個(gè)部分。 FPGA

5、的基本特點(diǎn)1）采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路(特定用途集成電路)，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。 2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。 3）FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和IO引腳。 4）FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。 5) FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。 可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 一、賽前培訓(xùn)對(duì)理論知識(shí)不作全面的展開單片機(jī)指令用多少學(xué)多少，根據(jù)實(shí)際編程需要講解注重仿真工具的使用接口電路的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練傳感與檢測(cè)技術(shù)按必需和夠用的原則來安排課程

6、內(nèi)容盡可能的利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備多做實(shí)訓(xùn)一、賽前培訓(xùn)4.實(shí)踐環(huán)節(jié)培訓(xùn) 4.1儀器儀表使用訓(xùn)練 基礎(chǔ)訓(xùn)練包括實(shí)驗(yàn)室工具使用方法、裝配工藝等器件識(shí)別與選用原則數(shù)字萬用表、示波器邏輯分析儀LC測(cè)試儀頻譜分析儀信號(hào)發(fā)生器等儀器儀表的使用 一、賽前培訓(xùn)4.2 鍵盤、顯示部分鍵盤部分（1x8;4x4等） 如果需要的鍵較少，可直接使用I/O口，也可以使用74LS148等編碼器。顯示部分 除了鍵盤部分外，可以用驅(qū)動(dòng)LED或LCD顯示。 一般來說分兩大類：LED和LCD。一、賽前培訓(xùn)4.3 傳感器 熟悉常用傳感器的性能和使用。主要包括電壓、電流、溫度（熱電偶，Pt1000，AD590，DS18B20等）壓力，轉(zhuǎn)速

7、、位置（霍爾，碼盤等）； T6114（6124）超聲波開關(guān)模塊，紅外線反射傳感器。 如果有機(jī)器人方面的題目還要熟悉如紅外傳感器，接近開關(guān)，光敏電阻，金屬探測(cè)等傳感器，這一部分應(yīng)該是我們的長(zhǎng)項(xiàng)。一、賽前培訓(xùn)單元電路訓(xùn)練包括自制直流穩(wěn)壓電源基本放大電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路LED和LCD驅(qū)動(dòng)電路功率放大器單元波行發(fā)生器電路（DDS）比較器電路光電、紅外、超聲等傳感器電路A/D電路、D/A電路等電壓/頻率變換電路電壓/電流變換電路無線傳輸電路單元電路設(shè)計(jì)完備接口，備日后裝配使用4.4 單元電路訓(xùn)練一、賽前培訓(xùn)注意模擬電路設(shè)計(jì)（前向通道） 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、調(diào)理電路、放大、濾波、隔離等 學(xué)會(huì)使用常用普通精密放大器、

8、儀表放大器、隔離放大器等；這一部分的連線，制板等都顯得比較重要。集成運(yùn)算放大器： 1.通用型運(yùn)算放大器（A741，LM358雙，LM324四）2.高阻型運(yùn)算放大器（輸入阻抗1091012） （LF356，LF355，LF347四，CA3130，CA3140）3.低溫漂型運(yùn)算放大器（OP-07，AD508，ICL7650）4.高速型運(yùn)算放大器（LM318， A715）5.低功耗型運(yùn)算放大器（ICL7600）6.高壓大功率型運(yùn)算放大器（ A791，D41）一、賽前培訓(xùn)A/D 根據(jù)指標(biāo)要求，選擇合適的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如果需要A/D，該部分是報(bào)告的重點(diǎn)內(nèi)容之一。 常用的8位A/D：AD0809 常用的12

9、位A/D：AD574，MAX191，MAX197等 還有16位（AD7715）,24位（AD7714）等，內(nèi)含放大，調(diào)理，濾波等單元電路；即可單雙極性輸入，還可差動(dòng)輸入。一、賽前培訓(xùn)4.5 后向通道 主要包括驅(qū)動(dòng)顯示，打印，繼電器等；還有諸如PWM控制等。根據(jù)具體的題目而定。一、賽前培訓(xùn)4.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)訓(xùn)練 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板測(cè)試程序設(shè)計(jì)接口電路與程序設(shè)計(jì)、外擴(kuò)電路設(shè)計(jì)。一、賽前培訓(xùn)4.6 單片機(jī)與編程單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理引腳端、內(nèi)部存儲(chǔ)器、中斷、I/O、T/C、指令系統(tǒng)，介紹基本結(jié)構(gòu)與工作原理，注重從應(yīng)用的角度出發(fā)，不過多的涉及內(nèi)部的電路。指令的應(yīng)用在

10、程序設(shè)計(jì)與開發(fā)系統(tǒng)使用中加深了解。 一、賽前培訓(xùn)單片機(jī)接口電路矩陣鍵盤圖形顯示高精度D/A、A/D接口電路與編程4.6 單片機(jī)與編程一、賽前培訓(xùn)5.軟件實(shí)戰(zhàn)分析單片機(jī)程序設(shè)計(jì)指令應(yīng)用、程序結(jié)構(gòu)，通過往屆考題分析指令特點(diǎn)，講解程序設(shè)計(jì)方法。void main()Unsigned int status;sum_timer=0status=check_state();/判斷狀態(tài)，基本還是發(fā)揮部分if(status=1)timer();/啟動(dòng)時(shí)鐘car_go_line(700,200);/car_trace_start();while(R_flag|L_flag)/在這里完成尋跡函數(shù)的應(yīng)用,尋跡是在中

11、斷中調(diào)用的，其中每秒鐘調(diào)用10次尋跡函數(shù)，是用IRQ4的2khz中斷*P_Watchdog_Clear=1;一、賽前培訓(xùn)6.Protel電路設(shè)計(jì) PCB基礎(chǔ)、環(huán)境設(shè)置、組件庫管理、報(bào)表輸出等，通過實(shí)際電路設(shè)計(jì)例講解 仿真元器件、仿真分析、參數(shù)設(shè)置，通過實(shí)際電路設(shè)計(jì)例講解其他仿真軟件的應(yīng)用。一、賽前培訓(xùn)7.制板與焊接 萬用板不能滿足高頻電路及復(fù)雜電路要求使用制板機(jī)獨(dú)立做板專有的焊接技巧培訓(xùn)。一、賽前培訓(xùn)一、電子電路的組裝 1.元器件的焊接技術(shù) (1)焊接工具 (2)焊料 (3)焊劑 (4)焊接技術(shù) 2.在面包板上的插接技術(shù) (1)集成電路的裝插 (2)元器件位置 (3)導(dǎo)線的選用和連接二、電子電

12、路的調(diào)試 方法： 1.一邊安裝一邊調(diào)試； 2.全部安裝完畢后，實(shí)行一次調(diào)試。一般調(diào)試步驟： 1.通電前檢查； 2.通電檢查； 3.單元電路測(cè)試； 4.整機(jī)聯(lián)調(diào)。 電路故障的排除方法： 1.信號(hào)尋跡法；2.對(duì)分法；3.分割測(cè)試法； 4.電容旁路法； 5.對(duì)比法；6.替代法；7.靜態(tài)測(cè)試法；8.動(dòng)態(tài)測(cè)試法。一、賽前培訓(xùn)8、基本模塊及電路制作訓(xùn)練 直流穩(wěn)壓電源 顯示電路（LED、LCD）模塊 按鍵模塊 傳感器模塊（光電傳感器、溫度傳感器、霍爾傳 感器、金屬傳感器、超聲傳感器與應(yīng)用電路等） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 無線模塊 等等。一、賽前培訓(xùn)9.模擬題練習(xí) 選一部分歷屆競(jìng)賽題練習(xí)。（基本一個(gè)月時(shí)間）； 一開始可

13、能一周做一個(gè)，時(shí)間逐漸縮短，基本在3-5天。 歷屆全國(guó)大學(xué)生電子競(jìng)賽試題匯總.doc一、賽前培訓(xùn)歷年競(jìng)賽題分析： 兩類：功能性題、指標(biāo)題1指標(biāo)題如下方面：放大器類：功率放大器：丙類、戊類、輸出功率、效率脈沖放大器：波形 上升時(shí)間寬帶放大器：帶寬、放大量，帶AGC （純數(shù)字電路題不出，增加模擬電路知識(shí)，學(xué)生模擬知識(shí)太差）電源類：電流源 穩(wěn)定度 負(fù)載變化，市電變化一、賽前培訓(xùn)2.功能性題如下：儀表類 1）信號(hào)發(fā)生器 高、低頻，穩(wěn)度，頻率范圍，輸出電壓。2）示波器3）邏輯分析4）相位計(jì) 5）電壓表 6）頻率特性測(cè)試儀7）頻譜儀3、通信類 （每年都有） 趣味類：語言存儲(chǔ)4、控制類：小汽車、溫度控制5、

14、強(qiáng)電：功率因數(shù)，DC-DC,AC-DC-AC一、賽前培訓(xùn) 10.小組活動(dòng)：促進(jìn)與提高各隊(duì)介紹拿手模塊應(yīng)用技巧，共享經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化軟件，保留團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新點(diǎn)一、賽前培訓(xùn)強(qiáng)化訓(xùn)練 小組自選模擬題。 訓(xùn)練目標(biāo)是模擬實(shí)際競(jìng)賽，以歷年的競(jìng)賽題目為模板，適當(dāng)進(jìn)行一些調(diào)整； 隊(duì)員集體商討設(shè)計(jì)思想，確定設(shè)計(jì)方案，分工負(fù)責(zé)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，限時(shí)完成 。 特別：硬件、軟件、設(shè)計(jì)報(bào)告分工（論文框架）。一、賽前培訓(xùn)模擬答辯參賽隊(duì)眾多，鍛煉學(xué)生精簡(jiǎn)語言；強(qiáng)化表達(dá)，預(yù)防怯場(chǎng)發(fā)現(xiàn)新問題；增加成就感，增強(qiáng)自信心；論文寫作。一、賽前培訓(xùn)訓(xùn)練的目的使學(xué)生掌握：基本儀器儀表的使用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化儀器儀表的應(yīng)用能力數(shù)據(jù)信息的查詢基本電路設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)（模

15、擬電路）EDA軟件的應(yīng)用基本實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)電路元器件類型及其參數(shù)的選擇實(shí)驗(yàn)的基本測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差分析數(shù)據(jù)處理與分析方法實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)實(shí)踐結(jié)果分析一、賽前培訓(xùn)第一階段時(shí)間內(nèi)容安排指導(dǎo)教師星期六（7.2）準(zhǔn)備會(huì)陳言俊、秦峰、王延偉、儀維星期一（7.4）直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)制作同上星期二（7.5）同上星期三（7.6）功率驅(qū)動(dòng)電路同上星期四（7.7）顯示電路（LED、LCD）同上星期五（7.8）星期六（7.9）時(shí)鐘模塊同上星期日（7.10）按鍵模塊同上 電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽暑期培訓(xùn)內(nèi)容安排星期一（7.11）信號(hào)放大電路同上星期二（7.12）信號(hào)產(chǎn)生電路同上星期三（7.13）信號(hào)處理電路同上星期

16、四（7.14）A/D轉(zhuǎn)換同上星期五（7.15）D/A轉(zhuǎn)換同上星期六（7.16）光電傳感器、溫度傳感器、霍爾傳感器、金屬傳感器與應(yīng)用電路同上星期日（7.17）同上星期一（7.18）超聲傳感器與應(yīng)用電路同上星期二（7.19）同上星期三（7.20）61板模塊實(shí)驗(yàn)操作/51最小系統(tǒng)使用操作ARM最小系統(tǒng)使用操作同上星期四（7.21）同上星期五（7.22）同上星期六（7.23）競(jìng)賽培訓(xùn)星期日（7.24）時(shí)間內(nèi)容安排指導(dǎo)教師 電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽暑期培訓(xùn)內(nèi)容安排 電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽暑期培訓(xùn)內(nèi)容安排第二階段時(shí)間內(nèi)容安排指導(dǎo)教師星期一（8.8）模擬練習(xí)題陳言俊、秦峰、王延偉、儀維星期二（8.9）星期三（8.10）星期四（8

17、.11）模擬練習(xí)題同上星期五（8.12）星期六（8.13）星期日（8.14）模擬練習(xí)題同上星期一（8.15）星期二（8.16）星期三（8.17）模擬練習(xí)題同上星期三（8.17）模擬練習(xí)題同上星期四（8.18）星期五（8.19）星期六（8.20）模擬練習(xí)題同上星期日（8.21）星期一（8.22）星期二（8.23）模擬練習(xí)題同上星期三（8.24）星期四（8.25）時(shí)間內(nèi)容安排指導(dǎo)教師 電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽暑期培訓(xùn)內(nèi)容安排1.賽前一周 通過對(duì)所公布的基本儀器和主要元器件清單進(jìn)行分析，可以得到一些可能出現(xiàn)的題目和作品應(yīng)完成的功能。參賽隊(duì)員可以根據(jù)自己的訓(xùn)練情況，選擇一兩個(gè)題目方向進(jìn)行準(zhǔn)備。1. 儀器設(shè)備的準(zhǔn)備

18、 2. 元器件準(zhǔn)備 參賽隊(duì)員應(yīng)知道元器件庫中已有的元器件（儲(chǔ)備常用元器件及公布器件）。3. 最小系統(tǒng)和單元電路、模塊完善。5. 資料和論文準(zhǔn)備 電路原理圖，基本程序段等 。6. 場(chǎng)地準(zhǔn)備 競(jìng)賽期間許多隊(duì)員都是通宵達(dá)旦的工作，需要在競(jìng)賽場(chǎng)地附近安排臨時(shí)休息的場(chǎng)所。 二、競(jìng)賽準(zhǔn)備及競(jìng)賽2.選題： 考慮到不同的專業(yè)，每年的題目涉及的范圍都比較廣，學(xué)生要根據(jù)自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和特長(zhǎng)，并且在培訓(xùn)或平時(shí)練習(xí)中最熟悉，最有把握的題目去做。 如果一個(gè)教學(xué)單位有很多組，最好多選幾個(gè)題目，不要集中在一個(gè)題目上，好評(píng)獎(jiǎng)。二、競(jìng)賽準(zhǔn)備及競(jìng)賽競(jìng)賽題目的分析 分析方法可以采用基本要素組合法， 一是分析所需要的儀器儀表，

19、二是分析所需要的元器件（已有器件，題目要求所缺器件），將兩者結(jié)合進(jìn)行綜合分析 。 考慮到不同的專業(yè)，每年的題目涉及的范圍都比較廣，要選擇一個(gè)最有把握的題目去做；如果一個(gè)教學(xué)單位有很多組，最好多做幾個(gè)題目，不要集中在一個(gè)題目上。二、競(jìng)賽準(zhǔn)備及競(jìng)賽選擇熟悉的題目（十點(diǎn)前）審題、選題充分理解題目的、要求 方案兼顧基本要求和發(fā)揮部分工作重點(diǎn)的確定 分步實(shí)施，確?；静糠直荣悤r(shí)，三個(gè)同學(xué)要分工協(xié)作，各負(fù)其職。二、競(jìng)賽準(zhǔn)備及競(jìng)賽制定進(jìn)程 試題分析、選定方案 選定器件（十二點(diǎn)前）選擇、采購(gòu)器件硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 模塊制作及單元調(diào)試 單元組合及整體調(diào)試 撰寫報(bào)告二、競(jìng)賽準(zhǔn)備及競(jìng)賽測(cè)試選擇儀器設(shè)備充分預(yù)計(jì)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

20、的條件測(cè)試的熟練程度測(cè)試點(diǎn)的標(biāo)注現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)整性二、競(jìng)賽準(zhǔn)備及競(jìng)賽完善連接的可靠性固定的穩(wěn)定性測(cè)試數(shù)據(jù)的可重復(fù)性論文遞交（第四天20：00前）裝箱作品的固定和防震電源的準(zhǔn)備備品備件的預(yù)備 工具的準(zhǔn)備有時(shí)間模擬答辯二、競(jìng)賽準(zhǔn)備及競(jìng)賽設(shè)計(jì)報(bào)告的要求及注意事項(xiàng) 1.格式與內(nèi)容任務(wù)的理解與分析方案設(shè)計(jì)與論證理論計(jì)算與模擬2. 硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)框圖電器原理圖軟件結(jié)構(gòu)框圖程序流程圖程序清單 實(shí)物照片三、論文寫作及要求3.測(cè)試方法與數(shù)據(jù) 測(cè)試方法的正確性 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 數(shù)據(jù)的完整性 測(cè)量?jī)x器的型號(hào)和測(cè)試條件4.測(cè)試結(jié)果分析 各部分要求的完成程度 超出要求部分的強(qiáng)調(diào)5、發(fā)揮部分 要盡量去做，突出亮點(diǎn)；其

21、他部分一定要做。三、論文寫作及要求6、答辯： 條理要清晰，亮點(diǎn)、特色要突出，發(fā)揮部分和其他部分要講明。不要答非所問，問什么答什么。設(shè)計(jì)的報(bào)告、字體、圖表、框圖規(guī)范、工整，條理清晰。三、論文寫作及要求7、測(cè)試與評(píng)分 處理好先進(jìn)性與完整性的關(guān)系 基本要求與發(fā)揮提高 超出要求部分的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試申請(qǐng) 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)量的速度與輕重緩急 對(duì)于測(cè)試不公正的投訴 確有問題可提出到外調(diào)試（不要在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)）三、論文寫作及要求論文格式摘要一：方案設(shè)計(jì)與論證方案1：方案2：方案3：方案論證：方案選定：二：電路設(shè)計(jì)1、單元電路設(shè)計(jì)2、單元電路設(shè)計(jì)3、單元電路設(shè)計(jì)整機(jī)電路以及軟件設(shè)計(jì)的流程圖三：測(cè)試方法與測(cè)試結(jié)果1、測(cè)試儀器：

22、2、測(cè)試方法：3、測(cè)試結(jié)果：四：討論三、論文寫作及要求要求 文字簡(jiǎn)練、措詞準(zhǔn)確、表達(dá)清楚。達(dá)標(biāo)程度要實(shí)事求是，特點(diǎn)、特色的敘述、措詞要考慮科學(xué)性、正確性。 至少提出3 個(gè)獨(dú)立的方案 。 要提出選擇所選方案的理由，并注意方案科學(xué)性、正確性、可行性、實(shí)施難度。 元件符號(hào)要用新的國(guó)標(biāo)，布局簡(jiǎn)潔明了。 設(shè)計(jì)思想、特色、創(chuàng)新要寫上。 事先進(jìn)行測(cè)試方法設(shè)計(jì)，方法必須正確 。三、論文寫作及要求 論文很重要，作品在測(cè)試過后，論文占50分，因?yàn)樵u(píng)審的專家能看到的只有你的測(cè)試數(shù)據(jù)和論文。 論文的寫作必須按嚴(yán)格的格式來寫，相關(guān)的公式和圖片是必不能少的。所以一定要找到相關(guān)的公式，即使你不明白它的含義。其實(shí)也不是每一個(gè)

23、專家都能真正搞懂它的含義的，有時(shí)他們是不會(huì)仔細(xì)去研究的，但是你的論文如果沒有公式，他就會(huì)據(jù)此來扣你的分。圖片也一定要有，如電路原理圖，整體設(shè)計(jì)圖，仿真結(jié)果圖，測(cè)試數(shù)據(jù)圖等，有些可以在Protel和Electronics WorkBench里面畫，再把它添加到文檔就是了。三、論文寫作及要求 其它的一些如關(guān)鍵字，引言，原理，測(cè)試數(shù)據(jù)等都是固定的格式。怎樣把你的設(shè)計(jì)表述得清楚明白，把你的設(shè)計(jì)的特色展現(xiàn)出來，這就考你的寫作水平了。自己也不清楚的東西不要說太多。不要制造一些自己的術(shù)語，所有的術(shù)語都應(yīng)該是公認(rèn)的。三、論文寫作及要求 論文評(píng)分參考表序號(hào)名稱滿分評(píng)分備注1摘要中文3英文22009年不要求2方案

24、論證10一種6分兩種以上6-10分3理論分析與計(jì)算84電路圖程序框架125測(cè)試方法及儀器76測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析8合計(jì)50四、競(jìng)賽注意事項(xiàng)競(jìng)賽過程中應(yīng)注意的問題 方案的設(shè)計(jì) （確定方案的時(shí)間不應(yīng)該超過4小時(shí) ）元器件的采購(gòu)（競(jìng)賽中采購(gòu)是必需的 ）設(shè)計(jì)裝配制作（不能為了追求更好的指標(biāo)，或者附加功能，結(jié)果將已經(jīng)完成的部分給弄壞了，作品要妥善包裝 ）制作時(shí)間安排 注意休息和飲食 訓(xùn)練與競(jìng)賽要點(diǎn)： 1、不要追求高精尖。電賽時(shí)間有限，單片機(jī)，F(xiàn)51系列，資源合適，指令與51兼容，上手比較快，之前沒有接觸DSP、FPGA、ARM之類高端的控制器，短短幾個(gè)月的時(shí)間是沒辦法摸透的，更別談熟練應(yīng)用，開發(fā)項(xiàng)目。 2

25、、不要貪多，要專，要深，平時(shí)訓(xùn)練要注意模塊的設(shè)計(jì)，要特別注意可移植性，穩(wěn)定性，可靠性。 3、控制類訓(xùn)練最好能設(shè)計(jì)一個(gè)好的通訊系統(tǒng)（多數(shù)控制類項(xiàng)目適合用多機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)化任務(wù)）。這樣競(jìng)賽時(shí)就可以把項(xiàng)目分解成若干個(gè)小的模塊，各模塊間通過通訊連接。 四、競(jìng)賽注意事項(xiàng) 4.電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽其實(shí)不是很難的，其中，模數(shù)電路基礎(chǔ)和單片機(jī)這兩方面最重要。 5.對(duì)于模數(shù)電路，書上最基本的東西要掌握，這些是基礎(chǔ)。雖然在競(jìng)賽時(shí)碰到的東西可能都是你在書本上沒有看到過的，但是你可以上網(wǎng)找出它的原理圖和實(shí)現(xiàn)電路的參考圖。 6 .要實(shí)際演練項(xiàng)目。電賽前要模擬競(jìng)賽兩次以上，要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目。 四、競(jìng)賽注意事項(xiàng) 7.注意論文寫

26、作、文檔整理、資料搜集。 8.不要花太多的時(shí)間在華麗的外觀（如顯示），要更多的做實(shí)際的功能性東西。 9.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該立足于基本要求，先把基本要求完成了再說創(chuàng)新的東西，不然，你所謂創(chuàng)新的東西根本無所依附。做出了完成基本要求的實(shí)際東西，你才在上面創(chuàng)新，添加一些花哨的功能，那就OK了。四、競(jìng)賽注意事項(xiàng)競(jìng)賽時(shí)應(yīng)該注意的問題： 1.軟件與硬件電路最好是同時(shí)做， 2.隊(duì)員分工好，最大限度發(fā)揮整個(gè)隊(duì)的能力，而且經(jīng)常討論，讓三個(gè)人都知道對(duì)方的進(jìn)展 . 3.在競(jìng)賽前就應(yīng)該做好準(zhǔn)備：做好一兩個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng) （最好有下載口，支持在線編程）、5V/12V穩(wěn)壓電源和顯示板等小模塊，將各個(gè)模塊程序編寫好。如 7段數(shù)碼管的

27、顯示（建議使用串口，節(jié)省單片機(jī)的I/O口，如搭配74LS164或74HC595，使用兩塊74HC595芯片，一片位選，一片發(fā)送數(shù)碼）這樣可以節(jié)省很多時(shí)間。 四、競(jìng)賽注意事項(xiàng) 4.至于焊接方面的，雖然說也要對(duì)布局是否合理和焊得是否美觀打分，但只要你的東西測(cè)試能過關(guān)，這個(gè)分一般是要給你的。但如果測(cè)試不能過關(guān)，你最合理最美觀也沒有。最重要的還要焊牢固，以防運(yùn)送途中出現(xiàn)焊點(diǎn)脫落的情況。 5.測(cè)試時(shí)不要慌張，一步一步該怎么做，一定心里要清楚。一定要爭(zhēng)取自己操作儀器，不要讓其它學(xué)校的老師在瞎搞混。否則，把東西燒壞了，你可就要哭了。另外，帶些備用芯片過去是個(gè)明智的辦法。 四、競(jìng)賽注意事項(xiàng) 6.由于前期已經(jīng)做

28、好各模塊板了，因此競(jìng)賽時(shí)具體做板只需改進(jìn)，從而達(dá)到題目要求。畫PCB板單面板好，好焊板。焊接芯片時(shí)能用插座的還是用吧。這樣既可以防止焊接時(shí)焊壞芯片，而且芯片可以多少使用。賽前自己也準(zhǔn)備些常用的器件。 7.論文在賽前一定要試寫一兩篇，至少也應(yīng)該看過些論文，知道它的格式。論文可以一個(gè)人負(fù)責(zé)，后面大家一起修好下，也可以個(gè)人負(fù)責(zé)自己模塊的，最后再匯總。 8.賽期是4天3夜，時(shí)間還是很緊的，但也要注意休息。 四、競(jìng)賽注意事項(xiàng)關(guān)于命題引入“性價(jià)比”與“系統(tǒng)功耗”指標(biāo) 2009年在命題要求中引入“性價(jià)比”指標(biāo)要求，這項(xiàng)建議對(duì)于調(diào)控“最小系統(tǒng)”使用具有積極作用。本著節(jié)能原則，專家提出設(shè)計(jì)作品應(yīng)有“系統(tǒng)功耗”的

29、指標(biāo)要求?！跋到y(tǒng)功耗”是“性價(jià)比”的某一量化評(píng)測(cè)指標(biāo)，增加這兩項(xiàng)指標(biāo)要求。 競(jìng)賽涉及的“最小系統(tǒng)”內(nèi)涵應(yīng)隨著技術(shù)發(fā)展而變化，對(duì)于這個(gè)問題要本著與時(shí)俱進(jìn)的原則，可以通過競(jìng)賽命題具體的約束條件予以調(diào)控。 四、競(jìng)賽注意事項(xiàng)關(guān)于復(fù)測(cè)中的基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)驗(yàn) 復(fù)測(cè)期間首先進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)驗(yàn)?；A(chǔ)知識(shí)測(cè)驗(yàn)采用閉卷筆試方式，時(shí)間2小時(shí)，每隊(duì)3名同學(xué)都參加。 筆試內(nèi)容包括基礎(chǔ)知識(shí)、分析設(shè)計(jì)兩部分測(cè)驗(yàn)內(nèi)容?！盎A(chǔ)知識(shí)”主要涵蓋模擬、數(shù)字電子電路（技術(shù)）等技術(shù)基礎(chǔ)課程的基本知識(shí)點(diǎn)問答與簡(jiǎn)單計(jì)算，“分析設(shè)計(jì)”可涉及電子電路、單片機(jī)與可編程器件系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、功能分析等內(nèi)容。 2011年全國(guó)一、二等獎(jiǎng)都要復(fù)試，可能還

30、要有一天三個(gè)學(xué)生做一個(gè)小題目。 基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)試成績(jī)和小題目成績(jī)都計(jì)入復(fù)測(cè)總成績(jī)。 2010年FPEA作為推廣重點(diǎn)。四、競(jìng)賽注意事項(xiàng)年份20052006200720082009合計(jì)賽事全國(guó)賽山東省賽全國(guó)賽山東省賽全國(guó)賽獎(jiǎng)勵(lì)等級(jí) 國(guó)一國(guó)二省一省一省二國(guó)一國(guó)二省一省一省二國(guó)一國(guó)二省一獲獎(jiǎng)數(shù)133672371545763參賽隊(duì)101616192081 歷年電子競(jìng)賽獲獎(jiǎng)統(tǒng)計(jì) 2010工訓(xùn)中心參加山東省電子競(jìng)賽獲獎(jiǎng)名單A甲1036秦曉鵬 延廷芳 王佳山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎(jiǎng)A甲1034宋春龍 馬文濤 趙文斐山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎(jiǎng)A甲1010陳德馨 趙化森 劉智偉山東大學(xué)省一等獎(jiǎng)A甲

31、1035雷燕婕 劉健 劉樹林山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎(jiǎng)A甲1030李雷 孟松 曹乘榕 （2007級(jí)）山東大學(xué) 陳言俊 秦峰 王延偉省一等獎(jiǎng)B甲1004孫 超 何孟寧 司 陳山東大學(xué)省一等獎(jiǎng)B甲1039孫文健 許 海 劉恩東山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎(jiǎng)B甲1031黃晨 李成 亓帥 （ 2007級(jí)）山東大學(xué) 陳言俊 王延偉 秦峰省一等獎(jiǎng)B甲1038 陳立剛 劉 濤 歐陽林山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎(jiǎng)B甲1023李德帥 任麗行 于和善山東大學(xué)陳言俊 秦峰 王延偉省一等獎(jiǎng)C甲1002李江濤 解俊杰 宋玉川山東大學(xué)姜威 陸小珊 趙子?jì)?楊小革省一等獎(jiǎng)C甲1007宋宏嘉 吳蘇 劉

32、俊良山東大學(xué)姜威、楊小革、趙子?jì)搿㈥懶∩菏∫坏泉?jiǎng)E甲1032田昊 張巖 （2007級(jí)）韓麗麗（2008級(jí)）山東大學(xué) 陳言俊 王雷 秦峰 省一等獎(jiǎng)F甲1026姚登民 解春柳 （2007級(jí)） 孫哲（2008級(jí)） 山東大學(xué)陳言俊秦峰王延偉省一等獎(jiǎng)F甲1047張煒軒 尤海鵬 徐菁山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎(jiǎng)F甲1048劉主福 蔣丹紅 朱亞軍山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎(jiǎng)F甲1045陶智仁 張慶賓 張泳山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎(jiǎng)F甲1001李大偉 仲梓源 高攀山東大學(xué)姜威路小珊楊小革趙子?jì)胧∫坏泉?jiǎng)F甲1020肖邁 林優(yōu) 郭倍源山東大學(xué)陳言俊 秦峰 王延偉省一等獎(jiǎng)F甲1003王磊

33、章元智 李佩山東大學(xué)姜威陸小珊楊小革趙子?jì)胧∫坏泉?jiǎng)項(xiàng) 目數(shù) 量學(xué)期學(xué)生數(shù)全年學(xué)生數(shù)備 注選修課8門2805602010新增2門課程設(shè)計(jì)1門120120信息學(xué)院科技創(chuàng)新大賽114團(tuán)隊(duì)550國(guó)家大學(xué)生訓(xùn)練計(jì)劃3個(gè)152010新增1項(xiàng)大學(xué)生科技創(chuàng)新結(jié)題17個(gè)60大學(xué)生科技創(chuàng)新立項(xiàng)21個(gè)80中國(guó)水球機(jī)器人大賽28冠軍2項(xiàng)、季軍2項(xiàng)省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽7520個(gè)一等、9二等中國(guó)機(jī)器人大賽28冠軍1項(xiàng)、季軍2項(xiàng)2010創(chuàng) 新 活 動(dòng) 情 況機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)競(jìng)賽2組14國(guó)一1個(gè)、省一1個(gè)全國(guó)電腦鼠走迷宮競(jìng)賽2組82個(gè)優(yōu)勝獎(jiǎng)省電腦鼠走迷宮大賽9組40省一2個(gè)電子競(jìng)賽培訓(xùn)暑期學(xué)校123機(jī)器人暑期學(xué)校46“飛思卡爾智

34、能車” 20組60國(guó)一2個(gè)畢昇杯全國(guó)大學(xué)生電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽12特等獎(jiǎng)1個(gè)一等獎(jiǎng)1個(gè)獲保研資格學(xué)生32受益學(xué)生人數(shù)1779人次項(xiàng) 目數(shù) 量學(xué)期學(xué)生數(shù)全年學(xué)生數(shù)備 注2010創(chuàng) 新 活 動(dòng) 情 況 五、典型例題“高教社&XILINX杯”2010年北京市大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目說明 隨著電子技術(shù)迅速發(fā)展，全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)決定將新技術(shù)引入到競(jìng)賽中，讓學(xué)生用新的技術(shù)來解決問題。2009年的競(jìng)賽規(guī)定對(duì)復(fù)雜核心板的限制放開，允許參賽隊(duì)伍將SOPC（System-on-a-Programmable-Chip即可編程片上系統(tǒng)）核心板等復(fù)雜電路板帶入賽場(chǎng)使用。因而，在2010年，全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的

35、小年，進(jìn)行SOC競(jìng)賽。北京市大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽工作由北京市教育委員會(huì)主辦、北京郵電大學(xué)承辦、高等教育出版社實(shí)驗(yàn)課程研發(fā)中心暨北京中教儀裝備技術(shù)有限公司和美國(guó)賽靈斯公司聯(lián)合協(xié)辦。 一、題目說明 競(jìng)賽題目著重考核參賽學(xué)生綜合運(yùn)用模擬電路和數(shù)字電路基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行理論設(shè)計(jì)的能力、實(shí)踐創(chuàng)新和獨(dú)立工作的基本能力、實(shí)驗(yàn)綜合技能（制作與調(diào)試），并鼓勵(lì)參賽學(xué)生發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神。 競(jìng)賽題目將考核學(xué)生的模擬電路和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)能力，整體將由EXCD-1可編程片上系統(tǒng)開發(fā)板并外加部分模擬電路實(shí)現(xiàn)，模擬器件將由競(jìng)賽組委會(huì)在競(jìng)賽當(dāng)天統(tǒng)一發(fā)放。二、參考例題（此處配套外設(shè)為參考例題所需，不是競(jìng)賽題目所需外設(shè)模塊，學(xué)校無需

36、購(gòu)買） 為了參賽隊(duì)伍能夠更好備戰(zhàn)競(jìng)賽，現(xiàn)提供參考例題，此例題僅限北京市競(jìng)賽的本科組競(jìng)賽參考，競(jìng)賽題目將與此題不同。參考例題基于EXCD-1 可編程片上系統(tǒng)開發(fā)板及其外設(shè)模塊，資源列表如下：配套外設(shè)列表（僅為參考例題所需，學(xué)校無需購(gòu)買）板載外設(shè)擴(kuò)展外設(shè)LED顯示燈8個(gè)LCD液晶模塊1個(gè)撥動(dòng)開關(guān)8個(gè)A/D模塊1個(gè)低電平有效按鈕8個(gè)D/A模塊1個(gè)VGA端口1個(gè)溫度模塊1個(gè)PS2端口1個(gè)旋鈕編碼器模塊1個(gè)RS232接口1個(gè)EEPROM1個(gè)4位七段數(shù)碼管1個(gè)紅外收發(fā)模塊1個(gè)直流電機(jī)模塊1個(gè)注：擴(kuò)展外設(shè)是通過4個(gè)具備8 個(gè)IO 信號(hào)的12 腳擴(kuò)展I/O 接口，分別為J5-EXPORT1、J6-EXPORT

37、2、J7-EXPORT3、J10-EXPORT5，每個(gè)接口1-8 號(hào)管腳與FPGA 的IO 引腳相連，另外四個(gè)管腳分別為DC +3.3V（VCC33D）與GND。其中J5-EXPORT1 受控于8 位DIP 開關(guān)JP2，J10-EXPORT5 受控于8 位DIP 開關(guān)JP1。 三、參考資料 （1）高教社提供：EXCD-1板卡和光碟2張 （2）XILINX提供：EDK例程 1個(gè)（基于HEP板的VGA游戲）和相關(guān)技術(shù)資料 下載地址：http:/down/?action=show&id=1689四、競(jìng)賽細(xì)則（1）時(shí)間：定于5月29日 （2）競(jìng)賽所需要的元器件均由組委會(huì)提供2010年北京市大學(xué)生電子設(shè)

38、計(jì)競(jìng)賽試題 要求用指定的FPGA平臺(tái)結(jié)合SOPC技術(shù)構(gòu)造一個(gè)乒乓球游戲機(jī)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如果所示，F(xiàn)PGA通過兩條I/O信號(hào)輸出兩組脈寬調(diào)制波，經(jīng)過低通濾波器提取脈寬調(diào)制的均值電壓，輸入到雙通道示波器中。示波器工作在X/Y模式。示波器屏幕上的光點(diǎn)代表乒乓球。乒乓球X/Y電壓的控制下在屏幕上移動(dòng)。 FPGA平臺(tái) 4x七段數(shù)碼管 按鈕2低通放大低通放大按鈕1雙通道示波器I/OXI/OY基本要求：1.構(gòu)造兩組無源低通濾波器，使得FPGA可以用脈寬調(diào)制方式控制球的位置（20分）2.用給定的運(yùn)放制作一放大器，使光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)范圍在示波器的X軸，Y軸方向上可調(diào)（10分）3.乒乓球可按拋物線自動(dòng)在屏幕上左右彈射，球的落

39、點(diǎn)為屏幕兩側(cè)邊的中間。（20分）擴(kuò)展要求：1.使用兩個(gè)按鈕分別作為左側(cè)擊球鈕和右側(cè)擊球鈕。當(dāng)乒乓球靠近屏幕左邊時(shí)按下左側(cè)擊球鈕，可將球擊回右側(cè)。右側(cè)擊球鈕亦然。（10分）2.建立成敗機(jī)制，即球抵達(dá)邊沿而未按下?lián)羟蜮o，記為擊球失敗，用LED燈光表示。（10分）3.建立記分機(jī)制，在七段數(shù)碼管上顯示雙方得分（10分）4.特殊功能，在不調(diào)整放大器的情況下，連按兩下?lián)羟蜮o能擊出高拋球，軌跡拋物線曲率變大（20分）2007年全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 F題 電動(dòng)車翹翹板五、典型案例分析81一、F題電動(dòng)車翹翹板題目要求 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)電動(dòng)車蹺蹺板，在蹺蹺板起始端A一側(cè)裝有可移動(dòng)的配重。配重的位置可以在從始端開始的20

40、0mm600mm范圍內(nèi)調(diào)整，調(diào)整步長(zhǎng)不大于50mm；配重可拆卸。電動(dòng)車從起始端A出發(fā)，可以自動(dòng)在蹺蹺板上行駛。電動(dòng)車蹺蹺板起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)示意圖所示 。831.基本要求在不加配重的情況下，電動(dòng)車完成以下運(yùn)動(dòng)：（1）電動(dòng)車從起始端A出發(fā)，在30秒鐘內(nèi)行駛到中心點(diǎn)C附近；（2）60秒鐘之內(nèi)，電動(dòng)車在中心點(diǎn)C附近使蹺蹺板處于平衡狀態(tài)，保持平衡5秒鐘，并給出明顯的平衡指示；841.基本要求（3）電動(dòng)車從（2）中的平衡點(diǎn)出發(fā)，30秒鐘內(nèi)行駛到蹺蹺板末端B處（車頭距蹺蹺板末端B不大于50mm）；（4）電動(dòng)車在B點(diǎn)停止5秒后，1分鐘內(nèi)倒退回起始端A，完成整個(gè)行程；（5）在整個(gè)行駛過程中，電動(dòng)車始終在蹺蹺板

41、上，并分階段實(shí)時(shí)顯示電動(dòng)車行駛所用的時(shí)間。852.發(fā)揮部分 配重在可調(diào)整范圍內(nèi)任一指定位置，電動(dòng)車完成以下運(yùn)動(dòng)：（1）電動(dòng)車在距起始端A點(diǎn) 300mm以外、90扇形區(qū)域內(nèi)某一指定位置，能夠自動(dòng)駛上蹺蹺板。如圖：862.發(fā)揮部分（2）取得平衡，給出明顯的平衡指示，并保持平衡5秒鐘以上；（3）將配重放置在A至C間指定的位置，電動(dòng)車能夠重新取得平衡，給出明顯的平衡指示，保持平衡5秒鐘以上；（4）電動(dòng)車在3分鐘之內(nèi)完成（1）（3）全過程。（5）其他。87二、F題競(jìng)賽制作方案舉例88F甲1024制作參賽方案團(tuán)隊(duì)學(xué)生姓名及專業(yè)： 陳 云： 生物醫(yī)學(xué)工程 孫希偉： 軟件工程 王小靜：生物醫(yī)學(xué)工程賽前指導(dǎo)老師

42、：陳言俊 秦峰 王延偉文稿輔導(dǎo)老師：陳言俊1系統(tǒng)方案1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由電源模塊，控制器模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，尋跡模塊微調(diào)模塊，語音模塊，顯示模塊，平衡檢測(cè)模塊，計(jì)時(shí)模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：F甲1024制作參賽方案90F甲1024制作參賽方案圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖911.2方案論證1.2.1模塊選擇a.電源模塊：小車機(jī)動(dòng)性 12V 電機(jī)供電 鋰電池 5V其它模塊供電 +體積小，容量大 DCDC芯片 F甲1024制作參賽方案92b.控制器選擇： 凌陽SPCE061簡(jiǎn)易開發(fā)板F甲1024制作參賽方案93c.電機(jī)選擇： 方案一：采用步進(jìn)電機(jī) 方案二：采用直流減速

43、電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，速度大，體積小，重量輕，因而成為我們的最終選擇。 為防止小車下坡時(shí)慣性過大而滑出蹺蹺板，在滿足時(shí)間要求基礎(chǔ)上，我們選擇 50轉(zhuǎn)/min減速電機(jī)以求較大力矩。F甲1024制作參賽方案94d.電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：L298N 可方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。專用驅(qū)動(dòng)芯片L298，響應(yīng)頻率高，一片可控制兩個(gè)直流電機(jī)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。F甲1024制作參賽方案95e.平衡檢測(cè)模塊: 方案一：采用鉛垂線+光折斷器 方案二：采用角度傳感器 根據(jù)題目要求，平衡的定義為A、B兩端與地面的距離差d=|dAdB|不大于40mm,即蹺蹺板的傾角要小于1.

44、43（arcsin(0.02/0.8)=1.43）才能判定為平衡。ZCT245AL485角度傳感器計(jì)算出符合平衡的定義時(shí)蹺蹺板的傾角要小于1.43。 ZCT245AL485能直接輸出角度值，精度為0.1，15次/秒的測(cè)量頻率完全能滿足設(shè)計(jì)要求。采用鉛垂線+光折斷器，通過判斷垂線角度來判定平衡。但操作起來比較復(fù)雜，且誤差較大 F甲1024制作參賽方案96f.尋跡模塊：光電傳感器 方案一：通過開關(guān)型霍爾傳感器 方案二：采用光電傳感器 采用一體化結(jié)構(gòu)，利用黑、白線反射光的強(qiáng)弱尋跡，靈敏度高，體積小，且結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。g.微調(diào)模塊： 在小車位置調(diào)節(jié)達(dá)到一定程度后，很難更精密的控制它的移動(dòng)距離，故我

45、們?cè)黾游⒄{(diào)模塊。即在小車上安裝一舵機(jī)，由它來控制一重物前后運(yùn)動(dòng)，以此來調(diào)節(jié)小車一側(cè)的力矩。F甲1024制作參賽方案97h.顯示模塊：數(shù)碼管顯示 速度快，亮度高，我們用其來顯示路程、時(shí)間及角度等數(shù)字信息，且為節(jié)省端口，采用了串口通信芯片CH451作為驅(qū)動(dòng)。i.路程測(cè)量模塊：采用CCD鼠標(biāo) 采用鼠標(biāo)CCD攝像測(cè)距，安裝方便，穩(wěn)定性好，且精度高，可精確到0.1mm以內(nèi)。F甲1024制作參賽方案98j.無線模塊： 無線單片收發(fā)芯片nRF2401 通過無線模塊來實(shí)現(xiàn)小車與上位機(jī)的通訊，體積小、功耗少、外圍元件少，有助于減輕小車重量。F甲1024制作參賽方案1.3實(shí)現(xiàn)方法 鋁合金自制車體采用L298驅(qū)動(dòng)直

46、流減速電機(jī)實(shí)現(xiàn)行進(jìn)，光電傳感器結(jié)合尋跡算法完成電動(dòng)車尋線功能。利用角度傳感器的測(cè)量量作為被控量，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的閉環(huán)反饋控制，根據(jù)PID控制算法找到平衡點(diǎn)，這是本系統(tǒng)的核心部分。同時(shí)LED顯示模塊和PC無線通信模塊實(shí)現(xiàn)了良好的人機(jī)交互界面。我們確定的最終方案 .F甲1024制作參賽方案1.小車模塊：采用自制三角形車體結(jié)構(gòu)2.控制模塊：采用凌陽公司的SPCE061A單片機(jī)3.電源模塊：采用鋰電池結(jié)合DCDC芯片供電。4.電機(jī)模塊：采用直流減速電機(jī)，由L298來驅(qū)動(dòng)。5.測(cè)角模塊：采用ZCT245AL485角度傳感器。6.微調(diào)模塊：采用舵機(jī)控制一重物在車上平滑緩慢移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。7.尋跡模塊：采用反射式光

47、電傳感器。8.計(jì)時(shí)模塊：采用開2HZ中斷方式。9.顯示模塊：采用LED顯示時(shí)間、路程及角度,由CH451作為驅(qū)動(dòng)。10.語音模塊：采用凌陽自帶語音功能。11.測(cè)距模塊：采用CCD鼠標(biāo)測(cè)距。12.無線模塊：采用無線單片收發(fā)芯片nRF2401。F甲1024制作參賽方案1012.理論分析與算法實(shí)現(xiàn)a.尋跡測(cè)量與控制算法：第一，小車自動(dòng)駛上蹺蹺板算法；第二，前進(jìn)過程尋跡算法；第三，逆向行駛時(shí)尋跡算法。其中，登陸蹺蹺板的控制最為復(fù)雜。 為此，我們分別在車頭、車體中央、車尾處安裝了3、2、3個(gè)對(duì)管。尋跡線的鋪設(shè)完全與算法相結(jié)合。然后根據(jù)讀入的對(duì)管狀態(tài)值，來調(diào)節(jié)小車的行駛狀態(tài)。 F甲1024制作參賽方案AC

48、B90圖2尋跡線 在車頭、車體中央、車尾處安裝了3、2、3個(gè)對(duì)管。尋跡線的鋪設(shè)完全與算法相結(jié)合。然后根據(jù)讀入的對(duì)管狀態(tài)值，來調(diào)節(jié)小車的行駛狀態(tài)。尋跡線的鋪設(shè)如下圖.F甲1024制作參賽方案圖3對(duì)管安裝圖F甲1024制作參賽方案104b.平衡位置判定方法： 系統(tǒng)中，我們采用角度傳感器來測(cè)量小車與地面的夾角。 在小車由不平衡到平衡的過程中，蹺蹺板一定是處于振蕩狀態(tài)的。若在一段時(shí)間內(nèi)所測(cè)量到的角度值均在1.43以內(nèi)，則判定小車平衡。F甲1024制作參賽方案SpS1ASpS1圖4平衡計(jì)算示意 F甲1024制作參賽方案106最終采用的控制方法： 通過精確距離測(cè)量，在平衡調(diào)整區(qū)根據(jù)當(dāng)前讀到的角度來修正小車

49、下一步的行進(jìn)步長(zhǎng)，通過微調(diào)模塊的微量調(diào)節(jié)，使小車逐步達(dá)到平衡。程序流程圖如下圖：F甲1024制作參賽方案3電路與程序設(shè)計(jì)檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊： 尋跡模塊 角度傳感器模塊 顯示模塊 無線模塊 總體電路圖軟件設(shè)計(jì)與工作流程圖 F甲1024制作參賽方案108 圖7 主程序流程圖 模式選擇 A至C尋跡 找平衡，語音播報(bào)并延時(shí)5S 過C線否 C至B尋跡 停車并延時(shí)5S 原路返回 尋跡自動(dòng)駛 上蹺蹺板 尋跡前進(jìn)并 尋找平衡 停車延時(shí)5S 并語音播報(bào) 再次尋找平衡 平衡否 平衡否 到B點(diǎn)否否 停車延時(shí)5S 并語音播報(bào) Y N N Y Y N N Y 1094功能測(cè)試與結(jié)果分析a.基本功能全部予以

50、實(shí)現(xiàn)：A至C的時(shí)間：5sC處平衡時(shí)間：30sC處平衡角度：0.5度C至B時(shí)間：4sB至A時(shí)間：9sF甲1024制作參賽方案110b.發(fā)揮部分功能實(shí)現(xiàn)情況：帶配重平衡角度：0.6度自動(dòng)上板時(shí)間： 4s第一次平衡時(shí)間：36s移動(dòng)配重第二次平衡時(shí)間：72sF甲1024制作參賽方案111c.創(chuàng)新發(fā)揮部分： 用CCD鼠標(biāo)測(cè)量路程并由數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示，精度可達(dá)0.01cm； 通過無線收發(fā)芯片nRF2401與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，在上位機(jī)上對(duì)蹺蹺板狀態(tài)形象化顯示； 無限次自動(dòng)平衡功能。F甲1024制作參賽方案112煙臺(tái)答辯場(chǎng)外調(diào)試113北京復(fù)審答辯現(xiàn)場(chǎng)114復(fù)審結(jié)束留影索尼杯山大五個(gè)一等獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)代表陳云 孫希偉 王小

51、靜團(tuán)隊(duì)獲全國(guó)一等獎(jiǎng)周景博 高少銳 嚴(yán)冰團(tuán)隊(duì)獲全國(guó)一等獎(jiǎng)都是二年級(jí)學(xué)生年份20052006200720082009合計(jì)賽事全國(guó)賽山東省賽全國(guó)賽山東省賽全國(guó)賽獎(jiǎng)勵(lì)等級(jí) 國(guó)一國(guó)二省一省一省二國(guó)一國(guó)二省一省一省二國(guó)一國(guó)二省一獲獎(jiǎng)數(shù)133672371545763參賽隊(duì)101616192081 歷年電子競(jìng)賽獲獎(jiǎng)統(tǒng)計(jì) 謝謝大家聯(lián)系方式： 山東大學(xué)工程訓(xùn)練中心 電話手機(jī)郵箱：cyj舉例編號(hào)：F甲1011 數(shù)控直流電流源（F題） 于建水 梁海運(yùn) 李春蕾 山東大學(xué)信息工程學(xué)院 賽 前 輔 導(dǎo) 教 師： 陳言俊 秦峰 王延偉 儀維 文稿整理輔導(dǎo)教師：陳言俊1.

52、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 方案比較與論證 根據(jù)題目的要求，系統(tǒng)可劃分為控制模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、電流源模塊、電源模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、測(cè)量模塊，另外增加了語音模塊。系統(tǒng)框圖如圖1： 圖1 系統(tǒng)框圖為實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，分別做了幾種不同的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了論證。電源模塊控制器模塊鍵盤模塊語音模塊顯示模塊電壓轉(zhuǎn)換模塊電流源模塊測(cè)量模塊1.1.1控制器模塊 方案1：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器。CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，體積小，穩(wěn)定性高，IO資源豐富，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需復(fù)雜的邏輯功能，

53、對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度要求也不高。因此我們放棄了這個(gè)方案。 方案2：采用單片機(jī)作為控制器。我們選擇了凌陽公司的SPCE061A，它是16位微處理器，具有體積小、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，內(nèi)嵌32k字閃存FLASH，處理速度高，尤其適用于數(shù)字語音播報(bào)和識(shí)別等應(yīng)用領(lǐng)域。1.1.2 電流源模塊 方案1：晶體管恒流源。這類恒流源以晶體三極管為主要組成器件,利用晶體三極管集電極電壓變化對(duì)電流影響小,并在電路中采用電流負(fù)反饋來提高輸出電流之恒定性。 通常,還采用一定的溫度補(bǔ)償和穩(wěn)壓措施。 晶體管恒流源雖然能得到恒定的電流，但是得到的電流較小，根本達(dá)不到2000mA的要求

54、，而且不容易程控和步進(jìn)。 方案2：采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的開關(guān)恒流源電路。 開關(guān)恒流源電路雖然能實(shí)現(xiàn)題目的基本要求，但還存在兩個(gè)主要問題：對(duì)電流的程控步進(jìn)通過改變滑阻來實(shí)現(xiàn)，只能采用數(shù)字電位器，數(shù)字電位器不僅價(jià)格昂貴，而且本題基本要求步進(jìn)10mA，發(fā)揮部分要求1mA，用數(shù)字電位器達(dá)不到如此高的精度；輸出電流中存在7805的靜態(tài)電流，當(dāng)輸出電流比較大是影響很小，但輸出電流到底限20mA時(shí)，10mA的靜態(tài)電流已經(jīng)太大了。 方案3：集成運(yùn)放反饋型恒流源。集成運(yùn)算放大器是一種高增益的直流放大器，一般工作在閉環(huán)狀態(tài)，只要外接少數(shù)幾個(gè)電阻，就可以構(gòu)成具有深度負(fù)反饋的放大器，因而可用作恒流源。通過負(fù)反饋?zhàn)饔?

55、便加到比較放大器兩個(gè)輸入端的電壓相等, 從而保持輸出電流的恒定。（見圖2） 圖2 集成運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路 在反饋型恒流源電路中，用集成運(yùn)放做比較器，其各項(xiàng)性能指標(biāo)都得到顯著改善。以上幾種恒流源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 可靠性高, 調(diào)整方便, 在科研中已得到了應(yīng)用。但是經(jīng)過綜合比較，方案3更能達(dá)到題目要求。1.1.3 電壓轉(zhuǎn)換模塊 要程控電流的變化，必須改變電壓。我們選擇電壓型DA轉(zhuǎn)換器件。DA的精度取決于題目的要求。本題基本要求是200mA2000mA，步進(jìn)10mA，分辨度是（2000200）/10=180,普通的8位DA分辨度是281255，已經(jīng)滿足要求。發(fā)揮部分要求是20mA2000mA，步進(jìn)1mA，

56、分辨度為（200020）/1=1980,10位DA分辨度是2101=1023,達(dá)不到如此高的精度，12位DA分辨度為2121=4095，滿足了要求。因?yàn)闊o論怎樣解決，不可避免的都要存在誤差，因此要做的精度比要求的略高才能保證精確步進(jìn)1mA，12位DA對(duì)于步進(jìn)1mA還是有小的誤差，因此選擇了16位DA，盡量使誤差變得更小。1.1.4測(cè)量模塊 方案1：電路中串入電流表表頭測(cè)量。這種方案簡(jiǎn)單易行，但需要人工讀數(shù)，而且電流范圍較寬，只用一個(gè)量程無法實(shí)現(xiàn)精確讀數(shù)，采用多量程又很麻煩。 方案2；采用AD轉(zhuǎn)換測(cè)量電流。把發(fā)射極所接電阻作為采樣電阻，對(duì)電壓進(jìn)行采樣，把數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)處理并送顯示模塊顯示。綜合

57、比較之后，選擇方案2。1.1.5電源模塊 題目需要輸出2000mA的電流，因此需要較大的電源功率。1.1.6語音模塊 方案1：選擇專門的語音存儲(chǔ)芯片，通過單片機(jī)控制放音。只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的放音，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能。 方案2：利用61單片機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和放音。凌陽61單片機(jī)是16位單片機(jī)，具有DSP功能，有很強(qiáng)的信息處理能力，最高時(shí)鐘可達(dá)49MHz，具備運(yùn)算速度高的優(yōu)勢(shì)等，這些都為語音的播放、錄放、合成和辨識(shí)提供了條件。 為了顯示出凌陽單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)，我們選擇方案2。1.1.7顯示模塊 方案1：采用LED數(shù)碼管顯示。按題目要求，至少要用4位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示，這樣要占去大量的IO資源，而且數(shù)碼管只能顯示有限的數(shù)

58、字和符號(hào)。 方案2：采用帶字庫LCD顯示。為了避免占用大量的IO口，我們采用串行傳輸，雖然編程難度增大，但是節(jié)省了IO資源，避免外擴(kuò)IO，減少了硬件電路的制作。LCD可以用全中文界面顯示，顯示內(nèi)容豐富，易于人機(jī)交流。 因此，我們采用方案2。1.1.8 鍵盤模塊 根據(jù)題目要求，我們需要44鍵盤。 方案1：由于61A單片機(jī)內(nèi)有下拉電阻，所以IO可以直接接44鍵盤，單片機(jī)掃描讀取。優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，接口方便，但占用了較多IO口，而且必須編寫去抖程序，容易誤碼。 方案2：采用并行鍵盤控制芯片8279。8279是總線型數(shù)碼管和鍵盤管理芯片，對(duì)于61單片機(jī)來說編程比較麻煩，而且是并行工作方式，占用相當(dāng)多的I

59、O口，這是最大的缺點(diǎn)。 方案3：采用串行鍵盤控制芯片7289。功能強(qiáng)大，只占用較少IO口，讀取精確，雖然增加編程復(fù)雜度，也是值得的。 因此，我們選用方案3。1.2 方案選定 經(jīng)過仔細(xì)的分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊的方案如下：控制模塊：采用凌陽SPCE061A16位單片機(jī)；電流源模塊：采用集成運(yùn)放反饋型電流源方案1；DA模塊：采用16位DA芯片控制電壓轉(zhuǎn)換；測(cè)量模塊：采用12位AD芯片采樣電壓轉(zhuǎn)換成電流；電源模塊：采用大功率和小功率雙電源分開供電；語音模塊：采用61單片機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和放音顯示模塊：采用帶字庫的液晶顯示，串行傳輸方式；鍵盤模塊：采用串行鍵盤控制芯片7289。2 單元電路設(shè)計(jì)2.1 電

60、流源電路的設(shè)計(jì) 我們論證了兩種集成運(yùn)放構(gòu)成的深度負(fù)反饋恒流源電路，電路原理分別如圖3和圖4所示。圖3 電流源電路設(shè)計(jì)1圖4 電流源電路設(shè)計(jì)2圖3中采用了電阻浮置而負(fù)載接地，因?yàn)楦≈枚枰獌蓚€(gè)反饋電阻和，常規(guī)的反饋用于電流采樣，而接至的另一端用于提供基準(zhǔn)電壓。若不用 ，則與負(fù)載均成為采樣電阻，就會(huì)和有關(guān)，不能成為恒流源。恒流源輸出電流與線路參數(shù)如下：此電路為同向輸入電路，由其性質(zhì)可列出方程(2) (1) 圖4所示電路，D/A輸出電壓作為恒流源的參考電壓，運(yùn)算放大器與晶體管組成的達(dá)林頓電路構(gòu)成電壓跟隨器。利用晶體管平坦的輸出特性即可得到恒流輸出。由于跟隨器是一種深度的電壓負(fù)反饋電路，因此電流源具有