電子設計競賽培訓講座

如何參與2014年電子設計競賽張海峰HFZHANG0811@126.COM2014.3.8內(nèi)容提要1、電子設計競賽的簡介2、校電子設計競賽選拔方法3、組隊原則及上交作品4、賽前學習培訓內(nèi)容5、借用TI實驗儀器箱一、電子設計競賽的簡介全國大學生電子設計競賽是教育部倡導的四大學科競賽之一，是面向大學生的群眾性科技活動，目的在于推動全國普通高等學校促進信息與電子類學科面向二十一世紀課程體系和課程內(nèi)容的改革，促進教育也要實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)變重要思想的落實，有助于高等學校實施素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實際的學風；有助于學生工程實踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提高學生針對實際問題進行電子設計制作的能力；有助于吸引、鼓勵廣大青年學生踴躍參加課外科技活動，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。

競賽時間和競賽周期

競賽時間定于競賽舉辦年度的9月份，賽期四天。從1997年開始，每二年舉辦一屆全國大學生電子設計競賽，即凡逢單數(shù)年號時舉辦全國競賽，其他時間各省賽區(qū)舉行競賽。今年是第5屆省賽（浙江省從2006年開始的）。競賽方式競賽采用全國統(tǒng)一命題、分賽區(qū)組織的方式，競賽采用“半封閉、相對集中”的組織方式進行。競賽期間學生可以查閱有關文獻資料，隊內(nèi)學生集體商討設計思想，確定設計方案，分工負責、團結(jié)協(xié)作，以隊為基本單位獨立完成競賽任務；競賽期間不允許任何教師或其他人員進行任何形式的指導或引導；競賽期間參賽隊員不得與隊外任何人員討論商量。參賽學校應將參賽學生相對集中在一個或幾個實驗室內(nèi)進行競賽，便于組織人員巡查。為保證競賽工作，競賽所需設備、元器件等均由各參賽學校負責提供。我校的電子設計競賽歷史及管理1995年開始參加全國電子設計競賽，小規(guī)模參加。2006年開始逐漸增加規(guī)模2013年滑鐵盧學校每年花360萬元在學科競賽上（20多個學科），其中電子設計競賽達35萬元。參加校競賽后，6月18日開始參加集訓，在8月中旬參加省競賽。在8教完成。（學校提供元器件）二、校電子設計競賽選拔方法1、2013年3月1日～4月20日，報名組隊的大學生進行不限制題目內(nèi)容的實際電子設計作品制作。在此期間學院將組織為報名參加電子設計競賽的大學生舉辦2~3次講座，介紹電子設計方法等內(nèi)容。2、2014年4月下旬，學院組織對所制作的作品進行評測，成績合格的隊將安排指導教練，準備參加2014年5月舉行的校電子設計競賽。3、校競賽成績優(yōu)良的學生將參加校舉辦的暑期集訓，并參加8月份的浙江省大學生電子設計競賽。二、校電子設計競賽選拔方法4、對2013年參加過全國大學生電子設計競賽并獲省2等獎及以上的隊，如果希望參加2014年的省電子設計競賽，也需要重新報名，該隊允許不參加學院組織的培訓，也可以不參加校競賽，學院將直接推薦參加暑期集訓，并參加浙江省大學生電子設計競賽。如果由1名獲二等獎以上的隊員重新與另外獲獎隊員組隊，該隊可以不參加學院組織的培訓和制作作品，但必須參加校電子設計競賽的選拔，方可參加暑期集訓和浙江省大學生電子設計競賽。5、獲2013年TI創(chuàng)新項目資助的學生必須組隊參加校電子設計競賽、選拔后參加暑期集訓和省電子設計競賽。三、組隊原則及上交作品電子大賽三個人為一組，一般分工為：一個負責軟件（至少51單片機要學會），一個負責硬件（電路和畫板），一個負責論文。先找好搭檔分工好。每位自己硬件和軟件都要會一點。負責硬件的多看些模電和數(shù)電的知識。負責軟件的多看單片機（重要）。注意：比賽時和平時三個人一定要多溝通！如何完成第一個作品1、截止4月20日，每隊至少提交1個作品。可以是以前電子設計題目的作品，也可以是自選的題目。一般來說是有單片機控制的，除非是高性能的模擬系統(tǒng)。元器件自費。2、可以采用洞洞板焊接的系統(tǒng)，但要求布局美觀，最好是自己制作PCB板。3、學會使用示波器、信號發(fā)生器、萬用表，調(diào)試自己制作的系統(tǒng)。4、第2教中201實驗室、電子學院學生科協(xié)作為開放實驗室，大家可以去預約制作調(diào)試。5、可以找電子學院的老師作為指導教師在老師的實驗室完成。在4月底學院測試時提前向聲明。1、確定試題方向，補充相關基礎知識從歷屆電子設計競賽試題來看，一般可以分為控制類（以小車為代表），儀器儀表類（除了示波器，頻率計這類題目還包括一些數(shù)據(jù)采集處理類的題目），通訊類（調(diào)制、解調(diào)、無線通訊），電源類（電壓源，電流源，開關電源等），寬帶放大器類等這幾個類型。大家應該有針對性地做準備，確定自己的方向，再進行訓練。這幾年各類之間在相互滲透，出現(xiàn)了交叉的題目。已經(jīng)有一定基礎后2、準備常用模塊（1）電源模塊+12V（LM7815），-12V（LM7915），+9V(LM7809)、-9V(LM7909)、+5V(LM7805)、+3.3V(LM1117)較為常用。如果做成可調(diào)的采用正電源LM317，負電源采用LM337。如果用電池那么還要考慮升壓模塊（DC/DC)，設計時要有一定的功率；（2）最小系統(tǒng)和系統(tǒng)的擴展，最簡單的采用單片機STC89C52,上面應該有顯示器、按鍵、晶振、EEPROM等,將I/O引腳引出，可以擴展一些I/O口，如果題目允許干脆加CPLD/FPGA；2、準備常用模塊（3）驅(qū)動模塊，電機驅(qū)動L298必備，也可以考慮準備CMOS，步進電機控制可以考慮加L297，繼電器電路也可以做一下，用ULN2803或者ULN2003；（4）各類傳感器模塊，可以準備尋跡光耦（RPR220），霍爾傳感器（A04E）和磁鋼，光電槽和碼盤，避障的光電開關，趨光的光敏電阻或者光敏二極管，另外最好準備些以前比賽中出現(xiàn)過的傳感器，比如接近開關（探測金屬），角度傳感器，超聲波等等；各類無線傳感器(315MHZ，2.4GHZ)（5）信號處理模塊.比如光耦我們希望它輸出開關量，所以配合光耦，比較器模塊是必備的（推薦LM339、LM393），又比如信號回來需要放大，那就需要用到運放，適當準備幾塊運放的芯片比如（TL082、TL084）；

（6）AD/DA模塊。其實在控制類方面DA在歷屆比賽中用的并不多，但AD卻是經(jīng)常出現(xiàn)，比如角度傳感器進來的電壓信號通過AD轉(zhuǎn)化成數(shù)字；

2、準備常用模塊（7）顯示模塊：LCD，數(shù)碼管，LED，蜂鳴器一個不能少，為什么用了LED還用數(shù)碼管呢，為什么峰鳴器也是顯示模塊呢，這里的顯示人機接口，比如在平衡點穩(wěn)定了，讓峰鳴器響；

（8）鍵盤模塊，有輸出當然要有輸入。

（9）其他：控制類題目電機是必備的，要有條件把減速電機、步進電機、測速電機都準備好；說到電機，那么聯(lián)軸器就要準備了，這說明做電子的時候也要適當準備些機械的東西；又比如說考慮周到點，無線通信模塊也加進去，那么機、電、光、聲、磁就都有了。

2、準備常用模塊3、軟件上的準備（1）LCD顯示程序、鍵盤輸入程序；（2）AD\DASPI傳輸程序；（3）AD采集后數(shù)據(jù)處理算法；（4）電機控制程序，要把減速電機做到像步進電機一樣一步步走，光調(diào)速是不夠的，提到調(diào)速就要說下面一點PWM了，要把步進電機通過頻率和細分調(diào)速調(diào)到滿意。（5）PWM通道和比特率輸出；（6）延時和定時（這里的延時指用軟件延時，這里的定時指用定時器）；（7）秒表、測速、測距、尋跡算法、避障算法等等；（8）其他。I2C讀寫程序4、學會查找DATASHEET可以查到許多元器件的資料

可以有設計方案文章WWW.TI.COM

是德州公司的網(wǎng)站，可以下載元器件資料和軟件資料校圖書館的電子圖書5、報告文檔（1）正文不超過8000字（6頁）；（2）系統(tǒng)方案包括方案比較、方案論證、方案選擇。敘述設計思路，總體方案組成和說明，對各個組成部分作詳細說明，給出框圖、原理圖、軟件流程圖。通常要提出兩、三個方案，并對兩、三個方案進行比較，說明采用其中一個方案的理由。（3）理論分析與設計根據(jù)設計要求達到的性能指標及實現(xiàn)的功能，必須進行理論分析及必要的計算，說明如何保證，進行電路參數(shù)的計算及元器件的選擇；——按題目要求分類寫5、報告文檔（4）電路與程序設計（a）說明各單元模塊的功能，同時進行電路設計(b)特殊器件的簡介；(c)說明軟件設計原理及設計所用工具；(d)畫出軟件設計結(jié)構圖、說明其功能；(e)畫出主要軟件設計流程框圖,應包括主程序流程框圖、中斷服務子程序，簡單的通信協(xié)議。（5）測試方案與測試結(jié)果：包括系統(tǒng)指標參數(shù)及功能的測試，說明測試方法與測試內(nèi)容。（a）列出主要的測試儀器、儀表；（b）系統(tǒng)測試：（c）測試結(jié)果分析：四、賽前學習內(nèi)容1、學單片機（51、430、PIC、AVR、ARM、STM32）、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字電路、CPLD/FPGA設計、C語言、微機接口RS232\RS485\2、模擬電路。放大、低通濾波、高通濾波、帶通濾波。3、CPLD/FPGA編程/模擬用QuartusII4、單片機模擬用Proteus

四、賽前學習內(nèi)容5、模電模擬用Multisim

6、單片機編程用Keil，用的C語言和匯編7、嵌入式還要用到Linux的內(nèi)核8、AltiumDesigner畫PCB板

9、自己制作PCB板，將設計的PCB通過轉(zhuǎn)印紙印到銅箔板上，再用環(huán)保腐蝕劑腐蝕得到PCB板注意事項系統(tǒng)的劃分電源濾波模擬電路和數(shù)字電路屏蔽和匹配布局、布線（地線、電源線、信號線)及接地10.PCB設計電磁兼容性設計原則：減小循環(huán)電流回路面積，從而降低磁場輻射減小導線線路壓降，從而降低電場輻射系統(tǒng)硬件制作的三要點系統(tǒng)方案設計、器件選擇結(jié)構、工藝指標測量推薦使用雙層PCB板底層——地線面頂層——信號路徑頂層電源、信號路徑線無路徑線處均用地線填充（大面積）頂層地線用多個金屬穿線與底層地線面相連集成芯片接地腳盡量穿孔連接到接地層數(shù)字地和模擬地分開，單點相連（防止地阻抗耦合）模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路模擬電路模擬地數(shù)字地A.地線原則：回流路徑盡量短；地電流在關鍵點處產(chǎn)生的干擾應最小定義——電流能夠流回源的一條低阻抗路徑注意——地線是有阻抗的電源濾波——減小芯片間、芯片內(nèi)不同區(qū)域間耦合B.電源濾波與電源線電源線布線為星形結(jié)構VCC1VCC每個節(jié)點必須有大的去耦濾波電容（在工作頻率處的接地電阻小于1歐）濾波電容的接地點盡量靠近芯片地電源線盡量不要靠近敏感的信號線電源是頻率成分最復雜的部件五、借用TI實驗儀器箱1、LaunchPad手持板2、MSP-EXP430F5529實驗板3、DY-FFTB6638實驗箱4、TIVACortex-M4與TI高性能實驗套件在第2教學樓中樓3391、LaunchPad手持板可以每隊借用一套MSP-EXP430G2LaunchPad。大家可以上/launchpad得到免費的編譯器和調(diào)試器可以通過USB接口連接到PC機2013年全國電子設計競賽中有有些高校的參賽隊利用該模塊作為控制器，最后獲獎的。2、MSP-EXP430F5529實驗板MSP430USB開發(fā)平臺安裝有SD卡接口102*64點陣LCD3軸加速度計可以上網(wǎng)/msp430usb等

由于包含部件多，直接利用該板作為控制器會被取消資格，但利用該實驗板學習430還是很好的。

我們現(xiàn)在只有40套3、DY-FFTB6638實驗箱采用MSP430F6638安裝有多種模塊，如RS232C、RS485、USB、紅外線等的接口TFTLCD顯示器,字符型LCD,LED接口有矩陣式按鍵、TOUCHPAD輸入接口有小型的直流電機、步進電機的接口還有2.4GHZ的無線控制接口CC1101模塊等該實驗箱是上海德研電子公司生產(chǎn)的。

我們現(xiàn)在只有20套。4、TIVACortex-M4與TI高性能實驗套件

利用TIVACortex-M4(TM4C123G).實驗控制板進行ARM程序設計實驗箱提供了母版、LED板、DC-DCbuck模塊、測頻及鎖相環(huán)模塊、電機驅(qū)動模塊、MDAC模塊、LCD模塊等

2013.08.27杭州電子科技大學國賽電子元器件采購清單1、引腳電阻（1/4W）：2、6.8、10、12、15、62、68、82、91、100、300、470、1K、3K、3.3k、4.3K、5.1K、6.2k、9.1K、10K、20K、24K、33K、47K、51K、200K、270K、820K、4.7M、10M各1盒2、貼片電阻（0805）0Ω、2Ω、5.1Ω、10Ω、20Ω、120、240、330、475Ω、499Ω、680Ω、3K、4.7K、6.8K、8.2K、12K、30K、47K、62K、120K、200K、1.1MΩ、2MΩ、5.1MΩ各1盤3、精密電位器：5K、50K、100k、200K各50只

100Ω、1K、10K、20k、各100只4、電解電容：10UF/16V、1000uF/16V、2200uF/16V、3300uF/16V、220UF/35V，470UF/35V1000UF/35V、2200uF/35V、3300uF/35V、4700uF/35V、220UF/50V，470UF/50V1000UF/50V、2200uF/50V、3300uF/50V

各1包5、獨石電容：0.1uF、0.1uF各1包6、可調(diào)電容3-10PF、6-25PF各1包7、貼片電容（0805）：10P、22P、27P、33P、47P、100P、150P、220P、1500P、0.01uF、0.015uF、0.022uF、0.033uF、0.047uF、1uF、各1合8、功率電阻（1W）：0.1Ω、0.2Ω、各100只（各1小包）（10W）：1Ω、2Ω、100Ω各50只9、熱敏電阻：10kΩ100只10、色環(huán)電感:2.2uH、100uH各200個11、常用運放：

uA741、TL081、LM324

、NE5532

、OP37

各100只12、單片機：

MEGA128、PIC18F452、STM32F103ZET6各30片13、比較器：LM311、LM339各100只14、A/DD/A轉(zhuǎn)換器

TLV5624、TLC5615、TLC5540各30片ADC0809、DAC0832各30片AD770530片15．數(shù)字電路：(DIP)74HC04、74HC00、74HC08、74HC07、74HC14、74HC74、74HC123、74HC161、74HC573、CD4051、CD4052、CD4060、74LVC4245各100只16、字符控制器74HC595100片17、壓控振蕩ＶＣＯ：HC404650片18、通訊芯片MAX232C50片19、串EEPROMAT24C6450片

20、變?nèi)荻O管：1SV215（3.2pf~30pf）1小包21、三極管：

2N3904、2N3906各1包2SK332、2SC1971各1包TIP122、TIP127、IRF540、IRF640、各1包L297、L298N各100只21、二極管1N4148、1N4007各1包

1N5819、1N5408、FR107各1包SS14、SS34各1包22、AC/DC功率因數(shù)變換器L656130片23、DC/DC變換芯片UC384230片24、兩相步進電機驅(qū)動芯片THB712830片25、橋堆：600V/3A50只26、功率MOS管：

IRF540、IRF640、IRF3205

、IRF9540各100只

27、IC管座：DIP810條、DIP1410條、DIP1610條DIP2010條、DIP2420條

DIP4020條28、無線收發(fā)模塊

433MHZ20只29、撥碼開關：2位、4位、8位各20只30、單股連接線（細）：綠、白、黑各1卷31、單股連接線（粗）：紅、黑、藍各1卷32、帶示波器接頭連線：2０條33、杜邦線：40芯×30cm長100條34、電壓基準芯片：MC1403-2.5V50只35.繼電器：

G6A274/DC5V100只36、音頻放大器：LM38630片37、數(shù)控電位器：:X9C104ST150只38、光耦：4N25、4N38各1包39、發(fā)光管：3mm紅、黃、綠各1包40、晶振：24M/22.1184M/16M/10M/11.0592M/7.3728M/32.768KHZ各1小包41、LCD顯示器64×128點陣20個１６０２字符型5０個42、3V蜂鳴器：1小包43、紅外發(fā)光管和HS0038B接收頭100對44、

PCB通用板：大、中、?。ㄓ凶韬福┓謩e100、100、200塊

PCB洞板（?。?00塊

PCB敷銅板：單面3m2

PCB敷銅板：雙面1m2

45、PCB板腐蝕劑（環(huán)保）5kg46、散熱片(TO220)（大于4cm高）

1大包47.電源變壓器220V/雙１５Ｖ2０Ｗ２０只48．有源鐘振20MHZ/40MHZ各30只49、焊絲：1mm、0.8mm、0.5mm各3卷吸槍2把膠棒

30支鉆頭（Φ0.8mm/1.2mm/2mm/3.5mm）各5盒鉆頭（Φ1mm）盒50、電源類芯片：LM1117-3.0V、LM1117-adj各100片51、電源類芯片LDO：DC/DC:MC3406350片DC/DC電荷泵：ICL7660CPAZ50片DC/DC：LM2575-ADJ50片

DC/DC：LM2576-ADJ50片三端穩(wěn)壓器：7805100只7905、7806、7906、7812、7912、LM317各５０只電壓基準芯片：MC1403-2.5V50只52、信號繼電器：G6A274/DC5V50只53、3V蜂鳴器：50個54、紅外發(fā)光管和HS0038B接收頭100對55、功率驅(qū)動芯片：IR4427S100片

IR211050片IR210350只56、液晶顯示器（１６０２）100塊57、數(shù)控電位器:X9C104ST1100只58、315M/433M模塊（收發(fā)）30對59、通用編解碼電路PT226230片60、通用編解碼電路PT227230片61、調(diào)頻接收芯片MC336320片62、紅外遙控接收,超聲波傳感器接收用芯片CX20106A63、發(fā)光管紅、綠、黃（Φ3mm）各1包64、輕觸按鍵（4mm×4mm）1包65、自鎖按鍵（4mm×4mm）1包66、短路帽（2.54mm）1包67、二位接插件（帶螺絲）200只68、二位接線端子200只69、單排針、座(2.54mm)各2包彎單排針、座各2包雙排針、座

各2包

70、晶振：22.1184M/12M/11.0592M/7.3728M/6M/4M/32.768KHZ各1小包71、電源變壓器220V/雙１５Ｖ2０Ｗ3０只72、HT131（達林頓輸出）直射式紅外光電傳感器100只73、ST198單光束反射式紅外光電傳感器200只74、霍爾傳感器和磁片200只75、455K陶瓷振子1包76.數(shù)字陀螺儀L3G4200D30片77.加速度計ADXL34530片78、超聲波傳感器30片79、角度傳感器30片2013年杭州電子科技大學申請芯片贊助序號PartNumberSimpleDescription1ADS1148IP