电子设计竞赛与实践创新能力培养定稿(合肥工大.2012).ppt

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电子设计竞赛与实践创新能力培养（合肥工业大学.2012）解放军电子工程学院王振宇1第一部分：

概论第二部分：

培训第三部分：

要点第四部分：

解答第五部分：

思考2第一部分概论31、安徽省电子设计竞赛发展历程1999年：

首次参赛（江苏赛区）2001年：

赛区成立2003年：

1项全国一等奖（液体点滴速度监控系统，电子液体点滴速度监控系统，电子工程学院工程学院）2006年：

省首届电子设计竞赛（约85个队参赛）2007年：

1项全国一等奖（电动车跷跷板，电子工程学院，电动车跷跷板，电子工程学院，约120个队参赛）2009年：

1项全国一等奖（宽带直流放大器，合肥学院宽带直流放大器，合肥学院）2011年：

约220个队参赛42、获奖证书5673、我院本科生创新能力培养计划数学建模；英语讲演；计算机编程；电子设计；科技训练。

8第二部分如何培训学生的电子设计能力91、竞赛课题分类简易数控直流电源简易数控直流电源1994年第一届年第一届直流稳压电源直流稳压电源1997年第三届年第三届数控直流电流源数控直流电流源2005年第七届年第七届三相正弦波变频电源三相正弦波变频电源2005年第七届年第七届开关稳压电源开关稳压电源2007年第八届年第八届光伏并网发电模拟装置光伏并网发电模拟装置2009年第九届年第九届电能收集充电器电能收集充电器2009年第九届年第九届开关电源模块并联供电系统开关电源模块并联供电系统2011年第十届年第十届10电源类信号源类实用信号源的设计和制作实用信号源的设计和制作1995年第二届年第二届波形发生器波形发生器2001年第五届年第五届电压控制电压控制LC振荡器振荡器2003年第六届年第六届正弦信号发生器正弦信号发生器2005年第七届年第七届11高频无线电类简易无线电遥控系统简易无线电遥控系统1995年第二届年第二届调幅广播收音机调幅广播收音机1997年第三届年第三届短波调频接收机短波调频接收机1999年第四届年第四届调频收音机调频收音机2001年第五届年第五届单工无线呼叫系统单工无线呼叫系统2005年第七届年第七届无线识别装置无线识别装置2007年第八届年第八届无线环境监测模拟装置2009年第九届年第九届12测试仪表类简易电阻、电容和电感测试仪简易电阻、电容和电感测试仪1995年第二届年第二届简易数字频率计简易数字频率计1997年第三届年第三届频率特性测试仪频率特性测试仪1999年第四届年第四届数字式工频有效值多用表数字式工频有效值多用表1999年第四届年第四届简易数字存储示波器简易数字存储示波器2001年第五届年第五届低频数字式相位测量仪低频数字式相位测量仪2003年第六届年第六届简易逻辑分析仪简易逻辑分析仪2003年第六届年第六届13测试仪表类集成运放参数测试仪集成运放参数测试仪2005年第七届年第七届简易频谱分析仪简易频谱分析仪2005年第七届年第七届音频信号分析仪音频信号分析仪2007年第八届年第八届数字示波器数字示波器2007年第八届年第八届简易数字信号传输性能分析仪简易数字信号传输性能分析仪2011年第十届年第十届14数据采集与处理类多路数据采集系统多路数据采集系统1994年第一届年第一届数字化语音存储与回放系统数字化语音存储与回放系统1999年第四届年第四届测量放大器测量放大器1999年第四届年第四届数据采集与传输系统数据采集与传输系统2001年第五届年第五届高效音频功放高效音频功放2001年第五届年第五届宽带放大器宽带放大器2003年第六届年第六届程控滤波器程控滤波器2007年第八届年第八届宽带直流放大器宽带直流放大器2009年第九届年第九届数字幅频均衡功率放大器数字幅频均衡功率放大器2009年第九届年第九届LC谐振放大器谐振放大器2011年第十届年第十届15控制类水温控制系统水温控制系统1997年第三届年第三届自动往返电动小汽车自动往返电动小汽车2001年第五届年第五届简易智能电动车简易智能电动车2003年第六届年第六届液体点滴速度监控系统液体点滴速度监控系统2003年第六届年第六届悬挂运动控制系统悬挂运动控制系统2005年第七届年第七届电动车跷跷板电动车跷跷板2007年第八届年第八届声音导引系统声音导引系统2009年第九届年第九届基于自由摆的平板控制系统基于自由摆的平板控制系统2011年第十届年第十届智能小车智能小车2011年第十届年第十届16竞赛是平台；学生是主体；教师是指导；院校是后盾。

能力培养是第一位，竞赛获奖是第二位。

教师的能力提高了，授课质量就提高了；学生的能力提高了，获奖就水到渠成了；有了名师有了高徒，学校知名度就上了。

2、能力培养要求17培养学生的四大能力电子系统设计能力可细分为方案论证能力；软件编程能力；硬件设计/制作能力；系统调试能力。

18对学生的要求19有坚实的理论基础；对电子设计有兴趣；有较多课余时间进行实践探索；有团队协作精神。

只有在学生掌握了理论知识后，将所学理论知识用于实践，实实在在地设计并制作一个完整的电子系统，积累经验，才能使他们的电子系统设计能力得到很大的提高。

19“先”、“勤”、“钻”、“动”基本技能欠缺；基本认知能力匮乏；基本仪器设备还不会熟练使用；基本的工具软件和常用芯片不会使用。

要精通模电、数电和单片机；要有较宽的知识面、丰富的实际经验和较强的电子系统设计能力；要有甘为人梯的精神，要积累资料，要毫无保留地把知识传授给学生。

对教师的要求2021在指导过程中，要注意宏观把握课题总体方案，并提出在研制过程中可能遇到的技术难点，以引起学生的重视。

在学生遇到困难时，首先应引导学生查阅相关的资料，再针对学生提出的解决方案进行讲评，要指出错在什么地方，为什么错了；对于不完善的设计方案应指出哪些地方需要改进，怎么改进。

2122在任务上要落实；在设备、场地和经费上要支持；在政策上要鼓励和奖励。

对院校的要求22精选竞赛类型，提高领导等级，落实培训任务。

建专用实验室，开设选修课，模拟竞赛选拔。

省教育厅在明确的文件。

3、培训方法四阶段：

基础知识训练；模块设计训练；整机设计训练；提高创新训练。

三结合：

与课程教学相结合；与科技训练相结合；与毕业设计相结合。

23第一阶段：

基础知识训练在基础知识训练阶段，要求学生从使用普通器件、选用单元电路、画电原理图、焊接电路板、测试参数和单片机编程入手。

通过训练，受训学生要达到“六会”水平。

24六会：

251）会收集和消化相关技术资料；2）会使用仿真软件进行电路仿真；3）会用电路设计软件绘制电原理图；4）会焊接安装简单电路；5）会编写简单的单片机程序；6）会选择测试仪器测量电路的功能和技术参数。

25技术资料：

PDF文件（英文资料）；仿真软件：

MultiSim，TinaPro，Proteus；电路设计软件：

Protel；电路装配：

把原理图转换为电路实物；单片机编程：

汇编语言或C语言；性能测试：

功能测试、指标测试。

26第二阶段：

模块设计训练电子设计竞赛不允许电路整体化，强调电路模块化。

因此模块电路是电子设计竞赛中构成电子系统的基本组件。

通过模块电路的设计，可提高受训学生的设计水平，也为参赛作好知识储备。

并要求单个模块要与单片机结合起来，编写相应的程序。

对于每个模块，不仅仅要完成相应的功能，还要求学生掌握其技术参数。

不仅要有相应的电路和程序，还要有相应的电子文档和测试记录。

27常用模块1）键盘模块；2）显示模块；3）传感器模块；4）信号调理模块；5）数据采集模块；6）数据存储模块；7）电机驱动模块；8）强电控制模块；受训学生要根据受训学生要根据自己研究的方向准自己研究的方向准备部分常用模块。

备部分常用模块。

28键盘模块29显示模块LED：

数码管；LCD：

字符型、点阵型；30硬件资源51系列AT89S52AVR系列ATmega16STC系列STC12C5A32S2位数888Flash（bytes）8k16k32kSRAM（bytes）1282k1.28kEEPROM（bytes）无1k29k嵌入式ADC无8通道/10位8通道/10位嵌入式PWM无4路2路通信口UARTUART，SPI，I2C2个UART，SPI，I2C晶振频率（MHz）331633指令周期12个振荡周期1个振荡周期1个振荡周期封装形式DIP/40pinDIP/40pinDIP/40pinISP支持支持支持价格约10元约20元约10元单片机31传感器模块红外光传感器-小车寻迹；可见光传感器-引导小车；超声波传感器-测距，避障；倾角传感器-测角度偏差；霍尔传感器-探测金属、测转速；温度传感器-测温度；重量、方向、烟雾、酒精、气体、流量传感器。

32信号调理模块数据采集模块小信号放大；直流偏置；波形整形；门限电平设置；滤波。

ADC：

低速、高速；低精度、高精度；并行、串行；片内、片外。

模拟带宽DAC：

电流型、电压型；低速、高速；低精度、高精度；并行、串行。

33数据存储模块片内存储：

RAM；EEPROM。

片外存储：

UVEPROM，EEPROM，U盘；RAM：

单口RAM，双口RAM，FRAM。

FIFO：

高速缓存。

34电机驱动模块直流电机：

PWM波（占空比）步进电机：

相序、功率353636强电控制模块双向可控硅：

固态继电器：

37第三阶段：

整机设计训练在整机设计训练阶段，用往届全国竞赛题目为培训内容，要求受训学生综合运用前两个阶段所学的知识去进行方案论证，功能、指标分割，电路、器件选型。

在方案论证时，要求学生要把题目要求当作产品设计的需求，要按照最完善的功能和最高的技术指标去设计电路和选择元器件。

所制作的作品必须模块化，调试时要一个模块、一个模块地增加，最后完成整机的装配和调试。

同时还要求学生把理论知识与电路设计结合起来，学会总结、学会提高、学会撰写科技论文。

38第四阶段：

提高创新训练39在提高创新训练阶段，主要是训练学生学习新技术、使用新器件的能力。

比如FPGA、DSP、ARM，专用芯片、高速宽带器件等。

由于涉及到许多新知识，可能找不到更多的参考资料，更需要学生去探索、去创新。

如果学生能进入到这个阶段，他们的电子系统设计能力将会有突破性进步。

39培养学生的协作精神课题负责人制：

一名学生为课题负责人，其主要任务是与指导教师的协调，与其他参赛学生之间的协调。

参赛学生分工明确，各施其责，协作攻关。

40第三部分注意要点41注意要点1、方案论证要以课题全部明确的设计要求（功能和指标）为依据。

酌情考虑“其他”，要考虑实用性；2、逐字逐句推敲设计要求，深刻领会其含义，特别是半明示或未明示的内容；3、尽量不要使用从未使用过的复杂器件，要挖掘现有器件的功能；4、理论为基础、经验为依据、考虑器件的实际技术指标；5、不要轻模拟、重数字，要综合考虑；42注意要点6、先模块调试、后系统调试，合理选择测试仪器、测试方法和测试点；7、撰写合格的作品设计报告；正文6页（A4纸，小4号）方案论证；理论分析；系统工作流程；主要关键电路和软件流程；测试仪器、测试方案和测试结果；结果分析与结论；参考文献。

438、不追求完美、要有舍有取，要坚持到底、永不言败；9、关键器件要备份；10、测试与讲解要思路清晰、谨慎操作，避免损坏作品；11、杜绝出现低级错误；12、不要临时换人。

注意要点44第一天上午：

8点下载试题、9点选定试题、11点确定具体实施方案；1名学生开始分析资料、撰写论文（课题负责人）；1名学生编写单片机程序；1名学生设计并制作硬件电路。

第一天下午至第二天：

软件、硬件模块设计与制作；第三天：

模块调试（功能与指标）、修改设计；第四天：

系统联调、完善作品（提高指标、新增功能）、功能指标测试、论文定稿。

竞赛时间安排454647第四部分问题解答481.多单片机系统通信的具体实现有线通信系统有线通信系统和和无线通信系统单片机（MCUMicroControlUnit）异步串行通信口：

UART（TXD、RXD）同步串行通信口（CLK同步）：

I2C、SPI49异步串行通信口异步串行通信口计算机通用串行口（COM1）开始设置控制面板系统硬件设备管理器端口端口设置通讯端口起始位数据位校验位50总线选择总线选择485总线：

通信距离1.2km（3km）