1、1第 8章 电子设计竞赛中应注意的一些问题内容提要电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛也不仅仅是实验竞赛，而是由一个参赛队共同设计、制作完成一个有特定工程背景的题目的优劣与快慢的竞赛。在竞赛中涉及到学生、教师、学校方方面面。本章介绍了赛前的培训组织，赛前题目分析和准备，以及竞赛过程中应注意的一些问题。知识要点：培训组织，队员的组合与分工，赛前题目分析，竞赛纪律，元器件的采购，休息和饮食。教学建议: 本章的重点是注意电子设计竞赛中组织培训、参加竞赛中的一些问题。有些问题是学生应该注意的，如竞赛纪律、设计制作、休息和饮食等。有些问题是教师应注意的，如赛前题目分析。有些问题是学校应注意的，如元器件的
2、采购，仪 器 设 备 、 场 地 等 。全 面 考 虑 设 计 竞 赛 中 可 能 出 现 的 问 题 ， 做 好 应 急 准 备 ， 是 保 证 竞 赛 获 得 成 功 的 基 础 。8.1 赛前的培训组织8.1.1 参赛队员的挑选全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的四大学科竞赛之一，是面向大学生的群众性科技活动。 参赛单位以普通高等学校为参赛单位，参赛学校应成立电子竞赛工作领导小组，负责本校学生的参赛事宜，包括组队、报名、赛前准备、赛后总结等。参赛队和参赛学生每队由三名学生组成，除研究生以外所有具有正式学籍的在校本科生、专科生都有资格参加。各学校可以根据本学校的师资、资金、设备、场地等实际
3、情况，组织学生参加。我们采取的方法是：“自愿报名，多次筛选” ，分 3 个阶段进行。首先是发动学生报名，组织学生进行相关的理论课程培训。通过第 1 阶段的培训，淘汰一部分学生。第 2 阶段组织学生进行相关的实践课程培训，通过第 2 阶段的培训，再淘汰一部分学生。第 3 阶段组织学生进行强化训练，通过第 3 阶段的培训后，确定参赛队员。有竞争就有压力，有压力就有动力。以南华大学 2003 年为例，第 1 阶段有 160 多人，第 2阶段有 80 多人，第 3 阶段有 30 多人，最后参赛队员 24 人。全国大学生电子设计竞赛的组织运行模式为：“政府主办、专家主导、学生主体、社会参与”十六字方针，
4、有条件的学校也可以动员社会力量参加，如公司企业给与一定的资助，2使更多的学生可以参加竞赛，得到这个机会。8.1.2 理论课培训对于本科院校来讲，参赛的学生是大三的学生，从课程安排来讲有些课程如单片机、可编程逻辑器件、传感与检测技术等是需要提前的。我们的组织方法是提前一个学年开始培训，基本的安排如下：第 1 个学期进行理论课程培训，用 16 周的星期 6 与星期日，每周 8 个学时，168128 学时。其中：单片机基础与编程 40 学时，可编程逻辑器件与编程 40 学时，Protel 电路设计软件 12 学时，EWB/Multisim 电路设计仿真软件 12 学时，传感与检测技术24 学时。单片
5、机和可编程逻辑器件课程按基础知识和实际编程两部分进行，以应用为导向，对理论知识不作全面的展开，特别是单片机指令和 VHDL 语言用多少学多少，根据实际编程需要讲解。特别注重软件开发工具的使用，接口电路的学习与训练。传感与检测技术按必需和够用的原则来安排课程内容，尽可能的利用现有的实验设备多做实验。理论培训课程表如表 8.1.1 所示。表 8.1.1 理论培训课程表课程名称 主要内容（知识点） 教学建议 学时数单片机内部结构与工作原理引脚端、内部存储器、中断、I/O、T/C、指令系统，介绍基本结构与工作原理，注重从应用的角度出发，采用“Black Box”方法，不过多的涉及内部的电路。指令的应用
6、在程序设计与开发系统使用中加深了解。 6单片机接口电路 键盘、显示器、D/A、A/D 接口电路工作原理与编程 6单片机程序设计 指令应用、程序结构，通过实际应用例分析指令特点，讲解程序设计方法6单片机基础与编程单片机开发系统 开发工具使用、程序汇编、实验系统使用，建议将实验系统提供给学生，利用课余时间多进行训练。22可编程逻辑器件与编程FPGA 内部结构与工作原理引脚端、CLB、IOB、内部存储器、互联资源，介绍基本结构与工作原理，注重从应用的角度出发，采用“Black Box”方法，不过多的涉及内部的电路。43VHDL 语言 VHDL 语言的程序结构、语言元素、基本语句、属性、子程序、基本数
7、字电路的 VHDL 描述，通过实际应用例讲解 VHDL 语言，分析其特点，讲解程序设计方法8FPGA 接口电路设计 参考单片机接口电路设计，重点讲解电路结构与编程 4FPGA 开发系统 开发工具使用、编程、实验系统使用，建议将实验系统提供给学生，利用课余时间多进行训练。24原理图设计 Protel/sch 环境设置、画图工具的使用、层次电路图设计、报表生成等，通过实际电路设计例讲解，在计算机多媒体教室讲授。6PCB 设计 PCB 基础、环境设置、网络表的引入与管理、组件管理、报表输出等，通过实际电路设计例讲解，在计算机多媒体教室讲授。6Protel 电路设计软件电路仿真分析 仿真元器件、仿真分
8、析、参数设置，通过实际电路设计例讲解，在计算机多媒体教室讲授。用多少讲多少，如仿真分析不要全部都讲。如果讲授 EWB/Multisim，此部分内容也可以不讲。6EWB/Multisim 基本操作文件的操作、仪器的使用、电路的创建等，通过实际电路设计例讲解，在计算机多媒体教室讲授。4EWB/Multisim电路设计仿真软件 EWB/Multisim 电路仿真和分析讲解电路仿真和分析方法，用多少讲多少，通过实际电路设计例讲解，在计算机多媒体教室讲授。8电子测量方法与原理测量方法、数据分析与处理，测量误差等。 4传感与检测技术传感器工作原理 传感器基本特性、材料、声光电等传感器工作原理，传感器信号处
9、理等，按必须和够用的原则讲解，尽可能的利用现有的实验室设备进行。208.1.3 实践课培训第 2 个学期进行实践课程培训，也用 16 周的星期 6 与星期日，每周 8 个学时，168128 学时。按照基础训练、仪器仪表使用、单元电路训练、单片机系统训练、可编程逻辑器件系统训练一步一步的进行。以实际动手能力的培训为主。4基础训练主要训练装配工具及使用方法、装配工艺、元器件识别、印制电路板设计与制作等内容。仪器仪表使用主要训练数字万用表、示波器、逻辑分析仪、LC 测试仪、频谱分析仪、信号发生器等仪器仪表的使用。单元电路训练包括电源电路、基本放大电路、射频功率放大器电路、正弦波发生器电路、非正弦波发
10、生器电路、比较器电路、限幅器电路、检波电路、电压/频率变换电路、电压/电流变换电路、光电、红外、超声、金属传感器电路、电机驱动电路、LED 和 LCD 显示与驱动电路、A/D 电路、D/A 电路等。所有电路训练都要求按照工作原理、电原理图、印制板图、装配图、电路调试进行实际制作和整理资料（设计报告） 。单片机和可编程逻辑器件系统训练包括最小系统设计制作、AD/DA 接口电路与程序设计、LED 数码管接口电路与程序设计、LCD 接口电路与程序设计、其他接口电路与程序设计、以及编程技巧、容易混淆的几个概念、常见错误类型及原因分析等内容。所有训练都要求按照工作原理、电原理图、印制板图、装配图、电路调
11、试、程序设计进行实际制作和整理资料（设计报告） 。实践培训课程表如表 8.1.2 所示。表 8.1.2 实践培训课程表课程名称 主要内容（知识点） 教学建议 建议学时数装配工具及使用方法、装配工艺通过实际操作演示与学生实际操作练习完成 1元器件识别 利用实际的元器件进行教学 2基础训练印制电路板设计与制作方法，注意事项利用多媒体教学软件介绍印制电路板的基本设计方法，演示实际印制板制作过程2稳压电源 提醒学生注意电源的操作过程与步骤（如电压的调节、电源开/关机的循序等）1仪器仪表使用数字万用表 档位调节，测量原理与方法，结合实际电路测量进行讲解。15示波器 面板操作，测量原理与方法，结合实际电路
12、测量进行讲解。1频率计 面板操作，测量原理与方法，结合实际电路测量进行讲解。1函数发生器 面板操作，工作原理，结合实际电路测量进行讲解。1其它仪器仪表使用频谱分析仪，LC 参数测量议等面板操作，测量原理与方法，根据学生所选择的训练题目要求，进行单独的训练，结合实际电路测量进行讲解。4电源电路 集成稳压电源、开关电源，要求学生完成电原理图、印制板图、装配图、实际制作、电路调试、设计总结报告（以下训练，要求相同）2放大电路 测量放大器、功率放大器（低频、高频） 4运算放大器电路 线性应用电路、非线性应用电路 8 传感器电路 光电、红外、超声、金属传感器电路，非电量与电量的转换电路，信号形式，与放大
13、器、微控制器的接口电路设计与制作8驱动电路 继电器、电机、LED、LCD 等驱动，与微控制器的接口电路形式设计与制作，部分电路可以结合单片机和 FPGA 系统训练进行。8单元电路训练A/D 与 D/A 电路、 与微控制器的接口电路形式，编程，可以结合单片机和 FPGA 系统训练进行。 6单片机最小系统电路板硬件设计单片机最小系统制作，要求学生完成电原理图、印制板图、装配图、实际制作、电路调试、设计报告（以下训练，要求相同）6单片机系统训练单片机最小系统电路板测试程序设计单片机最小系统电路板测试程序编制 46接口电路与程序设计A/D、D/A、LCD、LED、键盘、驱动电路设计与制作，部分内容可以
14、与单元电路训练结合起来训练。8编程技巧 分析一些程序例，结合电路进行讲解。 4FPGA 最小系统设计与制作FPGA 最小系统电路、印制板、电源电路的设计，要求学生完成电原理图、印制板图、装配图、实际制作、电路调试、设计报告（以下训练，要求相同）12FPGA 最小系统配置电路的设计PC 并行口配置、单片机配置、Spartan-器件的配置、各种模式的配置方式2Modelsim 仿真工具的使用 设计流程，功能仿真和时序仿真步骤，时序仿真步骤、查错分析注意基本操作方法。8FPGA 的最小系统板的下载 设计的实现过程，使用 iMPACT 配置 FPGA 最小系统板的过程，通过实例进行教学分析。2常见错误
15、及其原因分析语法错误、信号与变量、IFELSE 语句特点、CASE 语句特点、多时钟源的解决方案、执行时端口丢失等问题，通过实例进行教学分析。6可编程逻辑器件系统训练编程技巧 程序优化、状态机优化、片内资源的开发利用、毛刺与抗干扰、宏功能模块和 IP 核复用等，通过实例进行教学分析。68.1.4强化训练强化训练在暑假中进行，按 6 周进行。训练目标是模拟实际竞赛。以历年的竞赛题目为模板，适当进行一些调整。每周一个题目，全部训练要求按照实际竞赛要求进行， “竞赛采用“半封闭、相对集中” 的组织方式进行。竞赛期间学生可以查阅有关文献资料，队内学生集体商讨设计思想，确定设计方案，分工负责、团结协作，
16、以队为基本单位独立完成竞赛任务；竞赛期间不允许任何教师或其他人员进行任何形式的指导或引导；竞赛期间参赛队员不得与队外任何人员讨论商量。 ”。每次制作完成后，分软件编程、硬件制作、设计总结报告 3 部分进行分析比较和交流，找出存在的问题。强化训练可以根据本校的实际情况进行，需要考虑的主要问题有：7a. 经费？b. 竞赛选题方向？是全面展开？还是集中在某几个方向？8.1.5 队员的组合与分工在训练的第 2 阶段的后半部分，即单片机和可编程逻辑器件系统训练阶段，组织学生进行分组，分组原则按自愿组合进行。每组 3 人，按照软件编程、硬件制作、设计总结报告写作 3 部分进行分工，每个队员各有侧重，分工合作。每次制作完成后，分软件编程、硬件制作、设计总结报告 3 部分进行分析比较和交流，找出存在的问题。
