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电子设计竞赛与学生创新能力培养 西安电子科技大学电子工程学院 郭万有,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,电子设计竞赛与学生创新能力培养,赛制分析 培训思路 组织体系 实施方案 培训效果 经验教训,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,赛制分析,全国大学生电子设计竞赛“SONY”杯 全国大学生电子设计竞赛嵌入式系统专题赛“Intel”杯全国大学生电子设计竞赛信息安全技术专题邀请赛 陕西省大学生电子设计竞赛ALTERA 杯 NIOS 大奖赛 陕西省大学生德州仪器(TI)杯模拟及模数混合电路设计竞赛 全国大学生课外学术科技作品竞赛“挑战杯”西安电子科技大学大学生课外学术科技作品竞赛“星火杯”Microsoft嵌入式应用设计大奖赛 TI DSP应用设计大奖赛 Freescale(Motorola)单片机应用大奖赛/智能车邀请赛 ADI 创新设计竞赛 Xilinx开放源码大奖赛 Linear 模拟电路设计竞赛 NXP(philips)嵌入式系统设计大奖赛 Infineon杯校园设计竞赛,学科/综合 工程师/发明家普及/专题命题/开放,校园赛事,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,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。自1994年以来已举办了8届竞赛和3届专题赛。竞赛以队为基本单位，每队由三名具有正式学籍的在校本、专科生学生组成。竞赛采用全国统一命题、以“半封闭”方式进行。竞赛采用“一次竞赛、二级评奖”的方式进行评奖。竞赛颁发全国统一的获奖证书，竞赛成绩记入学生档案。,赛制分析,电子设计竞赛,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,培训思路,积极认真参与竞赛，丰富学生科技活动，推动教学改革与课程建设。建立科学有效的培训体系，培养学生提高专业理论水平、工程素质及创新能力，锻炼学生意志品德，树立协作精神。赛出成绩，赛出水平。,指导思想,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,电子设计竞赛赛前训练是精英教育模式的一个重要环节。培训内容应有针对性、继承性和前瞻性 培训应分阶段进行，兼顾知识梯度与受众面 注重基础知识与基本技能的培养 强化综合技能培养，激发创新能力 注意培养协作精神与竞争意识,培训思路,方法路线,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,组织体系,校竞赛组委会,领导小组,培训组,专家组,校领导院处领导组织成员,顾 问组 长成 员,组 长成 员,学院竞赛委员会,行政组,教练组,领 导成 员,主教练教 练,参赛队,队 长队 员,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,描述：以电子信息技术为主体或核心的系统 块：模块/单元电路/节点 路：信号/信息交互 性能：数字化、自动化、智能化 技术：嵌入式/单片机、EDA、CPLD/FPGA、DSP,电子系统,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,基本知识 涵盖电路分析、模拟与数字电路、高频/非线性电子电路主要知识点；单元电路分析、验证、设计方法；电路主要性能指标测量方法；重要基本概念：时域与频域、频率与相位、功率与效率，瞬态与稳态，有源与无源，调制与解调、传输与接收、同步与异步、集中与分布，线性与非线性，捕捉与跟踪，反馈、动态范围、精度、分辨力、阻抗、匹配、稳定度、调整能力等等。,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,基本技能 元器件识别、寻找、运用 常用仪器工作原理、使用方法；资料查阅：书、刊、网；电路设计与仿真；印刷电路板设计；工装：焊接、装配 电子测量方法：参数测量，准确度与误差分析 调试方法：故障分析和排除 文档整理：章节、文字、图表的规范化。,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,基本设计能力 掌握先进仪器使用方法（如数字存储示波器、逻辑分析 仪等）；掌握单片机/嵌入式、CPLD/FPGA、*DSP基 本知识；掌握更先进的工具软件、开发系统，结合硬 件实现较小电子系统的能力；掌握一些系统分析软件，能完成单元、系统 设计；,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,综合设计能力 实现小系统的设计实现能力；掌握常用传感器、执行机构的基本知识，和用简单的 或与本专业有关的光、机、电一体化组成系统的能力；能在网上查阅相关元器件资料，具有一定的选择能力，并能根据要求正确使用；具有绘制印刷板能力，并有初步的电磁兼容知识；具有接受和掌握“嵌入式系统”的开发能力；具有接受和掌握“SOC”的开发能力；,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,确定设计目标 系统分析 模块设计与实现 系统调试 系统测试 文档整理,实施方案,电子系统设计过程,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,设计过程：确定设计目标,需求分析：从非技术和技术两方面分析；性能设计：功能，技术性能与指标；支撑技术：关键技术，相关技术；实现方法：技术方法，技术路线；完成形式：原理/性能样机，实用样机。,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,设计过程：系统分析,块：系统可以按功能分解成若干个功能相对 独立、单一的单元模块;路：系统可以按照信号/信息交互特征分解成 若干信号传输、处理节点/模块。,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,系统分析：实时数字信号处理系统,麦克风,调理放大,抗混叠滤波,ADC,模数转换,DSP,数字信号处理算法,DAC,数模转换,数模转换,抗镜频滤波,功率放大,扬声器,键盘,摄像头,显示终端,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,系统分析：软件无线电系统,天线,LNA,VCO,ADC,低噪放大,高速采样,NCO,FIR,FIR,I,Q,DDC,数字基带信号处理,FIR,FIR,I,Q,DUC,NCO,DAC,高速转换,PA,功率放大,天线,射频、微波,数字中频（FPGA/ASIC）,数字基带,DUC,低通滤波,低通滤波,抽取,插值,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,系统分析：,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,设计过程：模块设计与实现,确定电路形式/确定软件框图与基本算法；理论分析与计算元、器件选择电路设计与仿真电路装配电路调试 电路测试,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,设计过程：系统调试,软件调试，硬件调试，系统调试（联试）功能调试与指标调试 调试内容、方法与手段 调试步骤,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,设计过程：系统测试,测试内容与测试方案 测试仪器与测试工具 功能测试与指标测试 测试数据记录与结果分析,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,设计过程：文档整理,方案论证与方案比较 理论分析与参数计算 单元电路设计与实现 软件设计 系统测试与数据处理 结果分析/结论,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,入门阶段：课外制作，锻炼动手，兴趣培养,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,模拟电子设计基础 数字电子设计基础、现代数字电子设计技术 单片机技术与应用设计、嵌入式技术 电子系统综合设计,实施方案,第一阶段：讲座内容,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第一阶段：部分讲稿,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第一阶段：部分讲稿,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第一阶段：考核内容,（四）仪器和基本技能简要说明下列器件的功能：(10分每空分)2标出下列阻容元件的参数(分每空分)电阻：金棕紫黄；电容：；.；4n7。写出常用EDA仿真软件。（3分每空分）单片机；数字电路和模拟电路仿真；系统仿真；写出你知道的2个著名的电子设计相关网站（电子技术综合、元器件、论坛）的名称。（2分每个分）；请写出中以下元件的原理图名称和一种印制板（PCB）封装.(分/每空分)电阻(1K 1/4W)；瓷片电容(1uF 63V)；如图所示的电路，（1）简述电路的功能(3分);(2)当工作不正常时，用万用表测得点和点的对地电压分别是V和V，试分析故障原因（5分）。（8分）,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第一阶段：考核内容,1、（8分）写出图1电路IL的表达式（UB9V）。2、（10）求图2所示有源滤波器的传递函数Auf(s)，定性画出其幅频特性|Auf(j)|，并判断该滤波器的类型。3、（10）图3所示电路中，A1、A2各构成什么电路，在同一张图上画出uo1和uo2的波形，并标出其振幅。调节哪些参数可以改变uo2的振幅？调节哪些参数可以uo2的频率？为了减小占空比，电位器RW的滑动端应该向上还是向下调整？,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第一阶段：笔试考核内容,图4,4、（18）在图4所示三端稳压器电路中，根据输入电压UI的方向将二极管正确接入电路的虚线圆内，构成桥式整流器。7812从1端输入电压，在3端输出，2端的静态工作电流IQ很小。当经过整流滤波得到的UI=15V时，计算负载上的电流IL和7812的管功耗P。,5、（10分）电路如下图所示，uI=2sint/V，试求这时：（1）uo的表达式；（2）输出功率Po（3）图中VD1和VD2的作用是什么？（4）设VT1和VT2的均为100，对运放输出电流Io有何要求？6、（14）设计一个基于运算放大器的信号调理电路，实现将Ui=2+2sint调理成Uo=2sint（2*106rad/s）。(1)画出电路图；(2)给出计算过程和计算公式；(3)标出所选元件值；对运算放大器性能有什么要求？,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,二、数字电路一、（15分）回答1.简述什么是组合逻辑，什么是竞争、冒险，在组合逻辑设计中应怎样避免竞争、冒险？2.什么是时序逻辑？描述时序逻辑电路的三个基本逻辑方程是什么？同步时序逻辑电路与异步时序逻辑电路的本质区别在哪里？简述同步时序电路的设计过程。3什么是FPGA？简述FPGA在现代数字系统设计中的作用，写出FPGA开发步骤。二、（15分）已知逻辑函数为 1.试用尽可能少的与非门实现F，并保证其可靠工作。2.试用数据选择器或译码器和少量逻辑门实现F。三、（20分）某信号产生电路的功能框图及其相关波形图如图所示：1.设计振荡器电路2.用分别用基本触发器和集成器件（如计数器、移位寄存器）设计序列信号产生电路，产生如下序列信号：,第一阶段：笔试考核内容,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第二阶段：培训内容,一、培训目标 设计单片机小系统，应用单片机小系统实现物理量采集、显示、处理控制、报警系统。1 单片机小系统硬件组成 人机通道：16-20键，8位LED数码或16x1字符液晶，4-8只LED状态显示，蜂鸣器1只 存储器：32K x 8B SRAM，256B 非易失性存储器，实时日历钟。前向模拟通道：2CH，增益、偏置均可调，带低通滤波，8bit A/D 后向模拟通道：2CH，8bit D/A,带平滑滤波及功率输出。通讯接口：三线制TTL电平，经驱动后支持RS232，SPI，I2C，CAN等。扩展电路：centronics并行打印口，总线扩展口，8bit I/O口 2 单片机最小系统基本软件设计要求 程序设计模块化：即功能相互独立、具有可移植性 键盘管理：软件削抖、功能键功能、编辑键功能 显示：显示提示，滚动显示，编辑操作与显示功能，菜单操作与显示功能 采集与控制：采集，处理，存储，模拟输出 数据处理：基本算法库、软件曲线拟和与插值功能、数字滤波、谱分析 通讯：I2C、RS232、打印,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第二阶段：培训内容,3 物理量采集、显示、处理控制、报警系统（以温度测量为例）假定温度传感器分别为热电阻、热电偶、电压/电流型IC、数字温度IC，并且都呈分段非线性，要求能够记录24小 时内每间隔6分钟及最近6分钟内每间隔2秒钟的4只传感器的温度值。用数码管实时显示选定的传感器号及相应的温度值，用双通道示波器实时显示24小时及6分钟的温度变化曲线。能够用数码管回调选定时刻的温度值，打印选定时段的温度记录曲线。计算并用数码管实时显示选定的传感器24小时内的平均温度、温度最大值、最小值、最大温差、积温；设立系统自动校准功能。用水泥电阻作为控温元件，将其置于数字温度IC上，分别采用模拟线性功控及PWM功控方法将水泥电阻温度控制在设定的温度值附近。为每一路温度传感器设计越限报警功能。当某路传感器温度超越设定的温度上下阀值时，即产生相应的声光报警信号并显示该传感器的温度值，直至温度回到门限内或通过用控制键解除警报。设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第二阶段：培训内容,二、进度安排1印制版设计阶段（三：2、3、4、5）2小系统调试阶段（三：1、7、8、9）3应用系统设计与调试阶段（三：6、10、11、12）三、培训指导内容（60课时）1、仪器原理与使用 4+4 模拟示波器 基本原理，主要性能指标，触发（方式、源、条件），垂直（灵敏度、偏移、耦合方式、合成方式），水平（扫速/时基、位移、扫描方式、释抑调整、时基拓展），显示方式（YT、XY、XYZ），显示调整（聚焦、亮度、标尺），AB方式，探头匹配调整与使用。数字存储示波器 基本原理，主要性能指标，自动设置，触发（方式、源、条件、电平），垂直（灵敏度、偏移、耦合方式、带宽、通道数学合成、反相功能），水平（扫速/时基、位移、扫描方式、释抑调整、主时基与时基拓展），冻结与拓展（水平、垂直）、测量（幅度、时频），光标功能，显示格式（YT、XY），存储与比较，显示方式（点阵、矢量），显示调整（余灰、对比度），探头匹配与使用。混合示波器 基本原理，主要性能指标，自动设置，触发（方式、源、条件、电平），垂直（灵敏度、偏移、耦合方式、带宽、反相功能），水平（扫速/时基、位移、扫描方式、释抑调整、主时基与时基拓展），冻结与拓展（水平、垂直），测量（幅度、时频、FFT），光标功能，显示格式（YT、XY），存储与比较，显示方式（点阵、矢量），模拟探头匹配与使用，打印、存盘，逻辑分析仪功能。,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第二阶段：培训内容,信号源 性能指标，信号类型，幅度（量程，微调，偏置），频率（量程，微调），占空比，扫频范围，测频。电源 三用表 仿真器 编程器 2、常用工具软件使用 4+4+4+4 仿真器开发软件的安装与使用 Mulitesim2001仿真软件使用 protel99se使用 Max+plusII使用 C51原理 keilC51使用3、常用元器件与电路 4 电阻、电容、电感、二极管、三极管、可控硅、继电器的分类、型号规格与识别、用途、封装 标准数字逻辑集成电路分类、规格、型号、封装 运算放大器分类、规格、型号、用途、封装 A/D、D/A转换 可编程逻辑器件的印制版设计与编程下载 缓冲驱动与接收、功率驱动、差分驱动与接收，光耦接口电路（）V/F、F/V、I/V、V/I转换、PWM、PFM、滤波、PLL、VCO、555等特殊功能电路,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第二阶段：培训内容,4、单片机小系统组成原理与硬件设计 45、单片机小系统软件设计 46、单片机应用系统设计-温度采集、显示、控制、报警系统的设计与实现 47、模拟通道设计 4 放大调理（增益、偏置、频响、带宽、极性）滤波调理 电源（单/双、模拟/数字地、虚地发生）功率驱动 A/D、D/A设计 8、接口扩展与通讯 4 总线式、串行、并行 I/O扩展、存储器扩展 常用通讯接口 无线通讯：射频、红外、激光,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第二阶段：小系统设计培训,9、电子系统测量原理与方法 4+4 电阻、输入阻抗、输出阻抗、电容、电感（恒流、恒压、电桥法）电压、电流 传输特性（幅频、相频）频率、周期测量10、将示波器作为显示终端 211、使用单片机控制打印机 2 12、电子设计竞赛文档整理 213、信息获取 2 推荐书籍与杂志 资料与开发技术网站 器件供应商 样片索要四、其他工作1、器件资料、工具软件、应用技术、往届搜集、汇总、刻录与打印2、参考书订购3、元器件采购4、印制版加工5、小组工具准备与钳工桌工具准备6、选手个人实力及精力投入摸底,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第二阶段：小系统设计培训,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第二阶段：小系统培训,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第二阶段：动手选拔考核,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第二阶段：动手选拔考核,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第三阶段：应用系统设计,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第三阶段：应用系统设计,电子工程学院03电子竞赛第三阶段培训计划1.信号测试分析：李锋林，刘华敬信号产生、测量、分析、处理、传送、显示打印 例：心率测试，电子听诊，水声检测与识别，超声测距，探物（导盲），数控滤波器2数字式仪表：刘华敬，彭克昌 信号发生，信号测量，信号处理及显示打印 如：数字式红外体温计，晶体管仪，工频移相器，相位计，低频信号分析仪、分贝计3自动控制：董大威，李俊 传感器及电路，电机（伺服/步进控制），功放 例：电动车寻迹，寻物（动/静目标），条码识别4电力电子：李俊，董大威，李锋林等 PWM,PFM,DCDC 开关电源，功率信号产生与测量，温度控制系统 如：程控DCDC/开关电源、三相正弦发生器（PWM控制相位，恒功模式，加速模式，测功测相）、三相电监控（漏电、补偿）程控变频变压5通信：刘松华 无线数传，电话拨号、限时、记录、分析，无线收发机（子母电话、传呼），AV信号产生，无线远程监控报警、基带（PCM、AM、PM、QAM）产生与传输。6消费电子：彭克昌、刘松华、董大威、李俊、电子密码锁、里程车计价器、智能家居、数字化/程控化基础电路要求：1，2题用点阵LCD,CPLD/FPGA,鼠标/手写板 3，4，5、6题用LED或字符LCD或小尺寸点阵LCD，无线/红外数传/遥控,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案,第三阶段：应用系统设计,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案-培训阶段规划,第三阶段：应用系统设计,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,实施方案-培训阶段规划,冲刺阶段：针对性训练,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,培训效果,获奖情况,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,培训效果,创新实践,1999年最早用示波器作为图形显示终端 1999年最早数字信号处理方法实现工频交流电测量 1999年最早一批采用FPGA实时采集存储、分析显示信号 2001年最早一批采用FPGA实现DDS信号产生 2003年最早使用NIOS作为处理器 2005年使用DSP作为处理器 2007年应用SOPC技术在FPGA上完成音频信号分析题目,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,培训效果,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,“频率特性测试仪”,“简易数字存储示波器”,培训效果-部分获奖作品简介,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,工频有效值多用表,任意波形发生器,智能电动小汽车,手持式电子阅读器,宽带放大器,数字相位计,部分获奖作品简介,培训效果-部分获奖作品简介,2023/11/16,电子设计竞赛与学生创新能力培养 郭万有,总结,科学有效的培训体系是取得成绩的关键 培训工作有助于优化教师知识结构 培训工作对课程改革及实验室建设有促进作用 如何培养出顶尖水平的队伍还需要努力探索,谢谢！电子工程学院 郭万有,