電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽過(guò)程總結(jié)和注意事項(xiàng)

電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽過(guò)程總結(jié)和注意事項(xiàng)1.方案論證方案設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要、關(guān)鍵的一步，直接影響設(shè)計(jì)的成敗。方案構(gòu)思這方面主要由設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和閱歷所決定，即所謂的見(jiàn)多識(shí)廣，需經(jīng)歷一定的時(shí)間過(guò)程；在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先，其原理是完全可行的；其次，最好有成功的設(shè)計(jì)案例可查。以2011年全國(guó)電子競(jìng)賽為例，簡(jiǎn)易電阻測(cè)試儀其要求是測(cè)量10M的電阻，按經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，常用方法是恒流源和雙積分，恒流源只適用于低阻值的電阻，雙積分適用于高阻值電阻，這在數(shù)字萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)中得到了充分的應(yīng)用，是一個(gè)成功和大家認(rèn)可應(yīng)用實(shí)例，其原理不存在任何的問(wèn)題。用雙積分AD電路芯片可實(shí)現(xiàn)電阻的測(cè)量，在加上量程切換電路和單片機(jī)的控制顯示完成方案的初步設(shè)計(jì)。在后面的模塊電路設(shè)計(jì)和電路調(diào)試過(guò)程中，對(duì)方案進(jìn)行不斷的優(yōu)化。前期準(zhǔn)備：以鍵盤顯示板為例（成功案例）常用模塊和單元電路設(shè)計(jì)，依據(jù)是分析電子競(jìng)賽以往題目和案例，以及指導(dǎo)教師的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，綜合上述這些因素，以教師指導(dǎo)學(xué)生完成的方式，對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作。根據(jù)競(jìng)賽規(guī)則要求，鍵盤顯示板可以事先制作完成，實(shí)際上可以把鍵盤顯示板功能進(jìn)行充分?jǐn)U展，增加功能有：PIO口控制、模擬量和開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)采集、頻率計(jì)數(shù)端口、PWM調(diào)制、通訊口（232、485、SPI）和紅外遙控功能，增加紅外遙控功能可以大大地充分?jǐn)U展鍵盤的功能，結(jié)果是鍵盤顯示板很容易滿足多種的應(yīng)用場(chǎng)合。以2011年全國(guó)電子競(jìng)賽為例，帆板控制和簡(jiǎn)易電阻測(cè)試儀均可滿足，如帆板裝置目標(biāo)板的控制、模擬數(shù)據(jù)采集、PWM調(diào)制和紅外遙控功能；簡(jiǎn)易電阻測(cè)試儀目標(biāo)板的控制、雙積分AD數(shù)據(jù)的采集、步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)。這樣，只需完成一塊目標(biāo)板設(shè)計(jì)就可以了，節(jié)省了時(shí)間，加快了進(jìn)度；另一優(yōu)點(diǎn)是鍵盤顯示板的可靠性高，通過(guò)改變軟件設(shè)計(jì)，容易滿足多種場(chǎng)合的需求。模塊電路設(shè)計(jì)，分析了以往題目和案例，感覺(jué)各類信號(hào)電平檢測(cè)電路不同程度存在缺陷，如用常規(guī)的運(yùn)放、RC、二極管來(lái)設(shè)計(jì)很難達(dá)到要求，常見(jiàn)問(wèn)題是：頻響問(wèn)題、小信號(hào)大信號(hào)線性問(wèn)題、電路一致性的問(wèn)題，給出實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程（電路圖、測(cè)量數(shù)據(jù)、分析和結(jié)論），過(guò)程控制（組件的先期測(cè)試和準(zhǔn)備）在方案的實(shí)施過(guò)程中，需明確方案的關(guān)鍵點(diǎn)是什么，如何操作和控制，在方案的開(kāi)始階段，對(duì)關(guān)鍵的器件和IC進(jìn)行測(cè)試、分析及資料閱讀，把握了器件應(yīng)用的關(guān)鍵要素，后續(xù)只是工作量問(wèn)題。以2011年全國(guó)電子競(jìng)賽為例，對(duì)帆板控制來(lái)說(shuō)，其核心是角度傳感器，存在問(wèn)題是：無(wú)資料、以往未接觸過(guò)和應(yīng)用先例，存在了解和認(rèn)識(shí)過(guò)程。第一步查資料、了解其工作原理和典型應(yīng)用實(shí)例；第二步按照典型應(yīng)用電路，對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)試、數(shù)據(jù)采集和分析，最好是多測(cè)幾次消除測(cè)量誤差，可以借助EXCEL軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。實(shí)際分析結(jié)果表明，角度傳感器的輸出電壓信號(hào)是一條非線性曲線（插入數(shù)據(jù)分析和曲線）。后續(xù)是非線性曲線進(jìn)行線性化處理，按常規(guī)的處理方法，把曲線分成若干段的準(zhǔn)線性化處理。根據(jù)題目設(shè)計(jì)要求，偏轉(zhuǎn)角度是0-60°，考慮到傳感器曲線的非線性度，以每5°為單位把曲線分成12等分，使曲線準(zhǔn)線性化，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角的準(zhǔn)確控制。根據(jù)已經(jīng)測(cè)得的傳感信號(hào)的電壓值，求出最大的角度分辨率，大約0.5°，完全可以滿足最大轉(zhuǎn)角誤差5°的技術(shù)要求。根據(jù)資料提供技術(shù)參數(shù)，角度傳感器輸出阻抗是20K,屬于高阻輸出狀態(tài)，在長(zhǎng)線傳輸時(shí)容易受到外界的干擾。因此，輸出端加跟隨器以實(shí)現(xiàn)低阻傳輸，提高信號(hào)的抗干擾性能。完成上述前期的重要工作后，后續(xù)可以按常規(guī)進(jìn)行模塊電路設(shè)計(jì)、制板、調(diào)試和測(cè)試等工作?？傊?，這項(xiàng)工作完成得越早越快，設(shè)計(jì)進(jìn)展會(huì)更快、更順利。在方案設(shè)計(jì)和實(shí)施的過(guò)程中，要抓住細(xì)節(jié)問(wèn)題，往往是細(xì)節(jié)決定成敗，如PWM調(diào)制的開(kāi)關(guān)管，用晶體管必須考慮充分散熱，因?yàn)殡姍C(jī)工作電流1A時(shí)，其熱耗N0.5W，不小心會(huì)燒壞開(kāi)關(guān)管，最理想的方法是用MOSFET作開(kāi)關(guān)管，其熱耗W0.1W，保證電路安全可靠地工作。人員配置和調(diào)用根據(jù)電子競(jìng)賽實(shí)戰(zhàn)過(guò)程的分析和檢討，感到現(xiàn)在軟件工作量比以前更大，如果由一個(gè)人來(lái)完成，可能整個(gè)進(jìn)度會(huì)受到嚴(yán)重的影響，甚至完不成任務(wù)。其實(shí)，最佳的人員配置是硬件1人、軟件1.5人、文檔及其它是0.5人，2人寫軟件必須進(jìn)行嚴(yán)格分工與相互之間嚴(yán)格的協(xié)議約定，這是以后競(jìng)賽實(shí)施過(guò)程中值得探討和研究的問(wèn)題。另一值得探討的問(wèn)題是如何解決女同學(xué)所處的位置和作用的問(wèn)題，往往現(xiàn)在很多時(shí)候變成了一個(gè)擺設(shè)，可有可無(wú)，這是很可悲的事，其實(shí)該舍棄的時(shí)候，堅(jiān)決放棄，畢竟競(jìng)賽結(jié)果是最重要的。關(guān)于連續(xù)作戰(zhàn)和合理休息的問(wèn)題：根據(jù)本人觀察，一個(gè)學(xué)生以連續(xù)作戰(zhàn)方式，工作到第二個(gè)晚上時(shí)，其效率已十分低下且容易犯錯(cuò)，特別是軟件編寫的人員，預(yù)期這樣，還是給他一個(gè)晚上的充分休息，以便是他第二天頭腦清新工作，這是以后值得注意和進(jìn)一步研究課題。學(xué)生能力的準(zhǔn)確評(píng)估：學(xué)生的能力實(shí)際是很有限的，過(guò)高的評(píng)判會(huì)帶來(lái)隱患，如果是一個(gè)悟性一般的人，要在短時(shí)間內(nèi)有很大的提高幾乎是不可能的，指導(dǎo)教師必須有清醒的認(rèn)識(shí)，從電池內(nèi)阻測(cè)試軟件設(shè)計(jì)后續(xù)工作中就可以認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，值得深究的問(wèn)題如何對(duì)學(xué)生進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練以適應(yīng)實(shí)戰(zhàn)的要求？暑期項(xiàng)目強(qiáng)化訓(xùn)練的時(shí)間節(jié)點(diǎn)控制問(wèn)題，這樣才能提高學(xué)生的能力，過(guò)于隨意的話不利于學(xué)生提高能力。軟件調(diào)試注意事項(xiàng)（規(guī)劃分配、寄存器的分配），軟件重新下載后必須全面調(diào)試和測(cè)試。隨著電子競(jìng)賽這項(xiàng)工作的不斷發(fā)展，競(jìng)賽過(guò)程中軟件工作量變得越來(lái)越大，已經(jīng)成為競(jìng)賽項(xiàng)目能否按時(shí)完成的主要障礙，如何解決上述問(wèn)題，從以下幾方面考慮：⑴人員素質(zhì)和人員配置2人⑵前期準(zhǔn)對(duì)性的培訓(xùn)，并選擇合適模擬項(xiàng)目進(jìn)行訓(xùn)練。⑶強(qiáng)調(diào)程序編寫規(guī)范化，要有嚴(yán)格編寫流程，謹(jǐn)防寫到那里算那里。⑷在程序編程前，設(shè)計(jì)軟件流程，書寫編程說(shuō)明和協(xié)議。⑸程序編程過(guò)程中，謹(jǐn)防濫用全局變量，強(qiáng)調(diào)模塊化、程序注釋。在程序的模塊之間引人測(cè)試或檢測(cè)的標(biāo)志，標(biāo)志可以是聲光指示，以便在程序調(diào)試時(shí)，了解程序執(zhí)行的進(jìn)程。⑹程序調(diào)試過(guò)程中，先對(duì)程序模塊逐個(gè)進(jìn)行調(diào)試，然后進(jìn)行聯(lián)調(diào)，逐步完善。在整機(jī)聯(lián)調(diào)過(guò)程中，每修改一次程序，必須進(jìn)行嚴(yán)格的全面測(cè)試，謹(jǐn)防修改后留下的設(shè)計(jì)隱患，這有很多先例可查。對(duì)專家測(cè)評(píng)可能的條件、要求進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)以簡(jiǎn)易電阻測(cè)試儀為例，根據(jù)題目的要求，按以下的步驟完成檢測(cè)。⑴制作標(biāo)準(zhǔn)電阻100、1K、10K、10M，用四位半或五位半儀器作標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試儀，10M電阻制作是最難的，經(jīng)比較可得，用四位半萬(wàn)用表比LCR測(cè)試儀更加合適，因?yàn)?，LCR測(cè)試儀的最低工作頻率是12Hz，非真正直流測(cè)量。要求必須三位顯示999，把滿量程顯示成999，這樣設(shè)計(jì)精度可達(dá)1%。。然后對(duì)被測(cè)電阻進(jìn)行測(cè)量，用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試儀與自制儀器分別測(cè)量比較，計(jì)算誤差。電阻測(cè)量的單位分別是Q、KQ、MQ，測(cè)量是必須自動(dòng)轉(zhuǎn)換，這是基本要求。⑵自動(dòng)篩選功能：按常規(guī)理解，一批某阻值的電阻，有一定誤差，自動(dòng)選一些精度高的電阻，必須有測(cè)試結(jié)果顯示（阻值、誤差量）和結(jié)論（合格、不合格），最好有聲光提示。其實(shí)專家最后的測(cè)量方案是:通過(guò)4.7K電位器和一只1K電阻串聯(lián)后測(cè)量電阻值的方法來(lái)檢測(cè)自動(dòng)篩選功能。設(shè)定篩選值5K,誤差值2%或100Q，轉(zhuǎn)動(dòng)電位器使阻值發(fā)生變化，若測(cè)量的顯示值在4.9K-5.1K范圍內(nèi)，儀表顯示合格指示（顯示或聲響），認(rèn)為具有該項(xiàng)功能。⑶電位器的動(dòng)態(tài)阻值測(cè)試（曲線測(cè)試）：按要求測(cè)試電位器的起點(diǎn)電阻、終點(diǎn)電阻、曲線線性、測(cè)試點(diǎn)數(shù)和測(cè)試全程時(shí)間。原以為曲線能顯示起點(diǎn)電阻、終點(diǎn)電阻足夠了，其實(shí)坐標(biāo)是很難精確顯示電阻值，因此，在曲線測(cè)試完成后顯示起點(diǎn)電阻和終點(diǎn)電阻。補(bǔ)充檢測(cè)：為例防止曲線作假，用一只1K的電阻與被測(cè)電位器串聯(lián)，若顯示電位器曲線向上平移相應(yīng)位置，認(rèn)為合格。容易犯錯(cuò)一些現(xiàn)象⑴方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)草草完成，從原理上來(lái)說(shuō)還是模棱兩可的，這種方案存在巨大的隱患，容易造成多次更改設(shè)計(jì)方案，浪費(fèi)了大量時(shí)間，影響設(shè)計(jì)進(jìn)程和設(shè)計(jì)任務(wù)的完成。⑵硬件部分⑶軟件部分⑷進(jìn)程控制⑸⑹競(jìng)賽副產(chǎn)品的利用和管理部分項(xiàng)目可以轉(zhuǎn)化為綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如“鍵盤顯示板”可更名為“基于STC12C5A16多功能開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)與制作”，方案設(shè)計(jì)充分考慮了多種場(chǎng)合的應(yīng)用環(huán)境，在這次電子競(jìng)賽中其特點(diǎn)得到了充分的展示，在帆板控制題中，幾乎不需作任何修改就可直接應(yīng)用；簡(jiǎn)易電阻測(cè)試儀，稍作調(diào)整就可以滿足控制和檢測(cè)的要求，這樣大大節(jié)省設(shè)計(jì)、制作的過(guò)程和時(shí)間。模擬電路實(shí)驗(yàn)考試的培訓(xùn)主要有：⑴單電源、雙電源小信號(hào)電壓放大器

⑵雙組15V交流設(shè)計(jì)±12V的穩(wěn)壓電源(用一組橋式整流電路)⑶運(yùn)放參數(shù)(增益帶寬)解讀與實(shí)際應(yīng)用的關(guān)系⑷三極管參數(shù)測(cè)量(直插、SMT、小功率、中功率和達(dá)林頓管)⑸如何來(lái)分配二級(jí)電壓放大倍數(shù)并用電位器來(lái)估算電阻值⑹PCB焊接完成后調(diào)試三部曲(機(jī)械檢查、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)試)⑺用晶體管設(shè)計(jì)交流電壓放大器和射極跟隨器⑻完整測(cè)試音頻功率放大器參數(shù)⑼典型電路解讀(激勵(lì)信號(hào)源、三運(yùn)放儀表放大器)⑽常用有源濾波器的三種模式原理兩種線性穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與調(diào)試(分立元件、LM317)MC34063電源三種拓?fù)湓砼cDC-DC電源的測(cè)試幾種運(yùn)放振蕩器典型電路及原理(文氏振蕩器、RC脈沖、三角波)示波器校準(zhǔn)練習(xí)和測(cè)試萬(wàn)用表電容測(cè)試電路原理與測(cè)試綜合測(cè)評(píng)題和分析綜合測(cè)評(píng)注意事項(xiàng)⑴時(shí)間8:00-15:00⑵本科高職共用此題⑶以隊(duì)為單位采用全封閉方式進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)不能上網(wǎng)、使用手機(jī)。⑷測(cè)評(píng)結(jié)束時(shí)，制作實(shí)物及《綜合測(cè)評(píng)測(cè)試記錄與評(píng)分表》，委派專家封存。測(cè)評(píng)題：集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用使用一片LM324組成電路框圖見(jiàn)圖1(a),實(shí)現(xiàn)下列功能：使用低頻信號(hào)源產(chǎn)生u=0.1sin2“f(t),f=500Hz的正弦信號(hào)，加至加i1 00法器的輸入端，加法器的另一輸入由自制振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)u，如圖1(b)o1所示，T1=0.5ms，允許T1有±5%的誤差。低頻號(hào)源Ui1三角波生器Uo2r加i器Ui2——* 低頻號(hào)源Ui1三角波生器Uo2r加i器Ui2——* 濾器丁Uo1Uo3a)(b)圖中要求加法器的輸出電壓u二10u+ui2 i1 o1u經(jīng)選頻濾波器濾除u的頻i2 o1率分量，選出率分量，選出f的信號(hào)為u，oo2u為峰峰值等于9V的正弦信號(hào)，用示波器觀察o2無(wú)明顯失真。u信號(hào)與三角波比較后在1K負(fù)載上得到峰峰值為2V的輸出電壓o2u。o3電源只能選用12V和5V兩種單電源，由穩(wěn)壓電源供電，不得使用額外電源和其它運(yùn)放電路。要求預(yù)留u、u、u、u、u的測(cè)試端子。i1o1i2o2 o3分析題意根據(jù)題意，難點(diǎn)是三角波產(chǎn)生器，因?yàn)楫a(chǎn)生器的線性和頻率的穩(wěn)定度很難達(dá)到滿意的要求，因此，這種方法在工程中是很少應(yīng)用的。實(shí)現(xiàn)的基本原理是RC充放電過(guò)程，且單電源供電，要使三角波有良好的線性，只取三角波的起始部分，經(jīng)分析其電源電壓應(yīng)該是12V，而5V應(yīng)該是一個(gè)輔助電源，應(yīng)用方式待進(jìn)一步考證。加法器的輸出電壓Ui2=10Ui1+Uo1實(shí)際是用反相的方法實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槠錈o(wú)明確的相位要求。濾波器是用最簡(jiǎn)單的薩倫.基低通濾波器（帶增益），一階無(wú)源+二階有源實(shí)現(xiàn)，完全可以滿足要求。比較器輸出的是個(gè)方波信號(hào)，用分壓的方法在1K負(fù)載上得到峰峰值為2V?？傮w感覺(jué)，此題有幾處表達(dá)不夠確切，要用分析加猜想來(lái)完成。設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)過(guò)程：三