电子设计竞赛培训方案

2021年1月22日发(作者：田鸿宾)
电子设计竞赛培训方案

温州大学

物理与电子信息学院（
2008.6.23
）

一、竞赛内容

规定
“以电子技术
(
包括模拟电路和数字电 路
)
的应用设计为主
,
可以涉及单片
机、可编程器件及微机
(
微机主要作开发用
)
。题目应尽可能考虑到教学的基本要
求、并兼顾新技术 的发展
,
同时对教学内容和课程体系的改革起到引导作用。
”

二、培训教师队伍

培训教师队伍主要由以下人员组成：吴桂初、朱翔鸥、郑崇伟、李 方洲、张
耀举、庄友谊、吴平、施肖菁、赵升、徐孟、陈博、王环、管晓春、宋元平、蔡
启博、 黄孝调、胡旭鸣。

三、培训原则与计划




主要由基础理论知识和实践训练组成，由于时间紧迫，因此暑假培训的指导
原则为：
以实践训练 为主，
应用过程中领会和掌握理论知识。
具体计划方案如下
表所示。

暑假培训内容与方案

日期

2008.7.9
暑假培训开始

▲进行有关电子大赛的说明，讲述注意事项（特别是平时收集材料的时 候主要
整理文档，分类）
，公布训练方案，分小组（
3
人一组，有一个组长（ 熟悉从设
计到焊接的一切流程，负责组中人员协调工作）
。

情况，
注意事项
（严格
▲搬运需要的仪器。

▲学会利用互 联网查阅资料，每个小组完成一个原理图的设计（每个小组必须
不同）
，尽量绘制
PC B
板。具体有：①设计±
15V
、±
12V
、±
5V 直流稳压电源
（在同一块
PCB
板）以及正负输出电压可调稳压电路（输出电压调 节范围为±
1.2
～±
20V
，输出电流
1.5
～
3A
）
；②前置放大器的设计（第一级放大
5
倍，第
二级放大
20
倍）
；③多种信号发生电路（参考电子培训教程
P90
，同时考虑怎< br>样可以产生任意波形）
；④信号处理电路如：有源低通滤波电路，有源高通滤
波电路，有 源带通滤波电路，电压－频率、频率－电压转换电路，电流
-
电压
变换电路，加法电路 、减法电路、积分电路、对数电路，分立元件制作的声音
的请假制度，
一般不允
许请假 ）
。
指导教师
（赵
升）
负责讲解关于查找
资料的注意事项。

内容

备注

所有指导老师参加与
学生见面会。吴桂初、
朱翔鸥介绍电子大赛

1
报警电路，与单片机接口的声音报警电路；⑤直流电机
PWM
驱动电路、电磁继
电器驱动电路
(8
路
)
、功率增益数控电路的设计。

日期

2008.7.10
～
2008.7.12
内容

▲根据绘制的电路原理图完成实际制作，并满足一定的性能指标。各个小组组< br>长负责整理文档（将原理、计算过程、使用场合等详细列出）
，各小组集中在
一起讲自己 的电路图，教师进行点评，找出不足，提出改进的方法。

备注

见值日表

2008.7.13~
2008.7.17
▲熟悉并 掌握
C51
或者汇编的编程环境，领取电路板和元器件，焊接电路板。
每个小组对最小 单片机系统与外围硬件电路进行熟悉，准备编程。

▲每个小组编写各个模块的软件，
在编译环境中进行调试，
保证没有语法错误。
具体的功能模块是：键盘、显示部分。如果编程完 成，准备连接调试。

▲调试键盘、显示部分。

注意：编程人员要编写一些 常用的子程序，注释该子程序的功能，每个指令后
面要尽可能详细的解释其意思。

▲ 编写单片机与
D/A
（型号待定）
，
A/D
（型号待定）转换电路之 间子程序。


见值日表


2008.7.18
▲学生分组（每组
3
人）第
1
轮项目训练（主要是小的功能模块）
，并完成项
见值日表

~2008.7.20
目制作，三人分工合作软、硬件及书写论文。具体的项目暂定为以下（随时可

以补充）
：①红外线发射器部分和接受部分电路②要求自主选择器件设计一个
门控式频率计
,
频率测试范围从
1HZ-100KHZ,
设置三个量程分别为×
1
档、
×
10
档、×
100
档。③设计一数据采集系统
,
具体要求如下
:
对
8
路模拟信号进行采
样并显示
,
每通道每秒采样次数不低于
10
次
,
需要观察某个通道的采样值 时
,
可
通过键盘选择通道号并显示被选通道的通道号及其当前的采样值。
④峰 值检波
电路的设计，直接数字频率合成
DDS
电路的设计（使用单片机和可编程器件实
现）
。




2

日期

2008.7.21~
2008.7.22
2008.7.23
2008.7.24
～
2008.7.25
2008.7.26~
2008.7.29
2008.7.30
▲各组交流，介绍课题项目、总结。

（下午可以休息，
31
号休息）

2008.8.1
～
2008.8.6
▲学生分组
（每组
3
人）
第
2
轮项目训练，
并完成项目制作，
三人分工合作软 、
硬件及书写论文。

▲题目待定

2008.8.7
2008.8.8
～
2008.8.13
▲各组交流，介绍课题项目、总结。

▲学生分组
（每组
3
人）
第
3
轮项目训练，
并完成项目制作，
三人分工合作软、
硬件及书写论文。

▲题目待定

2008.8.14
▲各组交流，介绍课题项目、总结。





▲
FPGA/CPLD
与单片机总线接口的设计，移相电路的设计。

见值日表

▲各组交流，介绍课题项目、总结。

▲
CPLD
培训与对
CPLD
板进行调试

（下午可以休息）

见值日表

内容

▲基于单片机最小系统的方波信号采集与方波信号输出

备注

2
天完成

2008.8.15
▲学生通过网络等渠道查阅资料，
了解器件、
单元电路以及各种电子制作课题
等。

▲汇总、总结。


2008.8
．
16
～
2008.8.21
2008.8.22
▲学生分组
（每组
3
人）
第
4
轮项目训练，
并完成项目制作，
三人分工合作软、
硬件及书写论文。

▲各组交流，介绍课题项目、总结。



2008.8.23
～
▲学生分组
（每组
3
人）
第
5
轮项目训 练，
并完成项目制作，
三人分工合作软、


3
2008.8.26
硬件及书写论文。

日期

内容

备注

2008.8.27
▲各组交流，介绍课题项目、总结。


2008.8.28
～
2008.8.31
2008.9.1
2008.9.6

～
▲休息。


▲课余整理软、硬件材料，准备竞赛。



注：
我们要求选手们必须牢固巩固所学的电子基础知识
,
特别是与应用密切相关的基础知识
,
例如对于模拟电路要求学生在懂得基本的半导体知识后着重掌握各种基本放大器的工作机
理 及应用
,
运算放大器、比较器的原理及应用
,
各种振荡器的应用
,< br>电源等。对于数字电路则
要求学生切实巩固各种组合逻辑电路和时序逻辑电路的应用与基本的设计 思想。
（摘自《浅
谈全国大学生电子设计大赛辅导经验》
）














4
2008
浙江省电子设计竞赛培训题目


第一阶段：
7
月
9
日
~7
月
29
日

培训内容：

EDA
软件使用、
基本电路设计与制作、
单片机最小系统应用、
CPLD
的应用。具体内容参
考培训安排表。

第二阶段：
8
月
1
日
~8
月
26
日

培训内容：

分类培训。

一、电源类

题目一：单相正弦波变频电源

1
、

任务
设计并制作一个单相正弦波变频电源，输出电压有效值为
15
～
36V
可 调，最大负载电流
有效值为
1A
，负载为电阻负载。变频电源框图如下图所示
。







2
、要求


1.
基本要求


（
1
）输出频率范围为
20Hz
～
100Hz
，且输出电压 有效值为
15V
～
36V
可调的单相交流电；

（
2
）输出电压波形应尽量接近正弦波，用示波器观察无明显失真；

（
3
）当输入电压为
198V
～
242V
，负载电流有效 值为
0.5
～
1A
时，输出电压有效值应保持
在
15V，误差的绝对值小于
5%
；

（
4
）具有过流保护(
输出电流有效值达
1.5A
时动作
)
，保护时自动切断输入交 流电源。

2.
发挥部分



5
（< br>1
）当输入电压为
198V
～
242V
，负载电流有效值为< br>0.5
～
1A
时，输出电压有效值应保持
在
15V
， 误差的绝对值小于
2%
；

（
2
）设计制作具有测量、显示 该变频电源输出电压、电流、频率和功率的电路，测量误差
的绝对值小于
5%
；

（
3
）其他。

2
．发挥部分

< br>（
1
）三角波发生器电路的频率范围可以扩展到
1KHz
～
3 00KHz
；


占空比变化范围
(
即图
2
中
AO/OB)
可以扩展到
20
％～
80
％。


（
2
）将三角波测量电路的频率误差减小到不大于
5%
；


（
3
）将三角波测量电路的斜率误差减小到不大于
5%
；


（
4
）将三角波测量电路的幅度误差减小到不大于
5%
；


（
5
）可测量其他波形及相应参数。


3
、竞赛说明


1.
不能使用产生
SPWM
（正弦波脉宽调制）波形的专用芯片；

2.
必要时，可以在隔离变压器前使用自耦变压器调整输入电压；可用滑动变阻器或电阻箱模< br>拟负载；


3.
输出功率可通过电流、电压的测量值计算。


题目二：
12V/220V
逆变电源

1
、任务


设计并制作一
12V/220V
逆变电源


2
、要求


1
、基本要求


（
1
）输入
12V
直流（汽车蓄电池提供）


（
2
）额定输出电压：
V0=220V
交流；


（
3
）额定输出功率
150W
；


（
4
）输出有过压保护；


（
5
）输入有过压保护和过热保护；


2
、发挥部分


（
1
）增加输出电压显示（
LED
数码显示，
3 1/2
位）
；


（
2
）增加输出频率显示（
LED
数码显示，
3 1/2
位）
；



6
（
3
）提高输出功率到
200W
；


（
4
）提高性能指标。


题目三：设计并制作一个
DC-DC
稳压电源。

1
、要求

1
、基本要求


在输入直流电压变化范围
+7V~+12V
的条件下

：


（
1
）第
1
路输出

a.
输出电压：
+5V/DC
，误差的绝对值小于
1%
；

b.
最大输出电流：
1A
；

c.
电压调整率小于
1%
（输入电压变化范围
+7V~+12V
，满载） ；

d.
负载调整率小于
1%
（输入电压为
+ 9V
，负载电流变化范围
0.1A~1A
）；

e. < br>纹波电压（峰
-
峰值）小于输出电压的
0.5%
（满载时）；


（
2
）第
2
路输出

a.
输出电压：
+9V~+15V/DC
，连续可调

b.
最大输出电流：
1A
；

c.
电压调整率小于
1%
（输入电压变化范围
+7V~+12V
，满载）；

d.
负载调整率小于
1%
（输入电压为
+9V
，负载电流变化范围
0.1A~1A
）；

e.
纹波电压（峰
-< br>峰值）小于输出电压的
0.5%
（满载时）；


（
3
）电路效率大于
70%
（满载时）

。

2
、发挥部分


（
1
）电路效率大于
85%
，纹波电压（峰
-
峰值）小于输出电压的
0. 2%
；


（
2
）增加输出过载（大于
1.2A
）、输入过压（大于
+13V
）、欠压（小于
+6V
）保护功能，< br>
并报警指示；

（
3
）

设计并制 作一个输出电压、输出电流的测量电路，
并能实时显示测量值，要求测量误
差的绝对值小于1%
；

（
4
）

设计并制作一个电子负载，用于测试上述电源的负载调整率，电子负载恒定电流可

设定的范围为
0.1A~1.2A
，设定值能以
0.1A
步进；

（
5
）

其他。

题目四：可调压变频电源

设计并制作变压交流电源

1
、要求


7


（
1
）基本要求





输入：单相
220V±10%、
50HZ.




输出：单相
,
电压
5V
—
20V
连续可 调；频率
1HZ
—
100HZ
连续可调（不准使用
SPWM
专用芯片）
.




输出最大电流：
0.5A,
负载调整率
<5%.




具有
20%
的欠电压、过电压、过载保护及报警功能
.




显示输出电压、电流、频率的值，误差小于
5
％
.




输出谐波失真度
<10
％
.

（
2
）发挥部分




输出参数可传至 上位
PC
机
(
具有电气隔离电路，
作用将本电路强电部分和电脑之间 隔
离开来，保护电脑
)
。




满负载 （阻性负载）输出谐波失真度
<5.0%,
空载谐波失真度
<5.0%
。



具有短路保护功能。




其他特色与创新


2
、说明







负载调整率的测定可选定输出电压由低到高三个点，，分别 测得空载和满载时
输出电压，其差值与对应电压点值之比，取所得三个比值最大项作为该电源指标。

二、仪器仪表类

题目一：电压控制振荡器

1
、任务

设计并制作一个电压控制振荡器（
VCO
）

2
、要求

1
．基本要求

（
1
）
VCO
部分

A
．输出频率范围
20MHz--60MHz
。

B
．输出频率稳定度小于
10
。

C
．幅度
V
pp
=1V
±
0.1V
。

D
．可变频 率步进，步距为
1MHz
±
20kHz
。

（
2
）频率步进数字显示。

（
3
）电压数字显示 精度（峰
-
峰值）不低于
10%
。

-3

8
（
4
）自制供电电源，单相
220
伏波动±
1 0%
可正常工作。

2.
发挥部分

(1)
扩大输出频率范围。

(2)
步距改进为最小。

(3)
其他。

题目二：三角波斜率测量仪

1
、任务

（
1
）
设计占空比可调
(即图
2
中
AO/AB
可调
)
的三角波发生器，作为三角 波测量仪的信号输
入。

（
2
）设计三角波测量电路，能够完成三角波幅度、频率、斜率的测量。

（
3
）设计显示电路，能够完成波形和测量数据的显示。

（
4
）能够测量由外部信号发生器产生的任意波形。


系统框图见图
1
所示。











2
、要求


1
．基本要求


（
1
）自行设计三角 波发生器电路。要求频率、占空比、幅度连续可调。变化范围要求如下：





频率范围
10KHz
～
100KHz
；





占空比范围
(
即图
2
中
A O/OB)30
％～
60
％；



9



幅度范围
(
即图
2
中
OC)0.5V
到
4V
。


（
2
）三角波幅度测试：要求测试电路完成三角波幅度的测量并显示出测量结果。测量误差
不大 于
10%
；


（
3
）三角波频率测试
:
要求测试电路完成三角波频率的测量并显示出测量结果。测量误差
不大于
10%
；


（
4
）
三角波斜率测试
:
要求 测试电路完成三角波斜率的测量
(
即
CO/AO)
并显示出测量结果。
测量误差不大于
10%
。




2
．发挥部分



（
1
）三角波发生器 电路的频率范围可以扩展到
1KHz
～
300KHz
；

占空比变化范围
(
即图
2

中
AO/OB)可以扩展到
20
％～
80
％。



（
2
）将三角波测量电路的频率误差减小到不大于
5%
；



（
3
）将三角波测量电路的斜率误差减小到不大于
5%
；



（
4
）将三角波测量电路的幅度误差减小到不大于
5%
；



（
5
）可测量其他波形及相应参数。


三、说明





三角波测量电路与三角波发生 电路的连接只允许存在信号线与地线，不允许在两个模块
之间存在其他连线。


题目三：程控多波形信号发生器

1
、任务


10
设计并制作一个波形发生器。信号产生限用

FPGA, CPLD
、

D/A
转换器及运放等器件
实现；控制电路可采用微处理器最 小系统，可用成品直流电源供电。

基本要求




( l
）产生三角波、上斜波、下斜波三种周期性波形；




( 2
）每周期采样点数不少于

50
点；



( 3
）输出波形的频率范围为

1Hz
一

500kHz
，最小频率步进间隔为





( 4
）具有频率显示和波形指示功能，频率和波形由键盘设定；



( 5
）负载

电阻为

100
时，输出电压峰峰值）

>=2V


( 6
）输出信号频率稳定度优于
10
-3
（靠电路和器件保证）
。

题目四：
简易数字电容表


1
、任务：





设计并制作一台数字显示的简易电容表。


2
、要求：


1
、基本要求：


（
1
）测量范围：
10pF~99.9μF
；


测量误差：
≤5.0%
（以实验室标准电容或电容表为准）
。


（
2
）设置量程选择：
×0.01μF
、
×0. 1μF
、
×1μF
、
×10μF
、
×100μF
。


（
3
）显示器：十进制数字显示，对测量量程分别用发光二极管指示。


（
4
）设置自校准功能。


（
5
）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。


2
、发挥部分


（
1
）扩展电容测量范围至10pF
~999.9μF
。


（
2
）测量误差
≤1.0%
以下。


（
3
）增设自动量程转换措施。


（
4
）增设直流电源。


（
5
）其他（智能化措施）
。


题目五：简易半导体三极管参数测试仪


11