标签: 电子设计竞赛

今天是个重要的日子，所以来更篇博客，虽然明天就要考信号与系统matlab实验了，应该去复习的才是。。。（围笑） 上次一篇博客讲述了我电设校赛时候的经历，这次就来说一说第一次暑假培训的经历。其实当时应该当时比完赛就立马记录下来的，现在一些细节已经有些模糊了，可是自己还是太懒了。 考试周完了之后就开始暑期培训，先是有一周的讲座，涉及单片机，控制测量，微小信号测量，电源几个方面，但是这种讲座方式的效果大家懂的，如果不是每节课要点名，肯定是大批大批的缺课的（并不是说老师不好，只是这种大型讲座方式并不适合所有的学生，而且一味在上面讲效果及很差）。当时我就利用这个时间去做了两块板子以备后面用到（但是其实最后没用到），一个是DA模块，用的芯片ad5761，双极性的16位DA，整套方案全是照搬官网上的评估板，只不过把两个DA芯片都做在了一块板子上，用了一套电源系统，独立的基准电压源，因为评估板的方案是先使用ADP5070这个开关电源芯片得到双极性电源，再用ADP7182和ADP7142两个线性稳压得到可调的正负电压和一个固定+5V用于基准电压的供电，我还为此把开关电源好好看了看，ADP5070因此成为我第一个完全从头看到尾的英文开关电源手册。然后是做的四层板，中间一层地，一层电源，我还尝试着按照书上看到的把开关电源的功率地在顶层给割开了，通过过孔连到了第二层地上，在连接DA芯片的模拟地和数字地引脚的时候我感到非常困惑，因为我在ADI的一份文档上面看到了这段话 许多 ADC 和 DAC 都有单独的 “ 模拟地 ” (AGND) 和 “ 数字地 ” (DGND) 引脚。在设备数据手册上， 通常建议用户在器件封装处将这些引脚连在一起。 这点似乎与要求在电源处连接模拟地和数字地的建议相冲突；如果系统具有多个转换器，这点似乎与要求在单点处连接模拟地和数字地的建议相冲突。其实并不存在冲突。 这些引脚的 “ 模拟地 ” 和 “ 数字地 ” 标记是指引脚所连接到的转换器内部部分，而不是引脚必须连接到的系统地。 对于 ADC ，这两个引脚通常应该连在一起，然后连接到系统的模拟地。由于转换器的模拟部分无法耐受数字电流经由焊线流至芯片时产生的压降，因此无法在 IC 封装内部将二者连接起来。但它们可以在外部连在一起。 和这段话 请注意， 系统中的 模拟地和数字地必须在某个点相连，以便让信号都参考相同的电位 。这个星点（也称为模拟 / 数字公共点）要精心选择，确保数字电流不会流入系统模拟部分的地。在电源处设置公共点通常比较便利。 我当时真是万脸懵逼。。 后来去问了一位特别大佬的学长（曾经的15年国赛电源国一，模拟电子设计大赛一等奖），学长给我了如下解释 DAC本身的数字部分电流 其实不大，对模拟部分干扰很小， 可以视为一个模拟器件 ，这类混合器件的 dgnd agnd并不是标识应该连接到系统的哪个地 ，芯片底下连在一起是常见的做法， 芯片底部连在一起不分割，实现低阻抗的连接 ， 分割是为了避免数字部分对模拟部分的干扰 ， 但系统其他数字ic可不一定，比如有微处理器等高频开关状态的数字器件，所以 混合信号器件下方不分割，但整个系统还是要分割的 ，不过DAC这个要注意， 有些DAC必须在下方直接连接有的D/A要求AGND与DGND之间的电位差不能超过+/-0.1V，如PCM1704，因此AGND与DGND必须连接在同一大面积地线上，超过压差会引起烧毁 评估板 的top是蓝色的bottom是红色的，可以看到红色的GND在芯片下面有一处直连 至此才解决了我的疑惑，我也比葫芦画瓢画了个板子，板子的原理图和PCB分享在附件中， 欢迎各位大佬来指点出有问题的地方，毕竟是新手第一次画这种要求比较高的模拟系统 （而且这个板子除了电源部分其他都没测试过，后来根本没用上。。） 说到这里突然想起来推荐一本感觉不错的书 《信号完整性与PCB设计》 ，很薄，是一本工程实践性的书，很多都是作者的经验，这本书也是第一次让我理解了特征阻抗和阻抗匹配的意义。 另外一块板子是ADS830,8位，60MSPS的高速AD，采用了手册里面的方案，采用手册里面现成的方案如下图 供电用的ADP7142，12M的有源晶振，时钟乘法器CDCS504-Q1可以把频率提到48M，同样这块板子后来也没用到（汗颜。。）PCB和原理图也会在附件给出，欢迎大佬指出问题。 这两块板子做下来，着实花了不少钱，而且后来事实证明完全没有必要。 这里就有一点，我们没有工程经验，只是做过很少的实践，大部分都是在学书本知识，所以我们往往不能很好的选择最合适的器件，很多时候完全是浪费资源，浪费器件的性能来完成一些可能用很便宜的器件就可以做到的事情。同样我觉得这也是现在的电子设计竞赛面临的一个问题，有时候甚至变成了单纯的拼器件，拼工艺（今年省赛的那个超级电容充电小车的题就是一个很好的例子，可能出题人的意愿是好的，但是事实是这道题就向着奇怪的地方发展过去了。。这是后话） 大家也都知道，单纯的高频高增益放大器题目是不会继续在电设竞赛中出现了，所以校赛做了放大器的我们就考虑了仪器仪表题目，看到了前几年的省赛的仪表题感觉挺难的，什么delta-sigma调制啊，锁定放大器啊。之前在AD选型的时候就看到了有delta-sigmaADC，所以很想了解一下，当时找了好几篇资料，还有论文什么的，刚开始太高估自己的意志力了，去看了英文论文，结果没看几页就看不下去了，不过一篇论文里面的一个例子倒是很好（这里大概复述一下，因为那个PDF我好像不小心删掉了） A每天都要去咖啡馆买咖啡，咖啡一杯3.6元，但是A只有5元的钱可以付，如果A每天付5元，店家找零，那么将会很麻烦，所以采用这样一种方式，第一天A掏了5元买咖啡，但是店家没有找零，店家欠A，所以第二天A没有付钱就拿走了一杯咖啡，现在A欠店家，所以第三天A买咖啡的时候付了5元，但是现在A还是欠了0.8元，所以第四天的时候A买咖啡的时候还是付了5元，就这样一直下去。。。 这个是一篇文章里面的一个模型，文章是 High Speed and Wide Bandwidth Delta-Sigma ADCs,springer出版社的 ，英文没问题的可以看下，PDF放在附件里面了。 还有我觉得我之所以觉得这个好难是因为信号与系统学的还不扎实，对于降采样，抗混叠这些概念都不是理解的很好，刚开始看的那些论文上又讲的很理论，所以对于理解delta-sigma还是造成了一些困难，不过最后还是明白了，而且在multisim用ua741成功仿真，这里再给出一个ADI的关于delta-sigma的资源 http://www.analog.com/cn/design-center/interactive-design-tools/sigma-delta-adc-tutorial.html 这个网址有一个delta-sigma调制的动画模型，可以帮助理解，而且ADI还有很多这方面的PDF，比论文要好看懂的多，有中文的！！！ =5W. 说来惭愧，对于这个2015年的国赛题，刚开始还是轻敌了，觉得有那么多的报告，随便找来一份做一做肯定就没什么问题了，刚开始找到一份用固定增益的射频放大器和数控衰减器的方案，觉得不错，看手册觉得那几款芯片的幅频特性可以满足通频带要求，于是第一天我疯狂画板子，画了四个模块的四层板，但是四层板好贵啊，就想把每个小模块合到一张10*10的大板子上拿去打样，但是无奈都被PCB厂家识破了，要按拼版来算价钱，好鬼好贵，最后找了一家性对便宜还算快一点的打了三个模块的板子，然后等着板子到（后来板子到了都已经是验收前一天了，结果上电测试发现还是会衰减，和手册给的图一点也不一样 ，这个方案就弃用了）。后来我们想着不能这样干等着啊，于是就找到了另外一套方案，又去学校库房里面淘宝了很多原来剩下来的模块（我们学校对于电设竞赛是全力支持的，很多东西学校都会给提供，老师也都非常尽心）。这套方案就是很常见的，看到好几套方案都是这样的：OPA695做最后一级的功率驱动，VCA821做增益可调，OPA847做初级放大（847我们用了两级）。但是其实这三款放大器根据手册来看都不能做到在200M的时候同时满足增益平坦和衰减<3db的要求，就需要调节来让它们相互补偿。但我们发现照着报告来，做出来效果根本就不是那么回事！ 开始的时候先调847和821,发现止不住的衰减，就试图把847的增益调的小一点，让它的幅频上翘厉害一些，就不停的换电阻，感觉板子焊盘都要焊掉了（这里感叹一下刀头烙铁在拆电阻的时候真是利器），好不容易把它们调的差不多平坦了，结果加上OPA695之后发现居然在100M以上一个频段内幅频曲线上翘了？？？！！并且这个上翘的幅度完全超过了2db的要求，没办法，又要换电阻调增益。这时候发现，去换其中某一级同相放大器的输入电阻，居然也对它的幅频曲线产生很大影响，尤其在这个上翘这方面，真的太玄学了。。。 我现在也没有搞懂是为什么，当时就只能盲目的根据实验规律换啊换，换啊换，一换就是三天过去了，没有一点进展，不是上翘就是衰减，直到验收前一天，然后同学又说我们换个反向放大器试试吧，然后突然就从衰减变成上翘了，想到既然上翘的话那就在其中一级的反馈电阻并联电容试试，去缩短它的频带宽度并且提高稳定性，然后，然后就莫名其妙的满足要求了。。。当时那个激动啊，生怕动两下又不行了。对，这里还提到一点，为了让OPA695可以提供足够的电流去满足最后一级的摆幅，不至于让波形削顶失真，我们最后给它加了+=6点多伏的电压来供电，相当极限的操作，但是上电时间长了之后芯片都有点烫手的了。。最后的效果就是，整个系统在某一个频段可以达到输出幅度满足要求且波形不失真，但是其他的频段会出现严重的失真，只能把增益降下来。 第一轮就这么苟过去了，具体成绩是多少不清楚去，反正没有拿C，但是说实在的，这一轮真的是晕晕乎乎摸不到一点头脑，就莫名其妙的好了，让我真是体会到了一把高频的玄学~ 附件材料放在另外一个帖子里了，点击这里跳转

两年的大学电子专业的学习，让我对模拟技术有了很强烈的兴趣，正好大二这年赶上TI杯电子设计竞赛省赛，从学期中的校赛开始，电设就成为了生活学习的一个重要主题。经过了一个星期的校赛，又经过了两周的省赛培训和四天三夜的省赛，我在模拟方面的认知又增加了不少。 校赛的时候是做一个 放大器下限截止频率不高于 10Hz， 上限截止频率不小于 5MHz =40dB/dec，带50ohm的负载。 乍一看刚开始觉得这个题也没什么，当时看了一些电赛的设计报告，手里也申了几款高频运放，感觉大概就是三级放大，方案大家都差不多，就是OPA847,VCA810,THS3091之类的。当时第一天发下题就开始做，先定方案，后来又去电子商城买东西，电源模块在校赛之前就已经准备好了，用的LT3080和LT3015做的大功率电源（其实也就1A多的电流），用LT1962和ADP7182做的小功率低噪声电源，分立供电，既满足后端驱动能力要求，又减小串扰，降低电源噪声的影响。接着就开始仿真，仿真的时候就出现了第一个问题，发现VCA810的输出波形的峰峰值达不到手册给的数值，幅度甚至不到1v就失真了，后来看了好久，发现手册写的是当Vc电压为-2V，也就是放大倍数最大的时候最大摆幅才能达到最大值。当时觉得好坑啊，但其实还是看手册太不仔细了。接着开始在洞洞板上面焊接，要说VCA810这个芯片用起来确实感觉不太方便，压控增益的脚还是负压输入，因为手头没有能输出负电压的DA，就又用了OPA运放来把电压反向。电路走线方面当时我们还非常没有经验，现在看来当时的走线好多都是图省事，地线，去耦等做得都很不好，而且在洞洞板上焊也真是麻烦还容易出错，我的组员负责焊接，第一块810焊出来怎么都不出波形（用面包板搭出来都有波形！！），这个问题一拖就是两天，转眼就到第三天了，当时还一个模块都出不来，对面一个组，实力很强劲，进度比我们快很多，当时心里那个万念俱灰，那个心急如焚。直到第三天，事情突然出现转机，组员重新焊了一块810的板子（因为心情急躁，这中间还发生了不少不和谐的小插曲），学长又拿出来一个SMA转BNC的线给我们用，（之前我们只知道用SMA和同轴电缆做级联），瞬间让测量变得可靠了很多，终于第一块模块VCA810出来了！！！ 然后也是在同一天，OPA847也焊出来了，第一块是洞洞板，后来院里的老师拿来了几块往年剩下的4层板，就索性直接用了空投板。但是在测试的时候发现一个很奇怪的问题，用示波器探头和SMA转BNC的线在频率上M之后测出来显示的波形幅度竟然不一样，甚至幅度差别很大，几乎是2倍，我们以为探头测的一定是准的（因为觉得它有内部的补偿），所以就放弃了SMA转BNC，然后一直用探头测量，又发现高频的时候信号源出来的波形幅度也比设置的小，频率越高越小。当时我们还以为信号源性能太差导致的（现在想想真的好愚钝），就一直测输入测输出来计算放大倍数（真的好麻烦，直到后来培训的时候才知道用探头测量是不对的，会有衰减，就是应该用同轴电缆来测量才可以，尤其是频率再高的情况下）。 接着是THS3091，这个芯片是真的让人崩溃，它有带散热焊盘的封装，可是一是我们用的洞洞板加转接板，散热盘丝毫不能发挥效果，其次我们第一次申请的时候也没有想到这个芯片会这么热，就没有申请带散热盘的。这个芯片是怎么样的呢。电流反馈型，优点带宽宽，输出电流相对大一些，压摆也很大，但是（划重点）首先它电压加高了之后就会发热（最大可以加到+-15）即便是不带载的时候！！！其次是电流反馈型的总是很难把握，有时候就不太稳定（后来才知道电压反馈型运放可以通过加反馈电容来提高稳定性，但是电流反馈型运放是不可以的！！！反而会产生自激），又是洞洞板操作，那个寄生参数真的是（当然大神驾驭这种洞洞板上M还是轻轻松松的）。。。而且由于有输出幅度和负载要求，一片3091的输出电流不太能满足要求，可是我们有没有别的芯片可以替代（对面组用了一个BUF），我就把3091并联起来。刚开始用的手册直接并联的方法（加了100ohm的平衡电阻），结果。。单独测都是10倍放大，并起来发现只有2倍了。。。于是又换了一种前级放大后级跟随的并联扩流模式，这次放大倍数是正常了，但是其实还是有一些奇怪的现象，现在还不清楚是不是这种并联方式由于两个3091的信号有先后的延迟导致的问题（比如频率高了之后信号严重失真，类似信号完整性问题）。 然后还需要一个测量幅度的模块，手上有AD637和AD8361，刚开始感觉AD637上M有些吃力，所以用了AD8361，结果半天都搞不定（让我对RF芯片产生很大阴影），因为直接测量的电压幅度远远超过它的可以输入的电压幅度，需要分压，问题就出在这个分压上了，当时发现就是幅度很小（用的Kohm电阻分压），怎么都不知道是为什么，又试图通过用运放搭建比例器来分压，结果上电就过载？！没办法最后换了AD637（还受到了对面大佬组的帮助，用了现成的，他们找到了调节的方法）。后来想起来AD8361的输入电阻很小，和运放不一样，所以分压之后再以并联，分的的电压及很小，用运放的话就是负载太小导致电流大了。。 最闹心的就是带外衰减还要求截止频率可调！！至今我还不知道这个的理想方案是什么，要求3M以上截止频率，还可调？？当时在ADI上找滤波器，截止频率这么高的都是不可调的，截止点可调的都没这么高，然后当时看到VCA810的手册有个这个图（上边），然后我就灵机一动做了下边这个图，满足了2阶的要求， 当时感觉很妙啊，仿真很完美，结果这个电路，焊了3天两块板子都没有焊出来，疯狂自激（现在看来可能还有原因是OPA847单位增益不稳定，当时居然没有注意这点！！），还烧坏了两个芯片，最后验收前一天晚上，没有办法改用无源滤波器用继电器切换，当时找到一份报告上有一个hourglass滤波器（挠头），截止频率10M和5M，就直接抄了下来，但是最致命的是这个滤波器通带1/2衰减，但是觉得没什么，后来是真的后悔。 最后验收是周日，这一周基本上课的时候都在睡觉，有的就直接翘掉了，因为每天晚上都很晚，真的困啊。从周五到最后验收完就没有回过宿舍，周五晚上在实验室睡了一会，周六晚上基本没合眼。但是我们依旧还是直到周六晚上才进行级联（没错真的是周六晚上才开始级联），结果级联之后什么问题都出来了。。不知道在哪一级就提前出现削顶了，最后输出峰峰值好像才4v多（尤其是那个1/2衰减的滤波器更是“锦上添花”）。当时还不理解阻抗匹配的意义，于是每一级都加了阻抗匹配，导致增益就更小了，可能也更容易削顶了（现在看来那个频率根本没有必要加那个50ohm，而且洞洞板焊接又没有微带线的效果哪来的特征阻抗。。。）。最可怕的是最后3091，之前试的时候一直加的5V电压，最后因为输出幅度要求加了+-12v，芯片巨热，而且过一会波形就乱了（我现在依旧不知道为什么，怀疑芯片已经烧坏了，按道理应该供电越高性能越好啊）。当时没经验，加了个小散热片，很小的那种，后来做的多了才知道就应该能加多大加多大，再用小风扇吹着。然后当时还尝试用LT1210来扩流，结果不知道为什么波形很差，当时那种两天没睡觉的状态和下午就要验收的心态已经决定了不可能再理性的分析思考了。最后没有办法，把3091的供电电压降到+-7v，才保证了不会出现波形乱掉的问题，芯片也不会特别烫，但是输出幅度肯定是达不到要求的了。最后还要交个报告，需要填数据，当时哪里还有时间测啊，脑子已经乱掉了，而且写单片机的同学还要找到810压控的电压和整体增益的那个关系（因为要求增益可控，而且还要固定步进），当时就是胡乱测一通（包括用示波器探头测有衰减，所以输入输出都要测也带来了很大的难度和不必要的麻烦，可是当时不知道啊）。这里真的是要表扬一下我们组写单片机的同学，稳！而且时刻都感觉精力很好。后来也是，任务交给这位同学就很放心，他总能把程序成功跑出来的！当时他费劲心思把那个关系找出来，但其实也只是找了个大概，因为测量的数据的精度和数量根本不足以找到一个比较精确的关系，还是后来老师验收的时候也没有怎么仔细算，而且老师也认识那个同学，感觉也是网开一面。最后的最后，就是总算验收完了，老师当时还告诉我们准备暑假培训，意思就是可以过了，但其实当时真的是觉得做的挺差的，上午那会整个人真的已经有点绝望了。 最后从实验室收了好几箱东西回宿舍，走在路上好几次把眼睛都闭上了，又猛的一下醒过来，回去收拾完本来想做点别的，觉得好困就上床躺了一会，结果再醒过来居然已经是第二天早上九点了。后面那一周，基本也没有一节课是清醒的。 接下来再写一写之后培训和省赛的事情，还有暑假在家做D类功放的经历，写这篇博客时间这么久，该去干点正事了。 【博客大赛】TI杯电子设计大赛后记之二

本设计应用高精度的仪表放大器INA128组成放大电路对心电信号进行放大，采用有源滤波电路和数字滤波等技术对心电波形进行综合处理 附件中有大部分的硬件电路 部分程序设计如下，如需整个工程文件请跟我联系。 int main(void) {    u8 x=0,y=0,i=0;  u16 all=0,adcy=0;  float temp;    Stm32_Clock_Init(9);//系统时钟设置  delay_init(72);  //延时初始化  uart_init(72,9600); //串口1初始化  GPIO_Configuration();  Adc_Init();   LCD_Init();  LCD_Clear(BLUE);  POINT_COLOR=RED;  BACK_COLOR=BLUE;              GUI_Chinese(80,30,"心电图仪",BRRED,BLUE);  LCD_DrawLine(10, 190, 220, 190);  LCD_ShowString(220,182,"");  LCD_DrawLine(50,60,50,210);      LCD_ShowString(46,50,"^");   LCD_ShowString(28,220,"Wuhan Textile University");  LCD_ShowString(30,245,"2012/07/21");  GUI_Chinese(20,270,"人体心跳分频",RED,BLUE);  LCD_ShowString(120,270,":00.0");  LCD_ShowString(178,270,"Key:");  while(1)  {    adcx =Get_Adc(ADC_CH10);   temp=(float)adcx *(3.3/4096);   adcx =temp*40;   i++;   if(i==10)   {    for(i=10;i0;i--)     all+=adcx ;    adcy=all/10;    all=0;     right_shift(adcy,valuable);    x++;    if(x==80)    {      x=0;          LCD_Fill(0,80,239,180,BACK_COLOR);     LCD_DrawLine(10, 190, 220, 190);     LCD_ShowString(220,182,"");     LCD_DrawLine(50,60,50,210);         LCD_ShowString(46,50,"^");           for(y=0;y240;y++)     {      LCD_DrawPoint(y,180-valuable );      LCD_DrawPoint(y,179-valuable );      }          }    checkkey();    LCD_ShowNum(210,270,keyvalue,2,16);   //读取键盘值        }   delay_ms(1);     }                 }

分工： 分组，应该是各有分工，各有所长，不要一个人做所有的方面，不然你会忙不过来的。 三个人，一般来说，一个人负责电路系统的设计，包括原理图设计，PCB版图绘制；一个人负责程序编写；一个人负责论文。负责论文的同学当然要协助其他两名同学工作甚至负责大系统框架的定义，因为论文写不了几天，哪位同学需要协助就得去帮忙。你要根据你将要扮演的角色提前训练，不过刚开始训练的时候不能分工太细致，每位同学得什么都要操作一遍（硬件，软件，文章）才行，最后三个月的时候再分工训练。 如果是负责硬件的同学，就要熟悉掌握相关绘图和仿真的软件，比如PROTEL（原理图绘制与PCB版图绘制），multisim（常用于模拟仿真），熟悉各类常用元器件，比如核心器件（单片机，DSP芯片，FPGA，CPLD），ADC（转换速度与精度……）,DAC（转换速度于京都……），电容（电解，陶瓷，薄膜……；耐压多大……），电阻（功率，精度……），电感等等；负责软件的同学就要学习单片机实现控制的编程（汇编，C……），DSP相关的编程语言（C，MATLAB……），FPGA及CPLD（VERILOG,VHDL）。每一种器件选一家公司的开始着手就行，比如单片机选C8051F系列（SLICONLAB公司的，包含ADC,DAC等等），DSP选TI的，FPGA选XILINX的，并做好开发板，当然也可以购买（因为主要是联系编程，不过也可以自己做，锻炼硬件开发能力），比较常见的办法是自己设计一个最小控制系统，并预留接口，这样比赛的时候就可以拿来就用，得心应手。论文的话，就去搜搜以前竞赛的论文学习写作方法，突出亮点，这个不多介绍。 准备过程： 准备竞赛开始的时候，争取每个方向的小题目都做一遍，找到自己感兴趣的方向（电源，机电控制，无线通讯，测量与信号产生等等），可以从制作最小控制系统开始训练。找到感兴趣的方向之后，就要考虑针对这个方向的题目，参赛前可以将一些常用的模块比如键盘、显示等做好，这样比赛中就可以专心做核心部分了。作出一些可以到时候利用的小模块，以电源为例：最小控制系统（肯定需要），整流滤波模块，采样模块，键盘及显示模块，功率输出模块等等，即便不能做成实物，也要绘制出原理图并在万能版上测试通过，比赛期间只需要改变相关元件参数即可。首先应该把显示设备做好，包括显示设备的硬件电路（取决与你用LED还是LCD)，显示设备的编程(设置从单片机的哪一个接口读数据)。显示设备是最重要的。看看输入设备怎么弄，比如键盘怎么弄，可以先熟悉一下键盘的编程。当然，负责硬件部分，焊电路，连接电路的本事应该过关，这在比赛之前应充分联系，做到又快又好。硬件部分在实际中会产生各种各样的问题，一定要踏实，仔细。你可以上网查一查对于硬件电路，应该如何排除故障，因为排除故障非常困难。 自己动手做实物 这是重中之重！ 参赛前最好能成功做出三个以上的实物 至于什么难度看你想要什么高度 题目类型： 国赛都会有几种类型的题目，通常被一些学校分为四种：测量类、控制类、高频类以及电力电子类。测量类主要是学习模拟电子电路设计，懂得相关芯片的性能参数以及使用，当然MCU是必不可少的，有能力的还会学FPGA。控制类也涉及模拟电子电路设计，但相对难度来说不是很大，主要在于一些传感器的制作，各类电机也必须会用，主控的学C51也就可以了，很多人会学具有低功耗性能的msp430。高频类个人不是很清楚，主要和无线电有关。电力电子的就是做电源了，各种各样高性能电源，boost升压之类的，主要看的书籍就是电力电子啦，虽然看上去内容不多，但细致起来就问题多多啦。你看你喜欢玩什么了，自个挑。不管那类，C语言是必定得学的，所以最好先把C语言学好，然后是单片机，自己就可以去买个开发板玩，接着是模拟电子基础，然后是数字电子基础，最后要变强就学FPGA和ARM，手机内部的控制器就相当于ARM啊，FPGA是一个可以让人自由飞翔的领域。 竞赛时应该注意的问题： 1、软件与硬件电路最好是同时做，不要前几天都在搞软件，等到最后才来焊板，到时如果出问题都没时间改了，我参加时就是遇到了这种情况。要么也可以在面包板实践下，有人可能产能用仿真软件仿真，但那毕竟是仿真，有时跟实际相差还是很大的。反正是不能到最后才来做印制电路板。 2、队员分工好，最大限度发挥整个队的能力，而且经常讨论，让三个人都知道对方的进展，同时也好处理各个负责模块之间的链接。 3、在竞赛前就应该做好准备：做好一两个单片机最小系统 （最好有下载口，支持在线编程）、5V/12V稳压电源和显示板等小模块，将各个模块程序编写好。如 7段数码管的显示（建议使用串口，节省单片机的I/O口，如搭配74LS164或74HC595，我那时是使用两块74HC595芯片，一片位选，一片发送数码）这样可以节省很多时间。 4、由于前期已经做好各模块板了，因此竞赛时具体做板只需改进，从而达到题目要求。画PCB板我个人认为单面板好，好焊板。焊接芯片时能用插座的还是用吧。这样既可以防止焊接时焊坏芯片，而且芯片可以多少使用。赛前自己也准备些常用的器件。 5、竞赛前还是在图书馆借点书来，方便赛查阅。 6、论文在赛前一定要试写一两篇，至少也应该看过些论文，知道它的格式。论文可以一个人负责，后面大家一起修好下，也可以个人负责自己模块的，最后再汇总。 7.竞赛时碰到的东西可能都是你在书本上没有看到过的，但是你可以上网找出它的原理图和实现电路的参考图，你可以用你所学的基础，把它们综合到你的设计中去(不会很困难)。图书馆也有像实用电路大全这种书，书上可能就有你想要或者差不多的电路。 8.Electronics WorkBench可以先用它来验证你的设想，应该学会使用它。 9.一些老教师实践经验丰富，他做过的一些课题里面可能就包含了你现在要完成的题目，由他来给你点明一下原理，提出一下实现的方案，你去找资料时就有了个目标，不会无所适从。平常上网时应该多留意一下与电子相关的网站，留意一下找资料的门路，不要到时找不到可以找资料的去向。找到有用的资料是很关键的，而这些东西在你们上课的书本上都找不到。 9.虽然题目是希望你可以加进一些创新的东西，但其实真正把基本要求完成了的人都不多。开始设计时应该立足于基本要求，先把基本要求完成了再说创新的东西，不然，你所谓创新的东西根本无所依附。做出了完成基本要求的实际东西，你才在上面改进，添加一些花哨的功能，那就OK了。一定要注意保存成果，不要破坏做出了的东西，不要一切推翻重来，你要做的只是在不破坏原设计的基础上的改进，这很重要。 10.焊接方面的，虽然说也要对布局是否合理和焊得是否美观打分，但只要你的东西测试能过关，这个分一般是要给你的。但如果测试不能过关，你最合理最美观也没有。最重要的还要焊牢固，以防运送途中出现焊点脱落的情况。 1、4天3夜的竞赛不仅仅是考临时的发挥，而是平时的经验积累，有经历的人都知道，刚开始调试学习一个模块时，可能就需要几天才能调试好，如果按照这个速度怎么能在那么短时间内做出一个系统呢？ 2、在4天3夜做的系统，基本好多模块都是提前准备好的。到时候拼成一个系统，顶多到时再补充一两个模块即可； 3、元器件清单会提前1周发下来，这一周弥足珍贵，有好多题目要求，从题目的中就能反映出来，有经验的老师就能马上猜出题目，这几天就提前准备好几个相关模块，以备使用，并且要搜集起所有相关资料，以防查用； 4、竞赛中也要注意，有些人可能会在电路板上直接焊接导线测试，这个也要规范一些，有时去做板子或自己腐蚀电路板，那是估计竞赛也接近尾声了，有时很难在这很短的时间内将电路板调通，这时还需要将以前的实验班拼凑起来，作为备用方案，否则就会前功尽弃。我们竞赛时就遇到过这种问题。 5、竞赛肯定是非常紧张的，根本就没有时间来休息，就是想睡也睡不着，大多都是连续工作20多个小时以后可能会有点累，好多也只是在桌子上趴一会。但是一定要注意身体，建议三个人轮流去休息，每次一个人休息，有2个人在做，建议第一天要休息好，第二天趴一会。第三四天的时候估计大家都紧张到了极限，根本就没心思睡觉啦。比赛固然很重要，但身体也是很重要的 我是搞模拟电路的，如果还没开始就从线性电源开始吧会用7805是第一步，然后就看模拟电路的书（我觉得起步用铃木雅臣的《晶体管电路设计》不错，还有就是教科书），一边看一边做，做共射放大电路什么什么的。还有一部分是传感器，温度传感，红外对管这些都要熟练应用，并且碰到新的传感器也要举一反三能够上手。之后要搞运放,以后大部分的设计还是要用运放来做，看懂运放的各个指标当然还有其他元件的PDF，学会使用各种运放和模拟器件包括ADC\DAC。然后就是要学习电路设计的细节，比如布板画PCB，这些都很讲究不是一两句能说通的。之后就任意发展了，都是模拟电路还是有很多方向的，看你们队的兴趣。 队友搞软件的我不太懂，大概就是多调试模块，有编程的思维。基础的搞好了就要学习DSP，FPGA等高等级的东西了。 1、跟上学校安排的上课进度不要挂科；2、学习开发软件（PROTEL、IAR【430单片机开发】、QuartusII【FPGA开发】、CCS【DSP开发】这个软件可以暂时不学、Multsim、）3、将一个系统分为前向通道、处理部分、后向通道来做准备。前向通道需要准备：程控放大器、滤波器（包括数字滤波器）、陷波器、稳幅电路、输入信号调理电路、运算放大器、A/D转换、DDS模块等；处理器主要准备：FPGA和单片机的最小系统板及其编程；后向通道主要准备：滤波器、整形电路、测频电路、峰值检波电路、D/A转换等等。当然我说的都是针对信号处理、仪器仪表之类的题哈，其余还有电源类、控制类的题但大致方法差不多。做控制类的题就还有准备一下常用的传感器的资料及其应用。比赛是三个一组你可以先找好搭档（这是至关重要的）就每个人准备一部分。就近十年的题目分析国家的题目在以上几个方向都要涉及，但我觉得仪器仪表方面的题要多一些。多找些设计方面的书籍看，平时要多到实验室里面做一点小东西出来增进一下积极性，我建议你现在是大一就每年的竞赛不管是国家的还是省上都要参加，参加了你就对他比较了解了。平时也可以拿到往年的竞赛题来做一做，刚开始不会就借鉴别人的设计方案照到来做。

　　 引言 　　全国大学生电子设计竞赛至今已成功举办了八届， 参赛人数越来越多， 竞赛规模越来越大。大学生电子竞赛在培养学生创新能力、促进高校学风建设及电子信息学科教学改革等方面起到了引导和推进作用。 　　大学生电子竞赛题目以模拟电子、数字电子、可编程逻辑器件及单片机技术为核心， 涉及电子仪器仪表、通信、高频无线电、自动控制等多学科内容。2007 年电子设计竞赛组委会专家指出： 电子设计竞赛的发展趋势将以模电、数电、FP2GA 为重点。因此， 对于参赛队员来说要获得较好的成绩， 选择合适的题目并进行培训至关重要。笔者针对以FPGA 为核心的竞赛题目特点及竞赛元器件要求， 设计制作了竞赛电路板， 组成框图如图1 所示。 图1 电子竞赛电路板组成框图 　　本设计主要包括3 个部分： 单片机扩展电路、FPGA 核心电路、高速A/ D 和D/ A 转换电路。其中单片机扩展电路主要包括振荡电路、液晶显示模块接口、按键、复位电路等，这部分既可以进行基本的单片机实验， 还可以为FPGA 核心电路提供控制信号及利用FPGA 的资源等； FPGA 核心电路部分主要由电源、J TAG 下载、AS 下载、输入输出电路等组成； 高速A/ D 和D/ A 转换电路具有一路模拟信号输入、两路模拟信号输出。设计将3 部分有机地结合在一起， 组成了一个实验系统， 它既能够完成等精度频率计、DDS 信号发生器、数字示波器等竞赛题目的设计， 又可以用于赛前培训。 　　 1 电路设计 　　1. 1 FPGA 核心电路板 　　1. 1. 1 FPGA 芯片选择 　　FPGA是英文Field Programmable Gate Array 的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL, GAL, EPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的， 既解决了定制电路的不足， 又克服了原有可编程器件门电路数量有限的缺点。 　　经过分析近几届电子设计竞赛中的题目， 发现设计题目对FPGA 的功能要求不是太高， 一般常用的FPGA 都能满足设计要求。通过比较， 知道Alter a 公司的Cyclone 系列FPGA具有低成本的特点， 而且平衡了逻辑、存储器、锁相环和高级I/ O 接口。所以Cyclone 系列FPGA 是设计的最佳选择。 　　Altera 公司Cyclone 系列中的EP1C3, EP1C6, EP1C12完全能够满足设计题目要求， 所以可以从这几种芯片里选择FPGA.综合比较选择了EP1C6 系列的芯片， 这个系列中的EP1C6T 144C8 完全能够满足电子大赛的要求。而且EP1C6T 144C8 也支持SOPC （ System On Pr ogrammingChip） , 可以实现嵌入式的软CPU（ 如NIOSII 等） , 为嵌入式电子设计提供了又一种选择。所以在此选择EP1C6T144C8作为此设计的FPGA 芯片。EP1C6T144C8 内部具有5 980个逻辑单元（ LE） 、20 个M4K RAM 块、92 160 位嵌入式RAM、2 个锁相环、96 个I/ O 口， 支持AS、JTAG 下载， 采用TQFP144 封装形式。 　　 1. 1. 2 FPGA 电路板设计 　　EP1C6T144C8 是144 脚的FPGA 芯片， 引脚分类及功能如下： 　　（1） 电源引脚。使用3. 3 V 电压作为供电电源， 可以为满足各种数据传输标准的输出缓存器的提供电源， 也可以为满足LVT TL, LVCMOS, 各种PCI 接口标准的输入缓存器提供电源。 　　（2） 内部逻辑门的电源引脚。使用11 5 V 电压作为供电电源， 可以为满足LVDS, SSTL2, SST L3 接口标准的输入缓存器提供电源。 　　（3） 锁相环的电源引脚。锁相环的电源无论是否使用，必须将此引脚连接到11 5 V 供电电源。 　　（4） 配置引脚。包括为JTAG 边界扫描测试配置接口和AS 主动串行配置接口。 　　（5） 用户I/ O 口引脚。FPGA 芯片的用户I/ O 引脚为96个， 通过双排插座引出。这些接口分为3 类： 与单片机的接口、扩展接口、与A/ D 转换器及D/ A 转换器的接口。 　　（6） 时钟引脚。采用50 MH z 有源晶振， 输出时钟信号经低阻值电阻缓冲后接CLK0, 即FPGA 的管脚16. 　　 1. 2 单片机扩展接口电路设计 　　1. 2. 1 单片机 　　80C51 系列单片机作为8 位单片机事实上的工业标准，世界上众多电气公司都生产其系列产品， 有广泛的选择及应用基础。如ATMEL 公司的AT 89C5X, AT89S5X, NXP 公司的P89C5X, P89V5X 等。本设计选择了NXP 公司的P89V51RD2 单片机， 该单片机片内具有64 K 字节的可反复擦写的可在线下载编程的（ ISP） FLASH 程序存储器和256字节的RAM、1 K 字节的扩展RAM、32 个I/ O 口、3 个可编程定时计数器、一个串行口、一个SPI 接口等功能。 　　 1. 2. 2 液晶显示模块 　　采用128*64 具有中文汉字库的图形点阵液晶显示模块， 内含8192 个16*16 点中文字型和128 个16*8 半宽的字母符号字型； 另外绘图显示画面提供一个64*256 点的绘图区域GDRAM; 而且内含CGRAM 提供4 组软件可编程的16*16 点阵造字功能。电源操作范围宽（ 21 7 V to 51 5 V） ,低功耗设计可满足产品的省电要求； 同时与单片机等微控器的接口界面灵活（ 3 种模式： 并行8 位/ 4 位， 串行3 线/ 2 线） . 　　中文液晶显示模块可实现汉字、ASCII 码、点阵图形的同屏显示， 广泛用于各种仪器仪表、家用电器和信息产品上，并作为显示器件。中文液晶显示模块具有上/ 下/ 左/ 右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令， 具有光标显示/ 闪烁控制命令及关闭显示命令。预留多种控制线（ 复位/ 串并选择/ 亮度调整） 供用户灵活使用。 　 　1. 2. 3 键盘 　　扩充16 个按键组成4*4 矩阵形式与单片机的P1 口相连。 　　 1. 2. 4 与FPGA 接口 　　单片机的P0 口， P2 口， RD, WR, ALE 分别经100 8 电阻与FPGA 预留I/ O 口相连。 　　 1. 2. 5 RS232 接口 　　扩充MAX232 串口芯片， 扩展串行口， 可以实现单片机与PC 机的串行通信、在线下载程序。 　　 1. 3 高速模数转换器和数模转换器电路 　　1. 3. 1 高速模数转换器 　　由于FPGA 为高速器件， 为实现速度匹配， 本设计采用高速A/ D 转换器TLC5510.它是由美国T I 公司生产的新型模数转换器件（ ADC） , 是一种采用CMOS 工艺制造的8位高阻抗并行A/ D 转换芯片， 能提供的最高采样率为20MSPS.由于TLC5510 采用了半闪速结构及CMOS 工艺， 因而大大减少了器件中比较器的数量， 而且在高速转换的同时能够保持较低的功耗。在推荐工作条件下， T LC5510 的功耗仅为130 mW.由于TLC5510 不仅具有高速的A/ D 转换功能， 而且还带有内部采样保持电路， 从而大大简化了外围电路的设计。同时， 由于其内部带有标准分压电阻， 因而可以从+ 5 V 的电源获得2 V 满刻度的基准电压。TLC5510 可应用于数字T V、医学图像、视频会议、高速数据转换以及QAM 解调器等方面。T LC5510为24 引脚、SO、PSOP 表贴封装形式。 　　 1. 3. 2 高速数模转换器 　　高速D/ A 转换器选用了TI 公司生产的TH S5651A, 该芯片是经特别优化的用于有线和无线数据传输的10 位数模转换器。该芯片的制造采用了先进的高速混合信号CMOS工艺， 转换速率达125 MSPS.片上具有11 2 V 参考电压、D/ A转换输出为电流型， 电流范围为2 mA- 20 mA.功耗是5 V 工作时为175 mW, 工作在SLEEP 模式时为25 mW、封装为282引脚SOIC或TSSOP 封装。 　　 1. 3. 3 高速运算放大器 　　为了与高速A/ D、D/ A 转换器速度相匹配， 电路设计中还使用了美国TI 公司生产的TH S4001 高速电压负反馈运算放大器。其带宽可达270 MHz、转换速率达400 V/Ls, 能很好地实现系统的放大缓冲功能， 以满足系统性能指标要求。 　　2 结语 　　本设计的电子竞赛电路板采用了MCU + FPGA 结构，单片机负责数据处理、控制显示等工作； FPGA 负责高速数据采集、数模转换工作。同时， FPGA 还可以为单片机提供存储器及I/ O 口等资源。在PCB 设计时， 特别要注意采取抗干扰措施， 如在电路中要适当配置去藕电容、数字地与模拟地分离， 最后在一点接于电源地等。本设计在地线的设计方面， 使用了屏蔽地、数字地和模拟地， 它们分别与电源地相连， 做到了数字电流不流经模拟器件， 高速电流不流经低速器件。本文涉及的电路通过调试， 各个模块可以达到预期的功能， 该电路板可以用于电子设计竞赛和一些电子产品的开发。