1.2 全國大學生電子設計競賽題目分析

每逢全國大學生電子設計競賽舉辦年度，全國競賽組委會都向參賽的賽區發布當年競賽的《命題原則及征題要求》。各賽區組委會根據命題原則，廣泛征集來自教學第一線教師設計的競賽題目，這些題目必須包括理論設計、實際制作與調試內容，既應考慮到教學的基本內容要求，又應適當反映新技術和新器件的應用。

1.2.1 全國大學生電子設計競賽命題原則及要求

1．命題范圍

以電子技術（包括模擬低頻、高頻和數字電路）應用設計為主要內容，涉及單片機、可編程邏輯器件、EDA軟件工具和PC（主要用于開發）的應用。題目包括“理論設計”和“實際制作與調試”兩部分。競賽題目應具有實際意義和應用背景，并考慮到目前教學基本內容和新技術應用趨勢。

從2007年開始，本科生與高職高專生的命題和評審分開，設A、B兩套題型。兩套題在技術難度和工藝工裝方面會有所差異。

2．題目要求

題目原則上應包括基本要求部分和發揮部分，從而使絕大多數參賽學生能在規定時間內完成基本要求部分的設計工作，又能使一部分優秀學生有發揮與創新的余地。

命題包括四個部分：題目名稱，設計任務和要求，評分標準以及命題說明。

題目名稱應簡明扼要。設計任務、要求和需要對題目做必要的說明，明確提出設計任務和對功能指標的要求，文字描述準確，避免含混不清。按設計報告、實際制作兩部分提出具體評分細則，實際制作又分為基本要求和發揮兩部分。總分一般是130分，其中設計報告占30分，基本要求占50分，發揮部分占50分。對命題的意圖、涉及的主要知識范圍及其他問題予以必要的說明，供全國專家組選題時參考。

1.2.2 大學生電子設計競賽題目統計分析

不包含各賽區賽題，從第一屆到第九屆共有46道競賽題目，見表1-2。競賽題的數量及難度逐年遞增，試題實用性強、綜合性強，涉及的內容是一個課程群而非單一的一門課程。目前命題正朝著綜合型發展，很難對命題進行明確分類。例如正弦信號發生器（2005年A題），既可以歸為模電類，也可以歸為數電類，還可以歸為高頻類，甚至還可以歸于儀器儀表類。這里對命題進行分類，目的在于訓練和教學上的方便。

1.2.3 大學生電子設計競賽試題特點

電子設計競賽既不是單純的理論設計競賽，也不僅僅是實驗競賽，而是由一個參賽隊共同設計、制作完成一個具有特定工程背景的題目的優劣與快慢的競賽。它既強調理論設計，又強調系統的實現，考核了學生綜合運用基礎知識的能力，更注重考察學生的創新意識。競賽題目具有如下特點：

1．重視基礎知識、基本技能

競賽試題涉及電子信息技術的基本理論、基本技能、基本方法。而一個完整的電子系統設計，離不開對以下基本知識和內容的掌握。

（1）基本單元電路的設計：集成運放、數據放大器和可編程數據放大器、跨導型放大器（電壓電流轉換器）、隔離放大器、A/D轉換器、D/A轉換器和取樣/保持（S/H）電路、傳感器。

（2）基本器件的選用：如晶體管、基本運算放大器、電壓比較器、A/D轉換器、D/A轉換器、傳感器（光電傳感器、超聲傳感器、金屬探測傳感器、紅外傳感器等）。

（3）基本儀器的使用：如信號發生器、示波器、毫伏表、頻率計、萬用表等。

2．涉及的知識面廣

一個實用的電子系統設計總是將電子技術基本內容與多專業方向相結合，涉及多門課程、多個學科，既有電子工程類，又有通信工程類，既有自動控制類，又涉及計算機類學科。在計算機類學科中，既涉及硬件知識，又有軟件知識。在軟件方面，既有EDA軟件的使用，又有程序設計。例如2003年F題：設計并制作一個液體點滴速度監測與控制裝置，發揮部分要求設計并制作一個由主站控制16個從站的有線監控系統。這就是典型的電子、計算機、通信、自動控制多學科的融合。

3．新技術、新器件、新的設計手段和方法的大量使用

競賽要求在短短四天時間內完成一個電子系統設計，采用傳統的設計手段、方法很難完成，所以競賽學員大量使用Matlab、Protel、Max-PlusⅡ、ISE、Multism等EDA軟件來進行設計。同時為簡化設計、縮短研制周期和體現創新性，CPLD、FPGA、DSP、嵌入式技術等一些新技術和相關新器件被大量使用。例如2007年C題，數字示波器，高速數據采集、存儲和回放是設計的要點和難點。參賽獲一等獎作品中都使用了DDS、MCU和FPGA融合使用的復雜系統方案，并使用EDA工具來完成。

4．應用性、綜合性、系統性

電子設計競賽以應用為背景，試題本身就是一個完整的電子產品。例如，2001年F題是用SONY公司提供的FM/AM收音機集成芯片CXA1019和鎖相頻率合成調諧集成芯片BU2614，制作一臺調頻收音機。再如2003年F題液體點滴速度監控裝置，經過改進和試用后已進行市場推廣。

1.2.4 賽前題目分析

1．賽前公布的基本儀器和主要元器件清單

全國大學生電子設計競賽組委會專家組在電子設計競賽開始的前一周都會在網上公布本次全國大學生電子設計競賽需要的基本儀器和主要元器件清單，以便參賽學校做好準備。通過對所公布的基本儀器和主要元器件清單進行分析，可以得到一些競賽題目的信息。以下是《2005年全國大學生電子設計競賽基本儀器和主要元器件清單》。

（1）基本儀器清單：

● 20MHz普通示波器（雙通道，外觸發輸入，有X軸輸入，可選帶Z軸輸入）；

● 60MHz雙通道數字示波器；

● 低頻信號發生器（10-6～1MHz）；

● 高頻信號發生器（1～40MHz）具有調頻調幅及外調制功能；

● 低頻毫伏表；

● 高頻毫伏表；

● 普通頻率計；

● 失真度測試儀；

● 直流穩壓電源；

● 秒表；

● 10m卷尺；

● 單片機開發系統及EDA開發系統；

● 交流電壓表和電流表（5A）；

● 單向自耦調壓器（>500W）；

● 4位半數字萬用表。

（2）主要元器件清單：

● 單片機最小系統板（僅含單片機芯片、鍵盤與顯示裝置、存儲器、A/D、D/A）；

● A/D、D/A轉換器；

● 可編程邏輯器件及其下載板；

● 話筒，耳機；

● 顯示器件；

● 小型電動機；

● 小型繼電器；

● 康銅、錳銅電阻絲；

● 光電傳感器；

● 隔離變壓器（>250W，200V/60V）；

● DDS集成芯片。

2．賽前題目分析方法

分析方法可以采用基本要素組合法，一是分析所提供的儀器儀表，二是分析所提供的元器件，三是分析歷屆題目及核心知識點，將三者結合元器件清單所列參數進行綜合分析，如圖1.1所示。

以2005年公布的全國大學生電子設計競賽基本儀器和主要元器件清單為例：

● 從信號發生器和示波器的頻率范圍可見，信號頻率不會超過40MHz，最高也不會超過60MHz。信號波形為正弦波，要求調頻、調幅及外調制功能。

● 使用雙蹤示波器，表示作品制作時需要同時觀測兩路信號；使用數字示波器，表示作品制作時需要直接讀取一些數據。

● 使用頻率計，表示作品制作時需要測量頻率。

● 使用失真度測試儀，表示作品制作時需要測量信號的失真。

● 使用低頻毫伏表，表示作品制作時需要測量低頻信號電壓。

● 使用高頻毫伏表，表示作品制作時需要測量高頻信號電壓。

● 使用交流電壓表和電流表（5A），表示作品制作時需要測量交流電壓和電流。

● 使用4位半數字萬用表，表示作品制作時需要精確測量電壓值。

● 使用單片機開發系統及EDA開發系統、單片機最小系統板（僅含單片機芯片、鍵盤與顯示裝置、存儲器）和可編程邏輯器件下載板（僅含可編程芯片、下載電路、配置存儲器），表示作品制作時需要使用單片機或者可編程邏輯器件才可以完成。

● 使用單向自耦調壓器（>500W）和隔離變壓器（>250W，200V/60V），表示作品制作時需要調節交流電壓和隔離交流電壓。

● 需要秒表，表示作品制作時需要對時間進行測量。

● 需要10m卷尺，表示作品制作時需要對長度進行測量。

●使用A/D、D/A轉換器，表示作品制作時需要將模擬信號轉換成為數字信號，也需要將數字信號轉換成模擬信號。

● 使用DDS集成芯片，表示作品制作時需要使用數字頻率合成技術。

● 使用光電傳感器，表示作品制作時需要對光信號進行檢測。

● 使用運算放大器、電壓比較器，表示作品制作時需要對信號進行放大和比較。

● 使用話筒、耳機，表示作品制作時需要對聲音信號進行傳播。

● 使用小型電動機，表示作品制作時需要有一個驅動力。

● 使用小型繼電器，表示作品制作時需要對一定功率的電信號進行控制。

● 使用康銅、錳銅電阻絲，表示作品制作時需要繞制電阻。

3．題目組合

如圖1.1所示，將以上的一些基本要素進行組合，結合歷屆的競賽試題，可以得到可能出現的一些題目和作品應完成的功能。

【例1】查找DDS芯片資料可知，在微控制器的控制下，DDS芯片還可以產生正弦/余弦波信號輸出，實現AM/FM/FSK調制等功能。DDS芯片+單片機最小系統板或者可編程邏輯器件+低頻信號發生器（10-6～1MHz）+高頻信號發生器（1～40MHz）具有調頻、調幅及外調制功能+低頻毫伏表+高頻毫伏表+話筒、耳機+失真度測試儀，結合歷年的競賽題目：簡易無線電遙控系統（第二屆，1995年）、調幅廣播收音機（第三屆，1997年）、短波調頻收音機（第五屆，2001年）分析，可能出現的題目和功能是：

以DDS芯片為核心，在單片機最小系統板或者可編程邏輯器件的控制下，產生正弦/余弦波信號輸出，或者AM/FM/FSK調制信號輸出的信號發生器。

【例2】單片機最小系統板或者可編程邏輯器件+低頻信號發生器（10-6～1MHz）+高頻信號發生器（1～40MHz）具有調頻調幅及外調制功能+低頻毫伏表+高頻毫伏表+話筒、耳機+失真度測試儀，結合歷年的競賽題目：簡易無線電遙控系統（第二屆，1995年）、調幅廣播收音機（第三屆，1997年）、短波調頻收音機（第四屆，1999年）、調頻收音機（第五屆，2001年）分析，可能出現的題目和功能是：

頻率在40MHz以下，調頻或者調幅的無線語音傳輸系統。

【例3】交流電壓表和電流表（5A）+4位半數字萬用表+低頻毫伏表+單向自耦調壓器（>500W）和隔離變壓器（>250W，220V/60V）+小型繼電器+康銅、錳銅電阻絲+單片機最小系統板或者可編程邏輯器件，結合歷年的競賽題目：直流穩壓電源（第三屆，1997年）、簡易數控直流電源（第1屆，1994年）進行分析，可能出現的題目和功能是：

功率為250W，電壓不超過60V，過流保護的交流穩壓電源、變頻電源或者直流數控電源。

【例4】60MHz雙通道數字示波器+普通頻率計+單片機最小系統板或者可編程邏輯器件+A/D、D/A轉換器+運算放大器+電壓比較器+DDS芯片，結合歷年的競賽題目：簡易電阻、電容和電感測試儀（第二屆，1995年）、實用信號源的設計與制作（第二屆，1995年）、簡易數字頻率計（第三屆，1997年）、頻率特性測試儀（第四屆，1999年）、數字式工頻有效值多用表（第四屆，1999年）、簡易數字存儲示波器（第五屆，2001年）波形發生器（第五屆，2001年）、簡易邏輯分析儀（第六屆，2003年）、低頻數字式相位測試儀（第六屆，2003年）進行分析，可能出現的題目和功能是：

（1）單片機最小系統板或者可編程邏輯器件+A/D、D/A轉換器+DDS芯片→有可能制作掃頻儀。

（2）單片機最小系統板或者可編程邏輯器件+運算放大器+電壓比較器→有可能制作小信號測試儀，或者器件參數測試儀。

【例5】光電傳感器+小型電動機+單片機最小系統板或者可編程邏輯器件+秒表+10m卷尺，結合歷年的競賽題目：簡易智能電動車（第六屆，2003年）、液體點滴速度監控裝置（第六屆，2003年）、自動往返電動小車（第五屆，2001年）進行分析，可能出現的題目和功能是：

可利用光電傳感器檢測信號的運動控制系統。