电子设计培训课件.ppt

1、 A. 大学生电子设计竞赛概述大学生电子设计竞赛概述一、指导思想与目的指导思想与目的全国大学生电子设计竞赛是全国大学生电子设计竞赛是1993年由教育部倡导的，由教育部高等教年由教育部倡导的，由教育部高等教育司和信息产业部人事司共同举办并与教学改革实践紧密结合的育司和信息产业部人事司共同举办并与教学改革实践紧密结合的四大学科四大学科竞赛竞赛之一，是面向大学生的群众性科技活动，目的在于推动全国普通高等之一，是面向大学生的群众性科技活动，目的在于推动全国普通高等学校促进信息与电子类学科面向二十一世纪课程体系和课程内容的改革，学校促进信息与电子类学科面向二十一世纪课程体系和课程内容的改革，促进教育也要

2、实现促进教育也要实现两个转变两个转变重要思想的落实，有助于高等学校实施素质教重要思想的落实，有助于高等学校实施素质教育，培养大学生的创新能力、协作精神和理论联系实际的学风；有助于学育，培养大学生的创新能力、协作精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。颖而出创造条件。二、二、竞赛方式竞赛方式 竞赛采用全国统一命题、分赛区组织的方式

3、，竞赛采用竞赛采用全国统一命题、分赛区组织的方式，竞赛采用“半封闭、半封闭、相对集中相对集中”的组织方式进行。竞赛期间学生可以查阅有关文献资料，的组织方式进行。竞赛期间学生可以查阅有关文献资料，队内学生集体商讨设计思想，确定设计方案，分工负责、团结协作，队内学生集体商讨设计思想，确定设计方案，分工负责、团结协作，以队为基本单位独立完成竞赛任务；竞赛期间不允许任何教师或其他以队为基本单位独立完成竞赛任务；竞赛期间不允许任何教师或其他人员进行任何形式的指导或引导；竞赛期间参赛队员不得与队外任何人员进行任何形式的指导或引导；竞赛期间参赛队员不得与队外任何人员讨论商量。人员讨论商量。三、竞赛特点与特色

4、三、竞赛特点与特色全国大学生电子设计竞赛努力与课程体系和课程内容改全国大学生电子设计竞赛努力与课程体系和课程内容改革密切结合，与培养学生全面素质紧密结合，与理论联系实革密切结合，与培养学生全面素质紧密结合，与理论联系实际学风建设紧密结合。竞赛内容既有理论设计，又有实际制际学风建设紧密结合。竞赛内容既有理论设计，又有实际制作，可以全面检验和促进参赛学生的理论素养和工作能力。作，可以全面检验和促进参赛学生的理论素养和工作能力。四、四、 竞赛内容竞赛内容 以电子电路（含模拟和数字电路）应用设计为主要内容，可以涉及模以电子电路（含模拟和数字电路）应用设计为主要内容，可以涉及模-数数混合电路、单片机、可

5、编程器件、混合电路、单片机、可编程器件、EDA软件工具和软件工具和PC机（主要用于开发）机（主要用于开发）的应用。题目包括的应用。题目包括“理论设计理论设计”和和“实际制作与调试实际制作与调试”两部分。竞赛题目具有两部分。竞赛题目具有实际意义和应用背景，并考虑到目前教学的基本内容和新技术的应用趋势，实际意义和应用背景，并考虑到目前教学的基本内容和新技术的应用趋势，同时对教学内容和课程体系改革起一定的引导作用。同时对教学内容和课程体系改革起一定的引导作用。 着重考核学生综合运用基础知识进行理论设计的能力，考核学生的创新着重考核学生综合运用基础知识进行理论设计的能力，考核学生的创新精神和独立工作能

6、力，考核学生的实验技能精神和独立工作能力，考核学生的实验技能(制作、调试制作、调试)。 在难易程度方面，既要考虑使一般参赛学生能在规定的时间内完成基本在难易程度方面，既要考虑使一般参赛学生能在规定的时间内完成基本要求，又能使优秀学生有发挥与创新的余地。要求，又能使优秀学生有发挥与创新的余地。五、五、 参赛形式参赛形式 全国大学生电子设计竞赛原则上安排在全国大学生电子设计竞赛原则上安排在单数年的单数年的9月中旬月中旬举行，为期举行，为期4天。天。竞赛以赛区为单位统一组织报名、竞赛、评审和评奖工作。竞赛以赛区为单位统一组织报名、竞赛、评审和评奖工作。 鼓励设有信息与电子学科及相关专业或已开展电子设

7、计科技活动的高等鼓励设有信息与电子学科及相关专业或已开展电子设计科技活动的高等学校，积极组织学生参加全国大学生电子设计竞赛。学校，积极组织学生参加全国大学生电子设计竞赛。 学生自愿组合，三人一队，由所在学校统一向赛区组委会报名。参赛队学生自愿组合，三人一队，由所在学校统一向赛区组委会报名。参赛队数由学校自行确定。数由学校自行确定。 为鼓励不同类型的高校和不同专业或专业方向的学生都能参加竞赛，全为鼓励不同类型的高校和不同专业或专业方向的学生都能参加竞赛，全国竞赛专家组根据命题原则，将统一编制若干个竞赛题目，供参赛学生选用。国竞赛专家组根据命题原则，将统一编制若干个竞赛题目，供参赛学生选用。 竞赛

8、所需场地、仪器设备、元器件或耗材原则上由参赛学校负责提供。竞赛所需场地、仪器设备、元器件或耗材原则上由参赛学校负责提供。六、六、竞赛规则竞赛规则 参赛学生应是高等学校中具有正式学籍的全日制在校本科或专科学生。参赛学生应是高等学校中具有正式学籍的全日制在校本科或专科学生。 参赛学生必须按统一时间参加竞赛，按时开赛，准时交卷。各赛区组委参赛学生必须按统一时间参加竞赛，按时开赛，准时交卷。各赛区组委会须按时收回学生的答卷会须按时收回学生的答卷(报告和制作实物报告和制作实物)并及时封存，然后按规定交赛区并及时封存，然后按规定交赛区专家组评审。专家组评审。 竞赛期间，参赛学生可以使用各种图书资料和计算机

9、，但不得与队外人竞赛期间，参赛学生可以使用各种图书资料和计算机，但不得与队外人员讨论，教师必须回避。员讨论，教师必须回避。 竞赛期间，各赛区组委会要组织巡视检查，以保证竞赛活动正常进行。竞赛期间，各赛区组委会要组织巡视检查，以保证竞赛活动正常进行。 在竞赛中，如发现辅导教师参与、队与队之间讨论，队员与队外人员讨在竞赛中，如发现辅导教师参与、队与队之间讨论，队员与队外人员讨论、不按规定时间发题和收卷，以及赛前泄题等违纪现象，将取消获奖名次，论、不按规定时间发题和收卷，以及赛前泄题等违纪现象，将取消获奖名次，并通报批评。并通报批评。七、七、 竞赛评奖竞赛评奖 全国大学生电子设计竞赛采取全国大学生电

10、子设计竞赛采取“一次竞赛、两级评奖一次竞赛、两级评奖”方式，评奖等方式，评奖等级分为级分为“赛区奖赛区奖”和和“全国奖全国奖”两种形式。两种形式。 各赛区负责本赛区的评奖工作，赛区奖的评奖等级及各奖项获奖比各赛区负责本赛区的评奖工作，赛区奖的评奖等级及各奖项获奖比例由各赛区根据实际情况自行确定。例由各赛区根据实际情况自行确定。 赛区评审结束后，各赛区组委会将本赛区竞赛优秀参赛队的设计报赛区评审结束后，各赛区组委会将本赛区竞赛优秀参赛队的设计报告及有关评审材料报送全国组委会，报送的优秀参赛队数应严格控制在本告及有关评审材料报送全国组委会，报送的优秀参赛队数应严格控制在本赛区参赛队总数的赛区参赛队

11、总数的12%之内。全国组委会根据全国专家组的评审结果确定之内。全国组委会根据全国专家组的评审结果确定全国一、二等奖，获奖总数原则上不超过全国参赛队总数的全国一、二等奖，获奖总数原则上不超过全国参赛队总数的10%。 全国大学生电子设计竞赛设立全国大学生电子设计竞赛设立“赛区优秀组织奖赛区优秀组织奖”，对当年竞赛组织，对当年竞赛组织中表现出色的赛区组委会给予表彰奖励；同时设立中表现出色的赛区组委会给予表彰奖励；同时设立“优秀征题奖优秀征题奖”，对当，对当年竞赛征题工作中表现突出的个人给予表彰奖励。年竞赛征题工作中表现突出的个人给予表彰奖励。 B. 电子系统设计电子系统设计一、赛题分析一、赛题分析

12、纵观历届赛题，大致可分为以下四类：纵观历届赛题，大致可分为以下四类： (1)基本电路：基本电路： 此类赛题有：此类赛题有：“简易数控直流电源简易数控直流电源” ，“直流稳定电直流稳定电源源”，“测量放大器测量放大器”，“高效率音频功率放大器高效率音频功率放大器”等。等。 (2)测量仪器：测量仪器： 此类赛题有：此类赛题有：“实用信号源的设计与制作实用信号源的设计与制作”，“简易电阻、简易电阻、电容、电感测试仪电容、电感测试仪”，“简易数字频率计简易数字频率计”，“数字式工频有效值多用表数字式工频有效值多用表”，“频率特性测试仪频率特性测试仪”，“波形发生器波形发生器”，“简易数字存储示波器简易

13、数字存储示波器”。 (3)通信设备：通信设备： 此类赛题有：此类赛题有：“简易无线电遥控系统简易无线电遥控系统”，“调幅广播接收调幅广播接收机机”，“短波调频接收机短波调频接收机”，“调频收音机调频收音机”，“数据采集与传输系统数据采集与传输系统”等。等。 (4)其他：其他： 如如“水温控制系统水温控制系统”，“自动往返电动小汽车自动往返电动小汽车”，“数字化数字化语音存储与回放系统语音存储与回放系统”，“多路数据采集系统多路数据采集系统”。 后三类的赛题都属于电子系统设计的课题。即使是基本电路类赛题，例后三类的赛题都属于电子系统设计的课题。即使是基本电路类赛题，例如测量放大器，其控制功能亦相

14、当复杂，设计时也应按系统设计的方法完成。如测量放大器，其控制功能亦相当复杂，设计时也应按系统设计的方法完成。赛题涉及到知识赛题涉及到知识: :低频电路、高频电路、数字电路、微机原理、传感器、低频电路、高频电路、数字电路、微机原理、传感器、电子测量等电子测量等, ,晶体管、集成电路、大规模集成电路、可编程逻辑器件晶体管、集成电路、大规模集成电路、可编程逻辑器件 。考查学生的能力：电路设计、原理分析、系统设计、系统调试等考查学生的能力：电路设计、原理分析、系统设计、系统调试等, ,工程工程实践能力和创新设计能力实践能力和创新设计能力 。体现的意图：对知识的掌握、应用知识、解决问题的思维、合作精神。

15、体现的意图：对知识的掌握、应用知识、解决问题的思维、合作精神。二、电子系统设计的基本方法二、电子系统设计的基本方法 电子系统的设计方法有电子系统的设计方法有自顶向下、自底向上自顶向下、自底向上以及以及自顶向下与自底向上自顶向下与自底向上相结合相结合的设计方法。的设计方法。 自顶向下方法的特点是将系统按自顶向下方法的特点是将系统按“系统系统-子系统子系统-功能模块功能模块(或称部件或称部件)-单单元电路元电路-元、器件元、器件-版图版图”这样的过程来设计。这样的过程来设计。 自顶向下法从系统级设计开始，首光根据设计课题中对系统的指标要求，将系自顶向下法从系统级设计开始，首光根据设计课题中对系统的

16、指标要求，将系统的行为统的行为(功能功能)全面、准确地描述出来，然后根据该系统应具备的各项功能将系统全面、准确地描述出来，然后根据该系统应具备的各项功能将系统划分和定义为若干个适当规模的、能够实现某一功能且相对独立的子系统，全面、划分和定义为若干个适当规模的、能够实现某一功能且相对独立的子系统，全面、准确地描述它们的功能准确地描述它们的功能(即输入、输出关系即输入、输出关系)及相互之间的联系，这项任务完成之后、及相互之间的联系，这项任务完成之后、就设计或选用一些部件去组成实现这些既定功能的子系统，最后进行元件级的设计，就设计或选用一些部件去组成实现这些既定功能的子系统，最后进行元件级的设计，即

17、选用适当的元件去实现前面所设计的各个部件。即选用适当的元件去实现前面所设计的各个部件。自顶向下法是一种概念驱动的设自顶向下法是一种概念驱动的设计方法，该方法要求在整个设计中尽量运用概念（抽象计方法，该方法要求在整个设计中尽量运用概念（抽象)去描述和分析设计对象，去描述和分析设计对象，而不要过早地考虑实现该设计的具体电路、元器件和工艺，以便抓住主要矛盾，避而不要过早地考虑实现该设计的具体电路、元器件和工艺，以便抓住主要矛盾，避免纠缠在具体细节上这样才能控制住设计的复杂性。免纠缠在具体细节上这样才能控制住设计的复杂性。电子系统设计方法电子系统设计方法自顶向下法应遵循的原则：自顶向下法应遵循的原则：

18、(1)正确性和完备性原则正确性和完备性原则 该方法要求在每一级该方法要求在每一级(层层)的设计完成后。都必须对设的设计完成后。都必须对设计的正确性和完备性进行反复的细致检查，即检查指标所要求的各项功能是计的正确性和完备性进行反复的细致检查，即检查指标所要求的各项功能是否都实现了，且留有必要的余地，最后还要对设计进行适当的优化。否都实现了，且留有必要的余地，最后还要对设计进行适当的优化。(2)模块化、结构化原则模块化、结构化原则 每个子系统、部件或子部件应设计成在功能上相对每个子系统、部件或子部件应设计成在功能上相对独立的模块，即每个模块均有明确的可独立完成的功能，且对某个模块内部独立的模块，即

19、每个模块均有明确的可独立完成的功能，且对某个模块内部进行修改时不应影响其他的模块。子系统之间、部件之间或者子部件之间的进行修改时不应影响其他的模块。子系统之间、部件之间或者子部件之间的联系形式应当与结构化程序设计中模块间的联系形式相仿。联系形式应当与结构化程序设计中模块间的联系形式相仿。(3)问题不下放原则问题不下放原则 在某一级的设计中如果遇到问题时，必须将其解决后才在某一级的设计中如果遇到问题时，必须将其解决后才能进行下级能进行下级(层层)的设计，切不可把上一级的设计，切不可把上一级(层层)的问题留到下一级的问题留到下一级(层层)去解决。去解决。(4)高层主导原则高层主导原则 在底层遇到的

20、问题找不到在底层遇到的问题找不到解决办法时，必须退回到它的上一级解决办法时，必须退回到它的上一级(层层)去去甚至再上一级去，通过修改上一级的设计甚至再上一级去，通过修改上一级的设计来减轻下一级设计的困难，或找出上一级来减轻下一级设计的困难，或找出上一级设计中未发现的错误并将其解决，才是正设计中未发现的错误并将其解决，才是正确的解决问题的策略。确的解决问题的策略。 (5)直观性、清晰性原则直观性、清晰性原则 设汁中不主张采设汁中不主张采用那些使人难以理解的诀窍和技巧，应当用那些使人难以理解的诀窍和技巧，应当在实际的设计中和文档中直观、清晰地反在实际的设计中和文档中直观、清晰地反映设计者的思路。设

21、计文档的组织与表达映设计者的思路。设计文档的组织与表达应当具有高度的条理性与简洁明了性。一应当具有高度的条理性与简洁明了性。一个可懂性好的设计，不仅使得同一项目组个可懂性好的设计，不仅使得同一项目组的设计人员之间的交流方便、高效，而且的设计人员之间的交流方便、高效，而且使今后系统的修改、升级和维修大为方便。使今后系统的修改、升级和维修大为方便。 自底向上的方法则相反自底向上的方法则相反“按元器件按元器件(版图版图)-单元电路单元电路-功能模块功能模块-子系统子系统-系系统统”这样的过程来设计。这样的过程来设计。 自底向上的方法是根据要实现的系统的各个功能的要求，先从可用的元自底向上的方法是根据

22、要实现的系统的各个功能的要求，先从可用的元件中选出合用的，设计成件中选出合用的，设计成个个部件，当一个部件不能直接实现系统的某个个部件，当一个部件不能直接实现系统的某个功能时，就须由多个部件组成子系统去实现其功能，直至系统所要求的个功能时，就须由多个部件组成子系统去实现其功能，直至系统所要求的全部功能都能实现为止。显然，由于在设计过程中，部件设计在先，设计全部功能都能实现为止。显然，由于在设计过程中，部件设计在先，设计人员的思想将受限于这些所设计出的或选用的现成部件，便不容易实现系人员的思想将受限于这些所设计出的或选用的现成部件，便不容易实现系统化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护性好的设汁。

23、因此在现代设计统化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护性好的设汁。因此在现代设计中普遍采用自顶向下法。但自底向上法也并非完全无用武之地，它在系统中普遍采用自顶向下法。但自底向上法也并非完全无用武之地，它在系统的组装和测试过程中却是行之有效的。的组装和测试过程中却是行之有效的。三、电子系统设计的一般步骤三、电子系统设计的一般步骤 审题、方案论证、单元设计、组装调审题、方案论证、单元设计、组装调 测和总结报告。测和总结报告。1、审题、审题 设计的第一步是审题，即对设计课题作认真的分析，而在未将竞赛题充设计的第一步是审题，即对设计课题作认真的分析，而在未将竞赛题充分分“吃透吃透”以前，千万不要匆匆动手

24、设计。特别要注意不要选取与自己的以前，千万不要匆匆动手设计。特别要注意不要选取与自己的背景知识相差太远的赛题，因为竞赛只有背景知识相差太远的赛题，因为竞赛只有4天时间，每一分钟都十分宝贵，天时间，每一分钟都十分宝贵，是轻易返工不得的。必须将题意理解清楚，明确题目要求我们是轻易返工不得的。必须将题意理解清楚，明确题目要求我们“做什么做什么?”，以及以及 “做到何种程度做到何种程度?”，即明确所要设计的系统的功能、性能、技术指标，即明确所要设计的系统的功能、性能、技术指标及要求。对赛题中每一个细节都不能放过，来不得半点含糊，否则将有偏及要求。对赛题中每一个细节都不能放过，来不得半点含糊，否则将有偏

25、题或漏题的危险。题或漏题的危险。2、方案论证、方案论证 弄清弄清“做什么做什么?”以及以及“做到何种程度做到何种程度?”后就要考虑后就要考虑“怎样做怎样做?”了，这需要对了，这需要对完成该任务的方法充分地调研，查阅有关资料。一般仅参考教科书是不够的，因为完成该任务的方法充分地调研，查阅有关资料。一般仅参考教科书是不够的，因为教科书上所介绍的通常只是一些基本原理，与实际使用的电路和系统还有一些差别，教科书上所介绍的通常只是一些基本原理，与实际使用的电路和系统还有一些差别，而且常常不能反映最新的科技成果，所以建议到文献资料中去查找，最好能通过网而且常常不能反映最新的科技成果，所以建议到文献资料中去

26、查找，最好能通过网络来检索，可以参照一些与设计题目相同或相近的产品或以往赛题所使用的方法，络来检索，可以参照一些与设计题目相同或相近的产品或以往赛题所使用的方法，但要注意这些方法的使用条件与赛题是否相符，赛题所要求的性能指标是否能达到，但要注意这些方法的使用条件与赛题是否相符，赛题所要求的性能指标是否能达到，对于可以采用的各种方法，须认真比较它们的优缺点，特别要注意讨论设计的可行对于可以采用的各种方法，须认真比较它们的优缺点，特别要注意讨论设计的可行性。性。 可行性包括：可行性包括： (1)所使用的器件能否保证供应？价格加何所使用的器件能否保证供应？价格加何? (2)设计的难度如何设计的难度如

27、何?自己的知识与能力能否胜任？自己的知识与能力能否胜任？ (3)工作量如何工作量如何?4天时间能否完成？天时间能否完成？ (4)有无进一步发挥的余地有无进一步发挥的余地? 对上述问题经过充分、细致的考虑和分析比较后，拟订较切实可行的方案。对上述问题经过充分、细致的考虑和分析比较后，拟订较切实可行的方案。方案设计步骤方案设计步骤行为描述与设计（系统的外部特性描述）行为描述与设计（系统的外部特性描述） 包括：系统有哪些主要功能以及输入和输出包括：系统有哪些主要功能以及输入和输出? ?它们各是什么物理量？有它们各是什么物理量？有何特征何特征? ?相互之间是什么关系？其来源或负载是什么相互之间是什么关

28、系？其来源或负载是什么? ?对系统的信号源和负载对系统的信号源和负载有何要求有何要求? ?结构描述与设计（系统的内部特性描述）结构描述与设计（系统的内部特性描述） 包括：实现系统功能的基本原理、基本框图、系统的基本控制流程。注包括：实现系统功能的基本原理、基本框图、系统的基本控制流程。注意此时的方框图通常只要画出一些子系统，以及各子系统之间的接口要求。意此时的方框图通常只要画出一些子系统，以及各子系统之间的接口要求。例如例如“简易数字频率计简易数字频率计”的设计中就将系统划分为输入通道、多周期同步等的设计中就将系统划分为输入通道、多周期同步等精度测量频率计的核心结构、键盘开关旋扭以及精度测量频

29、率计的核心结构、键盘开关旋扭以及LEDLED数码显示器。一数码显示器。一 般说来，般说来，这些子系统有数字子系统、模拟子系统、计算机这些子系统有数字子系统、模拟子系统、计算机( (单片机、单片机、DSP)DSP)子系统、电子系统、电源子系统、时钟子系统等类型。源子系统、时钟子系统等类型。 这一步最关键之处是确定系统的实现技术。这一步最关键之处是确定系统的实现技术。 一个系统可以用模拟技术完成，也可以用数字技术完成，这是两种不同的实现一个系统可以用模拟技术完成，也可以用数字技术完成，这是两种不同的实现技术。一般说来，用数字技术实现有以下优点：技术。一般说来，用数字技术实现有以下优点： a. 数字

30、系统对于器件参数的依赖较少，系统购抗干扰性较强，一般情况下，只要数字系统对于器件参数的依赖较少，系统购抗干扰性较强，一般情况下，只要设计的逻辑正确，成功的可能性较大。而模拟系统对器件的要求较高，且影响系统设计的逻辑正确，成功的可能性较大。而模拟系统对器件的要求较高，且影响系统性能的因素很多，虽然通常所使用的器件量较少，但调试比较困难，设计人员如无性能的因素很多，虽然通常所使用的器件量较少，但调试比较困难，设计人员如无较丰富的实践经验，很难设计出指标完善且稳定可靠的系统。较丰富的实践经验，很难设计出指标完善且稳定可靠的系统。 b. 目前数字电路的集成工艺已非常成熟，集成规模已达每片数十万门、目前

31、数字电路的集成工艺已非常成熟，集成规模已达每片数十万门、100万门万门的超大规模集成芯片也已问世，各种可编程逻辑器件以及单片机的应用已很普遍，的超大规模集成芯片也已问世，各种可编程逻辑器件以及单片机的应用已很普遍，这样就使得系统的器件量大大减少，而模拟集成电路还远达不到此水平。这样就使得系统的器件量大大减少，而模拟集成电路还远达不到此水平。 c. 现代的复杂系统几乎都离不开计算机处理，而用计算机处理的只能是数字信号，现代的复杂系统几乎都离不开计算机处理，而用计算机处理的只能是数字信号，因此用数字方法设计的系统无论在质量、精度、可靠性还是成本方面都比用模拟方因此用数字方法设计的系统无论在质量、精

32、度、可靠性还是成本方面都比用模拟方法设计的系统优越。法设计的系统优越。 数字实现技术又可分为硬件实现和借助计算机数字实现技术又可分为硬件实现和借助计算机(或单片机、信号处理芯或单片机、信号处理芯片片)用软件实现的两种方法。从原理上讲，任何数字系统均可用软件技术用软件实现的两种方法。从原理上讲，任何数字系统均可用软件技术实现，例如采用单片机系统实现，例如采用单片机系统(电子设计竞赛中使用最多的方法电子设计竞赛中使用最多的方法)，但其速度，但其速度有一定局限，在对系统运行速度有一定要求的情况下，有时必须采用硬件有一定局限，在对系统运行速度有一定要求的情况下，有时必须采用硬件数字系统。例如。如数字系

33、统。例如。如“简易存储示波器简易存储示波器”中关于信号处理的电路是一个数中关于信号处理的电路是一个数字电路，如全部用单片机处理，从原理上看是可能的，但赛题要求最高扫字电路，如全部用单片机处理，从原理上看是可能的，但赛题要求最高扫描速度为描速度为20usdiv，水平分辨率为，水平分辨率为20点点div，这样电路的最高采样率为，这样电路的最高采样率为1MsaS，时钟频率为，时钟频率为12MHz的一般单片机是不能胜任的，因而必须采用的一般单片机是不能胜任的，因而必须采用硬件来实现。硬件来实现。物理描述与设计物理描述与设计 包括：确定各子系统中所使用的关键模块、关键元器件以及输入输出包括：确定各子系统

34、中所使用的关键模块、关键元器件以及输入输出接口的类型、布局的几何式样与尺寸、位置和安装方法等。接口的类型、布局的几何式样与尺寸、位置和安装方法等。 系统设计的可行性需要通过对所选用的物理器件等的调查才能确定，在系统设计的可行性需要通过对所选用的物理器件等的调查才能确定，在这一步查询手册和上网查询是非常必要的。这一步查询手册和上网查询是非常必要的。 在设计过程中要敢于创新，敢于采用新技术，不断完善所提的方案，要在设计过程中要敢于创新，敢于采用新技术，不断完善所提的方案，要提出几种不同的方案，从其可行性进行论证，即从完成的功能的齐全性、性提出几种不同的方案，从其可行性进行论证，即从完成的功能的齐全

35、性、性能和技术指标的高低程度、经济性、技术的先进性以及完成的进度等方面进能和技术指标的高低程度、经济性、技术的先进性以及完成的进度等方面进行比较，最后选择行比较，最后选择个较好的方案。个较好的方案。 在设计总体方案时，还有个问题需要解决，此问题在一般设计时常常不在设计总体方案时，还有个问题需要解决，此问题在一般设计时常常不被重视，但对电子设计竞赛而言，由于其特殊的设计条件被重视，但对电子设计竞赛而言，由于其特殊的设计条件(时间短，半封闭时间短，半封闭)，就显得非常重要。这就是就显得非常重要。这就是-对系统功能的检测。对系统功能的检测。系统功能的检测系统功能的检测确定系统功能的检测方法和检测环境

36、确定系统功能的检测方法和检测环境 在拟订初步方案时，需认真讨论系统功能的检测方法和检测环境，因为在拟订初步方案时，需认真讨论系统功能的检测方法和检测环境，因为一个电子系统是否符合设计要求，不能一个电子系统是否符合设计要求，不能“定性定性”地回答，需要凭借科学的数地回答，需要凭借科学的数据或文件来证明，而用什么手段和仪器去检测，应在设计开始时就拟定，并据或文件来证明，而用什么手段和仪器去检测，应在设计开始时就拟定，并做好充分的准备。做好充分的准备。 如对于仪器的指标，应采用高一精度的测量仪器才可测量。如对于仪器的指标，应采用高一精度的测量仪器才可测量。 有些指标可能不是在系统的输出端测量，而是在

37、系统中的某个节点上测有些指标可能不是在系统的输出端测量，而是在系统中的某个节点上测量，在制作时就应预先安排好测试点，否则就有可能需要在集成电路引脚或量，在制作时就应预先安排好测试点，否则就有可能需要在集成电路引脚或其他不合适的地方测量，既不方便，有时还合造成线与线之间的短路，如因其他不合适的地方测量，既不方便，有时还合造成线与线之间的短路，如因此损坏了系统，就会带来更大的遗憾。这些问题，也应在制定方案时有所考此损坏了系统，就会带来更大的遗憾。这些问题，也应在制定方案时有所考虑，作为一个要点记录在案，在具体电路设计时实现。虑，作为一个要点记录在案，在具体电路设计时实现。3、单元设计（设计的逐层细

38、化）、单元设计（设计的逐层细化）4、组装调测、组装调测 设计完毕，进入装配、调试阶段，这是大学生电子设计竞赛中至关重要的一个设计完毕，进入装配、调试阶段，这是大学生电子设计竞赛中至关重要的一个环节。设计成功与否，是用作品体现的，竞赛成绩的评定，赛区成绩主要取决于作环节。设计成功与否，是用作品体现的，竞赛成绩的评定，赛区成绩主要取决于作品的实测结果是否满足赛题的要求，全国决赛成绩品的实测结果是否满足赛题的要求，全国决赛成绩23取决于作品的实测结果是否取决于作品的实测结果是否满足赛题的要求，满足赛题的要求，13取决于报告的水平。取决于报告的水平。 一般的组装可在通用印制板上完成，组装前须设计好各元

39、器件之间的的布局。如一般的组装可在通用印制板上完成，组装前须设计好各元器件之间的的布局。如缺乏使用计算机模拟的条件，有时还需事先在面包板搭试，对高频电路，最好制作缺乏使用计算机模拟的条件，有时还需事先在面包板搭试，对高频电路，最好制作印制电路板，绘制印制电路板时一定要充分考虑电磁兼容的问题，防止因干扰影响印制电路板，绘制印制电路板时一定要充分考虑电磁兼容的问题，防止因干扰影响电路的正常工作。电路的正常工作。 组装调试工作与设计时相反，是采用自底向上的方法，其过程是先电路及部件，组装调试工作与设计时相反，是采用自底向上的方法，其过程是先电路及部件，再子系统，最后才是整个系统。所以通常应先调试每个

40、单元，单元调试正确后，再再子系统，最后才是整个系统。所以通常应先调试每个单元，单元调试正确后，再调试整个系统，并认真做好记录。调试整个系统，并认真做好记录。 当整个系统的工作调整至正常时，需要选用恰当的测量仪器，对照任务书中各项当整个系统的工作调整至正常时，需要选用恰当的测量仪器，对照任务书中各项技术指标的要求，逐一进行定量的测量，根据测量结果判断是否满足任务书的要求。技术指标的要求，逐一进行定量的测量，根据测量结果判断是否满足任务书的要求。5、总结报告、总结报告 撰写设计报告也是非常重要的一环、专家们将从报告中了解设计者的设计思撰写设计报告也是非常重要的一环、专家们将从报告中了解设计者的设计

41、思想、设计过程与设计结果。从而了解设计者的基本概念是否清楚，设计结果是想、设计过程与设计结果。从而了解设计者的基本概念是否清楚，设计结果是否正确，是否有创新等，所以设计者完成作品的同时必须交出一份科学、完整、否正确，是否有创新等，所以设计者完成作品的同时必须交出一份科学、完整、符合要求、有新意的报告。符合要求、有新意的报告。 设计文档也是科研或产品设计的重要组成部分。一个科学的设计方法应当设计文档也是科研或产品设计的重要组成部分。一个科学的设计方法应当从设计一开始就与之平行地建立设计文档，即将每一次的设汁思想、方案论证、从设计一开始就与之平行地建立设计文档，即将每一次的设汁思想、方案论证、分析

42、计算和各阶段的最终设计结果分析计算和各阶段的最终设计结果(包括图纸与数据包括图纸与数据)都加以记录整理，编写成结都加以记录整理，编写成结构化、条理分明、文字简练的文档。构化、条理分明、文字简练的文档。 设计报告应包括设计报告应包括（1）方案设计与论证；（）方案设计与论证；（2）必要的理论计算；）必要的理论计算；(3)电路图和电路图和有关的设计文件；有关的设计文件；(4)测试方法和数据；测试方法和数据；(5)结果分析。结果分析。电子系统设计的全过程电子系统设计的全过程四、单片机控制子系统设计四、单片机控制子系统设计 单片机控制子系统在电子设计竞赛中应用非常普遍，其设计过程可分单片机控制子系统在电

43、子设计竞赛中应用非常普遍，其设计过程可分为为确定任务、总体设计、子系统设计、硬件设计与调试、软件设计与调确定任务、总体设计、子系统设计、硬件设计与调试、软件设计与调试和总调试和总调等步骤。等步骤。单片机控制子系统设计流程单片机控制子系统设计流程1、确定任务、确定任务 是否采用单片机是在总体设计阶段确定的。如果确定采用以单片机为是否采用单片机是在总体设计阶段确定的。如果确定采用以单片机为核心的设计方案，单片机子系统所应完成的功能以及输入信号核心的设计方案，单片机子系统所应完成的功能以及输入信号(包括所需包括所需要的中断请求信号要的中断请求信号)、输出信号等就应当被确定，并对这些信号的电平大、输出

44、信号等就应当被确定，并对这些信号的电平大小也作了规定。小也作了规定。2、总体设计、总体设计 首先根据任务选择合适的机型。首先根据任务选择合适的机型。 选择时应根据所需要完成的功能，指选择时应根据所需要完成的功能，指令执行的速度、所需的令执行的速度、所需的I/O端口数，对并、串行端口的特殊要求，对片内端口数，对并、串行端口的特殊要求，对片内RAM、片内定时器计数器以及对成本等要求而定，但、片内定时器计数器以及对成本等要求而定，但最重要的一个最重要的一个原则还是选自己所熟悉的机型原则还是选自己所熟悉的机型，除非在训练时有足够的时间可以对新的，除非在训练时有足够的时间可以对新的优秀的机型进行训练。优

45、秀的机型进行训练。3、硬件设计与调试、硬件设计与调试 硬件设计的任务有两点：一是补充在总体方案时的不足，例如硬件设计的任务有两点：一是补充在总体方案时的不足，例如“简易简易数字频率计数字频率计”的设计，倘若单片机内部的定时器计数器资源不能满足计的设计，倘若单片机内部的定时器计数器资源不能满足计数器容量的要求，则还需要安排外部硬件作计数器的一部分或全部。二是数器容量的要求，则还需要安排外部硬件作计数器的一部分或全部。二是构建一个单片机最小系统，所谓最小系统，就是在外部电路尽可能少的条构建一个单片机最小系统，所谓最小系统，就是在外部电路尽可能少的条件下可以独立工作的单片机系统，最简单的最小系统可使

46、用片内件下可以独立工作的单片机系统，最简单的最小系统可使用片内E2PROM程序存储器程序存储器(倘若该存储器的容旦足够使用倘若该存储器的容旦足够使用)，因而只需要加上合适的晶体构，因而只需要加上合适的晶体构成单片机的时钟，在成单片机的时钟，在RST端加上手动复位功能即可。端加上手动复位功能即可。 在硬件设计完成后，最好先调试，待调试成功后再进入下一步在硬件设计完成后，最好先调试，待调试成功后再进入下一步-软件软件设计。设计。4、软件设计、软件设计 软件设计最重要的是建立数学模型，确定算法和安排数据结构，这是设计能否软件设计最重要的是建立数学模型，确定算法和安排数据结构，这是设计能否成功的关键。

47、这一步完成后，应绘出若干程序流程图成功的关键。这一步完成后，应绘出若干程序流程图(包括主程序和子程序包括主程序和子程序)，并作，并作为编制程序的依据。为编制程序的依据。 编程语言可以是汇编语言或编程语言可以是汇编语言或C语言等，一般情况下建议使用语言等，一般情况下建议使用C语言。因为：语言。因为：（1）编程者无须很熟悉单片机的指令集及具体硬件。也能编出符合硬件实际的专）编程者无须很熟悉单片机的指令集及具体硬件。也能编出符合硬件实际的专业水平的程序。业水平的程序。（2）用）用C语言编译出来的机器语言程序的坚固性好。不易发生因数据在运行中间被语言编译出来的机器语言程序的坚固性好。不易发生因数据在运

48、行中间被破坏而导致程序运行异常的情况，这是出为破坏而导致程序运行异常的情况，这是出为C语言对数据进行了许多专门的处理。语言对数据进行了许多专门的处理。（3）C语言提供处理复杂的数据类型语言提供处理复杂的数据类型(如数组、结构、联合、枚举、指针如数组、结构、联合、枚举、指针)的机制，的机制，大大增强了程序处理的能力和灵活性。大大增强了程序处理的能力和灵活性。 (4)C语言编译器提供常用标准函数库供用户直接使用，使用时只须简单地语言编译器提供常用标准函数库供用户直接使用，使用时只须简单地引用说明即可，非常方便。引用说明即可，非常方便。 (5)程序移植、函数引用方便，能够适应几十种单片机系列芯片，因

49、为程序移植、函数引用方便，能够适应几十种单片机系列芯片，因为C编译器提供了众多的头文件。可通过在头文件定义宏，来说明复杂数据类编译器提供了众多的头文件。可通过在头文件定义宏，来说明复杂数据类型的原型和函数原型，这不仅有利于程序的移植，复杂数据类型的定义和型的原型和函数原型，这不仅有利于程序的移植，复杂数据类型的定义和函数的引用性说明，还可为单片机的系列化产品提供片上资源的说明。函数的引用性说明，还可为单片机的系列化产品提供片上资源的说明。 (6)含通用初始化软件，单片机上的资源初始化是很麻烦的的事，现已有含通用初始化软件，单片机上的资源初始化是很麻烦的的事，现已有厂商用厂商用C语言编写了专门的

50、应用程序。自动生成符合具体要求的创始化程语言编写了专门的应用程序。自动生成符合具体要求的创始化程序，给开发单片机应用系统的用户提供了极大的力便序，给开发单片机应用系统的用户提供了极大的力便 。五、模拟子系统的设计五、模拟子系统的设计 模拟子系统设计步骤通常可分为总体设计、模块划分与指标分配、功模拟子系统设计步骤通常可分为总体设计、模块划分与指标分配、功能块设计、级间耦合电路设计、指标核算、能块设计、级间耦合电路设计、指标核算、PCB设计、调试等步骤。设计、调试等步骤。 1)总体设计总体设计 先分析系统的输入信号和输出信号，将每先分析系统的输入信号和输出信号，将每 个输入信号的波形和幅度、频个输