### 2009年全国大学生电子设计竞赛知识点解析 #### 一、竞赛基本信息与规则 - **竞赛时间**：2009年9月2日至9月5日。 - **参赛队伍分类**： - **本科组**：只能选择本科组题目。 - **高职高专组**：可以选择高职高专组题目，也可以选择本科组题目。 - **参赛资格**：必须是具有正式学籍的全日制在校本科生或专科生，并需提供有效的身份证明（如学生证）。 - **队伍构成**：每队限定3名成员，且比赛过程中不得更换队员。 - **竞赛场地**：参赛队伍必须在指定场地内独立完成设计和制作，不允许任何形式的交流，非参赛人员需回避。 - **提交要求**：竞赛结束时需提交设计报告、实物作品及填写好的《登记表》。 #### 二、光伏并网发电模拟装置知识点详解 **任务描述**：设计并制作一个光伏并网发电模拟装置，该装置通过模拟光伏电池的工作状态，实现与电网的交互。 **模拟装置结构**： - **电源模拟**：采用直流稳压电源US（60V）和电阻RS（30Ω~36Ω）模拟光伏电池。 - **电网模拟**：通过正弦参考信号uREF模拟电网电压，频率范围45Hz~55Hz，峰峰值2V。 - **变压器**：工频隔离变压器T，变比n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，用于电压转换。 - **反馈信号**：uF作为输出电流的反馈信号。 - **负载电阻**：RL=30Ω~36Ω。 **基本要求**： 1. **最大功率点跟踪(MPPT)**：确保在RS和RL给定范围内变化时，能够实现最大功率点跟踪，相对偏差不超过1%。 2. **频率跟踪**：当uREF的频率在给定范围内变化时，uF的频率能够同步变化，相对偏差不超过1%。 3. **DC-AC变换器效率**：当RS=RL=30Ω时，DC-AC变换器效率不低于60%。 4. **输出电压失真度**：当RS=RL=30Ω时，输出电压uo的失真度THD不大于5%。 5. **输入欠压保护**：设置动作电压Ud(th)=（25±0.5）V，实现输入欠压保护。 6. **输出过流保护**：设置动作电流Io(th)=（1.5±0.2）A，实现输出过流保护。 **发挥部分**： 1. **提高效率**：进一步提高DC-AC变换器的效率至80%以上。 2. **降低失真度**：降低输出电压的失真度至1%以下。 3. **相位跟踪**：实现uF与uREF的同相位跟踪，相位偏差不超过5°。 4. **故障恢复**：过流、欠压故障排除后，装置能自动恢复正常状态。 5. **其他创新设计**：鼓励创新设计。 **评分标准**： - **设计报告**：包括方案论证、理论分析与计算、电路与程序设计、测试方案与测试结果等内容。 - **实际制作**：评估完成的实际情况。 - **发挥部分**：根据完成的具体内容给予额外加分。 - **总分**：设计报告30分+基本要求50分+发挥部分最多45分。 **设计与测试要点**： - **总体设计**：明确设计思路，绘制系统总体框图。 - **核心电路**：绘制核心电路原理图。 - **软件程序**：编写必要的控制程序。 - **测试方案**：制定详细的测试计划，确保各项性能指标符合要求。 - **测试结果**：记录完整的测试数据及分析结果。 通过以上分析可以看出，2009年的全国大学生电子设计竞赛不仅考验了参赛者的技术能力，还考察了团队合作、创新能力等方面的能力。光伏并网发电模拟装置的设计，既要求参赛者具备扎实的理论基础，又需要有较强的实践操作能力和创新思维，是一项综合性很强的比赛项目。

2001-2011年全国大学生电子设计竞赛基本仪器和主要元器件清单.rar

### 2001-2011年全国大学生电子设计竞赛基本仪器和主要元器件清单解析 #### 基本仪器清单分析 在不同年份的竞赛中，基本仪器清单的变化反映了技术的进步以及对参赛者技能的不同要求。从2001年到2011年，我们可以看到以下几种趋势： 1. **示波器**: 从20MHz增加到60MHz的双通道数字示波器，这表明了对高速信号分析的需求逐渐增强。 2. **信号发生器**: 高频信号发生器的频率范围也有所扩展，例如从1MHz~30MHz增加到了1MHz~40MHz，说明了竞赛中对更高频率信号处理能力的要求。 3. **频率计**: 早期的竞赛可能只需要普通频率计，而后期则增加了更高精度的频率计，比如100MHz的频率计，这反映了对更准确频率测量的需求。 4. **数字万用表**: 从三位半到四位半甚至五位半，精度不断提高，这也体现了对更高精度测量工具的需求。 5. **单片机开发系统**: 随着时间的推移，从简单的单片机开发系统发展到了包含EDA（电子设计自动化）工具的开发平台，这反映了嵌入式系统设计的重要性日益增强。 #### 主要元器件清单解析 主要元器件清单的变化同样反映了技术的发展趋势： 1. **单片机最小系统板**: 从2001年到2011年，单片机最小系统板的配置更加丰富，包含了更多的外围设备，如A/D、D/A转换器等，这表明了对于集成度更高的系统设计的需求。 2. **A/D、D/A转换器**: 随着竞赛年份的推进，A/D转换器的采样率逐渐提高，例如从无具体说明到1MHz采样频率的8位A/D转换器，这反映了对更快数据采集速度的需求。 3. **运算放大器和电压比较器**: 这些元件在各年份的竞赛中都是必备的，它们是模拟信号处理的核心组件。 4. **可编程逻辑器件**: 从仅有可编程芯片到包含下载电路和配置存储器的下载板，这反映了对可编程逻辑器件应用的深入探索。 5. **显示器件**: 显示器件的种类没有太大的变化，但随着竞赛要求的提高，对于更复杂显示界面的需求也在增加。 6. **传感器**: 传感器类型逐年增多，包括光电传感器、角度传感器、超声传感器等，这些元件的应用反映了对环境感知能力的重视。 7. **其他元器件**: 如小型电动车、步进电机等的出现，反映了对机械控制和运动控制方面能力的要求也在逐渐增强。 #### MSp430单片机 MSp430是一种低功耗的16位微控制器，由德州仪器生产。它因其低功耗特性和强大的处理能力而在各种应用中广泛使用，特别是在需要长时间运行且电池供电的应用中。MSp430通常用于以下领域： - **便携式设备**: 如健康监测设备、智能手表等。 - **工业控制**: 由于其高精度的模拟输入和输出能力，MSp430在工业自动化领域中也有广泛应用。 - **物联网(IoT)应用**: 由于其低功耗特性，非常适合远程监控和无线传感器网络中的节点。 从2001年到2011年的全国大学生电子设计竞赛中，我们可以清晰地看到基本仪器和主要元器件清单随时间的变化和发展趋势，这些变化不仅反映了技术进步的方向，也体现了对未来工程师技能需求的变化。

全国大学生电子设计竞赛只有短短的四天三夜的时间，前期准备必不可少，如果没有充分的前期准备，在这么短的时间内做出一个好的作品那是很难的。我们团队参与的2015年全国大学生电子设计竞赛中，参赛前指导老师给我们做了前期辅导，还有校内培训、校内选拔环节，此外，还有赛题分析、历年赛题模拟，通过练题，让我们对比赛提前有了感觉，也从中发现自己的不足，促使我们有目标的去学习和充实自己。 下面是我们团队参赛时备用的四轴资料，分享给2017年电赛的你们。 MikroKopter四轴飞行控制板原理图 四旋翼自主飞行器电路图 附件包含以下资料

30道全国大学生电子设计竞赛（电赛）历年真题及答案解析

在当今电子设计领域，高效、稳定、小型化的电源系统成为技术发展的必然趋势，半桥LLC谐振变换器以其优越的性能在众多开关电源技术中脱颖而出。半桥LLC谐振变换器是一种典型的高频变压器设计，它结合了半桥结构与LLC谐振网络，被广泛应用于通信电源、电子设备、航天及电动汽车充电站等对性能要求极高的领域。 我们来了解一下半桥LLC型谐振变换器的拓扑结构。该变换器由四个主要部分构成：输入电源、谐振电路、变压器以及输出电路。在这四个部分中，谐振电路是整个变换器的核心。它不仅决定了整个系统的能量传输效率，还影响到输出电压的稳定性。通过精心设计的谐振电路，可以有效减少高频运行时的损耗，并降低对变压器设计的要求。 接下来，我们探讨一下高频变压器的设计过程，这是半桥LLC型谐振变换器设计中的重中之重。在设计过程中，我们需要按照以下步骤进行： 1. 确定变压器的基本参数，包括变压器的类型、尺寸、所用材料、绕组数等。这些参数将决定变压器的总体性能和适用范围。 2. 精心选择合适的磁芯材料。磁芯材料的选择对于高频变压器性能有着决定性的影响，它关系到变压器在高频运行时的损耗大小、热稳定性及整体效率。 3. 设计绕组结构。绕组结构的设计关乎到变压器的性能表现，良好的绕组结构设计能够进一步优化磁通分布，减少漏感和分布电容，从而提高变压器的工作效率和可靠性。 4. 优化变压器设计。设计师需要通过计算机模拟和实际测试来不断调整和优化设计方案，力求在保证性能的同时减小尺寸，提高效率，确保设计出的变压器在实际工作中既高效又可靠。 ＡＰ法（即铁氧体磁芯的功率损耗法）在高频变压器设计中具有广泛的应用。ＡＰ法是一种有效的设计工具，能够帮助设计师快速确定变压器的基本参数，如尺寸、材料和绕组数等，同时它还能指导设计师进行变压器的优化设计，以提升变压器的效率和可靠性。 应用ＡＰ法和优化设计，赵慧超在其论文《半桥LLC谐振电路知识详解-半桥LLC型谐振变换器的高频变压器设计》中展示了具体的高频变压器设计结果：选定了ＥＥ－１００型号的变压器，绕组数为５９和８０，采用了１８号导线。设计出的变压器效率高达９５％以上，损耗仅为１６．１８７瓦。 半桥LLC型谐振变换器的高频变压器设计不仅要求工程师具备扎实的理论基础和丰富的实践经验，还需运用现代计算机辅助设计工具。通过这样精密的设计流程，可以解决开关电源在高频运行时遇到的诸如高频损耗、输出电压不稳定、发热量大等常见问题。这样的设计方法不仅提高了电源系统的整体性能，而且对于推动电源技术的进一步革新有着积极的意义。在电子设计领域，这种对电源效率和稳定性的不懈追求，将驱动更多创新技术的涌现，为各行各业提供更为高效、可靠、便捷的电源解决方案。

在电子设计大赛中，超声波模块是一种常用的技术，它基于超声波的特性进行测距、避障或定位等应用。超声波模块的工作原理是通过发射高频声波，然后测量声波从发射到反射回接收器所需的时间，从而计算出物体的距离。这种技术在机器人、无人机、智能家居等领域有着广泛的应用。 超声波模块通常由以下几个关键部分组成： 1. **超声波发射器**：也称为超声波传感器，通常采用压电陶瓷材料制成。当施加电信号时，它会将电能转化为机械能，即超声波。发射器可以产生特定频率（如40kHz）的脉冲信号。 2. **超声波接收器**：同样基于压电效应，能够将接收到的超声波振动转换为电信号。接收器需对特定频率敏感，以确保只接收来自发射器的回波。 3. **控制电路**：这部分包括微控制器或专用集成电路（ASIC），用于产生发射信号，接收并处理回波信号，以及计算距离。微控制器可能还需要执行其他任务，如时间计数、信号放大和滤波等。 4. **电源管理**：提供足够的电压给发射器和接收器工作，并可能包含电源稳压和保护电路。 5. **接口电路**：一般提供串行或并行接口，如I2C、SPI或UART，以便与其他系统（如微控制器或显示设备）通信。 在设计超声波模块时，有以下几点需要注意： - **信号质量**：确保发射的超声波脉冲足够强且尖锐，以减少误差并提高测距精度。 - **抗干扰能力**：考虑到环境中的噪声和多路径反射，设计应包括有效的信号处理策略来过滤非目标回波。 - **响应时间**：快速的响应时间有助于提高测量速度，尤其是在实时应用中。 - **距离范围**：根据应用需求确定模块的最大探测距离，并确保在该范围内有良好的性能。 - **功耗优化**：对于电池供电的设备，低功耗设计是必要的，可以通过优化电路和算法来实现。 在准备电子设计大赛时，除了理解超声波模块的工作原理和设计要素外，还需要熟悉电路设计基础，包括模拟电路和数字电路，以及如何将这些组件集成到一个完整的系统中。此外，掌握编程技能，如C或Python，以便编写控制软件也是必不可少的。文件“超声波发射与接收（设计设计+电路设计）”很可能包含了关于如何设计和构建超声波模块的详细信息，包括电路图、代码示例以及可能的调试技巧，这些都是深入学习和实践的关键资源。通过仔细研究这个文件，你可以提升对超声波技术的理解，并为电子设计大赛做好充分的准备。

全国大学生电子设计大赛应该准备哪些模块？ 主要可以针对以下几类准备模块：电源类、信号源类、无线电类、放大器类、仪器仪表类、控制类 。

随着科学技术的飞速发展，智能穿戴设备在医疗健康领域的应用越来越广泛。智能手表作为可穿戴设备的一种，因其便捷性和智能化特点，逐渐成为健康监测的重要工具。本次介绍的作品是一款在电子设计大赛中荣获一等奖的老人健康监测智能手表，其采用了STM32F4系列高性能微控制器作为核心处理单元，不仅体现了嵌入式系统设计的强大功能，还充分考虑了老年人群体的特殊需求。 该手表在硬件设计方面，首先选用了STM32F4系列作为主要控制芯片，该系列芯片具有运算速度快、资源丰富、能效比高的特点，能够满足复杂算法的运行需求，并保证设备长时间稳定工作。在手表的功能设计上，融入了多项健康监测功能，如心率监测、血压监测、血氧检测、步数计算、睡眠质量分析等。通过集成各种传感器，如心率传感器、血压传感器、加速度计等，手表能够实时监测佩戴者的生理数据，并通过无线传输模块将数据传送到手机APP或医疗健康管理系统中，供专业人员进行分析或给老人家属提供参考。 软件层面，智能手表搭载了嵌入式操作系统，提供了丰富的用户交互界面，使得操作简单直观，便于老人使用。同时，软件系统还支持智能提醒功能，如服药提醒、日程提醒等，进一步提高了穿戴设备的实用性和人性化设计。 在电子设计大赛的评审过程中，该作品受到了专家的一致好评。评审团认为，该作品不仅技术含量高，而且具有很强的实用价值和市场前景。它的设计很好地结合了嵌入式技术与医疗健康需求，展示了现代电子设计的创新思维和实用主义。 未来，随着科技的进步和人们健康意识的提升，智能手表在健康监测和远程医疗领域的应用将更加广泛。这款老人健康监测智能手表的研发成功，为老年人的健康管理提供了新的解决方案，也为智能穿戴设备的发展方向提供了新的思路。

Arduino制作简易电子琴是一个有趣的项目，它涉及到单片机、嵌入式系统和电子设计的基础知识。这个项目适合初学者入门，通过学习可以提升动手能力和理解电子设备工作原理的能力。以下将详细介绍相关知识点： 1. **Arduino简介**：Arduino是一种开源电子原型平台，基于易于使用的硬件和软件，适合艺术家、设计师以及对电子感兴趣的初学者使用。它通过编程来控制各种类型的传感器和执行器，实现各种功能。 2. **单片机基础**：单片机是微型计算机的一种，它集成了CPU、存储器和输入输出接口等核心部件在一个芯片上。在电子琴项目中，Arduino板就是一种单片机，用于接收用户输入和控制输出信号。 3. **嵌入式系统**：嵌入式系统是集成在其他设备中的专用计算机系统，如家电、汽车、医疗设备等。Arduino制作的电子琴就是一个简单的嵌入式系统，它包含了硬件电路和运行在其上的软件程序。 4. **硬件构建**：制作电子琴需要连接若干个按键（通常为电阻式开关）到Arduino板的数字输入引脚，每个键对应一个音符。按键按下时，对应的引脚读取到低电平，从而触发特定音符的播放。 5. **软件编程**：使用Arduino IDE编写程序，该程序包含两个主要部分：按键扫描和音频生成。按键扫描部分负责检测哪个按键被按下，音频生成部分则根据按键信息生成相应的音波信号。 6. **音符与频率**：在电子琴中，每个音符都有特定的频率。例如，C4（中央C）的频率为261.63Hz。通过改变模拟输出引脚的PWM（脉宽调制）值，可以调整产生不同频率的音频信号。 7. **PWM技术**：Arduino板上的某些引脚支持PWM输出，这种技术通过调节脉冲宽度来模拟连续的电压值。在电子琴中，通过调整PWM信号的占空比，可以改变扬声器产生的声音频率，进而模拟不同音符。 8. **音频放大**：Arduino板自身的输出功率可能不足以驱动扬声器，因此需要添加音频放大电路，如LM386等小型音频功放芯片，以提高音频信号的输出功率。 9. **面包板和跳线**：在搭建电路时，通常使用面包板和跳线进行快速原型制作。面包板提供了一个可插拔的布线平台，而跳线则用于连接各个电子元件。 10. **调试与优化**：完成硬件连接和软件编写后，需进行调试和优化，确保每个按键都能正确响应，并调整音质以达到理想效果。 通过以上步骤，你就能利用Arduino制作出一个简易电子琴。这个过程不仅涵盖了基本的电子和编程知识，还能锻炼你的实践能力，同时享受到创造音乐的乐趣。