电子创新设计与实践课件

电子创新设计与实践电工电子实验中心应朝龙主要内容1、电子创新设计的基本情况2、电子创新设计活动的组织和培训模式3、电子设计竞赛的重要作用4、电子设计竞赛的知识要点5、电子竞赛论文基本格式1、电子创新设计的基本情况（1）电子创新设计的基本内含

电子创新设计指人们应用各种电子技术设计在功能、性能、组成或结构等方面具有一定创新性的电子设备或产品的过程。电子创新设计是一个非常广义的概念，只要在某一个方面有一定的创新性，就可以称之为创新设计。电子创新设计包含于各门课程学习、课程设计、毕业设计和课余活动等过程中。1、电子创新设计的基本情况（续1）（2）电子创新设计的一种重要方式－电子设计竞赛的基本规律。

大学生电子设计竞赛是由国家教委和信息产业部共同主办、全国各高校本科和专科大学生参加的全国性竞赛活动，是教育部倡导的大学生4大学科竞赛之一。全国大赛每两年举行一次，并分成多个赛区；山东省每年举行一次竞赛。2008年为山东省竞赛，没有全国大赛。（3）电子设计竞赛的设计任务、评分和过程。

竞赛要求学生在四天时间内完成指定6至7个题目之中的任意一个的电子产品设计、制作、调试和论文写作。满分150分，其中论文写作50分，实物制作包括基本部分和发挥部分各50分。竞赛题目在第一天上午8点网上公布。竞赛分两个阶段，第一阶段由学生（每队3人）在老师指导下在本单位完成竞赛要求的各项任务，并通过网络上报论文；第二阶段为专家集中论文评阅和现场测试，要求所有参赛队携带作品到指定地点参加测试。

1、电子创新设计的基本情况（续2）1、电子创新设计的基本情况（续3）命题例子：电动车跷跷板（2007年F题）【本科组】一、任务

设计并制作一个电动车跷跷板，在跷跷板起始端A一侧装有可移动的配重。配重的位置可以在从始端开始的200mm～600mm范围内调整，调整步长不大于50mm；配重可拆卸。电动车从起始端A出发，可以自动在跷跷板上行驶。电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图1和图2所示。二、要求1.基本要求在不加配重的情况下，电动车完成以下运动：（1）电动车从起始端A出发，在30秒钟内行驶到中心点C附近；（2）60秒钟之内，电动车在中心点C附近使跷跷板处于平衡状态，保持平衡5秒钟，并给出明显的平衡指示；（3）电动车从（2）中的平衡点出发，30秒钟内行驶到跷跷板末端B处（车头距跷跷板末端B不大于50mm）；（4）电动车在B点停止5秒后，1分钟内倒退回起始端A，完成整个行程；（5）在整个行驶过程中，电动车始终在跷跷板上，并分阶段实时显示电动车行驶所用的时间。2.发挥部分将配重固定在可调整范围内任一指定位置，电动车完成以下运动：

（1）将电动车放置在地面距离跷跷板起始端A点300mm以外、90°扇形区域内某一指定位置（车头朝向跷跷板），电动车能够自动驶上跷跷板，如图3所示：（2）电动车在跷跷板上取得平衡，给出明显的平衡指示，保持平衡5秒钟以上；（3）将另一块质量为电动车质量10％～20％的块状配重放置在A至C间指定的位置，电动车能够重新取得平衡，给出明显的平衡指示，保持平衡5秒钟以上；（4）电动车在3分钟之内完成（1）～（3）全过程。（5）其他。1、电子创新设计的基本情况（续4）三、说明（1）跷跷板长1600mm、宽300mm，为便于携带也可将跷跷板制成折叠形式。（2）跷跷板中心固定在直径不大于50mm的半圆轴上，轴两端支撑在支架上，并保证与支架圆滑接触，能灵活转动。（3）测试中，使用参赛队自制的跷跷板装置。（4）允许在跷跷板和地面上采取引导措施，但不得影响跷跷板面和地面平整。（5）电动车(含加在车体上的其它装置)外形尺寸规定为：长≤300mm，宽≤200mm。（6）平衡的定义为A、B两端与地面的距离差d=∣dA-dB∣不大于40mm。（7）整个行程约为1600mm减去车长。（8）测试过程中不允许人为控制电动车运动。（9）基本要求（2）不能完成时，可以跳过，但不能得分；发挥部分（1）不能完成时，可以直接从（2）项开始，但是（1）项不得分。1、电子创新设计的基本情况（续5）四、评分标准1、电子创新设计的基本情况（续6）设计报告项目主要内容分数系统方案实现方法方案论证系统设计结构框图12理论分析与计算测量与控制方法理论计算13电路与程序设计检测与驱动电路设计总体电路图软件设计与工作流程图12结果分析创新发挥结果分析8设计报告结构及规范性摘要设计报告结构图表的规范性5总分50基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项15完成第（3）项10完成第（4）项5其他10总分50（4）学院对电子设计竞赛的有关奖励政策全国大赛一等奖：保送研究生；三等功；全国二等奖和山东省一等奖：优先录取研究生；经济奖励。1、电子创新设计的基本情况（续7）1、电子创新设计的基本情况（续8）（5）近三年我院的参赛和获奖情况2005年2006年2007年合计参赛队数6122448国家一等奖1-01国家二等奖0-33山东省一等奖23712山东省二等奖24511成功参赛奖-57122、电子创新设计活动的组织和培训模式（1）组织：

学院教务处统一组织，由电工电子实验中心具体落实，教保处负责器件和设备保障，宣传处、学员旅、学院队等单位共同协调指挥。（2）队员选拔：学院竞赛：今年6月26日（星期四）上午8:00～7月2日（星期三）晚上20:00。题目和竞赛办法在校园网电工电子实验中心网站公布。导师推荐：由有经验的导师保荐即可参加。（3）今年竞赛情况的几个重要数据：山东省电子设计竞赛时间：9月12日～15日。学院比赛时间：6月26日～7月2日。学院向山东组委会报名时间：6月20日前。学院参赛队数：20，根据学院比赛情况确定参数人员。电子设计竞赛指导教师培训班：7月21～23日，鲁东大学。2、电子创新设计活动的组织和培训模式（续1）（4）培训过程：

①集中理论培训：

主要内容是在各种电子产品中具有共性的理论和实际设计知识，包括部分CPU（如单片机、FPGA等）、开关量输入/输出接口电路、光电隔离电路、显示电路、A/D转换、D/A转换、键盘等器件和电路的基本工作原理以及如何采用它们构成电子系统等基本知识，使学员基本掌握参赛所需要的基本理论和设计知识。

②导师分别培训：

指导教师对学员进行深入的实践技能培训。学员参与指导教师的科研活动，并在培训过程中准备好比赛中可能用到的各种功能电路板。一般安排在暑假前后，由指导教师安排。2、电子创新设计活动的组织和培训模式（续2）3、电子设计竞赛的重要作用（1）在培养学员知识和技能上的作用

提高学员电子技术理论的综合应用能力提高学员的自学能力和知识扩充能力提高学员的实际设计和动手能力增强学员对产品设计全过程的了解促进研究生的培养：

a).协助指导，锻炼了参与指导的研究生的实际工作能力；

b).

全面接触一个实际项目从选题、立项、方案论证、详细设计、实现与调试到最终产品考核与验证这样一个完整的过程；

c).减少了研究生招生的盲目性。（2）在培养学员意志品质上的作用培养了学员的团队协作精神；培养了学员的吃苦耐劳和拼搏精神；提高了学员的自信心。3、电子设计竞赛的重要作用（续1）4、电子设计竞赛的知识要点（1）电子产品的基本结构CPU预处理输入通道传感器及预处理存储器人机交互输入人机交互输出数据传输接口输出通道电量模拟量非电量模拟量输出控制信号总线信号4、电子设计竞赛的知识要点（续1）（2）涉及到的主要技术：序号内容名称主要内容1CPU技术单片机、FPGA、DSP、ARM等CPU，RAM、E2PROM、FLASH等存储器件。2输入技术仪用放大器、变送器与滤波器、A/D转换器、V/F变换器、光电隔离技术等，3输出技术D/A转换器、功率放大器、继电器驱动、步进电机驱动等4人机界面技术键盘输入、拨码盘、LED显示、LCD显示、触摸屏等5数据传输接口技术（总线技术）RS232、RS422、RS485、I2C、SPI、USB、等总线技术6传感技术编码器、霍尔传感器、温度传感器、压力传感器等7线路设计、安装和调试方法原理图、印制板图的设计，线路板的安装和调试，机壳加工和改造，产品外形设计等。（3）竞赛前需要准备的功能模块主控板键盘板及其驱动程序显示板及其驱动程序A/D转换板及其驱动程序D/A转换板及其驱动程序直流电机控制板步进电机驱动板及其驱动程序各种直流电源板……4、电子设计竞赛的知识要点（续2）（4）印制板设计方法印制板设计的基本步骤原理图设计的注意事项元器件的布局要求特殊元件位置的确定印制板的布线印制板中的接地线布置方式电源线的布置其它注意事项4、电子设计竞赛的知识要点（续3）采用单片机的主控板键盘板（4×4）LED显示板电源板5、电子竞赛论文基本格式1、引言2、方案比较3、总统设计方案4、详细设计方案5、调试和测试方法及结果分析6、结束语5、电子竞赛论文基本格式（续1）1、引言

论文的引言一般介绍项目或题目背景、依据、意义和可行性等内容。在电子竞赛中，论文主要描述题目中的任务和要求等，但不能照抄原题目，要把它们变成写作者自己的语言。在最后还可以简要说明参赛者的主要设计思路和设计结果。5、电子竞赛论文基本格式（续2）2、方案比较

说明针对所选择的竞赛题目，主要涉及那些主要模块或技术，然后针对这些主要模块或技术，说明有哪几种方案可以选择，分析各种方案的优点和缺点，结合本题目的要求，说明为什么要选择某个方案。在分析优缺点时要有倾向性，要强调自己选择某个方案的合理性。5、电子竞赛论文基本格式（续3）3、总体设计方案根据前面的方案比较结果，给出所设计对象的总体设计方案，一般要以框图形式给出。然后简要说明框图中每个模块的基本功能或在本设备中的作用，让评委和其他读者可以快速了解你所设计的产品的主要情况。前一章方案比较中每个模块都是有多个方案的，但本章则是唯一的，是设计者选定的最终设计结果。5、电子竞赛论文基本格式（续4）4、详细设计

前面给出的是总体方案，没有涉及各个模块的细节内容。在本章中就要详细描述各个模块的具体实现方法。详细设计可以分为硬件和软件两个部分。在描述万硬件和软件的详细设计以后，还可以专门说明一下本作品详细设计过程中的亮点或创新之处。5、电子竞赛论文基本格式（续5）4.1、硬件电路详细设计硬件电路的详细设计围绕前面的总体方案中给出的各个模块进行。要给出各个模块的具体电路图、关键元器件的设计依据和参数计算方法及计算结果等，集成电路需要给出具体型号，非常用的特殊集成电路还应该说明它的主要特性等内容。必要的话，还可以说明各个电路在设计方面的创新性等。5、电子竞赛论文基本格式（续6）4.2、软件详细设计

一般的电子竞赛题目都会有各种各样的CPU，因此必然会有软件设计问题。软件详细设计就要详细描述整个软件系统的组成、各个软件功能模块的具体功能和流程图等。在参加高等级的比赛中，必须在附件中给出具体的程序原代码，在正文中一般只给出程序框图，但对于特殊而且代码不长的程序也可以纳入到正文中。常见的软件模块如：主控模块、键盘输入模块、显示驱动模块、传感器数据输入和处理模块、存储器读写控制模块等等，应根据实际需要进行描述。5、电子竞赛论文基本格式（续7）5调试和测试方法及结果分析

所有参赛作品都需要调试和测试。调试和测试是两个不同的概念：调试是指产品制作成功以前所经历的过程，测试则是指产品成功以后实际性能与要求性能的符合性检验过程。这一章内容要分别描述这两个过程的详细步骤，并说明各个步骤的结果和结果处理方法。5、电子竞赛论文基本格式（续8）5调试和测试方法及结果分析

对于调试过程，要说明遇到的问题、产生的故障现象、故障原因和解决方法等。对于测试过程，要说明测试工具或仪器、测试步骤、每一步测试的结果（一般数据以表格形式给出）、测试结果的分析方法和分析结果。注意测试结果与分析结果的区别：前者是仪器得出的直接结果，后者是测试者分析后得出的结果。测试一定要围绕题目的指标要求，方法和结果要合理、科学。经常不断