1.2 全国大学生电子设计竞赛题目分析

每逢全国大学生电子设计竞赛举办年度，全国竞赛组委会都向参赛的赛区发布当年竞赛的《命题原则及征题要求》。各赛区组委会根据命题原则，广泛征集来自教学第一线教师设计的竞赛题目，这些题目必须包括理论设计、实际制作与调试内容，既应考虑到教学的基本内容要求，又应适当反映新技术和新器件的应用。

1.2.1 全国大学生电子设计竞赛命题原则及要求

1．命题范围

以电子技术（包括模拟低频、高频和数字电路）应用设计为主要内容，涉及单片机、可编程逻辑器件、EDA软件工具和PC（主要用于开发）的应用。题目包括“理论设计”和“实际制作与调试”两部分。竞赛题目应具有实际意义和应用背景，并考虑到目前教学基本内容和新技术应用趋势。

从2007年开始，本科生与高职高专生的命题和评审分开，设A、B两套题型。两套题在技术难度和工艺工装方面会有所差异。

2．题目要求

题目原则上应包括基本要求部分和发挥部分，从而使绝大多数参赛学生能在规定时间内完成基本要求部分的设计工作，又能使一部分优秀学生有发挥与创新的余地。

命题包括四个部分：题目名称，设计任务和要求，评分标准以及命题说明。

题目名称应简明扼要。设计任务、要求和需要对题目做必要的说明，明确提出设计任务和对功能指标的要求，文字描述准确，避免含混不清。按设计报告、实际制作两部分提出具体评分细则，实际制作又分为基本要求和发挥两部分。总分一般是130分，其中设计报告占30分，基本要求占50分，发挥部分占50分。对命题的意图、涉及的主要知识范围及其他问题予以必要的说明，供全国专家组选题时参考。

1.2.2 大学生电子设计竞赛题目统计分析

不包含各赛区赛题，从第一届到第九届共有46道竞赛题目，见表1-2。竞赛题的数量及难度逐年递增，试题实用性强、综合性强，涉及的内容是一个课程群而非单一的一门课程。目前命题正朝着综合型发展，很难对命题进行明确分类。例如正弦信号发生器（2005年A题），既可以归为模电类，也可以归为数电类，还可以归为高频类，甚至还可以归于仪器仪表类。这里对命题进行分类，目的在于训练和教学上的方便。

1.2.3 大学生电子设计竞赛试题特点

电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛，也不仅仅是实验竞赛，而是由一个参赛队共同设计、制作完成一个具有特定工程背景的题目的优劣与快慢的竞赛。它既强调理论设计，又强调系统的实现，考核了学生综合运用基础知识的能力，更注重考察学生的创新意识。竞赛题目具有如下特点：

1．重视基础知识、基本技能

竞赛试题涉及电子信息技术的基本理论、基本技能、基本方法。而一个完整的电子系统设计，离不开对以下基本知识和内容的掌握。

（1）基本单元电路的设计：集成运放、数据放大器和可编程数据放大器、跨导型放大器（电压电流转换器）、隔离放大器、A/D转换器、D/A转换器和取样/保持（S/H）电路、传感器。

（2）基本器件的选用：如晶体管、基本运算放大器、电压比较器、A/D转换器、D/A转换器、传感器（光电传感器、超声传感器、金属探测传感器、红外传感器等）。

（3）基本仪器的使用：如信号发生器、示波器、毫伏表、频率计、万用表等。

2．涉及的知识面广

一个实用的电子系统设计总是将电子技术基本内容与多专业方向相结合，涉及多门课程、多个学科，既有电子工程类，又有通信工程类，既有自动控制类，又涉及计算机类学科。在计算机类学科中，既涉及硬件知识，又有软件知识。在软件方面，既有EDA软件的使用，又有程序设计。例如2003年F题：设计并制作一个液体点滴速度监测与控制装置，发挥部分要求设计并制作一个由主站控制16个从站的有线监控系统。这就是典型的电子、计算机、通信、自动控制多学科的融合。

3．新技术、新器件、新的设计手段和方法的大量使用

竞赛要求在短短四天时间内完成一个电子系统设计，采用传统的设计手段、方法很难完成，所以竞赛学员大量使用Matlab、Protel、Max-PlusⅡ、ISE、Multism等EDA软件来进行设计。同时为简化设计、缩短研制周期和体现创新性，CPLD、FPGA、DSP、嵌入式技术等一些新技术和相关新器件被大量使用。例如2007年C题，数字示波器，高速数据采集、存储和回放是设计的要点和难点。参赛获一等奖作品中都使用了DDS、MCU和FPGA融合使用的复杂系统方案，并使用EDA工具来完成。

4．应用性、综合性、系统性

电子设计竞赛以应用为背景，试题本身就是一个完整的电子产品。例如，2001年F题是用SONY公司提供的FM/AM收音机集成芯片CXA1019和锁相频率合成调谐集成芯片BU2614，制作一台调频收音机。再如2003年F题液体点滴速度监控装置，经过改进和试用后已进行市场推广。

1.2.4 赛前题目分析

1．赛前公布的基本仪器和主要元器件清单

全国大学生电子设计竞赛组委会专家组在电子设计竞赛开始的前一周都会在网上公布本次全国大学生电子设计竞赛需要的基本仪器和主要元器件清单，以便参赛学校做好准备。通过对所公布的基本仪器和主要元器件清单进行分析，可以得到一些竞赛题目的信息。以下是《2005年全国大学生电子设计竞赛基本仪器和主要元器件清单》。

（1）基本仪器清单：

● 20MHz普通示波器（双通道，外触发输入，有X轴输入，可选带Z轴输入）；

● 60MHz双通道数字示波器；

● 低频信号发生器（10-6～1MHz）；

● 高频信号发生器（1～40MHz）具有调频调幅及外调制功能；

● 低频毫伏表；

● 高频毫伏表；

● 普通频率计；

● 失真度测试仪；

● 直流稳压电源；

● 秒表；

● 10m卷尺；

● 单片机开发系统及EDA开发系统；

● 交流电压表和电流表（5A）；

● 单向自耦调压器（>500W）；

● 4位半数字万用表。

（2）主要元器件清单：

● 单片机最小系统板（仅含单片机芯片、键盘与显示装置、存储器、A/D、D/A）；

● A/D、D/A转换器；

● 可编程逻辑器件及其下载板；

● 话筒，耳机；

● 显示器件；

● 小型电动机；

● 小型继电器；

● 康铜、锰铜电阻丝；

● 光电传感器；

● 隔离变压器（>250W，200V/60V）；

● DDS集成芯片。

2．赛前题目分析方法

分析方法可以采用基本要素组合法，一是分析所提供的仪器仪表，二是分析所提供的元器件，三是分析历届题目及核心知识点，将三者结合元器件清单所列参数进行综合分析，如图1.1所示。

以2005年公布的全国大学生电子设计竞赛基本仪器和主要元器件清单为例：

● 从信号发生器和示波器的频率范围可见，信号频率不会超过40MHz，最高也不会超过60MHz。信号波形为正弦波，要求调频、调幅及外调制功能。

● 使用双踪示波器，表示作品制作时需要同时观测两路信号；使用数字示波器，表示作品制作时需要直接读取一些数据。

● 使用频率计，表示作品制作时需要测量频率。

● 使用失真度测试仪，表示作品制作时需要测量信号的失真。

● 使用低频毫伏表，表示作品制作时需要测量低频信号电压。

● 使用高频毫伏表，表示作品制作时需要测量高频信号电压。

● 使用交流电压表和电流表（5A），表示作品制作时需要测量交流电压和电流。

● 使用4位半数字万用表，表示作品制作时需要精确测量电压值。

● 使用单片机开发系统及EDA开发系统、单片机最小系统板（仅含单片机芯片、键盘与显示装置、存储器）和可编程逻辑器件下载板（仅含可编程芯片、下载电路、配置存储器），表示作品制作时需要使用单片机或者可编程逻辑器件才可以完成。

● 使用单向自耦调压器（>500W）和隔离变压器（>250W，200V/60V），表示作品制作时需要调节交流电压和隔离交流电压。

● 需要秒表，表示作品制作时需要对时间进行测量。

● 需要10m卷尺，表示作品制作时需要对长度进行测量。

●使用A/D、D/A转换器，表示作品制作时需要将模拟信号转换成为数字信号，也需要将数字信号转换成模拟信号。

● 使用DDS集成芯片，表示作品制作时需要使用数字频率合成技术。

● 使用光电传感器，表示作品制作时需要对光信号进行检测。

● 使用运算放大器、电压比较器，表示作品制作时需要对信号进行放大和比较。

● 使用话筒、耳机，表示作品制作时需要对声音信号进行传播。

● 使用小型电动机，表示作品制作时需要有一个驱动力。

● 使用小型继电器，表示作品制作时需要对一定功率的电信号进行控制。

● 使用康铜、锰铜电阻丝，表示作品制作时需要绕制电阻。

3．题目组合

如图1.1所示，将以上的一些基本要素进行组合，结合历届的竞赛试题，可以得到可能出现的一些题目和作品应完成的功能。

【例1】查找DDS芯片资料可知，在微控制器的控制下，DDS芯片还可以产生正弦/余弦波信号输出，实现AM/FM/FSK调制等功能。DDS芯片+单片机最小系统板或者可编程逻辑器件+低频信号发生器（10-6～1MHz）+高频信号发生器（1～40MHz）具有调频、调幅及外调制功能+低频毫伏表+高频毫伏表+话筒、耳机+失真度测试仪，结合历年的竞赛题目：简易无线电遥控系统（第二届，1995年）、调幅广播收音机（第三届，1997年）、短波调频收音机（第五届，2001年）分析，可能出现的题目和功能是：

以DDS芯片为核心，在单片机最小系统板或者可编程逻辑器件的控制下，产生正弦/余弦波信号输出，或者AM/FM/FSK调制信号输出的信号发生器。

【例2】单片机最小系统板或者可编程逻辑器件+低频信号发生器（10-6～1MHz）+高频信号发生器（1～40MHz）具有调频调幅及外调制功能+低频毫伏表+高频毫伏表+话筒、耳机+失真度测试仪，结合历年的竞赛题目：简易无线电遥控系统（第二届，1995年）、调幅广播收音机（第三届，1997年）、短波调频收音机（第四届，1999年）、调频收音机（第五届，2001年）分析，可能出现的题目和功能是：

频率在40MHz以下，调频或者调幅的无线语音传输系统。

【例3】交流电压表和电流表（5A）+4位半数字万用表+低频毫伏表+单向自耦调压器（>500W）和隔离变压器（>250W，220V/60V）+小型继电器+康铜、锰铜电阻丝+单片机最小系统板或者可编程逻辑器件，结合历年的竞赛题目：直流稳压电源（第三届，1997年）、简易数控直流电源（第1届，1994年）进行分析，可能出现的题目和功能是：

功率为250W，电压不超过60V，过流保护的交流稳压电源、变频电源或者直流数控电源。

【例4】60MHz双通道数字示波器+普通频率计+单片机最小系统板或者可编程逻辑器件+A/D、D/A转换器+运算放大器+电压比较器+DDS芯片，结合历年的竞赛题目：简易电阻、电容和电感测试仪（第二届，1995年）、实用信号源的设计与制作（第二届，1995年）、简易数字频率计（第三届，1997年）、频率特性测试仪（第四届，1999年）、数字式工频有效值多用表（第四届，1999年）、简易数字存储示波器（第五届，2001年）波形发生器（第五届，2001年）、简易逻辑分析仪（第六届，2003年）、低频数字式相位测试仪（第六届，2003年）进行分析，可能出现的题目和功能是：

（1）单片机最小系统板或者可编程逻辑器件+A/D、D/A转换器+DDS芯片→有可能制作扫频仪。

（2）单片机最小系统板或者可编程逻辑器件+运算放大器+电压比较器→有可能制作小信号测试仪，或者器件参数测试仪。

【例5】光电传感器+小型电动机+单片机最小系统板或者可编程逻辑器件+秒表+10m卷尺，结合历年的竞赛题目：简易智能电动车（第六届，2003年）、液体点滴速度监控装置（第六届，2003年）、自动往返电动小车（第五届，2001年）进行分析，可能出现的题目和功能是：

可利用光电传感器检测信号的运动控制系统。