1.2 赛前培训与准备工作安排

1.2.1 赛前培训的整体安排

电子设计竞赛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、制作完成一个有特定工程背景的题目之优劣与快慢的竞赛。在竞赛中涉及学生、教师和学校的方方面面。

（1）成立电子竞赛工作领导小组，负责本校学生的参赛事宜，包括组队、报名、赛前准备和赛后总结等。参赛队和参赛学生每队由3名学生组成，除研究生以外所有具有正式学籍的在校本科生和专科生都有资格参加。

（2）可以根据本学校的师资、资金、设备和场地等实际情况，组织学生参加。我们采取的方法是：“自愿报名，多次筛选”，分3个阶段进行。

首先发动学生报名，组织学生进行相关的理论课程培训。通过第1 阶段的培训，淘汰一部分学生。第2 阶段组织学生进行相关的实践课程培训，通过第2 阶段的培训，再淘汰一部分学生。第3 阶段组织学生进行强化训练，通过第3 阶段的培训后，确定参赛队员。有竞争就有压力，有压力就有动力。以南华大学2009 年为例，第1 阶段有200 多人，第2 阶段有120 多人，第3 阶段有40 多人，最后参赛队员30 人。

全国大学生电子设计竞赛的组织运行模式为：“政府主办、专家主导、学生主体、社会参与”十六字方针，有条件的学校也可以动员社会力量参与，如公司企业给予一定的资助，使更多的学生可以参加竞赛，得到这个机会。

对于本科院校参赛学生来讲，参赛时刚完成大三第二学期的学习。为了使参赛学生在参加竞赛时能扎实、熟练、系统掌握电子信息学科相关知识与技能，我们的组织方法是提前一个学年开始培训（即从本科学生的二年第二期开始）。竞赛培训过程分为4个阶段：

① 理论课程培训；

② 制作技能培训；

③ 系统设计与制作；

④ 赛前准备工作。

1.2.2 理论课程培训

理论课程培训是培训的第一阶段。从本科电子信息类专业的课程体系安排来讲，有些课程如单片机、可编程逻辑器件、传感与检测技术等对参赛学生是需要提前进行理论培训的。基本的安排如下：

培训的第一个学期（二年二期）进行理论课程培训，用16个星期的星期六与星期日，每周8个学时，16×8=128 学时。其中：单片机基础与编程40 学时，可编程逻辑器件与编程40 学时，Protel电路设计软件12学时，EWB/Multisim电路设计仿真软件12学时，传感与检测技术24学时。

单片机和可编程逻辑器件课程按基础知识和实际编程两部分进行，以应用为导向，对理论知识不做全面展开，特别是单片机指令和VHDL或者Verilog HDL语言用多少学多少，根据实际编程需要讲解。特别注重软件开发工具的使用，以及接口电路的学习与训练。

传感与检测技术按“必需”和“够用”的原则来安排课程内容，尽可能利用现有的实验设备多做实验。

理论课程培训如表1.2.1所示。

1.2.3 制作技能培训

制作技能培训是培训的第二阶段。全国大学生电子设计竞赛试题包括理论设计、实际制作与调试等内容，既考虑到教学的基本内容要求，又适当反映新技术和新器件的应用。竞赛试题一般都要求完成一个完整的电子系统的设计与制作，全面测试学生运用基础知识的能力、实际设计制作能力和独立工作能力。在竞赛过程中，由一个参赛队在一个半封闭、相对集中的环境中，在4天时间内，共同设计、制作完成一个有特定工程背景的作品。作品能否制作成功是竞赛能否取得好成绩的关键。因此，制作技能是基础。

制作技能培训按照基础训练、仪器仪表使用、单元电路训练、单片机系统训练、可编程逻辑器件系统训练一步一步地进行。以实际动手能力的培训为主。

1.技能基础训练

技能基础训练主要训练装配工具及使用方法、装配工艺、元器件识别、印制电路板设计与制作等内容。其中：

① 装配工具及使用方法、装配工艺培训：主要通过实际操作演示与学生实际操作练习完成。

② 元器件识别：利用实际的元器件进行教学。

③ 印制电路板设计与制作方法：利用多媒体教学软件介绍印制电路板的基本设计方法，演示实际印制板制作过程。

2.仪器仪表使用训练

仪器仪表使用训练主要训练数字万用表、示波器、逻辑分析仪、LC测试仪、频谱分析仪和信号发生器等仪器仪表的使用。其中：

① 仪器仪表使用：面板操作，挡位调节，测量原理与方法，结合实际电路测量进行讲解。

② 稳压电源：提醒学生注意电源的操作过程与步骤（如电压的调节、电源开/关机的顺序等）。

有关技能基础训练和仪器仪表使用训练更多的内容，请参考黄智伟编著的“全国大学生电子设计竞赛技能训练”教材。

3.单元电路设计与制作训练

单元电路制作训练主要包含有：电源电路、基本放大电路、射频功率放大器电路、正弦波发生器电路、非正弦波发生器电路、比较器电路、限幅器电路、检波电路、电压/频率变换电路、电压/电流变换电路、光电、红外、超声、金属传感器电路、电机驱动电路、LED和LCD显示与驱动电路等。单元电路制作训练项目如表1.2.2所示，各参赛小组可以根据自己的培训方向进行选择。

要求学生完成电原理图、印制板图、装配图、实际制作、电路调试、设计总结报告，所有电路训练都要求按照工作原理、电原理图、印制板图、装配图、电路调试进行实际制作和资料整理（设计报告）。

4.单片机系统设计与制作训练

单片机系统设计与制作训练内容主要包含有：最小系统设计制作和测试程序设计，A/D、D/A接口电路与程序设计，LED数码管接口电路与程序设计，LCD接口电路与程序设计，其他接口电路与程序设计，以及编程技巧、常见错误类型及原因分析、容易混淆的一些概念等内容。

所有训练都要求按照工作原理、电原理图、印制板图、装配图、电路调试、程序设计（包含程序流程图以及程序清单）进行实际制作和资料整理（设计报告）。

5.可编程逻辑器件系统设计与制作训练

可编程逻辑器件系统设计与制作训练包含有：

① FPGA最小系统设计与制作：FPGA最小系统电路、印制板、电源电路的设计，要求学生完成电原理图、印制板图、装配图、实际制作、电路调试及设计报告（以下训练，要求相同）。

② FPGA最小系统配置电路的设计：PC并行口配置、单片机配置、PROM器件的配置，以及各种模式的配置方式。

③ ModelSim仿真工具的使用：设计流程，功能仿真和时序仿真步骤，时序仿真步骤及查错分析等基本操作方法。

④ FPGA的最小系统板的下载：设计的实现过程，使用iMPACT配置FPGA最小系统板的过程，通过实例进行教学分析。

⑤ 编程常见错误及其原因分析：语法错误、信号与变量、IF-ELSE语句特点、CASE语句特点、多时钟源的解决方案及执行时端口丢失等问题，通过实例进行教学分析。

⑥ 编程技巧：程序优化、状态机优化、片内资源的开发利用、毛刺与抗干扰、宏功能模块和IP核复用等，通过实例进行教学分析。

6.设计总结报告的写作训练

全国大学生电子设计竞赛作品由基本制作部分、发挥制作部分和设计总结报告3 部分组成，总分150 分。设计总结报告是电子设计竞赛作品的一个重要组成部分，占总分的1/3，即50 分。设计总结报告的评分是一个独立环节，评分过程是在作品通过专家测试后进行。学生的设计总结报告是以密封的形式提供给专家组，专家参照由全国大学生电子设计竞赛组委会提供的评分标准进行评分。设计总结报告的评分项目由方案设计与论证、理论计算、电路图及设计文件、测试方法与数据、结果分析及设计总结报告的工整性6个方面组成。

设计总结报告是每个参赛小组都必须提供的文件，设计总结报告中应包含题目名称、摘要、目录、系统设计、单元电路设计、软件设计、系统测试、结论、参考文献和附录等内容。更多的内容请参考第7 章电子设计竞赛设计总结报告写作训练。

7.竞赛队员的组合与分工

在训练的第二阶段的后半部分，即单片机和可编程逻辑器件系统训练阶段，组织学生进行分组，分组原则按自愿组合进行。

每组3 人，按照软件编程、硬件制作和设计总结报告写作3 部分进行分工，每名队员各有侧重，分工合作。

每次制作完成后，分软件编程、硬件制作和设计总结报告3 部分进行分析比较及交流，找出存在的问题。

1.2.4 系统设计与制作训练

系统设计与制作训练是培训的第三个阶段，在第三学期（三年二期）和暑假中进行，进程为15～18 周。训练目标是模拟电子设计竞赛的全过程，进行系统训练。系统设计与制作训练项目如表1.2.3所示，各参赛小组可以根据自己的培训方向和经费，选择一两个赛题类型进行设计与制作训练。

系统设计与制作训练以历年的竞赛题目为模板，适当进行一些调整。每周一个题目，全部训练要求模拟实际竞赛要求进行。按照“竞赛期间采用半封闭、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，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。每次制作完成后，分软件编程、硬件制作和设计总结报告3部分进行分析比较及交流，找出存在的问题。

与一般的电子产品设计制作不同的是，电子设计竞赛作品设计制作一方面需要遵守电子产品设计制作的一般规律，另一方面要在限定时间、限定人数、限制设计制作条件和限制交流等情况下完成作品的设计制作。由此可见，电子竞赛作品设计制作有自己的规律。电子竞赛作品设计制作大约需要经过题目选择、系统方案论证、子系统、部件设计与制作、系统综合、调试与测量等步骤，最后完成作品和设计总结报告。

1.2.5 赛前准备工作

赛前准备工作是电子设计竞赛培训的第四阶段。组织培训的老师和参赛的队员一起，通过对所公布的基本仪器和主要元器件清单进行分析，可以得到一些可能出现的题目和作品应完成的功能。参赛队员可以根据自己的训练情况，选择一两个题目方向进行准备。

1.仪器设备的准备

根据公布的基本仪器清单和选择的题目方向准备好仪器。熟悉所需要的仪器设备的使用方法。

例如，选择无线电发射与接收类的竞赛队员应该熟悉高频信号发生器、数字示波器、电感、电容测试仪、频率特性测量仪及高频毫伏表的使用方法。当然，选择电动玩具车的竞赛队员则可以不需要熟悉这些仪器的使用。

2.元器件准备

根据公布的元器件清单和选择的题目方向准备好一些元器件，建立元器件库。熟悉所需要的元器件资料包括技术参数、引脚功能、内部结构、应用电路和使用方法，建立相应的电子文档。参赛队员应该知道元器件库中已有的元器件。

3.最小系统的准备

在竞赛中，可以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）。准备好单片机开发系统和单片机最小系统板、EDA开发系统和可编程逻辑器件下载板，熟悉软件和硬件的使用方法，准备好相关的资料，如文字说明、电原理图和基本功能程序段等（写设计总结报告需要使用）显然是必要的。

4.单元电路的准备

根据公布的元器件清单和选择的题目方向，准备好元器件和单元电路（包括文字说明、电原理图和基本操作控制程序等）。

例如，选择电动玩具车的竞赛队员可以准备好单片机最小系统板或可编程逻辑器件最小系统板、电机正反转控制电路与控制程序、光电传感器检测电路、超声传感器检测电路、金属探测传感器检测电路、红外传感器检测电路以及相关的数据处理程序。

例如，选择无线电发射与接收类的竞赛队员可以制作一些电感，以及高频变容二极管应用电路如调频电路、VCO电路等，进行必要的参数测试。

例如，选择波形发生器、信号源、相位测量仪器类的竞赛队员可以编制一些波形发生的程序、比较器电路、A/D和D/A变换器电路，以及与单片机最小系统板或可编程逻辑器件最小系统的连接电路、相关的数据处理和控制程序等。

5.资料准备

竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源。准备好相关的图书资料，放在竞赛场地。各组的计算机应该能上网。各小组根据所选择的题目方向，准备好写设计总结报告需要使用的相关资料，如最小系统、单元电路、元器件的文字说明，电原理图和基本程序段等显然是必要的。

6.场地准备

参赛学校应将参赛学生相对集中在一个或几个实验室内进行竞赛，便于组织人员巡查。要保证有足够的空间，如电动小车就需要较大的实验和测试场地。

要保证竞赛期间的水电供应。印制板制作需要的水和电是一定要保证的，如果停电就非常麻烦了。

因为竞赛时间是在9月，例如2009 年是从9月2日8：00 竞赛正式开始，到9月5日20：00竞赛结束（4 天3 晚）。而且在许多地方天气还很炎热，要注意防暑降温的条件，如空调。

另外，在竞赛期间，许多队员都是通宵达旦地工作，中间的休息睡眠时间是不固定和不统一的，一般情况下都不可能回到宿舍去休息睡眠。因此，需要在竞赛场地附近安排临时休息的场所。

1.2.6 赛前赛题分析

1.注意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三天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“2007年全国大学生电子设计竞赛基本仪器和主要元器件清单”。

2007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

20 MHz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）

60 MHz双通道数字示波器

低频信号发生器（1 Hz～1 MHz）

高频信号发生器（1～40 MHz）

函数发生器

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

2m卷尺

游标高度尺

单片机开发系统及EDA开发系统

单相自耦调压器（>200 W）

五位半数字万用表（电压表）

四位半数字万用表

（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

1 MHz采样频率的8位A/D转换器

运算放大器、电压比较器

可编程逻辑器件及其下载板

显示器件

小型电动车（最大尺寸300 mm×200 mm，高度不限）

小型继电器

康铜、锰铜电阻丝

漆包线（直径不大于1 mm）

光电传感器

角度传感器

隔离变压器（>150 W，220 V/18 V）

DDS集成芯片

2.赛题的基本分析方法

赛题分析方法可以采用基本要素组合法，一是分析所需要的仪器仪表，二是分析所需要的元器件，三是往届的赛题，将三者结合进行综合分析。基本要素组合法示意图如图1.2.1所示。

以2007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，信号频率范围不会超过40 MHz，最高也不会超过60 MHz。

使用函数发生器，表示在作品制作时需要正弦波和方波等信号。

使用双踪示波器，表示在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。

使用失真度测试仪，表示在作品制作时需要测量信号的失真度参数。

使用频率计，表示在作品制作时需要测量频率。

使用高频毫伏表，表示在作品制作时需要测量高频信号电压。

使用秒表，表示在作品制作时需要对时间进行测量。

使用2m卷尺、游标高度尺，表示需要对作品的运动或者移动距离和高度进行测量。

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），表示在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。

使用单相自耦调压器（>200 W）、隔离变压器（>150 W，220 V/18 V），表示在作品制作时需要对AC220V电压进行调节和隔离。

使用五位半数字万用表（电压表）和四位半数字万用表，表示在作品制作时需要测量的电压精度在0.05%以上。

需要使用A/D、D/A变换器，表示在作品制作时需要将模拟信号转换为数字信号，也需要将数字信号转换为模拟信号。需要使用1 MHz采样频率的8 位A/D转换器，表示在作品制作时需要进行高速的模/数转换。

使用高频变容二极管、高频磁芯，表示在作品制作时需要改变电感和电容参数。

使用光电传感器、角度传感器等，表示在作品制作时需要对光信号和角度等进行检测。

使用小型电动车（最大尺寸300 mm×200 mm，高度不限），表示在作品制作时需要以电动车为载体。

使用DDS集成芯片，表示在作品制作时需要以DDS芯片为核心，制作信号发生器等电路。

3.组合赛题实例

将以上一些要素进行组合，可以得到可能出现的一些题目和作品应完成的功能。

例1：电动玩具车+单片机最小系统板或可编程逻辑器件+光电传感器+角度传感器+2m卷尺+游标高度尺+秒表，结合往届的赛题“自动往返电动小汽车（2001 年C题）”和“简易智能电动车（2003 年E题）”进行分析（参见图1.2.2），可能出现的题目和功能是：

电动车在单片机最小系统板或可编程逻辑器件的控制下，对轨迹、角度、速度和时间（光电传感器、角度传感器、秒表）进行检测；角度传感器表示电动车可能在一个斜面上运行；结合游标高度尺，表示电动车可能在一个斜面上运行时，对高度有要求。

例2：信号发生器+示波器+高频信号发生器+高频毫伏表，结合往届的赛题：“简易无线电遥控系统（1995 年）”、“调幅广播收音机（1997 年）”、“短波调频接收机（1999 年）”和“调频收音机（2001 年）”进行分析（参见图1.2.3），可能出现的题目和功能是：

（1）无线电接收类：频率在40 MHz以下接收机。

（2）无线电发射类：频率在40 MHz以下发射机。

（3）高频毫伏表测量高频信号电压→有可能是制作的作品中包含有高频的功率放大器。

例3：60 MHz双通道数字示波器+失真度仪+普通频率计+单片机最小系统板或可编程逻辑器件+A/D、D/A变换器+运算放大器+电压比较器，结合历年的竞赛题目：“简易电阻、电容和电感测试仪（1995 年）”、“实用信号源的设计和制作（1995 年）”、“简易数字频率计（1997年）”、“频率特性测试仪（1999 年）”、“数字式工频有效值多用表（1999 年）”、“简易数字存储示波器（2001 年）”、“波形发生器（2001 年）”、“低频数字式相位测量仪（2003 年）”、“简易逻辑分析仪（2003 年）”、“集成运放参数测试仪（2005 年）”和“简易频谱分析仪（2005 年）”进行分析（参见图1.2.4），可能出现的题目和功能是：

（1）单片机最小系统板或可编程逻辑器件+DDS+D/A变换器→波形发生器或者信号源。

（2）数字示波器+失真度仪+单片机最小系统板或可编程逻辑器件+电压比较器，数字示波器和数字相位计可以用来测量失真度→有可能是制作失真度测量分析仪。

（3）60 MHz双通道数字示波器+单片机最小系统板或可编程逻辑器件+A/D、D/A变换器+运算放大器→数字存储示波器。

（4）60 MHz双通道数字示波器+单片机最小系统板或可编程逻辑器件+A/D、D/A变换器+运算放大器+模拟开关→多通道输入或者输出，考虑数字存储示波器、逻辑分析仪已经在2001年和2003年制作过，有可能是制作数字示波器。