电子设计竞赛的研究与实践
赵升，吴桂初
（温州大学物理与电子信息学院， 浙江 温州 325027）
摘要：本文介绍了全国大学生电子设计竞赛的赛前组织工作和辅导工作，并以“基于单片机和CPLD的数字频率计”为例说明学生进行设计的过程。同时也论述了电子设计竞赛在实践教学改革以及在培养大学生的动手能力、创新意识和综合素质方面发挥的重要作用。
关键词：电子设计竞赛; 实践方法; 赛前准备; 教学改革
全国大学生电子设计竞赛从1993年至2005年已连续举办七届,规模一届比一届大， 2005年参赛高校已达510所,分27个赛区，总计4470余队，是影响较大的大学生群众性科技活动之一，受到了全国各高校的高度重视。我院今年是第二次组队参加全国大学生电子设计竞赛，参赛队全部获省级以上奖励，其中全国一等奖一项，省级二等奖一项，成功参赛奖四项。为了在以后的大赛中取得更好的成绩，作为指导教师，有必要对大赛辅导过程中的成功经验和失败教训作一个阶段性的小结。
1 竞赛的组织和领导工作
电子设计竞赛的教学过程长，牵扯面广，为了使各项工作高效率的进行，首先我院成立电子设计竞赛组织委员会，由主管教学的院长任主任，对重大活动进行协调以及制定相关政策；其次组建电子设计竞赛教师指导组，其职责是选拔参加竞赛的优秀队员，并制定组织实施教学培训计划；最后学院行政主管部门把其纳入工作职责范围，统一计划，统一管理。这样，就使电子设计竞赛置于学院有关负责人的直接领导下，形成领导、指导教师、管理人员结合的组织体系。
对竞赛队员的选拔遵循“全院选拔、多次筛选、择优录取”的原则。参加电子设计竞赛的学生应该是学院的精英，接受培训的学生必须是品德好、实践动手能力强、学有余力、具有团队意识的优秀学生。因此，在选拔的过程中我们不仅仅看学生成绩，还考虑其创新能力等综合素质，同时在培训过程中严格实行淘汰制，并随时吸收优秀的学生加入培训。 2 辅导教学与实践训练
大学生电子设计竞赛的试题涉及的主要课程有：模拟电子技术、数字电子技术、低频、高频电路、单片机原理及应用。其次是：电子测量技术、可编程器件、通信、计算机应用基础、自控原理和自控系统等。试题涉及的主要实践环节有：电子基础实验、电子工艺实习、计算机操作和应用技术、电子工艺实习、计算机操作和应用技术、有关的课程设计及电子系统设计和电路、自动控制系统的计算机辅助设计。题目包括理论设计和实际操作。题目类型有综合题，有侧重于某一专业（如计算机、通讯、自动控制或电子技术应用等），有侧重于模拟电路、数字电路、电力电子线路、新型器件应用、某个产品的初步设计等[1]。 电子竞赛的内容分为两个部分：基本部分和发挥部分。基本部分是测试学生运用基础知收稿日期：2005-11-22
识能力、实验及设计能力和独立工作能力。绝大多数参赛学生能在规定的时间内完成基本部分要求的设计工作。发挥部分使优秀学生能有发挥与创新的余地，是基础部分的延伸。学生进行整体方案设计时，既要考虑基础部分的要求，又要考虑发挥部分的要求。要求学生具备综合能力、学生之间的相互配合与协作能力。
针对电子设计竞赛的内容和特点，我们对学生进行以下训练：
2.1 基础知识训练
基础知识训练的目标是达到“六会一牢固” 即基本知识牢固，会看图，会画PCB板，会焊接安装，会测量，会查资料，会写文档。对于我院来讲，参赛队员是大三的学生，竞赛涉及的一些课程如模拟电子技术、数字电路、单片机、可编程逻辑器件、传感器与检测技术等已经提前一个学年修过，因此在暑假集中培训阶段，要求他们牢固巩固已学过的知识，同时注意与应用密切相关的基础知识，例如：对于模拟电路要求学生在懂得基本的半导体知识后着重掌握各种基本放大器的工作机理及应用，运算放大器、比较器的原理及应用，各种振荡器的应用，电源等；对于数字电路则要求学生切实巩固各种组合逻辑电路和时序逻辑电路的应用与基本的设计思想等。
重视对参赛队员焊接知识的培训，学会使用常见的各种测量仪器，学会使用互联网进行查阅资料，最后要强调设计总结报告的写作，这一点往往被参赛队员忽视。设计总结报告是竞赛作品的一个重要组成部分，其内容体现参赛队员的设计思想、实现手段以及测试结果等方面。设计总结报告质量的高低反映参赛队员的写作能力优秀与否，同时也关系作品成功与否，因此要重视对文档写作的培训。
2.2 模块训练
模块训练的内容和目标是由浅入深，循序渐进，有计划地进行培训，独立完成电子电路模块设计与制作，组织各种形式的学习讨论会，促进信息交流，优秀作品及时整理归档，达到建立相关硬件、软件、资料的“共享资源库”。结合电子设计竞赛常用到的模块，进行相应基本单元电路的设计与制作，其内容包含有单片机最小系统、可编程逻辑器件最小系统、A/D与D/A电路、集成直流稳压电源电路、信号放大电路、信号产生电路、信号处理电路、声音报警电路、压力、光电等传感器应用电路、功率驱动电路、显示电路等。
模块训练分为几个阶段进行，每个阶段都要举行学生作品展示，以参赛小组为单位让学生讲解作品的实现原理、方法和手段，调试过程中遇到的问题等，组织专家进行点评，然后学生对点评后的作品进行性能改进。
2.3 综合训练
综合训练的目标是将模块综合成某种系统，培养学生电子设计的综合能力。参赛队员存在的主要弱点是理论与实践结合不够，不具备综合运用所学知识进行设计的能力，创新及独立工作的能力较差，新器件、新技术应用能力差，因此在选手的赛前训练中紧密结合各个模块功能设置训练题目进行实训。对于同一个制作题目让两组参赛队员采用不同的设计方案实现，然后比较制作实物的性能参数，加深他们对不同器件、不同模块特性的认识。下面以“基于单片机和CPLD的数字频率计”为例说明学生进行设计的过程。
题目设计要求：①频率测量范围：0.1HZ～10MHZ；信号：方波、正弦波；幅度：0.5～5V；测试误差≤0.1％ ；②脉冲宽度测量范围：信号：脉冲波；幅度：0.5～5V；脉冲宽度≥100uS；测试误差：小于等于1％ ；③显示部分：十进制数字显示，显示刷新时间1～10秒连续可调。
设置该题目的主要目的是锻炼学生解决实际问题的能力，考察巩固的知识有模拟电子技术、单片机原理及应用和可编程器件逻辑等。针对题目设计要求学生首先要查阅相关的资料，提出设计方案，然后再论证方案的可行性，最后确定一种可行的设计方案制作实物。图1为一个参赛队论证后的系统设计框图。它基于高精度恒误差测频及测周期原理[2]，采用外围电路对被测信号进行整形、限幅等处理，同时利用单片机和CPLD相结合的技术，其中CPLD进行计数，单片机进行频率、周期、脉宽、占空比的计算处理和显示。该方案具有硬件电路简单，测量精度高，误差小，智能化等优点，同时也具有自补偿功能。
该组队员经过努力按照预定的方案做出了实物，并且在调试中积累了丰富的经验，具体表现为：①遵循“先分后合，自下而上，软硬联调”的原则，即调试各功能模块，然后将调试成功的功能模块组成系统，进行系统调试。②使用数字示波器观察CPLD输入输出信号，并分析与仿真结果是否一致，以便找出硬件电路中的故障。③增添CPLD和单片机之间通讯信号正确与否的指示装置，便于对测试信号进行分析，找出问题，解决问题，直至功能实现。 图1 系统设计总体框图 3 赛前准备
3.1 资料的收集和完善共享资源库
要求学生充分利用互联网资源检索资料，按电源类、信号源类、无线电类、放大器类、仪器仪表类、数据采集与处理类、控制类等分类，精选文章，特别是一些实用子程序，阅读并充分理解后形成文档，以备在竞赛中参考。共享资源可以提高参赛队员的工作效率，因此应该随时完善资源库。
3.2 参赛队员的遴选与分工
为了扩大电子设计竞赛的受益面，提高参赛队的实力和竞争力，我们在组织训练时，使
受训学生数远高于参赛人数。临近赛期，由指导教师遴选队员，明确分工。通常每队两人负责硬件的设计、安装、调试及报告撰写，一人承担软件的编制与调试[3]。
3.3 仪器设备和元器件的准备
大赛前七天，根据公布的基本仪器、元器件清单和选择的题目方向，准备好仪器并建立元器件库。熟悉所需要的仪器设备的使用方法；熟悉所需元器件资料包括技术参数、引脚功能、内部结构、使用方法等。参赛队员应知道元器件库中已有的元器件。
3.4 场地准备
参赛学校应将参赛学生相对集中在一个或者几个实验室内进行竞赛，便于组织人员巡查。要保证竞赛场地有足够的测试空间，竞赛期间的水电供应，要注意防暑降温的条件，同时要求在竞赛场地附近有临时休息的场所等。
4 研究电子竞赛的启示
全国大学生电子设计竞赛激发了学生的积极性和主动性，培养了学生的创新意识和综合素质，同时也推动了高校的教学改革，尤其是实践教学改革和实验室建设。目前学生实验课存在一些问题，如验证性实验多，而自主设计的实验少；单科实验多而综合性实验少。为了使教育思想改革更好地贯彻到教学体系和教学内容的改革中去，加强人才培养的针对性、应用性和实践性，有必要对教学内容和课程体系进行改革：①以系统设计为中心，组织专业技术课教学。在教学过程中，注重整体概念的建立和集成方法的灌输，注重新电子技术的应用。②建立四个层次的实验教学模式，即基础实验、设计性实验、综合设计性实验和设计研究性实验。③成立以电子科技小组为主的第二课堂，激发学生积极性与主动性。为获得经费支持和条件保障，可以向学校申报“创新研究项目”；同时建立开放型实验室，为学生课外实践创造良好的外部环境。
以上是对电子设计竞赛赛前辅导的一些体会，其实我们的工作仅仅是个开始，今后，还要继续深入进行下去，以促进学生创新能力的培养和综合素质的提高。
参考文献
[1] 张春梅. 电子设计竞赛与实验教学改革[J]. 中国地质教育, 2002, 3: 55～56
[2] 江玉洁，陈辰，周渭. 新型频率测量方法的研究[J]. 仪器仪表学报, 2004, 15（1）: 30～100
[3] 陶安利，蔺增金，王霞等. 一种有实效且易操作的强化辅导教学模式谈电子设计竞赛的赛前辅导与准备
[J]. 电气电子教学学报, 2002, 24（3）: 99～100
[4] 邹虹，林定忠. 大学生电子设计竞赛对教学改革的启示[J]. 重庆邮电学院学报, 2002, 3: 107～108
[5] 黄智伟 主编. 全国大学生电子设计竞赛训练教程[M]. 北京: 电子工业出版社, 2005.1 [4]
The Research and Practice for the National Undergraduate
Electronic Design Competition
ZHAO Sheng , WU Gui-chu
(School of Physics and Electronic Information, Wenzhou University, 325027)
Abstract: It is introducing the work about the training and organizing for the national undergraduate electronic
design competition in this article. According to the frequency counter based on MCU and CPLD that is designed by students, it shows us some questions in the design. The national undergraduate electronic design competition has an important effort on experiment teaching reformation, training students’ capacity for practicing , creating and synthesizing.
Key words: National undergraduate electronic design competition; Methods of the practice; Preparation before competition; Teaching Reformation
电子设计竞赛的研究与实践
赵升，吴桂初
（温州大学物理与电子信息学院， 浙江 温州 325027）
摘要：本文介绍了全国大学生电子设计竞赛的赛前组织工作和辅导工作，并以“基于单片机和CPLD的数字频率计”为例说明学生进行设计的过程。同时也论述了电子设计竞赛在实践教学改革以及在培养大学生的动手能力、创新意识和综合素质方面发挥的重要作用。
关键词：电子设计竞赛; 实践方法; 赛前准备; 教学改革
全国大学生电子设计竞赛从1993年至2005年已连续举办七届,规模一届比一届大， 2005年参赛高校已达510所,分27个赛区，总计4470余队，是影响较大的大学生群众性科技活动之一，受到了全国各高校的高度重视。我院今年是第二次组队参加全国大学生电子设计竞赛，参赛队全部获省级以上奖励，其中全国一等奖一项，省级二等奖一项，成功参赛奖四项。为了在以后的大赛中取得更好的成绩，作为指导教师，有必要对大赛辅导过程中的成功经验和失败教训作一个阶段性的小结。
1 竞赛的组织和领导工作
电子设计竞赛的教学过程长，牵扯面广，为了使各项工作高效率的进行，首先我院成立电子设计竞赛组织委员会，由主管教学的院长任主任，对重大活动进行协调以及制定相关政策；其次组建电子设计竞赛教师指导组，其职责是选拔参加竞赛的优秀队员，并制定组织实施教学培训计划；最后学院行政主管部门把其纳入工作职责范围，统一计划，统一管理。这样，就使电子设计竞赛置于学院有关负责人的直接领导下，形成领导、指导教师、管理人员结合的组织体系。
对竞赛队员的选拔遵循“全院选拔、多次筛选、择优录取”的原则。参加电子设计竞赛的学生应该是学院的精英，接受培训的学生必须是品德好、实践动手能力强、学有余力、具有团队意识的优秀学生。因此，在选拔的过程中我们不仅仅看学生成绩，还考虑其创新能力等综合素质，同时在培训过程中严格实行淘汰制，并随时吸收优秀的学生加入培训。 2 辅导教学与实践训练
大学生电子设计竞赛的试题涉及的主要课程有：模拟电子技术、数字电子技术、低频、高频电路、单片机原理及应用。其次是：电子测量技术、可编程器件、通信、计算机应用基础、自控原理和自控系统等。试题涉及的主要实践环节有：电子基础实验、电子工艺实习、计算机操作和应用技术、电子工艺实习、计算机操作和应用技术、有关的课程设计及电子系统设计和电路、自动控制系统的计算机辅助设计。题目包括理论设计和实际操作。题目类型有综合题，有侧重于某一专业（如计算机、通讯、自动控制或电子技术应用等），有侧重于模拟电路、数字电路、电力电子线路、新型器件应用、某个产品的初步设计等[1]。 电子竞赛的内容分为两个部分：基本部分和发挥部分。基本部分是测试学生运用基础知收稿日期：2005-11-22
识能力、实验及设计能力和独立工作能力。绝大多数参赛学生能在规定的时间内完成基本部分要求的设计工作。发挥部分使优秀学生能有发挥与创新的余地，是基础部分的延伸。学生进行整体方案设计时，既要考虑基础部分的要求，又要考虑发挥部分的要求。要求学生具备综合能力、学生之间的相互配合与协作能力。
针对电子设计竞赛的内容和特点，我们对学生进行以下训练：
2.1 基础知识训练
基础知识训练的目标是达到“六会一牢固” 即基本知识牢固，会看图，会画PCB板，会焊接安装，会测量，会查资料，会写文档。对于我院来讲，参赛队员是大三的学生，竞赛涉及的一些课程如模拟电子技术、数字电路、单片机、可编程逻辑器件、传感器与检测技术等已经提前一个学年修过，因此在暑假集中培训阶段，要求他们牢固巩固已学过的知识，同时注意与应用密切相关的基础知识，例如：对于模拟电路要求学生在懂得基本的半导体知识后着重掌握各种基本放大器的工作机理及应用，运算放大器、比较器的原理及应用，各种振荡器的应用，电源等；对于数字电路则要求学生切实巩固各种组合逻辑电路和时序逻辑电路的应用与基本的设计思想等。
重视对参赛队员焊接知识的培训，学会使用常见的各种测量仪器，学会使用互联网进行查阅资料，最后要强调设计总结报告的写作，这一点往往被参赛队员忽视。设计总结报告是竞赛作品的一个重要组成部分，其内容体现参赛队员的设计思想、实现手段以及测试结果等方面。设计总结报告质量的高低反映参赛队员的写作能力优秀与否，同时也关系作品成功与否，因此要重视对文档写作的培训。
2.2 模块训练
模块训练的内容和目标是由浅入深，循序渐进，有计划地进行培训，独立完成电子电路模块设计与制作，组织各种形式的学习讨论会，促进信息交流，优秀作品及时整理归档，达到建立相关硬件、软件、资料的“共享资源库”。结合电子设计竞赛常用到的模块，进行相应基本单元电路的设计与制作，其内容包含有单片机最小系统、可编程逻辑器件最小系统、A/D与D/A电路、集成直流稳压电源电路、信号放大电路、信号产生电路、信号处理电路、声音报警电路、压力、光电等传感器应用电路、功率驱动电路、显示电路等。
模块训练分为几个阶段进行，每个阶段都要举行学生作品展示，以参赛小组为单位让学生讲解作品的实现原理、方法和手段，调试过程中遇到的问题等，组织专家进行点评，然后学生对点评后的作品进行性能改进。
2.3 综合训练
综合训练的目标是将模块综合成某种系统，培养学生电子设计的综合能力。参赛队员存在的主要弱点是理论与实践结合不够，不具备综合运用所学知识进行设计的能力，创新及独立工作的能力较差，新器件、新技术应用能力差，因此在选手的赛前训练中紧密结合各个模块功能设置训练题目进行实训。对于同一个制作题目让两组参赛队员采用不同的设计方案实现，然后比较制作实物的性能参数，加深他们对不同器件、不同模块特性的认识。下面以“基于单片机和CPLD的数字频率计”为例说明学生进行设计的过程。
题目设计要求：①频率测量范围：0.1HZ～10MHZ；信号：方波、正弦波；幅度：0.5～5V；测试误差≤0.1％ ；②脉冲宽度测量范围：信号：脉冲波；幅度：0.5～5V；脉冲宽度≥100uS；测试误差：小于等于1％ ；③显示部分：十进制数字显示，显示刷新时间1～10秒连续可调。
设置该题目的主要目的是锻炼学生解决实际问题的能力，考察巩固的知识有模拟电子技术、单片机原理及应用和可编程器件逻辑等。针对题目设计要求学生首先要查阅相关的资料，提出设计方案，然后再论证方案的可行性，最后确定一种可行的设计方案制作实物。图1为一个参赛队论证后的系统设计框图。它基于高精度恒误差测频及测周期原理[2]，采用外围电路对被测信号进行整形、限幅等处理，同时利用单片机和CPLD相结合的技术，其中CPLD进行计数，单片机进行频率、周期、脉宽、占空比的计算处理和显示。该方案具有硬件电路简单，测量精度高，误差小，智能化等优点，同时也具有自补偿功能。
该组队员经过努力按照预定的方案做出了实物，并且在调试中积累了丰富的经验，具体表现为：①遵循“先分后合，自下而上，软硬联调”的原则，即调试各功能模块，然后将调试成功的功能模块组成系统，进行系统调试。②使用数字示波器观察CPLD输入输出信号，并分析与仿真结果是否一致，以便找出硬件电路中的故障。③增添CPLD和单片机之间通讯信号正确与否的指示装置，便于对测试信号进行分析，找出问题，解决问题，直至功能实现。 图1 系统设计总体框图 3 赛前准备
3.1 资料的收集和完善共享资源库
要求学生充分利用互联网资源检索资料，按电源类、信号源类、无线电类、放大器类、仪器仪表类、数据采集与处理类、控制类等分类，精选文章，特别是一些实用子程序，阅读并充分理解后形成文档，以备在竞赛中参考。共享资源可以提高参赛队员的工作效率，因此应该随时完善资源库。
3.2 参赛队员的遴选与分工
为了扩大电子设计竞赛的受益面，提高参赛队的实力和竞争力，我们在组织训练时，使
受训学生数远高于参赛人数。临近赛期，由指导教师遴选队员，明确分工。通常每队两人负责硬件的设计、安装、调试及报告撰写，一人承担软件的编制与调试[3]。
3.3 仪器设备和元器件的准备
大赛前七天，根据公布的基本仪器、元器件清单和选择的题目方向，准备好仪器并建立元器件库。熟悉所需要的仪器设备的使用方法；熟悉所需元器件资料包括技术参数、引脚功能、内部结构、使用方法等。参赛队员应知道元器件库中已有的元器件。
3.4 场地准备
参赛学校应将参赛学生相对集中在一个或者几个实验室内进行竞赛，便于组织人员巡查。要保证竞赛场地有足够的测试空间，竞赛期间的水电供应，要注意防暑降温的条件，同时要求在竞赛场地附近有临时休息的场所等。
4 研究电子竞赛的启示
全国大学生电子设计竞赛激发了学生的积极性和主动性，培养了学生的创新意识和综合素质，同时也推动了高校的教学改革，尤其是实践教学改革和实验室建设。目前学生实验课存在一些问题，如验证性实验多，而自主设计的实验少；单科实验多而综合性实验少。为了使教育思想改革更好地贯彻到教学体系和教学内容的改革中去，加强人才培养的针对性、应用性和实践性，有必要对教学内容和课程体系进行改革：①以系统设计为中心，组织专业技术课教学。在教学过程中，注重整体概念的建立和集成方法的灌输，注重新电子技术的应用。②建立四个层次的实验教学模式，即基础实验、设计性实验、综合设计性实验和设计研究性实验。③成立以电子科技小组为主的第二课堂，激发学生积极性与主动性。为获得经费支持和条件保障，可以向学校申报“创新研究项目”；同时建立开放型实验室，为学生课外实践创造良好的外部环境。
以上是对电子设计竞赛赛前辅导的一些体会，其实我们的工作仅仅是个开始，今后，还要继续深入进行下去，以促进学生创新能力的培养和综合素质的提高。
参考文献
[1] 张春梅. 电子设计竞赛与实验教学改革[J]. 中国地质教育, 2002, 3: 55～56
[2] 江玉洁，陈辰，周渭. 新型频率测量方法的研究[J]. 仪器仪表学报, 2004, 15（1）: 30～100
[3] 陶安利，蔺增金，王霞等. 一种有实效且易操作的强化辅导教学模式谈电子设计竞赛的赛前辅导与准备
[J]. 电气电子教学学报, 2002, 24（3）: 99～100
[4] 邹虹，林定忠. 大学生电子设计竞赛对教学改革的启示[J]. 重庆邮电学院学报, 2002, 3: 107～108
[5] 黄智伟 主编. 全国大学生电子设计竞赛训练教程[M]. 北京: 电子工业出版社, 2005.1 [4]
The Research and Practice for the National Undergraduate
Electronic Design Competition
ZHAO Sheng , WU Gui-chu
(School of Physics and Electronic Information, Wenzhou University, 325027)
Abstract: It is introducing the work about the training and organizing for the national undergraduate electronic
design competition in this article. According to the frequency counter based on MCU and CPLD that is designed by students, it shows us some questions in the design. The national undergraduate electronic design competition has an important effort on experiment teaching reformation, training students’ capacity for practicing , creating and synthesizing.
Key words: National undergraduate electronic design competition; Methods of the practice; Preparation before competition; Teaching Reformation