高职大学生电子设计大赛的技术实现

摘要：两年一届的全国大学生电子设计大赛如约在金秋九月举行。它是培养大学生创新能力实践能力的重要活动。竞赛的内容与模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理与接口技术、传感器技术以及仪器仪表测量技术等课程相关的基础知识。

关键词：大学生电子设计大赛 实践能力 竞赛内容 学生培养

中图分类号：TN0-4文献标识码：A文章编号：1007-9416(2011)11-0218-02

科学技术迅猛发展，作为从事电子类专业的教师，笔者深切地感受到摆在我们面前的任务不仅是传授系统的知识，更为深远的任务是要培养学生能适应今后就业所需要的相关能力，如我们经常提到的阅读能力、自学能力、思考能力、实践能力、逻辑推理能力、团结协作能力等。

本文围绕全国与全省大学生电子设计大赛的培训和参赛活动谈谈电子设计大赛的培训与学生综合能力的培养。

1、电子设计大赛的特点

电子设计大赛需要的理论知识涉及到电子信息专业的各个方面。在知识的运用方面具有文泛性和深入性，在综合设计能力考察方面也具有一定的难度。它要求学生有较扎实的理论功底，要求学生有坚持不懈的研究精神，还要求学生能够发挥团队精神，互相合作，取长补短。

电子设计大赛的题目综合性较强，每一道题都紧贴实际应用，需要经过器件选择、设计、制作、测试、调试以及误差分析等一系列工作，并做出实实在在的产品，具有很强的实用性[1]。

2、电子设计大赛的竞赛策略和培训

笔者曾多次参与电子设计大赛，对电子设计大赛的培训和参赛有了一些体会与启示。电子设计大赛历年的命题中一般会让参赛队设计一个规模不大的电子系统，其电路结构如图1所示。学生需要自行完成设计，并在实验室进行安装调试，并检测系统是否合理，是否达到设计要求。

2.1 常用电子元器件的识别及其检测

电子元器件是电子产品的基本组成单元，学习电子元器件的主要性能、特点、正确识别、选用、检测电子元器件，是设计、制作、调试和维修电子产品必不可少的过程[2]。

2.1.1 集成电路的选用

在选择集成电路时，要考虑以下几个方面：

(1)电应力。电源电压Vcc，超过它的额定值可能出现电压过大被击穿；输出电压Vin，输入信号电压峰值不能大于此值；负载电流Iil，输出端为低电允许注入的最大电流，允许功耗，集成电路的允许最大功耗是产品目录中给出的Iccl与Vcc的乘积值。

(2)数字集成电路的速度。数字集成电路的工作速度分为中速、高速、甚高速三种，在选用时按系统最高工作速度的要求选用相应的集成电路，由于高速系列可能存在动态功耗电流大的缺点，尽量不要以高代低。

(3)工作环境温度。一类品：-55∽+125℃；二类品：-40∽+85℃；三类品：0∽+70℃。

2.1.2 电阻器的选用

根据所用材料的不同，电阻器和电位器可分为合金型、薄膜型和合成型三大类。电阻器选用考虑如下：

合成电阻器具有稳定性差噪声高和相当大的电压和温度系数等缺点，但很少发生开路和短路失效，对稳定性和允许偏差要求不高，达到可靠性要求。薄膜式电阻器具有高稳定性，在所有电阻器类型中它的高频特性最好。线绕电阻器具有感性和容性效应，并且通常不适用于50kHz以上。线绕功率型电阻器具有高的稳定性、中等温度系数、高可靠性、极度小的电压系数、不良的高频特性、可以忽略不计的噪声，并且能够耗散大量的热量。这类电阻器的缺点是尺寸和质量较大。

2.1.3 电位器的选用

在电子和系统中，电位器必须谨慎使用。一般应尽量在少用或者不用。电位器与电阻器的10至100倍,因此,在高可靠要求的电路中,通过容差调动有效去掉微调电位器。

2.1.4 电容的选用

选用电容时一般需考虑适用的工作频率、电压负荷、工作温度及噪声性能等。如果工作频率超过电容器所允许的工作范畴，就会发热而且失效。当工作电压、电流过载时，也会因为发热使电容器介质强度下降而被击穿，电容甚至会漏电产生噪声。因此，在不同的环境下要选择不同的电容。

2.1.5 电感的使用

通常作为谐振回路使用时要求选用的电感稳定性好，Q值高，故必须注意选择电感的骨架、导线、磁芯，并作浸渍老化处理。对工作频率不同的电路选择不同的电感。在电子设计中，需要考虑电感噪声的抑制。通常的方法是选用高Q值的材料和高阻耦合电路及噪声匹配设计降低热噪声；采用屏蔽设计克服外界电磁场干扰引起的噪声；采用防振设计克服机械振动引起的电感量变化时的调制噪声[3]。

2.2 常用仪器仪表的使用

电子仪器仪表的使用是电子产品设计、调试与维修必备的工具，在大学生电子设计大赛的培训中，我们将常用仪器仪表的使用作为预备专题，让学生熟悉仪器仪表的使用。其中包括万用表、示波器等常用仪器仪表。

在电子产品设计时，要求学生能达到以下的基本要求：

了解基本电子仪器仪表的主要技术指标；熟悉仪器的使用方法和操作规程；熟悉仪器面板上的旋钮、开关的名称、作用及调节方法；了解仪器结构的框图和原理图；使用仪器时注意“地”的问题；正确选择测量仪器的功能和量程；正确连接电源。

2.3 EDA软件在电子设计大赛中的应用和实践

EDA应用电子设计竞赛的可行性分析。EDA软件很多，考虑到电子设计竞赛的理论性和实用性很强，主要选取了EWB和PROTEL 99SE软件。其中EWB具有功能强大、界面直观、学习容易、使用方便等优点，因此选择了EWB可认验证模拟电路和数字电路。PROTEL 99SE操作方便，用于设计电路板性能完善且质量高，能与EWB配合，将EWB设计的电路导入到PROTEL99SE中，设计出相应的印制电路板，从而将理论转换成现实。

2.4 以“直流稳压电源的设计与制作”为例

电子小系统的控制电路一般采用低电压直流电源供电，因此，在电子设计大赛中低电压直流稳压电源的设计每次都必不可少。直流稳压电源一般都是采用变压器降压、桥式整流、电容滤波、三端稳压器稳压的方式，一般来讲，只要能掌握三端稳压器的基本使用，直流稳压电源的设计与制作基本能够保证成功[4]。

根据赛题的需要，一般会需要+5V、+12V、+24V等直流稳压电源，可以用一个变压器不同的稳压管来实现，但是为了保证电源和稳定，可以用分立的方式来制作。如图2所示。

在EWB仿真确定设计无误之后，然后利用PROTEL99SE把设计电路的PCB图[5]，如图3所示。将PCB图按PCB制作方法，通过转印、蚀刻、钻孔等工序制成后，让学生自己焊接这个电路，用实际的仪器仪表测量数据，通过一系列的学习过程，让学生掌握制作电路的全过程。

3、电子设计大赛对学生综合能力的培养

3.1 激发学生兴趣

大学生电子大赛的培训和参赛是一项特别能引起学生兴趣的好活动。在赛前的培训中，学生常常在老师的启发、引导和帮助下，通过一系列的理论培训和实践活动，围绕预定设计目标，通过电子元器件选择、设计电路图、制作电路板、调试与检测等一系列的工作制作成电子产品。经过多次训练，学生们会觉得电子产品设计与制作是他们通过努力能够完成的事情。原本感觉有点枯燥无味的专业的课业负担变成生动有趣、自觉主动的、积极高效的探究式的学习行为。参加大学生电子设计大赛的学生会将自己的学习经历与同学分享，也起来了良好的辐射作用。

3.2 培养实践操作能力

大学生电子设计大赛有丰富的内容，它对学生知识和技能的检验是比较全面的。既能反映学生掌握理论的深度和广度，又反映学生对电子设计思路、设计原理、操作方法等有关知识的学习能力；既能加强学生的动手能力，亦能考验他们处理问题、分析问题的能力。电子设计大赛的竞赛题目一般都是模拟现实社会电子技术应用领域中的许多实际问题，具有较强的现实性和应用性。通过参加电子设计大赛，有助于学生工程实践素养的培养，有助于提高学生针对实际问题进行电子制作的能力，为今后的职业生涯提供较好的基础[6]。

4、结语

参赛重要的是过程，我们的参赛学生通过这类比赛，不断地发挥自己的潜能，做出更多更好的创新型电子作品，为适应就业的需要，为全面提高自身综合实力打下坚实的基础。同时，针对参赛时暴露出的问题，加快实践教学的改革，加强对学生实践动手能力和创新意识的培养，更加适应就业和发展的需要[7]。

参考文献

[1]孙艳丽,孙晶,宫俪铭.以电子设计大赛促进实验室管理.科技信息,2011.

[2]廖芳.电子产品制作工艺与实训.电子工业出版社,2010.

[3]余海燕.电子元器件的使用选择.绿色质量工程,2010.

[4]曾瑄,谢闰根.大学生电子设计大赛的竞赛策略和培训方法.江西教育学院学报（综合）,2008.

[5]黄炳等.EDA软件在电子设计大赛培训中的应用和实践.科技信息,2011.

[6]陈荣华,喻成涛.浅谈电子设计大赛对大学生综合能力的培养.江西教育学院学报（综合）,2007.

[7]侯崇升.电子设计大赛与实践教学体系的再构建.科技创新导报,2009.