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大学生电子设计竞赛(以下简称大赛)是由教育主管部门主办的电子相关专业的传统赛项,每年8~9月份举办一次,由教育部主办的国赛和由各省教育厅主办的省赛轮流交替进行。因比赛规格高,参赛院校覆盖面很广,几乎所有开设电子类专业的学校都参加,参赛队伍近年来都达1万支以上。与职业技能大赛不同的是,赛前没有规定比赛内容和范围,直到比赛开始才公布赛题。比赛共持续4天3夜,不间断进行。参赛学生每3人为一组,需在规定的时间内制定方案、设计电路、制作电路板、撰写设计报告等。竞赛采用“半封闭、相对集中”的组织方式进行,比赛期间学生可以查阅有关纸介或网络技术资料,队内学生可以集体商讨设计思想,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①。比赛结束后,各个赛点经初步测试优秀的队伍可选送到各赛区指定院校进行正式测试。如果是国赛年份,还需进行半天左右封闭比赛,成绩好的再选送至全国竞赛组委会制定院校进行复测,并根据复测情况确定获奖名次。
从比赛的赛事规程来看,比赛虽然是公开的,但难度大,技术指标要求高,持续时间相对技能大赛要长。从最初确定方案到产品制作完成,各项指标都能满足要求的确实不多。从历年的比赛成绩来看,获奖的比例并不高。以2015年为例,全国共有1097所高校、13063支代表队,共计39189名同学报名参赛。其中获得全国一等奖有287支队伍②,占总数的2.2%,可见难度较大。福建省自参加该项赛事以来,本科组近年来获得全国一等奖的次数逐渐增多,但高职院校参赛获奖很少。说明高职学生参加该项赛事存在较大困难,主要原因是学生在设计、编程、调试等方面能力训练不足,离赛项要求存在一定差距,需要在平时训练中加以提高。然而学生的训练只有暑期1个多月的时间,涉及的课程多,知识面广,知识点非常多,要想取得好成绩,必须要有针对性的训练方法,有的放矢才能达到目的。本文试图从高职组的赛题要求出发,分析、归纳出应具备的知识点及其实现方法,并给出按照模块划分的训练方法。
2赛题分析
近年来大赛的出题以电子技术应用设计为主要内容,涉及模-数混合电路、单片机、可编程器件、EDA技术,运用到模拟电路、数字电路、高频电路、PCB设计、传感器技术、单片机技术等课程的知识,体现了教学基本内容和新技术应用趋势。竞赛题目主要测试学生运用基础知识的能力、实际设计能力和独立工作能力。题目包括基本要求部分和发挥部分,使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,优秀学生还可以完成发挥部分的内容。
2.1赛题内容统计大赛的题目类型一般分为信号采集类、仪器仪表类、控制类、无线通信类、电源类等类型,表1列出近5年来高职高专组的大赛题目及统计情况(省赛均指福建省比赛)。从比赛题目类型来看,控制类题目每年至少有一题,是比赛必出的题目,其他类型相对较少,均为轮流出现。说明控制类题目仍然是比赛的重点,平时训练时需要做好充分的准备。
2.2赛题涉及的知识点各个题目所涉及到的知识点内容,详见表2所示。对以上的知识点进行归纳、总结,可以看出近年来赛题所需具备的知识点有:A/D采样,位置检测,角度检测,电机控制,LED亮度控制,无线通信,按键扫描、数据显示、报警输出、DC/DC变换器设计等。对各个知识点所涉及的具体内容进一步细分,并给出其实现方法,如表3所示。
3集训方法
从上面对比赛题目的分析可知,所涉及到知识点很多,内容很广,对于大二甚至是大一学生来说,完全靠学生自学、自练,要想取得好成绩很难,需要指导老师根据学生选题意愿,制定详细的训练计划并实施。
3.1控制系统结构分析一般学生对控制系统没有什么概念,面对一个题目往往不知道该如何下手,若能够对系统的整体结构有一个较完整的认识,将有助于学生理解题目要求,制定切实可行的方案,并付诸实施。对一个控制系统来说,系统一般都具有如图2所示的结构:图2是一个典型控制系统结构图,采用闭环控制方式。对于现在比赛的题目而言,技术指标要求越来越高,如果仅仅采用开环控制方式,将很难满足指标的要求。如电源类题目,常见的问题是当负载变化时,输出的电压或电流随着变化,不能稳定在一个给定值上,主要原因就是没有采用闭环控制所导致。同样其他类型的题目也相类似,如角度控制、风板控制、平衡控制等,一般也要求系统是一个闭环的控制系统。对于不同的控制系统,结构图可能会有所差别,如图2中反馈环节有的可能没有传感器,而是只有信号采集电路;有的信号采集或输出控制是通过无线通信的方式进行,需要具体问题具体分析。
3.2系统模块划分比赛所涉及的知识比较分散,学生学习、训练时毫无头绪,不能形成一个系统整体。因此需要对知识点进行归纳,将其划分到在系统各个模块中。根据上面的系统结构图,可以将系统分解为各个单元电路模块,并将所需掌握的知识点和技能点整理对应起来,按照这些模块进行训练更具有针对性。一般可将系统分解如表4所示。
3.3训练的组织电子设计赛所涉及知识点很多,让每个队伍所有成员都对所有模块进行训练显然是不现实的,需进行分工。一般可将一个参赛队的人员分为两组,一组负责硬件电路的设计、制作与调试;另一组则负责程序的编程。至于一组需要多少人需根据题目的类型来定,如控制类的题目以程序控制为重点,宜安排2个人进行程序编程,1人负责主控程序的设计,1人负责传感器及信号的采集与处理。而对于电源类的题目,电路设计是关键,宜安排2个人进行电路的设计,包含高频变压器的设计、PWM控制电路设计、滤波电路的设计、电压、电流采集及保护电路的设计与调试等,另1人可进行信号采集显示、控制的编程。分工确定后,一般参赛学校都有多支队伍参加比赛,将所有参赛队伍中相同分工的人员集中起来,按照表4所划分的模块进行针对性培训,比一个指导老师单独指导多个队伍的所有项目效率要高。如果条件允许,可在组员分工的基础上,再按照题目类型进行分类培训,效果则会更好。
4结语
关键词 电子设计 竞赛 高频知识点
中图分类号:G642 7 文献标识码:A
College Students Electronic Design Contest
High-frequency Knowledge Points Analysis
ZHANG Ke, TANG Jianxiang
(China Jiliang University, Hangzhou, Zhejiang 310018)
Abstract National undergraduate Electronic Design Contest is currently flourished in various colleges and universities, the topic is divided into seven directions, many questions involving high-frequency knowledge, such as high-frequency radio category, source type, class and instrumentation amplifiers, etc., and the difficulty larger. This paper analyzes the characteristics of these kinds of questions, solutions, and how to improve the level of student competitions, presents some teaching measures for teaching work.
Key words electronic design; contest; high-frequency knowledge
1 高频无线类题目分析
每年高频无线类题目的具体要求可参考文献2,下面对此做个具体分析:
1.1 简易无线电遥控系统(第2届,1995年C题)
这是一题典型的无线通信控制题,由发射和接收两部分组成,发射有编码、调制和发射功放等,接收有放大、解调和解码等;题目要求工作频率为6~10MHz中任选一种,调制方式为AM、FM或FSK等任选一种,收发距离不小于10m。
此题可用硬件方案实现,例如采用专用编、解码芯片,也可用软件实现编、解码功能。
1.2 调幅广播收音机(第3届,1997年D题)
此题要求采用指定调幅收音机集成电路(CX1600P/M),实现收音功能,基本部分较简单,实现收音并测试技术指标等;发挥部分要求实现自动和手动搜索电台并有存储功能;可预置电台数目并显示预置电台序号;自动调谐、存储电台等功能。
此题的背景是当年单片机技术在家用电器中的应用,正由传统技术向数字化技术迈进,发挥部分需用单片机控制锁相环来实现各种自动功能。
1.3 调频收音机(第5届,2001年F题)
此题也要求采用指定芯片,用SONY公司提供的收音机集成芯片CXA1019和锁相环芯片BU2614,制作一台调频收音机。但频率要求提高到88MHz~108MHz;同样也要有各种自动功能。
随着无线通信技术的发展,最近几年出现了其他类型,例如数据无线传输、射频卡和无线传感器等。
1.4 单工无线呼叫系统(第7届,2005年D题)
此题是典型的数据单向通信题,要求设计并制作一个单工无线呼叫系统,实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务。包括语音传输,采用调频或调幅即可;发挥部分要求实现一点对多点的单工无线呼叫系统,主站具有拨号选呼和群呼功能,有英文短信传输功能。
1.5 无线识别装置(第7届,2007年B题)
此题也是数据双向通信题,具体来说是射频卡的简单实现。要求设计制作一套无线识别装置,由阅读器、应答器和耦合线圈组成,阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能,因而需实现数据双向传输。
1.6 无线环境监测模拟装置(第8届,2009年D题)
此题是一种无线传感器的简单实现,要求设计并制作一个无线环境监测模拟装置,实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成。
以上几题都是属于数据通信题,但应用角度不同,反映了无线通信新技术在工业、民用等场合的应用。
2 高频知识点和其他类的结合
除了上述单纯的高频无线通信题以外,最近几年出题和其他类题目紧密结合。
2.1 电压控制LC振荡器(第6届,2003年A题)
这是一个信号源和高频技术结合的题型,典型特征就是信号源产生的频率提高到15MHz~35MHz,且需采用锁相环技术提高频率稳定度,并实现频率的步进调节。
2.2 宽带放大器(第6届,2003年B题)
这是一个放大器和高频技术结合的题型,(下转第93页)(上接第75页)基本部分要求实现-3dB通频带内10kHz~6MHz的放大,最大增益≥40dB且可调节,发挥部分要求进一步提高。
国外AD、TI推出了一系列宽带运算放大器,带宽增益积达几百MHz,该题是采用这些芯片实现。
2.3 正弦信号发生器(第7届,2005年A题)
这是一个信号源和高频技术结合的题型,新技术即数字频率合成技术DDS的具体应用,具有高稳定度、低失真等一系列有点,它的出现改变了模拟信号产生技术一统天下的格局。
2.4 简易频谱分析仪(第7届,2005年C题)
这是一个测量和高频技术结合的题型。要求频率测量范围为10MHz~30MHz;频率分辨力为10kHz,可设置中心频率和扫频宽度。发挥部分要求频率范围更宽,且能识别调幅、调频和等幅波信号。
2.5 LC谐振放大器(第9届,2011年D题)
这也是一个放大器和高频技术结合的题型,采用谐振放大技术,这是一个非常基础的题,在任何一本高频教材上,都有谐振放大器的章节。牵涉到三极管放大、LC谐振等。
以上分析课看出高频技术和其他类型题目结合明显、难度加大,随着频率的提高,高频的布线和测试技术要很高的技巧。
3 高频知识点的准备
从以上高频知识点在竞赛出题中的分布情况范围极广,为了在竞赛中取得好成绩,主要需掌握如下知识点:
3.1 无线收发技术
无线收发技术包括传统的模拟信号收发技术和数字信号收发技术。模拟信号收发技术常用MC2833(发射)、MC3372(接收)等集成电路;数字信号收发技术有三极管或专用芯片,实现ASK、FSK、PSK。
3.2 高频信号产生
高频信号产生主要有模拟、锁相环和DDS三种手段,模拟技术信号产生一般用三极管,但稳定度较差;锁相环技术信号产生可用专用锁相环芯片,例如MC145162等。DDS技术信号产生有AD公司的AD系列,例如典型的AD9852,最大输出频率可到80MHz。
3.3 高频信号放大
高频信号放大有宽带、谐振放大等,宽带放大目前采用宽带运放,例如THS3001等。还有些型号是程控增益放大功能,例如AD603、VCA820系列等。
谐振放大采用三极管共发射极放大,例如2SC9018、2SC3058等都是常见高频管,集电极回路接LC选频。
4 对教学工作的挑战
高频技术牵涉带的技术面广,理论难度大,实践制作中因频率关系,学生往往遇到的问题也较多,这些对我们的教学提出一定的挑战。
在理论教学上,深入浅出讲解理论,使学生在实践前,掌握明白高频基础理论,因为没有理论指导的实践是不会成功的;在实践环节,基础非常关键,让学生从最简单、基本的实验起步,例如单个三极管的放大,从而培养学生兴趣,激发学习热情;同时,要使用合适的芯片,可减少电路复杂程度,提高实验成功率。
5 结论
全国大学生电子设计竞赛开展至今,难度逐年提高,尤其体现在高频知识点的加强,和其他类型题目的结合。为了提高学生参赛水平,对我们的教学工作提出了挑战,要求在理论教学上,由浅入深,不宜追求过大的难度,以免学生产生畏惧心理;在实践环节,加强学生基础,从简单、易做的电路开始,引导学生的学习和动手,建立学生的成就感,激发学生的学习热情,方能取得较好的教学效果。
参考文献
[1] 杨兴明.全国大学生电子设计竞赛赛题分析和启示[J].电气电子教学学报,2007(4):55-56.
本设计利用可变增益宽带放大器AD603来提高增益和扩大AGC控制范围,通过软件补偿减小增益调节的步进间隔和提高准确度。输入部分采用高速电压反馈型运放OPA642作跟随器提高输入阻抗,并且在不影响性能的条件下给输入部分加了保护电路。使用了多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激。功率输出部分采用分立元件制作。整个系统通频带为1kHz~20MHz,最小增益0dB,最大增益80dB。增益步进1dB,60dB以下预置增益与实际增益误差小于0.2dB。不失真输出电压有效值达9.5V,输出4.5~5.5V时AGC控制范围为66dB。
方案论证与比较
1.增益控制部分
方案一 原理框图如图1所示,场效应管工作在可变电阻区,输出信号取自电阻与场效应管与对V’的分压。采用场效应管作AGC控制可以达到很高的频率和很低的噪声,但温度、电源等的漂移将会引起分压比的变化,用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定。
方案二 采用可编程放大器的思想,将输入的交流信号作为高速D/A的基准电压,这时的D/A作为一个程控衰减器。理论上讲,只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。但是控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系,造成增益调节不均匀,精度下降。
方案三 使用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器PGA,用控制电压和增益(dB)成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制(如图2)。用电压控制增益,便于单片机控制,同时可以减少噪声和干扰。
综上所述,选用方案三,采用集成可变增益放大器AD603作增益控制。AD603是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器,温度稳定性高,最大增益误差为0.5dB,满足题目要求的精度,其增益(dB)与控制电压(V)成线性关系,因此可以很方便地使用D/A输出电压控制放大器的增益。
2.功率输出部分
根据赛题要求,放大器通频带从10kHz到6MHz,单纯用音频或射频放大的方法来完成功率输出,要做到6V有效值输出难度较大,而用高电压输出的运放来做又很不现实,因为市面上很难买到宽带功率运放。这时候采用分立元件就能显示出优势来了。
3.测量有效值部分
方案一 利用高速ADC对电压进行采样,将一周期内的数据输入单片机并计算其均方根值,即可得出电压有效值:
此方案具有抗干扰能力强、设计灵活、精度高等优点,但调试困难,高频时采样难且计算量大,增加了软件难度。
方案二 对信号进行精密整流并积分,得到正弦电压的平均值,再进行ADC采样,利用平均值和有效值之间的简单换算关系,计算出有效值显示。只用了简单的整流滤波电路和单片机就可以完成交流信号有效值的测量。但此方法对非正弦波的测量会引起较大的误差。
方案三 采用集成真有效值变换芯片,直接输出被测信号的真有效值。这样可以实现对任意波形的有效值测量。
综上所述,我们采用方案三,变换芯片选用AD637。AD637是真有效值变换芯片,它可测量的信号有效值可高达7V,精度优于0.5%,且元件少,频带宽,对于一个有效值为1V的信号,它的3dB带宽为8MHz,并且可以对输入信号的电平以dB形式指示,该方案硬件、软件简单,精度也很高,但不适用于高于8MHz的信号。
此方案硬件易实现,并且8MHz以下时候测得的有效值的精度可以保证,在题目要求的通频带10kHz~6MHz内精度较高。8MHz以上输出信号可采用高频峰值检测的方法来测量,但是由于时间关系,高于8MHz的信号我们未能测量显示。
4.自动增益控制(AGC)
利用单片机根据输出信号幅度调节增益。输出信号检波后经过简单2级RC滤波后由单片机采样,截止频率为100Hz。由于放大器通频带低端在1kHz,当工作频率为1kHz时,为保证在增益变化时输出波形失真较小,将AGC响应时间设定为10ms,用单片机定时器0来产生10ms中断进行输出有效值采样,增益控制电压也经过滤波后加在可变增益放大器上。AGC控制范围理论上可达0~80dB,实际上由于输入端加了保护电路,在不同输出电压时AGC范围不一样,输出在4.5~5.5V时AGC范围约为70dB,而当输出为2~2.5V时AGC范围可达80dB。
5.系统整体框图(见图3)
理论分析与参数计算
1.电压控制增益的原理
AD603的基本增益为:Gain (dB) = 40 VG + 10,其中,VG是差分输入电压,单位是V,Gain是AD603的基本增益,单位是dB。
从此式可以看出,以dB作单位的对数增益和电压之间是线性的关系。由此可以得出,只要单片机进行简单的线性计算就可以控制对数增益,增益步进可以很准确地实现。但若要用放大倍数来表示增益的话,则需将放大倍数经过复杂的对数运算转化为以dB为单位后再去控制AD603的增益,这样在计算过程中就引入了较大的运算误差。
2.AGC介绍 br>
AGC是自动增益控制电路的简称,常用在收音机、电视机、录像机的信号接收和电平处理电路中。它的作用是当信号较强时,使其增益自动降低;当信号较弱时,又使其增益自动增高,从而保证输出信号基本稳定。
3.正弦电压有效值的计算
AD637的内部结构如图4所示。根据AD637芯片手册所给出的计算真有效值的经验公式为:
其中:VIN为输入电压,Vrms为输出电压有效值。
系统各模块电路的设计
1.输入缓冲和增益控制部分
图5为输入缓冲和增益控制电路,由于AD603的输入电阻只有100Ω,要满足输入电阻大于2.4kΩ的要求,必须加入输入缓冲部分用以提高输入阻抗;另外前级电路对整个电路的噪声影响非常大,必须尽量减少噪声。故采用高速低噪声电压反馈型运放OPA642作前级跟随,同时在输入端加上二极管过压保护。
输入部分先用电阻分压衰减,再由低噪声高速运放OPA642放大,整体上还是一个跟随器,二极管可以保护输入到OPA642的电压峰峰值不超过其极限(2V)。其输入阻抗大于2.4kΩ。OPA642的增益带宽积为400MHz,这里放大3.4倍,100MHz以上的信号被衰减。输入输出端口P1、P2由同轴电缆连接,以防自激。级间耦合采用电解电容并联高频瓷片电容的方法,兼顾高频和低频信号。
增益控制部分装在屏蔽盒中,盒内采用多点接地和就近接地的方法避免自激,部分电容电阻采用贴片封装,使得输入级连线尽可能短。该部分采用AD603典型接法中通频带最宽的一种,通频带为90MHz,增益为-10~+30dB,输入控制电压U的范围为-0.5~+0.5V。图6为AD603接成90MHz带宽的典型方法。
增益和控制电压的关系为:AG(dB)=40×U+10,一级的控制范围只有40dB,使用两级串联,增益为AG(dB)=40×U1+40×U2+20,增益范围是-20~+60dB,满足题目要求。
由于两级放大电路幅频响应曲线相同,所以当两级AD603串联后,带宽会有所下降,串联前各级带宽为90MHz左右,两级放大电路串联后总的3dB带宽对应着单级放大电路1.5dB带宽,根据幅频响应曲线可得出级联后的总带宽为60MHz。
2.功率放大部分
电路如图7所示。参考音频放大器中驱动级电路,考虑到负载电阻为600Ω,输出有效值大于6V,而AD603输出最大有效值在2V左右,故选用两级三极管进行直流耦合和发射结直流负反馈来构建末级功率放大,第一级进行电压放大,整个功放电路的电压增益在这一级,第二级进行电压合成和电流放大,将第一级输出的双端信号变成单端信号,同时提高带负载的能力,如果需要更大的驱动能力则需要在后级增加三极管跟随器,实际上加上跟随器后通频带急剧下降,原因是跟随器的结电容被等效放大,当输入信号频率很高时,输出级直流电流很大而输出信号很小。使用2级放大已足以满足题目的要求。选用NSC的2N3904和2N3906三极管(特征频率fT=250~300MHz)可达到25MHz的带宽。整个电路没有使用频率补偿,可对DC到20MHz的信号进行线性放大,在20MHz以下增益非常平稳,为稳定直流特性。我们将反馈回路用电容串联接地,加大直流负反馈,但这会使低频响应变差,实际上这样做只是把通频带的低频下限频率从DC提高到1kHz,但电路的稳定性提高了很多。
本电路放大倍数为:AG≈1+R10/R9 ,整个功放电路电压放大约10倍。通过调节R10来调节增益,根据电源电压调节R7可调节工作点。
3.控制部分
这一部分由51系列单片机、A/D、D/A和基准源组成。使用12位串行A/D芯片ADS7816和ADS7841(便于同时测量真有效值和峰值)和12位串行双D/A芯片TLV5618。基准源采用带隙基准电压源MC1403。框图如图8所示。
4.稳压电源部分
电源部分电路见图9,输出±5V、±15V电压供给整个系统。数字部分和模拟部分通过电感隔离。
抗干扰措施
系统总的增益为0~80dB,前级输入缓冲和增益控制部分增益最大可达60dB,因此抗干扰措施必须要做得很好才能避免自激和减少噪声。我们采用下述方法减少干扰,避免自激:
(1)将输入部分和增益控制部分装在屏蔽盒中,避免级间干扰和高频自激;
(2) 电源隔离,各级供电采用电感隔离,输入级和功率输出级采用隔离供电,各部分电源通过电感隔离,输入级电源靠近屏蔽盒就近接上1000μF电解电容,盒内接高频瓷片电容,通过这种方法可避免低频自激;
(3) 所有信号耦合用电解电容两端并接高频瓷片电容以避免高频增益下降;
(4) 构建闭路环。在输入级,将整个运放用较粗的地线包围,可吸收高频信号减少噪声。在增益控制部分和后级功率放大部分也都采用了此方法。在功率级,此法可以有效地避免高频辐射;
(5) 数模隔离。数字部分和模拟部分之间除了电源隔离之外,还将各控制信号用电感隔离;
(6) 使用同轴电缆,输入级和输出级使用BNC接头,输入级和功率级之间用同轴电缆连接。
实践证明,电路的抗干扰措施比较好,在1kHz~20MHz的通频带范围和0~80dB增益范围内都没有自激。
本系统单片机控制部分采用反馈控制方式,通过输出电压采样来控制电压增益。由于AD603的设定增益跟实际增益有误差,故软件上还进行了校正,图10为其软件流程图。
系统调试和测试结果
1.测试方法
将各部分电路连接起来,先调整0dB,使输出信号幅度和输入信号幅度相等,然后接上600Ω的负载电阻进行整机测试。
2.测试结果
限于篇幅,测试结果见本刊网站。
3.误差分析
我们测量的误差主要来源是电磁干扰,由于试验场地有许多电脑和仪器使用开关电源,电磁噪声很大,而且使用的同轴电缆屏蔽效果并不好,所以测量输入端短路的噪声电压时随输入短接方式不同而有很大的误差。
测试性能总结
关键词:电子设计竞赛;高职院校;学生兴趣;激发
中图分类号:G71文献标识码:A
目前,全国大学生电子设计竞赛成为比较成功的大学生学科竞赛之一,竞赛的规模和影响力越来越大,越来越多的高职院校认识到了这项竞赛的积极作用。同时,通过竞赛,激发了高职院校电子类专业学生对本专业的学习兴趣。
一、对“全国大学生电子设计竞赛”的认知
全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一,是面向大学生的群众性科技活动,目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革。全国大学生电子设计竞赛的特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合,以推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。竞赛的特色是与理论联系实际学风建设紧密结合,竞赛内容既有理论设计,又有实际制作,以全面检验和加强参赛学生的理论基础和实践创新能力。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,以充分调动各方面的参与积极性。
二、高职院校学生参加全国大学生电子设计竞赛的意义
1、电子设计竞赛培养高职学生的创新意识。电子设计竞赛为学生实践动手能力的培养搭建了一个平台,利用这个平台学生能理论联系实际,电子竞赛培养了学生的创新能力、协作精神、动手能力并使学生得到了工程训练,提高学生针对实际问题进行设计、制作的能力,激发了学生学习专业课程的兴趣和积极性。
2、电子设计竞赛推动实践教学体系改革和实验室建设。电子设计竞赛与高等学校相关专业的课程体系和课程内容密切相关,组织电子设计竞赛可以推动高职院校电子类专业课程体系的构建、教学内容的更新、教育教学改革和专业实验室建设。竞赛的教学采用开放式实验教学模式,既有时间开放,又有内容开放,有助于学生学习的灵活性和主动性的提高,有助于学生创新能力的培养和增强。
3、电子设计竞赛提高老师的业务能力。电子设计竞赛培养学生的同时,教师也受益匪浅。由于竞赛命题范围广,涉及多门课程,既有硬件又有软件,并鼓励新技术的应用,所以要求指导教师要有更宽的知识面和更丰富的实践经验。为此,老师必须相互学习,共同提高,并要求老师自觉地涉及新知识、新技术。知识和经验的相互渗透和补充使得指导教师的业务素质提高很快,这无疑使教师能够在日常的教学和科研中发挥更重要的作用。
凡参加过电子设计竞赛的毕业生都普遍受到社会的广泛欢迎和用人单位的青睐,尤其是那些参赛获奖的同学更是得到企业的高薪聘用。因为他们是在当前建设创新型国家的背景下,最具有活力、最具有朝气、最富有发散思维、最具有发明创造力和发展潜力的主力军。
三、电子设计大赛在激发高职院校学生学习兴趣中的作用
爱因斯坦有句至理名言:“兴趣是最好的老师”,古人亦云:“知之者不如好之者,好之者不如乐之者”。兴趣是学习的原动力、是学习的催化剂,它对学生的学习有着神奇的内驱动作用,能变无效为有效,化低效为高效。
1、电子设计竞赛就是一种竞技,竞技本身就充满期待,带给人快乐。参加竞赛的学生从选题(或自拟)、教师指导、完成作品,学生自己感觉到每一点进步,都会觉得离胜利更近一步,每一天的努力都是积攒力量,都是为最后决战做着准备,整个过程都充满着艰辛付出后所收获的那份快乐。另外,电子设计竞赛快乐还来自于一种共同战斗的友谊。学生之间,老师之间,师生之间,相互协作、相互鼓励、相互帮助,都在为最后胜利而努力。
2、电子设计竞赛让学生积极期望。积极期望就是从改善学习者自身心理状态入手,对自己喜欢的专业充满信心,自己对本专业产生信心,想象中的兴趣会推动学生认真学习本专业知识和技能,从而导致对本专业真正感兴趣。学生通过参加竞赛,期望获得名次,为求职添彩。
3、满足电子类专业学生和电子爱好者的心理需要。学生参加电子设计竞赛,创新和设计能力大大提高,大开了眼界,并且与外校参赛选手进行交流,从中获取了宝贵的经验。对于拿了奖的学生,获得名次就是一种肯定,对于没拿奖的学生,更是一种动力。
4、电子设计竞赛是一个循序渐进的过程。对参赛学生实践、设计能力的培训是有组织、有计划进行的,基本有一个培训周期,循序渐进地提高学生的各项能力,逐步激发学生的学习兴趣。
四、通过设计竞赛平台,激发高职院校电子类专业学生兴趣
兴趣是最好的老师,有了兴趣,学生学习起来就会感觉到比较轻松,学习由被动变为主动、由消极对待变为自觉探索,学习效率得到有效提高。全国大学生电子设计竞赛就是一项特别能激发学生学习兴趣的学科竞赛。
1、设立“电子设计创新基地开放日”。高职院校在电子类专业新生入学初和学习过程中,定期开放电子设计创新基地,能够帮助电子类专业大一、大二的学生以及电子爱好者了解电子类学科发展趋势与行业发展方向。开放日活动主要包括基地参观、作品展示和电子设计竞赛介绍等。通过大三电子类专业的学生向学弟学妹们介绍和演示了基地的各项电子类作品,如MP3音乐播放器、收音机、客流量计数器、家用电器GSM控制、GPS卫星定位系统、无线传输模块、自动水位控制、自制示波器等多项作品,使参观的学生对这些作品表现出了浓厚的兴趣。活动不仅加深了低年级同学对专业的认识,同时也展示了本校大学生在电子领域的实践成果,很好地激发了学生参加电子设计竞赛和电子类科研项目的热情。
2、组织和动员电子类专业学生踊跃报名参加竞赛。电子设计竞赛应由学校电子类专业所属教学单位专业教师组成教师指导小组,教学职能部门、电子协会积极加以宣传。学生自愿报名参加,经过公平、公正、激烈地选拔,落实最佳人选。这一活动,无疑吸引了一群想施展自己才华的学生,被选上的学生斗志昂然,显示出一定的综合实力,而对落选的学生是一种动力,学好本专业、提高水平的动力,激发了学生学习专业的兴趣。参加全国大学生电子设计竞赛获得成功的学生的学习经历、参赛经历对低年级学生学习兴趣的激发以及增强他们能力意识等方面有良好的辐射作用。
3、成立电子设计兴趣小组。电子设计竞赛与课外科技活动相结合,以电子设计兴趣小组为依托,探索开展科技创新活动的新模式,为学有余力的电子类专业学生和电子爱好者提供创新设计的舞台,培养和提高学生的创新实践能力,为全国大学生电子设计竞赛活动的开展打下良好的基础。利用电子设计兴趣小组这个平台,大力组织开展一些跟电子设计竞赛有关的选修课、讲座、技能训练等活动。
4、鼓励学生积极加入学校社团组织――电子协会。电子协会是学生的一个社团组织,是电子爱好者交流心得和切磋技艺的平台,是选拔学生参加全国大学生电子设计竞赛的摇篮。组织电子协会成员到街道、社区、企业为广大人民群众进行家电义务维修,将所学到的知识回报社会的同时,学生的理论知识得以巩固、技能得以提高、经验不断丰富积累,尽情享受学以致用的乐趣,使爱好和兴趣不断加深。
5、高职院校教师应注重提高自身实践能力。提高实践能力是高职院校教师尤其是青年教师克服自身弱点、提高教学水平、实现自我发展的必然途径。电子类专业教师要积极参与学生电子设计竞赛的带队指导工作,通过组织学生参加全国大学生电子设计竞赛,不仅锻炼了参赛学生的综合能力,而且对指导教师的教学水平和实践能力的提高也有极大的促进作用。高职院校教师只有提高了自身实践能力,具备更高的教学水平、科研能力,学生才能在与其学习中,有一个良好、正确的导向,有实质性的提高与进步,教师的人格魅力才能吸引学生,使学生对本专业产生浓厚的兴趣。
五、结束语
1.学校重视,为参赛创造良好条件
为了使竞赛的各项工作高效率进行,我校在每次竞赛前都成立领导小组。其职责是对竞赛活动进行整体协调以及制定相关政策,组建教师指导组,选拔优秀参赛队员,制定并实施竞赛培训计划等。在组织竞赛方面,从学校领导到各部门领导都十分重视大学生电子设计竞赛。每次都会拨出专款用于电子设计竞赛,同时还制定了相应鼓励政策,以调动师生的参与积极性。各职能部门都积极配合电子设计竞赛工作,为学生提供一切可能的条件。
2.电子设计竞赛促进实践能力的培养
电子设计竞赛是对学生的创新实践能力的一次综合测试。它不同于学校传统的课程考试,不是单凭一张考卷来评定一个人的综合素质。对参赛学生来说,他们是电子设计竞赛最直接的考验者,从对题目的分析到选题、方案设计、元器件的确定、设计装配制作、调试、最后完成作品并写出论文。这对学生的理论联系实际能力、实践动手能力、软硬件综合应用能力、论文书写能力是一个很好的考验。参加比赛的学生都有这样的感慨,通过这样的比赛,自己的动手能力得到了很大的提高,对原来书本上的知识点有了更深入的理解,也发现自己的知识还远远不够,需要大面积的充电。竞赛同时也提高了学生解决、分析问题的能力。学生事先的设计方案并非是最优的,也并非完全正确,在实践的检验中,大部分学生都会碰到这样那样的问题,器件的参数选择不对、连错一个管脚、一根导线走错,都会影响整个电路。这就要求学生在竞赛中必须有耐心,时刻保持清醒的头脑,对故障原因加以分析,找出故障点,有的学生方案设计不合理,要经过多次的改动,在反复的实践中,他们取得了最后的成功,积累了宝贵的经验。通过竞赛,每一位参赛队员都从中学到了许多知识,受益匪浅。
3.电子设计竞赛培养学生市场及工程意识
3.1注重团队精神的培养
团队精神对于企业而言具有相当重要的作用,可以说,在一定程度上,它决定了企业的前途,因此,企业在招人时也很注重人员的团队意识。在电子设计竞赛的培训过程中,我们很注重培养学生的团队精神,在比赛中,三人一组,分工明确,一人负责硬件的搭建,一人负责软件程序的编写,一人负责整理和书写设计报告,对全局要有所把握,三个人需要紧密团结、相互合作、齐心协力,这是最后获得成功的重要因素,任何的不协调都将导致功败垂成。学校采取自愿搭配的原则。由于培训学生来自不同专业,不同班级,每个学生的知识结构、学业特长、个性特征差别较大,不宜盲目地强行组合;而大学生往往具有独立意识,所以采取让他们自愿搭配,自由组合的办法,并在培训过程中注意观察、适时调整,最终确定小组成员。
3.2借鉴公司项目开发的管理模式组织培训,采用工程概念进行设计制作
在学习了一定的基础知识的前提下,采用项目导向的培训模式。这需要指导教师根据历年电子设计竞赛的出题类型,结合本学校的实际情况,为学生选择合适的项目,在规定的时间内让学生完成规定的任务。让学生从分析题目,去图书馆、上网查找资料,确定几套方案,到实践解决问题有一个全面的认识。引入模块化的概念,硬件模块化、软件模块化等,比如,电源模块、单片机最小系统、显示模块、A/D、D/A模块等等,事先都可以做好备用。在培训过程中关注新器件的使用,申请一些样片尝试其使用情况。
4.给学生带来积极的“副作用”
全国大学生电子设计竞赛极大地激发了参赛学生的积极性和主动性,无论成绩如何,参赛者都感触颇多,收获很大。学生普遍认为工程实践能力得到了极大的提高,对电子制作的兴趣更浓,自愿从虚拟的网络游戏中回到了实验室,针对参赛的学生,实验室是开放的,只要是没课时间,学生们都愿意在实验室里,从被动学习变成了主动寻求方法解决实际问题。因此,我们在选拔参赛人员时也从原来的主要是大三的学生扩展到大一、大二优秀的学生也可参加比赛,或与大三的学生进行组合成队,激发他们的学习热情,为以后的比赛培养好的苗子。参加过竞赛的同学在后续的课程中都表现出特有的专注和投入,也有了很多想法,开始认真思考今后的人生打算。这也正是竞赛精神的延续与扩展,笔者觉得也是最有意义的一点。电子设计竞赛的参与有利于学生的就业,很多用人单位提出将参加过电子设计竞赛作为选择条件之一,对参加电子设计竞赛并获奖的学生优先录用。我校参赛的学生目前在上海、厦门、深圳等地都有非常好的工作及丰厚的薪水,比有些本科学校的学生体现出更强的动手能力。