学霸分享系列——校电赛的总结和经验分享

吴少琴的模电课

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" ]! Y8 F1 W& S新学期伊始，不少同学已开始咨询电子设计大赛相关事宜。许多同学虽对电赛充满向往，却因担心自身能力不足而犹豫不决。今天，我们特别邀请到在去年校电赛中表现优异的伍锦宏学长，他将为大家详细分享校赛的宝贵经验，帮助大家消除顾虑，同时引导大家从学期初就认真学好模电和数电，为参与电赛做好充分准备????????
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' E: D. q7 a; \7 S5 M+ ?/ V* T各位同学，大家好！我是电光21级的伍锦宏，很荣幸收到吴老师的邀请，为大家撰写这篇电赛推文。
“优利德杯”南京理工大学电子设计竞赛是学校用于培养大学生的创新能力、动手能力以及协作精神等举办的，同时选拔对电赛有兴趣且能力突出的同学参加省赛及国赛
: m" o/ {! c2 x& t( X# ^" q: I对于低年级的大部分同学来说，大多是第一次接触这类大赛，可能会觉得自己什么也不会，担忧无从下手，担心无法获奖。

6 J# j5 [! Z" I下面我将介绍第二届 “优利德杯” 南京理工大学大学生电子设计竞赛的赛题及解题思路，并提供一些电子电路设计方向的备赛建议，希望能助大家一臂之力。
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4 T- A3 A- v9 y5 B! c我们小组去年选择的题目是 E 题：《基于乘法 DAC 的可编程可变状态滤波器设计》，并荣获了一等奖??????
下图是这个选题给出的任务：
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6 F) z* s" Z7 m. C' v以及具体的要求：
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题目中还给了一些基本原理，大家可以点击下面链接查看：
??????2024年第二届优利德杯电子设计竞赛-E电子电路设计类题目.pdf

下面我将介绍具体的设计方案，我觉得本次校赛题目并不是很难，只要有一定的模电以及数电的基础，拿个奖还是比较容易的。
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& v) C/ V3 C( o2 |! U' d电路设计及仿真
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& J' o  Y! N. T5 g9 u$ B本次电路设计和仿真主要用到 Altium designer（简称 AD）和 Multisim。有同学担心不会 AD，其实我们电光院在之前的电工实习中已做过简单入门教学，足以应对，而且比赛时团队合作分工很关键，临时学也来得及。对于 PCB，我们组也不会画，但这并不重要。比赛里画 PCB 有加分，但不会画也没关系，可以用面包板代替。我们小组就是用面包板，AD 主要负责电路搭建，Multisim 用于仿真，若小组有同学会画 PCB 自然是锦上添花。
/ o7 Z. u/ w: y1 p- E+ N4 w& S基础部分的电路图如下，实现了 6bit 的乘法 DAC，其单调性、线性度和刷新率表现良好。不过，后面的四象限乘法 DAC 因当时考虑过于简单，没顾及数字信号的负数即补码情况，导致这一功能未达题目要求。但这不影响我们继续做后面的提高部分，因为基本的 DAC 已搭建完成，只是四象限 DAC 功能无法实现。

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- u# L+ r4 c( T5 `4 [) u# q其实只要做完上面的基础部分的前三问基本上就能拿二等奖了，这也是为什么我说本次比赛比较容易拿奖的原因。

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+ R. L9 N" O3 Q" ~1 M接下来就是提高部分，设计一个可程控的可变状态滤波器。题目当中给了可变状态滤波器的基本结构，如下图所示。可以看出一共就三种器件，电阻、电容、运放。
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! j3 J. W4 U" k那么如何实现程控呢？关键在于将基础部分搭建的 6Bit 乘法 DAC 当作等效电阻使用。学过数电的同学都知道，DAC 是数模转换器，可将数字信号转换为模拟信号，而输入的数字信号正是滤波器的程控信号。通过改变数字信号大小，能改变 DAC 的等效电阻，进而调整滤波器的相关参数。
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想到了关键点，但新问题又来了：图中可变滤波器结构里有多个电阻，而我们之前仅搭建了一个电阻，该如何解决？自然是要多搭建几个 DAC 模块来替换不同的电阻。由于比赛时间有限，经过分析，我们最终决定搭建 3 个 DAC，即再搭建两个 DAC，基本就能实现相应功能。（考虑到题目要求滤波器增益、中心频率及品质因数 Q 均可变，我们选择用 3 个 DAC 替换 R1 和两个电阻 R）
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' q- I. G8 U* O0 B; N最终的总电路图如下，使用 Multisim 进行仿真后，成功实现了三个参数可变的功能，但在精度和范围上未完全达到题目要求。

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图片有些小，需要仿真源文件的同学可以在后台输入”校赛DAC“获得源文件网盘链接
* i/ |) {7 C% H其实提高部分要完全达到题目所给要求还是很有难度的，需要严格精密的计算以及调试，验收时老师也只说让我们有那种效果即可，不会太详细的检查每一个功能??????
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成品展示

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, w6 f0 T/ D5 m: R$ z" a在比赛中，由于多数小组未能实现滤波器的该部分功能，所以我们小组有幸拿到小组第一。然而，在决赛评比时，评委不认可面包板制作，加上后续考试众多，时间紧张，我们小组无暇学习 PCB 焊接技术，最终遗憾放弃了决赛评比（由此可见，掌握 PCB 绘制技能的小组更具优势），但不影响我们参加省赛哟??????
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: V" k( m( r$ d# B% X' Q8 r比赛经验分享
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2 D9 t4 G0 N: d3 ]( }8 @校赛难度

1 s3 `) q, [* N& T5 L8 L# f! q6 P# C校赛其实没想象中难。我们大三首次参赛，在选题时不确定能否获奖，制作过程中也不觉得自己能拿一等奖或小组第一，但最终结果出乎意料。这告诉我们，凡事要尝试，即使结果不尽如人意，至少努力过~
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1 y+ s4 K: W9 v分工合作
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4 y# b+ L5 M: p- @' G这是小组比赛，分工合作至关重要。队员间要相互配合，明确各自任务，知道自己负责哪部分，这样效率会大幅提升~
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知识储备
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& @: b6 X% I/ F  H) T' N6 X9 b: @去年 E 题主要考察数电、模电知识，所以这两门课程必须学好，做到学以致用。电赛旨在锻炼实际动手能力和灵活运用知识的能力~
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$ w2 w2 j0 F5 ]7 g' _比赛心态

" }+ E4 z* f& D$ i$ y4 D& C) o比赛不能只看重结果，过程同样重要。要清楚自己在参赛过程中学到了哪些知识，这些收获会助力后续学习，加深对知识的理解~

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9 o, o5 ^' z9 \后续补充：6Bit 四象限乘法 DAC 的完善
5 a# d0 L8 u  S$ N4 ^9 _5 R在比赛过程中，我们未能完成 6Bit 四象限乘法 DAC 的制作，但后续在一门课程设计中，我们成功实现了该部分功能。感兴趣的同学可以参考一下。
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' V$ N9 t4 G7 b* a后台输入”校赛DAC"获得仿真源文件
以上就是我的经验分享，最后祝愿各位同学不仅在今年的校赛中能够取得优异的成绩，在国赛中也能取得满意的成绩，为我们电光院增光添彩！
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谢谢伍学长的分享，大家可以在评论区里找学长咨询或表示感谢哟^_^