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电赛入门指南

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教程 电赛

[TOC]

提前告知

如果你是电脑小白,那么我推荐你先看这本书你缺失的那门计算机课【需要使用校园网】

寄语

首先很高兴你可以看见这篇文章,文章里或多或少会提及一些对你有帮助的知识,首先电赛我们主要就打两个方向**高频题**【分为收发|解调】以及仪器仪表了,在实验室中,往往有以下几种身份可以供你选择,硬件的方向、软件的方向、或两者都接触一些【这个需要你有蛮大的精力投入的】,电赛的人员构成是3人一组,队伍中至少有一个软件一个硬件,不然总不能三个硬件的用纯硬件的方式来解决题目吧。

前置知识

  • 模电
  • 数电
  • C语言
  • 信号与系统
  • 数字信号处理
  • 通信原理
  • 很多。。。真的是学到后面恍然大悟的感觉

硬件部分

滤波器的设计

在电子设计竞赛中,滤波器是信号处理模块的关键组成部分,其核心功能是依据频率特性对输入信号进行筛选,实现有用信号的保留与干扰信号的抑制。

以下从硬件实现类型频率选择类型两个维度,对电赛常用滤波器进行梳理。

按频率选择分类

  • 低通滤波器(LPF):允许频率低于截止频率(fc) 的信号通过,抑制频率高于 fc 的信号。
  • 高通滤波器(HPF):允许频率高于截止频率(fc)的信号通过,抑制频率低于 fc 的信号。
  • 带通滤波器(BPF):仅允许特定频段(以中心频率(f0) 为核心,包含通带宽度)的信号通过,抑制频段外的所有信号。
  • 带阻滤波器(BEF):抑制特定频段(陷波频段)的信号,允许其他频率的信号正常通过,又称 “陷波器”
  • 滤波器基础链接

按滤波器类型分类

  • 无源滤波器(RC、LC 与 RCL 滤波器):无源滤波器仅由无源元件(电阻 R、电容 C、电感 L)组成,无需外部电源供电,结构相对简单,是电赛中低频、高频信号处理的基础方案。
  • 有源滤波器(基于运放的滤波方案)有源滤波器以无源元件(RC 为主,极少用 LC)为基础,加入运算放大器(如 LM358、OPA2277)等有源器件,需外部电源供电,具备增益调节、带负载能力强等特点,是电赛中小信号精准滤波的核心选择。

滤波器设计的软件

有关滤波器的设计,你可能会接触到以下几个软件(并不是全部还有更好用的软件)

  • Filter Solutions 2015
  • NI Multisim 14.3
  • FilterPro Desktop

PCB的设计(以嘉立创为例)

自制PCB在电赛中是很重要的一环,相比于刻蚀板子,PBC模块能够使信号更加纯净,也可以更快的搭建处理型号的电路。因此实验室往往会准备很多模块,那么接下来来简单介绍一下如何实现绘制自己的第一块PCB。

入门PCB设计软件嘉立创

如何安装软件——嘉立创下载网址

一般标准版专业版都可以安装,使用全在线半离线模式都可以,我个人推荐使用全在线版本,这样到哪里都可以使用,嘉立创还能白嫖打样,每个月两张(yyds)

了解什么是EDA设计软件

其实EDA设计软件主要包含许多方面,包含原理图的绘制、PCB上的连线、以及实物的焊接。

原理图设计

前期设计好使用什么芯片,怎样进行阻抗匹配,这些信息都将体现在原理图上,后续的修改也都需要根据原理图来设计。什么是原理图 看这个视频可以更好的了解学长说的原理图是什么

芯片选型

一般会使用半导小芯这个微信公众号,或者是这个网站半导小芯网址

寻找原理图

几个来源主要是这几个网站

初见嘉立创

根据下方的视频,你可以快速了解一下嘉立创的使用简单技巧嘉立创使用技巧视频这个UP主讲的很好可以关注

PCB布局

主要是元件的摆放以及走线的粗细(经验为主)

可以通过观看以下几个视频来了解:

了解运放的几种连接方式

以下这个文章可以说是讲的非常好。20种经典运放电路总结


那么硬件的入门就先讲到这里,接下来的是软件入门

软件部分

提及软件,那么必然离不开使用单片机,如果你不知道什么是单片机,那这很坏了,请努力。一般我们使用的型号是stm32f103zet6(一块比较完整的功能板,各种功能都集成在上面了),f407zet6H750系列,关于每个系列为何如此命名你可以看接下来这个链接——STM32系列芯片命名,然后开发板子的语言也有两种选择使用标准库或者HAL库,两者学习都需要大量的时间,标准库有许多留下来的驱动遗产,但是HAL库编写框架更加快速。

认识板子

你拿到的大概率是一块正点原子的精英版,但是他并不是终点,407、750还在等待你的挑战。

软件安装

安装Keil

温馨提示

  1. 安装路径不能带中文,必须是英文路径
  2. 安装目录不能跟 51 的 KEIL 或者 KEIL4 冲突,三者目录必须分开
  3. KEIL5 的安装比起 KEIL4 多了一个步骤,必须添加 MCU 库,不然没法使用。
  4. 亲测可用。

这会是一个复杂的过程,请首先确保你的用户名不是中文用户名!!,不然在后续你将会遇到**无穷无尽**的麻烦。

关于如何破解keil,网上的教程有很多——KEIL5(MDK5.35)安装与破解教程这里也是放出一个教程的连接

具体讲解一下如何安装破解keil

相信经过大一,很多同学都配置好了在keil下的C51的开发环境,但是开发32需要

安装CubeMX以及CubeIDE(选做为了开发HAL)

保姆级教程——来自波特律动

安装DSP库(必修)

DSP库是用来处理fft等信息的一个库,两个教程连接也是在下面了

STM32F103 KEIL 标准库直接添加DSP库_keil目录下没有dsp文件夹-CSDN博客

在keil中加入DSP库并且使用arm_math.h - 海滩长颈鹿 - 博客园

安装VScode以及配置AI工具和EIDE(选做,可以快速开发)

课程学习

在学习单片机的时候你会遇到以下两个主流代码基础库,但是在学习这些之前,我还是希望你可以看一遍每一个嵌入式入门都会看的视频,江科大51单片机(也许不需要动手实操,但是详细理解一下寄存器的操作感觉)

名称Hal库标准库
优缺点快速,但是理解较难入门耗时久,但是广泛
视频网址【keysking】易懂的STM32教程江科大的教程永远的神

Hal库的推荐视频,只是快速入门,可以看一下。

学习重点

由于我们比赛的重点是高频题和仪器仪表,那么我们学习的重心也有所不同,你需要重点学习的方向有

  • 时钟的分频分配
  • ADC的采样率与精度的关系
  • DMA的中断
  • DMA双循环

模块的了解与使用

电赛中模块分为很多类别,每一种模块的功能都需要你熟记于心。因为可能这次没用上的模块,下一次就又用上了。

滤波器有源|无源

无源滤波器由 R、L、C 等无源元件构成,无需供电,结构简单,适合高频或大功率场景(如 LC 滤除电源纹波),但带负载能力弱。有源滤波器加入运放,可调节增益、带负载能力强,适合低频精密滤波(如 RC 有源滤除 50Hz 干扰),需供电,受运放带宽限制。

DDS

直接数字频率合成器(DDS)通过数字信号生成高精度、高稳定性的模拟信号(如正弦波、方波),频率可通过数字控制精确调节,跳频速度快。电赛中常用于信号源设计,如产生可调频的激励信号,搭配示波器验证滤波电路性能。

DAC

数模转换器(DAC)将数字量(二进制代码)转换为对应模拟电压 / 电流信号,是数字系统与模拟电路的桥梁。电赛中多用于波形生成(如通过单片机控制 DAC 输出特定波形)、数字控制电源(调节输出电压),精度取决于位数(如 12 位 DAC 误差更小)。

加法器

由运放构成,可对多路模拟信号进行代数求和(含正负值),输出为输入信号的加权总和。电赛中用于信号叠加场景,如将多个传感器的微弱信号汇总放大,或实现信号调制中的载波与基带信号叠加。

乘法器(AD835)

专用模拟乘法器芯片,可实现两路模拟信号的实时相乘,带宽达几百 MHz,精度高。电赛中用于振幅调制(如将基带信号与载波相乘)、信号混频预处理,或实现功率计算(电压与电流相乘得功率)。

混频器(AD831)

将高频信号与本地振荡信号混频,输出两者的频率差(中频信号),实现信号频率变换。电赛中用于无线通信接收模块,将射频信号(如 433MHz)下变频为低频信号以便后续处理,集成度高,适合快速搭建通信链路。

杂项部分

杂项也当然重要,只有单片机和硬件并不是万能的,还需要更快的方法,在这个模块你将学到

仪器的使用

焊接

  • 焊接0603的小电阻
  • 焊接BGA封装的芯片
  • 焊接很小间距的芯片
  • 使用焊台、热风枪和烙铁来帮助焊接

串口屏的交互逻辑(陶晶驰串口屏)

使用软件USART HMI下载链接——下载和安装上位机软件

串口屏的教程

在官方网站中会有很多教程的,主要就是实现串口屏发回的数据在mcu中能够被处理,然后实现一些离机调试

matlab的仿真实现

得益于matlab的强大功能和Ai的强大,有些题目可以通过matlab的仿真来进行模拟,从而帮助我们来解决 实际的问题。

数据的快速拟合

结合matlab和串口调试

串口调试工具

模块的归类

模块的excel的归类

绘制自己的一块常用的主板

有自己一块常用的板子和配套的代码能够事半功倍。接线也更加美观。

快速入门

硬件方向——设计一个加法器打板并焊接测试

简单的第一次任务,搜索二路加法器的原理图,并通过NI Multisim软件进行原理图仿真验证,然后绘制PCB给学长查看布局。(对的,这只是入门)

软件方向——ADC读取配置DSP库输出三角函数的值