2020年电子设计竞赛E题回顾详解

简介：
本文章详细解析了2020年电子设计竞赛E题，涵盖题目要求、解决方案及评审标准等内容，旨在帮助参赛者深入理解该赛题。 在电子设计竞赛（简称电赛）的历史长河中，每一年的比赛题型都是电子爱好者们关注的焦点。2020年的电赛E题要求参赛者设计并实现一个信号处理系统，该系统能够对输入信号进行放大、滤波以及频域分析等操作。本段落将详细回顾和复盘作者在这一挑战中的经历。 大一下学期暑假期间，作者首次参加电赛，并通过不懈努力获得了省二等奖的成绩。这段经历不仅是对电子基础知识的考验，更是对参赛者短时间内完成电子产品设计与实现能力的重大检验。 进入正文部分，我们来深入探讨2020年电赛E题的设计和实现过程。该题目主要围绕STM32单片机作为主控制器；使用串口屏构建便捷的人机交互界面；以及借助FPGA芯片的强大性能对放大电路输出信号进行频域分析。 在硬件设计方面，作者首先关注的是信号的放大问题。通过精心设计的多级放大电路，成功控制了输出波形失真情况。第一级放大电路将信号放大60倍以增强其强度；第二级则进一步将信号放大5倍。后端使用射极输出器实现了阻抗匹配和隔离功能，并采用OTL（无变压器）电路确保两个晶体管临界导通，从而实现线性放大并减少失真。 作者巧妙结合分压偏置共射放大电路与射极输出器来稳定信号输出，在设计中选择了通用型三极管9018构成第一级电压增益为60的放大电路；第二级则使用了8050型三极管，将电压增益设定为6以确保不失真。 此外，作者还对可能产生的四种失真类型进行了原理分析。交越失真是由于甲乙类功率放大器设计不当导致信号在两个晶体管之间传递时产生；双向失真则是因为输入幅度过大使电路同时进入饱和和截止区造成的摆动现象；而偶合与整流失真分别由耦合电路问题及电源整流不充分引起。 在整个项目中，作者利用STM32单片机进行控制，并通过串口屏设计了直观的操作界面。实时监控信号的同时，借助FPGA芯片的并行处理能力完成对放大后的频域分析工作。 除了硬件设计之外，软件开发也是不可或缺的一部分。作者编写、调试和优化相关程序代码以确保系统运行顺畅。这一过程充分展示了其软硬件结合的能力。 通过这次竞赛经历，不仅提升了作者解决实际工程问题的能力，还加深了他对电路细节及理论知识的理解。这是一次宝贵的学习机会，并为后来参赛者提供了有价值的参考与启示。 总结而言，2020年电赛E题的设计和实现过程展示了在紧张的竞赛环境中如何克服困难、发挥创造力并最终完成高质量作品的过程。它也体现了电子设计竞赛对培养未来工程人才的重要作用。