大家好！我们是来自上海交通大学的C题参赛队伍（毛振洁 王文涛 阳浩宁）。今年我们参加了TI杯上海市大学生电子设计竞赛，有幸获得了一等奖的好成绩。很高兴受到德州仪器和达尔闻的邀请来分享我们的参赛经历。
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疫情影响，训练受限
受到上海疫情的影响，这次的上海市电赛延期到了十月份进行。即便如此，我们的赛前准备依然十分仓促。2022的春季学期，我们几乎全程在线上上课，原本与电路设计制作相关的课程也未能正常开展，这让我们失去了进入实验室进行实际操作的机会。秋季学期开学后，校内疫情的再次出现让我们的备赛过程又蒙上了一层阴影，国庆集训也未能如期举行。好在最后各方克服万难，让这次市赛得以成功举办。同时为了照顾其他仍有校内疫情在隔离期间的同学们，主办方将赛程延长了一天半，给了我们更多的作品制作时间。就这样，原本四天三夜的市赛变为了六天五夜，在我们的电赛生涯中增添了一段更加难忘的经历。
我们的合影
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竞赛伊始：纠结的方案设计
比赛第一天我们便早早地去到了实验室等待赛题发放。将所有赛题浏览了一遍后，我们进行了激烈的选题讨论，由于我们学习过《模拟电子技术》和《工程实践与科技创新》课程，对于硬件电路设计、元器件电气特性和单片机编程比较熟悉，最终一致决定选择C题——有源滤波放大。
顺利确定好选题后，接下来便是方案论证。方案的选择过程并不如选题一般顺利，一开始我们便陷入了纠结，如何实现预处理电路的核心——自动增益控制电路呢？
自动增益控制电路主要有两种实现形式：使用可变增益放大器（VGA）或者可变电调衰减器（VVA）实现动态范围。两方案各有优劣，前者通常带宽较小，频率较低，后者可实现的应用范围较广，各个频段的VVA和低噪放产品数量广泛。但考虑到题目中输入信号的特性，综合已有的实验器材和理论知识，我们最终没有选择封装好的自动增益控制模块，而选择利用单片机处理数字信号来实现对增益的精准控制和实时调控。单片机我们选用的是TI公司的TM4C1294NCPDT，其便捷的操作方式和高效的性能使我们能够更快地完成功能实现。经过挑选，我们在海量的数模转换芯片中选择了TI公司的DAC8043，因为它可编程！此外，由于输入信号幅度较小，为了更精确的计算出放大倍数，同时对单片机进行过流保护，我们决定加入调理电路对输入信号进行比例放大和直流偏置，再输入至单片机的ADC接口。当天我们便购买了需要的芯片和模块。
实验室环境
后半部分的低通滤波和高通滤波电路的理论体系比较完善，早已有相当成熟的经验可以借鉴。通过题目中的指标计算，我们发现使用四阶滤波器能够恰好完美满足要求！但我们最终采用的并非四阶，而改用了五阶滤波器的设计。这是由于理论电路和实际电路之间不可避免的存在误差，从元器件的标注值与实际值的差异，到电路导线和运算放大器并非理想元器件，种种影响因素让我们实际电路的表现大概率达不到仿真效果，因此在设计电路时一定要留下充足的“余量”，保证即使实际电路非理想也能达到指标要求。
电路整体设计框图
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竞赛前期：波折的电路焊接
设计好基本电路图后，就是电路的具体实现了。我们先对焊好的信号调理电路中几个测试点分别进行了检测，结果却并未达到预期，电路出现了故障！为了找出有问题的电路部分，我们三人兵分两路，一人对各种可能导致该结果出现的故障类型进行仿真验证，另两人一起分析了电路可能出现的问题，并且使用万用表逐个对焊点进行了虚焊漏焊检测，最终发现是一根导线的虚焊导致。
经过了一天的焊接和单片机编程，我们的第一部分预处理电路功能基本实现。期间经过了多次调试，起初无论怎么修改，单片机部分的输出测试点始终出现了问题，我们曾一度怀疑是单片机芯片损坏。后来偶然间发现是由于贴片元件DAC过小导致有引脚出现了错误短接，耽误了我们不少时间来排查错误。后续还发生各种千奇百怪的错误，例如输出检测点焊接错误，电源供电线焊接错误，元件取用错误等等。所以在焊接过程中千万小心谨慎，宁愿慢一些也不可毛毛躁躁，操之过急。
没焊好被替换的板子
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接着是对滤波电路的测试，我们依然没那么幸运，两个电路模块的输出都有问题。于是又是熟悉的查错环节。为了准确地找出问题，我们在仿真软件中将滤波电路复刻了出来，观察电路理论上应该达到怎样的效果，再分别加上短路、断路、元件值取值错误等等问题，来分析我们制作的电路到底哪里不对。
低通（上）和高通（下）滤波电路仿真电路图
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竞赛中期：不稳的自动增益
在完成硬件焊接后便是接上单片机进行联调，以实现自动增益功能。在这个过程中之前一直表现良好的预处理电路却在过了一晚后输出变得十分不稳定，我们顿时都紧张了起来。先是对硬件电路又进行了一波排查，几次尝试后猜测是单片机编程上有些bug，毕竟昨天还好好的硬件电路总不至于放一晚就坏了叭！
经过负责软件的同学一晚上的修改与反复试验，最终发现是输入信号超出了程序中能够处理的信号范围，导致程序的输出结果出现了一些错误。在修复了一些逻辑漏洞后，自动增益电路成功实现了稳定的输出。
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竞赛后期：反复的取值调试
又过了一天，我们还是没能发现高通滤波电路的问题。这时我们做出了一个决定：重新焊接！时间不等人，在这次焊接过程中我们吸取了之前的经验，稳扎稳打，也不再顾及电路的“颜值”，在经过了一个半小时的焦急等待后，新的焊板横空出世，我们这一次成功实现了高通！但由于截止频率的要求，我们又开始对电容的取整进行调整。先在电脑上进行仿真验证，确定好修改方案后，通过并联一个小电容将截止频率拉到范围内，最后接上功率放大模块。
滤波和功放电路的成品
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竞赛尾声：轮流撰写的报告
最后一个上午的几小时内，我们主要的工作就是对电路进行最后检查，一些检测点的焊接和电路板固定，以及完善实验报告编写。我们先由一人主笔完成大致内容，随后对各输出点进行测量和记录，分析撰写出初版实验报告。随后我们另外两个逐个对报告进行了阅读和修改。经过两次校验后，最终的实验报告基本成型。随后将报告打印，和最终作品一起封箱后就大功告成啦。
封箱前的作品
至此，我们的上海市电赛过程完美收官，接下来就是等待最后的测评了，在把作品封箱的那一刻，我们有一种如释重负的感觉。
经历了校测和市测后，我们最终获得了一等奖的好成绩。得知这个消息之后，我们都很惊讶，但也非常开心，毕竟我们这几天的努力获得了丰厚的回报。虽然我们是在临时组队培训之后仓促上阵的，但我们依然凭借不懈努力和团结合作成功地完成了作品。通过这次比赛，我们的电路设计和制作能力得到了提升，团队的配合也更加默契。在完成作品的过程中，我们充分运用所学的知识，还拓展了新的知识面。总的来说，这是一次让我们受益匪浅的经历。
最后的最后，我们还可以给各位准备参加电赛的新人选手一些自己的心得和建议：
在准备比赛的时候，注意熟练掌握一些比较基础的电路，如这次的基本放大电路、滤波电路等。一些较为复杂的电路可能平常难以遇到，但遇到了也不必慌张，一般来说通过查阅各种资料也可以找到解决方法。平常如果遇到了也可以记下来，作为一种知识的积累，就比如这次的自动增益控制电路。
时间安排上，拿到题目之后，还是要留出充足的时间，对于整个电路以及每个模块要实现的功能有一个较为清晰且深入的认知，再尽可能多地寻找方案，充分考虑优劣后做出最佳的选择。
电路设计方面，要充分考虑工程实际，为实际电路留下充足的容错空间。电路焊接方面，对于较复杂的大型电路可以分出多个检测点逐段排查，在焊接过程中学会善用万用表进行虚焊检测，必要时可以直接重新焊接。希望各位后面参加电赛的同学也能取得好成绩！
文章链接：https://mp.weixin.qq.com/s/z4pSTFYwMPGvrlJEQ4-7zQ
转载自：达尔闻说，作者上海交大C题队伍
文章链接：直击电赛|反复推倒重来！6天5夜究竟做些什么？(完整攻略）
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