2019年全国大学生电子设计竞赛试题.pdf

全国大学生电子设计竞赛是一项旨在提高大学生的创新设计能力、动手实践能力和团队协作精神的比赛。2019年的竞赛中，有一道题目要求参赛者设计一个纸张计数显示装置（F题），主要用于检测并显示纸张的数量。这个装置的核心技术包括单片机的选择、电容监测原理以及模数转换器的选用。 单片机是系统的核心控制单元。在方案选择中，对比了51系列、STM32F4系列以及Arduino UNO系列单片机。51系列单片机虽价格便宜，但运算速度慢，资源有限；STM32F4系列性能强大，但需要外扩实现模拟量输出，增加设计复杂性。最终，考虑到易于实现、满足设计需求以及成本因素，选择了Arduino UNO，它具有丰富的开发资源，如ADC、DAC，适用于传感器控制，且能完成基本的电容检测任务。 在电容监测原理方面，有两种方案：一是利用LC谐振电路测量电容，但这种方法对超过一定厚度的纸张监测不准确，易受外界影响；二是基于RC电路的时间常数计算，这种方法简单直观，精度高，速度快，适合测量较小的电容变化，因此被选为设计基础。通过测量RC电路的充电时间，可以计算出电容值，从而得知纸张数量。 模数转换器（ADC）用于将检测到的模拟信号转换为数字信号，以便单片机处理。这里比较了8位的ADC0804、16位的AD7606和Arduino UNO内置的10位ADC。ADC0804虽然价格低廉，但精度不足；AD7606功能强大，但设计较为复杂；而Arduino UNO的内置ADC分辨率适中，且简化了硬件设计，故选择了Arduino UNO的内置ADC。 整个系统的工作流程大致如下：纸张放置在两平行极板之间，改变电容值；Arduino UNO通过内部ADC读取电容变化，计算出纸张数量；然后通过1602 LCD显示屏显示纸张数量，并触发蜂鸣器提示。为了确保系统的稳定性和准确性，还需要进行机械结构设计，保证极板间的间距和检测的可靠性，同时需要考虑抗干扰措施，确保在实际环境中的正常运行。 通过这个项目，参赛者不仅锻炼了电子设计和编程能力，还掌握了单片机应用、电容检测、模数转换等关键技术，提升了实际工程问题解决能力。全国大学生电子设计竞赛正是通过这样的实践，推动了高等教育与产业界的紧密合作，培养了具备创新能力的复合型人才。