目录

1. 大赛 B 题回顾

2. 以无线测温及收发系统设计（B-1）为例详细解析

2.1 任务要求解读

2.2 方案设计思路

2.3 硬件电路设计

3. 软件代码实现

3.1 整体架构与流程

3.2 关键代码展示与解析

3.3 代码优化与调试技巧

4. 其他 B 题项目简述

4.1 无线传输超声波测距仪（B-2）

4.2 波形发生器（B - 3）

5. 参赛总结与经验分享

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【电子设计大赛】电子设计大赛历年试题解析-CSDN博客

1. 大赛 B 题回顾

2014 年的电子设计大赛 B 题涵盖了多个富有挑战性和创新性的项目，涉及无线通信、传感器应用、智能控制等多个热门领域，充分考验了参赛选手们的综合设计能力与创新思维。这些题目不仅在当时引起了广泛关注，对于如今想要深入学习电子设计的爱好者们来说，也极具参考价值。

其中，“基于热敏电阻的无线测温及收发系统设计（B-1）” 需要使用热敏电阻（正负温度系数不限）设计并制作测温节点和无线收发中继器。基本要求包括测温点数为 1 ，测温范围在 0 - 100℃，精度达到 0.1℃ ，传输距离无障碍不小于 30m ，中继器具有精确到小数点后 2 位的数字显示功能。而发挥部分则要求可在测温中继器上设定节点测温时间间隔（2 秒 - 1 分钟，精确到 1 秒），测温节点按设定时间间隔测温并发送数据，同时闪动 LED，还需具有语音播报功能以及其他创新。在实际应用中，这种无线测温及收发系统可用于工业生产中的温度监测、智能家居的环境温度检测等场景，能够实时准确地获取温度信息并进行传输和显示。

“无线传输超声波测距仪（B-2）” 的任务是设计并制作一台用电池供电的超声波测距仪。基本要求有具有超声波测距功能，测量距离在 0.40m - 2.00m，测距精度为 ±1cm；具有测量距离数值无线传输功能；实时显示测量的距离，显示格式为：X.XX m；并且当距离在 0.10m - 0.50m 时，显示 “危险距离” 并用红色 LED 灯指示；距离在 0.50m - 1.00m 时，显示 “保持距离” 并用黄色 LED 灯指示；距离在 1.0m 以上时，显示 “安全距离” 并用绿色 LED 灯指示。发挥部分则是将测量距离扩展到 0.20m - 5.00m，测距精度提升到 ±0.3cm，具有实时语音播报功能以及其它特色与创新。超声波测距仪在汽车倒车雷达、机器人避障、建筑测量等方面有着广泛的应用，通过精确测量距离，为各种设备的安全运行和精准操作提供了关键的数据支持。

2. 以无线测温及收发系统设计（B-1）为例详细解析

2.1 任务要求解读

在 “基于热敏电阻的无线测温及收发系统设计（B-1）” 中，任务要求使用热敏电阻设计制作测温节点和无线收发中继器。具体来说，测温点数为 1 ，这意味着只需要对一个温度点进行监测。测温范围被限定在 0 - 100℃ ，在这个温度区间内，系统要保证精度达到 0.1℃ ，这对温度测量的准确性提出了较高要求。传输距离方面，在无障碍的情况下不小于 30m ，以确保信号能够在一定范围内稳定传输。无线收发中继器则需要具备精确到小数点后 2 位的数字显示功能，方便用户直观读取温度数据。

而在发挥部分，要求可在测温中继器上设定节点测温时间间隔，范围是 2 秒 - 1 分钟，并且精确到 1 秒。测温节点要按照设定的时间间隔进行测温并发送数据，同时闪动 LED 来提示工作状态。此外，还要求系统具有语音播报功能，能够将温度信息以语音的形式传达给用户，增加了信息传达的方式，提升了系统的实用性 。

2.2 方案设计思路

为了实现上述任务要求，在方案设计上需要综合考虑各个环节。首先是热敏电阻的选择，NTC（负温度系数）热敏电阻是一个不错的选择。以常用的 MF58 系列 NTC 热敏电阻为例，它具有较高的灵敏度，其电阻值会随着温度的升高而显著降低，在 0 - 100℃的测温范围内，能够准确地将温度变化转化为电阻值的变化，为后续的温度测量提供可靠的数据基础。

在无线收发模块的选择上，NRF24L01 脱颖而出。它工作在 2.4GHz 的 ISM 频段，具备低功耗特性，工作电压范围为 1.9 - 3.6V ，工作电流最小可达 12.3mA ，待机电流更是低至 900nA ，这对于需要长时间运行的测温节点来说，能够有效节省能源。其传输距离较远，在开阔地无障碍环境下，可实现长达 100 米的无线传输距离，满足任务中不小于 30m 的要求。数据传输速率快也是它的一大优势，最大可达 2Mbps ，能够快速地将测温节点采集到的温度数据传输给无线收发中继器，保证数据的实时性。而且它使用的 2.4GHz 频段具有较强的抗干扰能力，能够有效避免周围环境中的其他无线信号干扰，确保数据传输的稳定性和可靠性 。

在微控制器的选型上，可选用 STC89C52 单片机。它是一款经典的 8 位单片机，拥有丰富的资源，具备 32 个 I/O 口，能够方便地与 NTC 热敏电阻、NRF24L01 无线收发模块以及其他外围设备进行连接。其内部集成了 4KB 的 Flash 程序存储器和 512B 的 RAM 数据存储器，足以存储系统运行所需的程序代码和数据。工作频率范围为 0 - 33MHz ，可根据实际需求进行调整，以满足系统对处理速度的要求。此外，它还具有价格低廉、易于开发等优点，对于电子设计竞赛项目来说，是一个性价比很高的选择 。

2.3 硬件电路设计

测温节点的硬件电路图主要由 NTC 热敏电阻、信号调理电路、STC89C52 单片机最小系统和 NRF24L01 无线收发模块组成。NTC 热敏电阻与一个固定电阻组成分压电路，随着温度的变化，NTC 热敏电阻的阻值改变，从而使得分压点的电压发生变化，这个电压信号就是温度的模拟量表示 。

信号调理电路则对该电压信号进行放大、滤波等处理，以满足单片机 AD 转换的输入要求。STC89C52 单片机最小系统包括单片机、晶振电路和复位电路，晶振电路为单片机提供稳定的时钟信号，复位电路则保证单片机在启动和运行过程中的稳定性 。NRF24L01 无线收发模块通过 SPI 接口与单片机相连，接收单片机发送的温度数据，并将其以无线信号的形式发送出去 。

无线收发中继器的硬件电路图主要由 NRF24L01 无线收发模块、STC89C52 单片机最小系统、显示电路和语音播报电路组成。NRF24L01 无线收发模块接收来自测温节点的无线信号，并将接收到的温度数据传输给 STC89C52 单片机 。单片机对接收到的数据进行处理后，将温度值通过显示电路进行显示，显示电路可采用 LCD1602 液晶显示屏，它能够清晰地显示两行字符，每行最多可显示 16 个字符，正好满足显示温度值精确到小数点后 2 位的要求 。语音播报电路则采用 WT588D 语音模块，它内置了多种语音提示信息，通过单片机的控制，能够将温度值以语音的形式播报出来 。

3. 软件代码实现

3.1 整体架构与流程

软件设计采用模块化的架构，主要包括数据采集模块、数据处理模块、无线传输模块和显示模块。数据采集模块负责从 NTC 热敏电阻获取模拟电压信号，并通过单片机的 AD 转换功能将其转换为数字信号。数据处理模块对采集到的数字信号进行计算，将其转换为实际的温度值。无线传输模块利用 NRF24L01 无线收发模块，将处理后的温度数据发送给无线收发中继器。显示模块则将接收到的温度数据在 LCD1602 液晶显示屏上进行显示 。

程序流程图如下：

st=>start: 开始

init=>operation: 系统初始化（包括单片机、NRF24L01、LCD1602等）

acquire=>operation: 采集NTC热敏电阻电压信号，进行AD转换

process=>operation: 数据处理，计算温度值

transmit=>operation: 通过NRF24L01发送温度数据

receive=>operation: 无线收发中继器接收数据

display=>operation: 在LCD1602上显示温度值

check=>condition: 是否有设置测温时间间隔操作？

set=>operation: 设置测温时间间隔

loop=>loop: 按照设定时间间隔循环

e=>end: 结束

st->init->acquire->process->transmit->receive->display->check

check(yes)->set->loop(acquire)

check(no)->loop(acquire)

loop.e(yes)->e

系统首先进行初始化，包括对单片机的寄存器配置、NRF24L01 无线收发模块的初始化以及 LCD1602 液晶显示屏的初始化。初始化完成后，进入数据采集阶段，单片机读取 NTC 热敏电阻的电压信号，并通过内部的 AD 转换器将其转换为数字信号 。接着，数据处理模块根据热敏电阻的特性曲线以及 AD 转换值，计算出实际的温度值。然后，无线传输模块将温度数据打包，通过 NRF24L01 发送出去 。无线收发中继器的 NRF24L01 接收数据后，将其传递给单片机，单片机再将数据发送给 LCD1602 进行显示 。在整个过程中，系统会不断检测是否有设置测温时间间隔的操作，如果有，则进行相应的设置，并按照新的时间间隔进行循环 。

3.2 关键代码展示与解析

下面以 C 语言代码为例，展示部分关键功能的代码及解析。

初始化代码：

#include <reg52.h>

#include <intrins.h>

#include "nrf24l01.h"

#include "lcd1602.h"

sbit CE = P1^0;

sbit CSN = P1^1;

sbit SCK = P1^2;

sbit MOSI = P1^3;

sbit MISO = P1^4;

void System_Init()

{

// 初始化NRF24L01

NRF24L01_Init();

// 初始化LCD1602

LCD1602_Init();

// 清屏显示

LCD1602_Clear();

}

这段代码首先包含了必要的头文件，其中reg52.h是 51 单片机的寄存器定义头文件，intrins.h提供了一些内部函数，如_nop_()用于产生一个机器周期的延时。nrf24l01.h和lcd1602.h分别是 NRF24L01 无线收发模块和 LCD1602 液晶显示屏的驱动头文件 。System_Init()函数中，先调用NRF24L01_Init()函数对 NRF24L01 进行初始化，包括设置工作模式、地址、频道等参数；再调用LCD1602_Init()函数对 LCD1602 进行初始化，设置显示模式、光标模式等；最后调用LCD1602_Clear()函数清屏，为后续的显示操作做准备 。

数据采集代码：

unsigned int Get_AD_Value()

{

unsigned int ad_value;

ADC_RES = 0;

ADC_RESL = 0;

ADC_CONTR = 0x84; // 选择通道0，启动AD转换

_nop_();

_nop_();

while (!(ADC_CONTR & 0x10)); // 等待转换完成

ad_value = (ADC_RES << 8) | ADC_RESL;

ADC_CONTR &= ~0x10; // 清除转换完成标志

return ad_value;

}

Get_AD_Value()函数用于获取 AD 转换值。首先将 AD 转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESL清零，然后通过设置ADC_CONTR寄存器选择通道 0 并启动 AD 转换 。通过_nop_()函数进行简单延时，确保转换启动。接着进入循环，等待ADC_CONTR寄存器的第 4 位（转换完成标志位）被置 1，即等待转换完成 。转换完成后，将高 8 位和低 8 位的转换结果组合成一个 16 位的 AD 值，清除转换完成标志，最后返回 AD 值 。

无线传输代码：

bit Send_Temperature(float temperature)

{

unsigned char buffer[3];

// 将温度值转换为整数，方便传输

unsigned int temp_int = (unsigned int)(temperature * 10);

buffer[0] = temp_int >> 8;

buffer[1] = temp_int & 0xff;

buffer[2] = 0x00; // 校验位，可根据需要设置

CE = 0;

CSN = 0;

SPI_Write_Buf(WR_TX_PLOAD, buffer, 3);

CSN = 1;

CE = 1;

// 等待发送完成

while (IRQ);

if (NRF24L01_Read_Reg(STATUS) & 0x0e)

{

NRF24L01_Write_Reg(STATUS, 0x0e);

return 0;

}

else

{

return 1;

}

}

Send_Temperature()函数用于将温度数据通过 NRF24L01 发送出去。首先将浮点数的温度值乘以 10 后转换为整数，方便传输。然后将温度值的高 8 位和低 8 位分别存储到buffer数组的前两个字节，第三个字节作为校验位，这里暂时设为 0 。接着通过 SPI 接口将buffer数组中的数据写入 NRF24L01 的发送缓冲区 。发送完成后，等待中断标志IRQ变为低电平，表示发送完成 。最后检查 NRF24L01 的状态寄存器STATUS，如果发送失败（状态寄存器的第 1、2、3 位有置 1），则清除状态寄存器并返回 0 表示发送失败；否则返回 1 表示发送成功 。

显示代码：

void Display_Temperature(float temperature)

{

char str[16];

sprintf(str, "Temp: %.1f C", temperature);

LCD1602_SetCursor(0, 0);

LCD1602_Print(str);

}

Display_Temperature()函数用于在 LCD1602 上显示温度值。首先定义一个字符数组str，用于存储格式化后的温度字符串 。通过sprintf()函数将温度值格式化为 “Temp: X.X C” 的形式存储到str数组中 。然后调用LCD1602_SetCursor()函数设置显示光标位置为第一行第一列，再调用LCD1602_Print()函数将str数组中的字符串显示在 LCD1602 上 。

3.3 代码优化与调试技巧

在代码优化方面，减少内存占用是一个重要的目标。可以合理定义变量类型，尽量使用占用内存较小的数据类型。例如，对于一些只需要表示 0 - 255 范围的整数，可以使用unsigned char类型，而不是int类型，因为int类型通常占用 2 个或 4 个字节，而unsigned char类型只占用 1 个字节 。在循环中，避免不必要的变量声明和函数调用，将一些不变的计算移到循环外部，减少循环体内的计算量，从而提高运行效率 。

在调试过程中，遇到的一个常见问题是无线传输不稳定，数据丢失。经过排查，发现是 NRF24L01 的射频参数设置与实际环境不匹配。通过调整射频频道、发射功率等参数，并增加数据校验和重传机制，解决了这个问题 。另一个问题是 LCD1602 显示乱码，经过检查发现是初始化顺序和指令发送有误，重新梳理了初始化流程和指令发送逻辑后，显示恢复正常 。在调试时，使用串口调试助手可以方便地输出中间变量的值，帮助定位问题 。同时，合理利用示波器观察信号的波形和时序，也能快速找出硬件和软件之间的配合问题 。

4. 其他 B 题项目简述

4.1 无线传输超声波测距仪（B-2）

任务要求：需设计并制作一台以电池供电的超声波测距仪。基本要求涵盖具备超声波测距功能，测量距离范围在 0.40m - 2.00m ，测距精度要达到 ±1cm ；拥有测量距离数值无线传输功能；能够实时显示测量的距离，显示格式设定为：X.XX m；并且当距离处于 0.10m - 0.50m 时，显示 “危险距离”，同时用红色 LED 灯指示；距离在 0.50m - 1.00m 时，显示 “保持距离”，并用黄色 LED 灯指示；距离在 1.0m 以上时，显示 “安全距离”，并用绿色 LED 灯指示 。发挥部分则是将测量距离扩展到 0.20m - 5.00m，测距精度提升到 ±0.3cm，还要具有实时语音播报功能以及其它特色与创新 。

设计思路：通常采用超声波传感器作为距离检测的核心部件。以常见的 HC - SR04 超声波传感器为例，它具有高精度、高灵敏度的特点，能够准确地检测到超声波的发射和接收时间。在设计中，通过单片机控制超声波传感器发射超声波，并精确测量从发射到接收回波的时间差。以 STC89C52 单片机为例，利用其定时器功能可以实现高精度的计时。根据超声波在空气中的传播速度（常温下约为 340m/s），通过公式 L = v×t/2（其中 L 为距离，v 为声速，t 为时间差）即可计算出测量距离 。无线传输模块可选用 NRF24L01，它能将测量得到的距离数据发送出去，接收端接收到数据后进行显示和相应的指示 。

关键技术点：超声波的发射与接收控制是关键技术之一。在发射超声波时，需要产生特定频率的脉冲信号来驱动超声波传感器，一般常用的频率为 40kHz，这个频率下超声波传感器的性能较为稳定，能够有效提高测距的准确性。对回波信号的处理也至关重要，回波信号通常比较微弱，需要经过放大、滤波、整形等一系列处理，才能被单片机准确识别 。温度补偿技术也是提升测距精度的重要手段，由于超声波的传播速度会受到温度的影响，通过使用温度传感器，如 DS18B20，实时测量环境温度，并根据温度对声速进行修正，从而提高测距的精度 。

4.2 波形发生器（B - 3）

任务要求：要设计制作一个波形发生器，该波形发生器需能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形 。基本要求有具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能；用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（5 次以下）线性组合的波形；输出波形的频率范围为 100Hz - 20kHz（非正弦波频率按 10 次谐波计算），重复频率可调，频率步进间隔 100Hz；输出波形幅度范围 0 - 5V（峰 - 峰值），可按步进 0.1V（峰 - 峰值）调整 。发挥部分是将输出波形频率范围扩展至 100Hz - 200kHz；用键盘或其他输入装置产生任意波形；增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于 ±3%（负载电阻变化范围：100Ω - ∞）；具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置；可产生单次或多次（1000 次以下）特定波形（如产生 1 个半周期三角波输出）；其它（如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展 > 200kHz、扫频输出等功能） 。

设计思路：基于直接数字频率合成（DDS）技术是一种常见的设计思路。以 AD9850 芯片为例，它是一款常用的 DDS 芯片，能够快速、准确地生成各种频率的波形。通过单片机对 AD9850 进行控制，设置频率控制字、相位控制字等参数，从而实现不同频率、相位的波形输出 。对于用户编辑的特定形状波形，可以将波形数据存储在存储器中，如 EEPROM，单片机读取存储器中的数据并通过 DDS 芯片输出 。

关键技术点：DDS 技术的核心是相位累加器和波形存储器。相位累加器根据频率控制字不断累加相位，通过相位值从波形存储器中读取对应的波形数据，再经过 D/A 转换和低通滤波，得到所需的模拟波形 。在频率合成过程中，频率分辨率和杂散抑制是关键指标。提高频率分辨率需要增加相位累加器的位数，而降低杂散则需要优化电路设计和参数设置 。对于用户编辑波形的实现，需要设计合理的人机交互界面，如键盘输入、触摸屏输入等，方便用户输入波形参数和数据 。

5. 参赛总结与经验分享

参加 2014 年电子设计大赛，对我来说是一次极具挑战但又收获满满的经历。在准备过程中，我对电子设计的各个领域有了更深入的学习，从电路设计、硬件制作到软件编程，每一个环节都让我不断提升自己的专业技能。在团队协作方面，与队友们一起攻克难题、共同讨论方案，让我深刻体会到团队的力量。我们在遇到问题时相互鼓励，在取得进展时共同欢呼，这种团队精神不仅有助于比赛的顺利进行，也为我今后的学习和工作积累了宝贵的经验 。

对于想要参加电子设计大赛的朋友，我的建议是：首先，要提前做好充分的准备，熟悉常用的电子元器件、电路设计方法和编程技巧，多做一些相关的练习题和项目，积累经验 。其次，在比赛过程中，合理安排时间至关重要，制定详细的计划，确保各个环节都能按时完成 。在选择题目时，要充分评估自己团队的能力和优势，选择一个既有挑战性又在能力范围内的题目 。另外，团队协作不可或缺，明确每个成员的分工，充分发挥各自的长处，遇到问题及时沟通解决 。同时，要善于利用网络资源和图书馆资料，遇到难题时，可能在网上就能找到相关的解决方案或参考资料 。

电子设计大赛是一个锻炼自己、提升能力的绝佳平台，无论最终成绩如何，在这个过程中所学到的知识和积累的经验都将让你受益终身。希望大家都能积极参与到这样的赛事中来，在电子设计的世界里尽情探索，收获属于自己的成长与进步 。