2021年电子竞赛四天三夜征程—-信号失真度测量装置（A题）

Posted 2022-01-04 嵌入式历练者

2021大学生电子设计大赛

• • • • 1.前言
      • 2.正文
      • 3.精彩片段分享
      • 4.信号失真度测量装置（A题）试题

1.前言

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    四天三夜的电赛在忙碌中结束了，今年为国赛，无论哪个方面都很重视电赛，也为我的大学生活留下了浓墨重彩的一笔。谨以此写下这篇博客留念，本篇博客写下一些体会和感受。

2.正文

    今年我们选择的题目是信号失真度测量装置（A题），指定用Ti板子来做，我们采用的是MSP432P401R做主控芯片，采集数据的也是这块板子的AD采集，经过FFT频谱分析处理后显示在液晶屏上和通过蓝牙发送数据手机端，显示波形和THDx值和归一化幅值。

    做这道题最大的信心和动力是暑假集训的时候，指导老师叫我们用过Ti这一块板子,当时我们小组分工，我去熟悉Ti的板子，一块是MSP432P401R（如前面所说在电赛中A题用上了），一块是TM4C129ENCPDTI3板子，这板子是学习和调试以太网用的，往年赛题有一道基于互联网传输的一道题，从现在的电赛的方向来看，这种“物联网”，万物互联趋势方向很热，这种新型题会出的越来越多。在今年2021电赛也出现了这种题—基于互联网的摄像测量系统（D题），这道题出来了我们也考虑过，但因为涉及到摄像和互联网传输，综合难度大，加上我的Open mv玩的很烂，Open MV是我之前的队友调的，后来因为2021年电赛疫情延期11月4日，考研队友退赛了（难过难过），而且她的软件能力比我要好，她退赛后我压力一下就上来了。

    Ti的板子队内只有我最熟悉，所以A题搞得我压力特别大，我记得前面2天还好，第二夜也只是三点钟就睡了，只有第三夜我测量1KHZ的THD到了凌晨4点钟，靠着椅子睡了20几分钟，当天夜里天一下就冷了下来，当天正是立冬，后来起来后就用函数发生器发出1到5次谐波来测量我们装置的测量精度，题目基本要求是测量THD失真度与标称值要<5%,而发挥部分<3%，当时一直测到早上10点钟，熬了个通宵，说到函数发生器，太难过了，一般函数发生器不缺，但是能发出谐波的函数发生器也只有两台，后来录视频的时候函数发生器不够用，本来时间就很急，作品要封箱，视频要上传，当时因为我脑子太疲惫了加上一点紧张，录视频的操作函数发生器的时候老是出错，出错就得重来，视频是不允许剪辑的，反正搞得我很自闭，当时脑子很混乱，从熬了通宵到录视频这段视频都没有休息，哈哈，当时最后作品焊在在一块面包板上，在连接蓝牙模块时，ti单片机的串口Rx（P3.2）和Tx(P3.3)连到蓝牙的Tx和Rx,当时太累了，怕出错一直念叨引脚号。

    电赛中学到了太多的调试技巧了，我一想起就觉得以前的单片机学习都学了个寂寞，解决问题能力很重要，有些程序你都不知道为什么错了，你找不到一个验证你想法是否正确的方法。有些时候找到出错的地方反而比写程序难，调试能力及使用调试工具的能力，来验证自己的一些思路想法。可以看看这篇博客

调试手段是教不会的，而是自己亲身实践出来的。那笔者撰写这篇文章的意义何在？一个人的发展始终会受限于自己的眼界，会当凌绝顶,一览众山小,笔者想要带你们览下群山风景，至于最终能不能攀登上来就看你们各自的本事和毅力，本文只是起到一个抛砖引玉的作用罢了《程序是调试出来的》嵌入式Keil5的调试技巧

    Keil中的调试工具非常的多，但你要用到炉火纯青的地步确实不容易。当时用Ti的板子时，即用了以前最熟悉STM32单片机的Keil5工具，也用了Ti的CCS软件，Ti的软件CCS软件也不错，按下ctrl，移动鼠标点击函数代码可以跳到其定义，只是我们那块ti的MSP432的库函数底层实现函数被封装在ROM里面的，不能直接方便查看，当时挺无语的。

    Ti文档也写的不错，哈哈，我一定要好好学习英文，这几天搜狗翻译帮了我大忙，虽然专业不如Google,但他翻译是免费的！不过Ti的那块板子MSP432P401R我要好好吐槽下，以前CCS软件上我记得有MSP432P401R的资料文档，不知道现在为啥现在没有了，现在只能去TI官网下载，加上MSP432的板子分为黑色和红色，那黑色那块下载程序慢的离谱，我用到是ST-JLink下载才正常下载。红板子下的很快，而且两块板子的原理图是一样的，按键布局两块有点不一样（但对应的引脚都是一样的），但有时候黑板子的程序到了红板子会出现莫名其妙的问题，板子我跳进去的坑有点多了，有点无语。

     还有Ti板子特容易烧，当时实验室就莫名其妙烧了一块，你想做测量用的，一些小问题就非常影响测量精度。加上Ti的板子MSP432没有STM32网上那么火，网上资源很少，自然一些坑的解决方法就少，当时我是6月学的MSP432，blibli和其他网站上MSP432的课程和资料非常少，电赛期间我去搜索的时候，资料才稍微多了起来，但那些博主多是9，10月份录制的。

    2021.11.13当我写到这里时候，我们已经在11.12日进行了本赛区的测试，但这个测试的要求大大超出我们的所料，在之前，我们的录制视频过后，应该是被评委老师择优选择过的，当时我们实验室5个小组做的A题，就有4个小组进了复测的名单。不过第一次复测（不知道有没有第二次复测），评委老师出的测量要求确实超出我们的意料，考察角度极其刁钻，这道基本要求和发挥部分要实现的功能（装置液晶显示和手机APP显示）等，我们小组都已经完成，那这道题要有区分度就得要拼测量精度，比赛期间我们测量了大量的数据去调整我们的程序算法，当时发挥部分信号精度要求是：

（1）输入信号的峰峰值电压范围：30mV~600mV。
（2）输入信号基频范围：1kHZ~100kHZ。
（3）测量并显示输入信号失真度THDx的值，要求误差<=3%。

    我们一开始为了输入信号基频范围而努力，从1KHZ变到10KHZ,然后突破到20kHZ,…50kHZ…最后达到了100kHZ,在这期间感觉测量了好多数据来分析，A4纸着实用了不少，哈哈，测量数据，恐怕现在我最擅长使用的电子器件就已经包含那台能谐波的函数发生器，确实我们当时一心想着测出100kHZ高频信号，甚至一致认为评委老师会着重考察这方面，为测量信号数据的稳定性（最初信号100kHZ时，测量数据不稳定，波动较大）方面和精度（当时要求是<3%,但有时多测几次，可能会超出3%）而一直努力。

    但我们只猜对了一半，比赛期间我们测量输入信号的峰峰值的时候，我们装置的极限就是基波峰峰值40mV（而且要在失真度比较大的时候，也就是说加的谐波幅值要比较大的条件下），当时我们想评委老师那方要想完整测出40mV甚至30mV怕是有不小的难度，结果，有些事真的，你越怕什么他就越来什么!!!

     当时我们开始复测时，全是测极限数据，评委老师们完全不走寻常路，不按照常规出牌，复测一共测量三组数据，第一组数据1kHZ,就是5次谐波起步，当时函数发生器按出的波形，当时我都紧张起来，波形已经完全与标准的正弦波已经相去甚远，当时心里想：这是个啥玩意？不过这一组我们还是测量出来了，然后第二组数据50kHZ，谐波次数为5次，只有两组谐波有幅值，其余为0的，谐波次数还是跳着来，这一组还行，只是让我愣了一下：还能这样给谐波？（以前我们测数据都是比较常规的）！！！注意最难的来了，第三组数据，信号频率直接干到100kHZ,你以为这样就完了吗？NO，他又给出了让我不想要看见的数据，基波峰峰值40mV（注意是峰峰值！）。

     最后，你以为这样就完了吗？NO!NO!NO!他给的谐波数据就很离谱！要求五次谐波，但只有一个谐波有幅值，其余为0，主要是他给的谐波幅度也超低—–5mVpp,哦，好了，第三组数据，OK，我们没测量出来，THDx为0（原来测数据期间我们60kHZ时，勉强能测出40mV），后来评委老师说：你们还有什么需要向我们展示的？我们反映说我们极限在60kHZ左右。评委老师叫我们测一下60kHZ，结果THDx还是为0，但是可喜的是波形在液晶和手机APP可以绘制出来，但是评委不认可，因为THDx为0。

    后来我反应过来，因为给的谐波幅度太低了（5mVpp）,又是如此高的频率100kHZ，我们的算法程序处理采集的结果，就把THDx公式中谐波幅度直接就认定为0了，而谐波幅度在公式的分子上，所以这就是结果THDx=0，但波形我们能测出的原因！如果上天再给我一次机会，我一定会说：评委老师，把谐波幅度稍微给大一点吧，我们装置至少能接近标准答案！最后评委老师叫我们测量一个占空比50%的方波（具体参数记不得了），这个算是稍微为第三组数据加上了一点分吧（具体的我也不清楚，三组的标称值评委老师不告诉我们）。哎！第三组数据太难了，太极限了，三个极限参数加在一起，我感觉的出来，这是直接选最顶尖的做法啊，把差的，中等及中上等全部放在一个篮子里，只有最顶尖的放在另一个篮子里，其他层次就没有多少区分度！

    先写到这吧，等测评结果出来吧!

3.精彩片段分享

确认题目的第一天，看到后面的泡面没有

正在安安静静调试板子，通过串口测试数据

我的队友正在奋笔疾书写报告（因隐私作了处理）

测大量数据改进算法

4.信号失真度测量装置（A题）试题

其他赛题入口： TI杯2021年全国大学生电子设计竞赛赛题公示
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总结一下2021年全国大学生电子设计大赛A题用到的MSP432P401开发板
虽然不如Google,但胜在免费：搜狗文档翻译
MSP432芯片包查阅：TI官网：https://www.ti.com/