杭州电子科技大学|三个稳扎稳打的TI杯乘风少年

2022-02-16 09:06
媒体报导
摘要:速来见证三位少年的成长!

2021年11月4日,杭州小雨,是一个平凡的星期四,却也是2021年TI杯全国大学生电子设计竞赛开赛的日子。在江浙冬季略感萧瑟的微风中,三个来自杭州电子科技大学的少年再次聚集在实验室中。


受新冠疫情影响,原定于8月底完成的比赛延期至11月。在比赛延期的时间里,三人的情绪有过起伏,升学、就业等人生道路上的拐点也一起到来。当面临这样的多重压力时,三人不约而同的选择积极调整心态,面对考研、就业和各种发展方向做出理性的取舍。曾经在实验室通宵达旦的执着身影,如今更添一丝成熟和稳重。


时隔三个月,再次回到熟悉的实验室,丁庆辰、林瀚伟、汤嘉航很快就找回了当初筹备比赛时“并肩作战”的状态。不同于开题前的“临时抱佛脚”,三人在赛事延期前就已经做好了充分的积累和准备。扎实的基本功加上积极的心态让三人得以在赛事延期后,依旧保持饱满的状态迎接此次迟到的挑战。


缘起协会

为共同目标而战


三人的缘分还要从杭电的无线电爱好者协会说起,林瀚伟是协会前会长,丁庆辰是新一届会长,汤嘉航是副会长。三位同学在协会中各自聚焦于自己的兴趣,杭电的无线电爱好者协会注重同学们自身的兴趣和全面发展,不仅是竞赛方向,对各个方向都有涉猎和探讨。三人在协会时就和TI有过接触,这一切都源于TI与杭电自2008年起便开始的通力合作。为培养优秀的专业人才,TI与杭电携手开展省级电赛,并共同建造了杭电-TI DSP方案联合实验室。面向不同学院,TI有针对性地提供不同方面的支持,与杭电一同帮助学生掌握使用TI器件进行开发的能力。针对通信学院,TI与杭电合作开发了TI MSP430单片机相关创新实验课程;TI为来自电子学院的同学提供电赛培训;同时与自动化学院合作C2000课程。


“TI大学计划的老师经常会提供帮助,比如向TI老师提问,或者申请样片进行授课。TI精密实验室的课程可以增长对ADC、运放等的了解,这也是为什么我们选泽A题的原因。我们注意到A题看起来不同于传统的仪器仪表题,先使用一块FPGA+和一块DDS模块,然后再去做一些数字信号处理之类的工作。这种观察和想法或许是我们最终能取得A题第一的契机。”


杭电与TI的深入合作是高校与企业共同合作,以赛促教、以教促赛的成功代表案例。合作中的指导老师基于自身研究方向贡献了课程、教材,电赛培训等方面的教学支持,如骆懿老师的《基于TI MSP430的实验实践课程》及刘圆圆和盛庆华老师的《基于电子设计竞赛的实践培训》。


比赛最终作品图片


基于对题目更加深刻独到的看法,三人进行了明确的分工。在比赛中,丁庆辰主要负责软件程序的编写,以及软件算法的仿真工作;汤嘉航负责硬件制作;林瀚伟,负责硬件的设计,并和汤嘉航一起进行全套硬件设计和方案制定。在这次参加TI杯前,林瀚伟已经获得了TI模拟邀请赛全国二等奖,丁庆辰在大一时也参加过FPGA创新设计竞赛,除了相关赛事经验外,三人也保持着相对轻松积极的精神状态。汤同学提及比赛期间的保持效率的关键就是良好的精神和充分的休息。在四天三夜的比赛中,从选题到算法仿真和方案确认,再到硬件设计制作和软件调通,最后进行调试和优化,三位同学有条不紊地保持着节奏和状态。



丁庆辰、林瀚伟、汤嘉航 在实验现场操作


夯实基础

灵感源于积累发现


“我觉得此次比赛的题目与以往相比的不同之处在于以小见大,往年的题目更像是在搭积木,不断地连接模块。但今年的题没有采用这样的模式,而是小中见大,更注重考察学生的基本功,结合创新精神,鼓励学生产生不断夯实基础的动力。”


提到题目,三位同学几次提及“基本功”这一关键词。本次TI杯A题的要求是设计制作信号失真度测量装置。总谐波失真度测量仪在现实生活中的应用比较广泛,在如今一些微电网、逆变器、新能源汽车,或者家用电器上,可以通过测量仪评估它们对电网产生的影响,产生一个数学上直观的量化评价方式。


对于TI产品的熟悉,以及TI相关Datasheet和论坛为三名同学在这次赛事中的优势提供了灵感。基于平时对TI设备的了解,三名同学很快发现根据题目,如果进行直接采样,必须满足采样定理(即采样率需达到1M以上),效果可能会远低于预期。


“因为我们做不到完美的抗混叠滤波器。对于TI的MCU产品线,即使是C2000也只内置了2M的ADC,相较于MSP432,并没有达到数量级上的优势。后来查阅资料,我们确定使用等效采样的方式。在Matlab算法仿真后,我们发现这个方案是可行的,并且效果非常好,所以最后我们就选择这个方案,开始后续硬件制作。”


在三人快速制定方案后,其他的挑战接踵而至。等效采样同样具有限制,即基波频率的精确测量。为了解决这一问题,三名同学选择使用锁相环去测量基波频率,实现了快速、准确地测量信号的失真度,最终采用MSP432就完成了整个系统的制作。而面对基于MSP432微控制器的ADC,丁庆辰坦言这也是他第一次调试这个设备。TI论坛又一次发挥了价值,三名同学发现论坛上的帖子介绍了多通道的DMA采集。论坛中TI的工程师不仅给出了源代码,而且添加了很多注释,为同学在比赛中的灵活应用提供了极大的帮助。


同学在调试比赛作品


“我们在第一天就把整个系统驱动都调通了,第二天专注于算法上的优化和打磨,可以说我们在两天的时候就完成了基本功能的实现,剩下时间我们用来优化细节,追求指标,第四天就是撰写和修改报告。”


从题目基础部分要求的5%的误差,到发挥部分要求的3%,再到最终实现的误差0.2%,每一次前进都是三人讨论、互相信任的结果。在杭电无线电协会的实验室,在每一次浏览TI论坛和Datasheet,在每一次下单TI芯片后的实验,丁庆辰、林瀚伟、汤嘉航三人在日积月累中潜移默化地成长。而前期无数次的实验、学习塑造出的坚实基础,也在这次比赛中得到了迸发和绽放。


就像汤嘉航同学提到的那样:“全国大学生电赛的初衷是鼓励大家学习成为优秀工程师的各项技能。这样返璞归真的题目,应该会帮助大家摆脱浮躁的唯指标论,回归到基础知识的赛道上。”在当下愈加喧嚣的时代里,每一个寻常的星期四,在杭电的实验室里,这三个喜欢从书籍、论坛和日积月累的实验中收获成长的身影,依旧在传递着对电子信息工程最美好纯粹的热爱。