最近有很多准备参加大学生电子设计竞赛的同学在问2026年电赛的仪器仪表类题目会怎么出尤其是“李萨如图形显示控制装置”这个方向到底该怎么准备。作为电赛老话题“波形产生 相位控制 显示”一直是命题组非常喜欢考察的能力组合而李萨如图形恰好能把信号源、相位控制、波形测量和显示这几块知识串在一起。这篇文章就以“2026年电赛F题_李萨如图形显示控制装置”为分析对象结合立创EDA做PCB设计、开关电源供电方案、STM32/DDS信号产生方案给出一套完整的准备思路和可落地的工程方案。不管你是第一次参加电赛的新手还是已经有了一定硬件基础、想冲国奖的老队员这篇文章都能给你一个相对完整的参考框架。1. 李萨如图形显示控制装置的题目定位与命题趋势分析1.1 这类题目考的是什么李萨如图形Lissajous Figure本质上是用两个互相垂直的正弦信号分别加到示波器的X通道和Y通道在屏幕上合成出来的轨迹图形。当两个信号的频率比和相位差满足一定条件时屏幕上就会出现稳定的椭圆、圆、8字纹或更复杂的闭合曲线。这里有两个关键能力信号产生能力必须产生两路频率、幅度、相位都可控的正弦波。相位控制能力两路信号的相位差要能连续调节并且频率比要能精确设定否则图形无法稳定显示。放在电赛的环境里这个题目对硬件的考察点非常集中信号发生器模块、可控增益放大、滤波、显示驱动、人机交互以及整个系统的电源设计。几乎每一个模块都是电赛的高频考点这也是为什么李萨如图形类题目被很多指导老师看作“必练题型”。1.2 为什么近年信号源和显示控制类题目热度高从近几届电赛来看仪器仪表类题目的共同特征是“信号处理为主控制为辅”。题目通常会给你一个明确的功能需求例如输出两路正弦波频率范围覆盖几十赫兹到几十千赫兹相位差数字可调调节精度要求较高输出幅度可调且要求带一定负载能力能在显示设备上绘制或模拟显示波形能手动或者自动扫描让李萨如图形按照预设轨迹变化。这类题目和传统的纯控制题不同它不需要复杂的机械结构也不需要很强的运动控制算法但对模拟电路细节、信号完整性和软硬件联调能力要求很高。准备这类题目性价比其实很高因为模块都是标准化的。1.3 2026年F题的命题预判思路虽然2026年电赛的正式题目还没有公布但从李萨如图形这个素材来看命题组大概率会往“显示控制装置”这个方向延伸。可能的变化方向包括以下几个方面基础显示两路正弦波输入要求在屏幕上稳定显示李萨如图形且频率比和相位差可调。自动测量装置自主测量输入信号的频率比、相位差并显示对应数值。图形变换一键切换不同频率比1:1、1:2、2:3、3:4等并保持图形稳定、不漂移。扫描与轨迹自动连续改变相位差或频率比展示图形的动态变化过程。因此真正要准备的不是某一道具体的题而是“信号产生 相位控制 显示 电源”这套完整能力链。2. 李萨如图形的数学原理与稳定显示条件2.1 平面上的李萨如图形方程李萨如图形在数学上可以表示为X(t) A1 * sin(2π * f1 * t φ1) Y(t) A2 * sin(2π * f2 * t φ2)其中f1、f2 是两路信号的频率φ1、φ2 是两路信号的初相位A1、A2 是两路信号的幅度。当把 X(t) 和 Y(t) 分别送到示波器X通道和Y通道时屏幕上显示的就是这两个参数方程组合出来的轨迹。如果 f1:f2 1:1并且 φ1 - φ2 0显示为一条直线当相位差为 90° 时显示为一个正圆其他相位差则显示为椭圆。如果 f1:f2 1:2图形会变成“8”字形不同的初始相位会改变“8”字的开口方向。2.2 图形稳定显示的根本条件很多同学第一次做李萨如图形时发现图形总在缓慢旋转或者抖动根本原因是两个信号的频率比不是严格的有理数比。假设 X 通道频率是 1000.0HzY 通道频率是 2000.0Hz那么频率比是精确的 1:2图形是稳定的。但如果 Y 通道实际输出是 2000.3Hz频率比变成 1:2.0003图形就会以大约 0.3Hz 的差频慢慢转动。因此稳定显示李萨如图形有两个硬性条件两路信号必须共用一个高稳定度时钟基准保证频率比精确。相位差调节要能够精细控制建议步进小于等于 1°显示精度要求不高时可以放宽到 5°。这也是为什么在方案选型时大家更倾向于使用 DDS 芯片或带有高精度时钟的 MCU DAC而不是用 NE555 这类模拟振荡器——模拟振荡器的频率精度和稳定性很难满足图形稳定的要求。2.3 相位差与图形形状的关系速查为了方便后续代码和功能设计这里给出常用参数对照频率比 f1:f2相位差 φ1-φ2图形特征1:10°斜直线1:145°椭圆斜椭圆1:190°正圆1:20°开口的“8”字形1:290°类似“8”字但开口方向变化2:3任意更复杂的闭合曲线在设计交互界面时可以把这些常用参数预设成快捷键方便比赛现场快速切换展示。3. 硬件总体方案与关键器件选型3.1 总体架构基于以上原理分析完整装置建议采用如下总体架构人机交互按键 旋转编码器 OLED ↓ STM32F103/F407 主控 ↓ ↓ DDS / DAC 信号产生 → 低通滤波 → 输出驱动 → X/Y 输出 ↓ 显示模块OLED / TFT / 外接示波器 ↓ 电源模块外部电源 → 开关电源 → LDO → 多路供电数据流方向是主控根据用户设定计算两路正弦波的频率和相位参数然后将参数写入 DDS 或 DAC 输出寄存器产生两路模拟正弦波两路信号经过滤波和幅度调整后输出到示波器 X/Y 通道或者直接用来驱动屏幕绘制。3.2 主控选型从电赛的普遍使用情况来看STM32F103C8T6 和 STM32F407VET6 是出现频率最高的两款芯片。STM32F103C8T672MHz主频内置 12 位 ADC、12 位 DAC部分型号资源够用价格便宜学习资料非常多适合大多数队伍。STM32F407VET6168MHz主频内置 FPUDAC 性能和定时器资源更强适合需要较高输出频率或希望用定时器DMA做更复杂信号发生的队伍。具体用哪一颗取决于你希望信号产生方案采用 DDS 芯片还是 MCU DAC 查表法。如果采用 DDS 芯片STM32F103 就足够如果希望整个信号链路完全由 MCU 控制用 STM32F407 会更从容。3.3 信号产生方案的对比产生两路正弦波主流方案有三个方案优点缺点适用场景MCU DAC 查表法不增加额外芯片频率和相位控制灵活MCU 占用高高频率时波形点数不足频率 10kHz 以下、结构简单DDS 芯片AD9833/AD9834频率精度高、相位可调、MCU 负担小需要额外芯片和 SPI 驱动频率范围宽、需要高精度频率比模拟振荡器NE555 等电路简单频率漂移大、相位控制困难不推荐除非题目明确要求从 2026 年 F 题的“显示控制装置”定位出发我建议优先考虑DDS 或 MCU DAC 查表法。如果队伍对 DDS 不熟悉用 STM32 内置 DAC 配合 DMA 输出两路正弦波也可以达到不错的效果关键是把相位累加逻辑做对。3.4 输出驱动和滤波DDS 或 DAC 输出的信号通常是阶梯波必须经过低通滤波器才能变成平滑的正弦波。常用做法一阶 RC 低通结构最简单适合频率固定、谐波要求不高的场景。二阶有源低通Sallen-Key对幅度保持较好适合做固定截止频率的平滑滤波。运放输出级滤波后的信号经过运放缓冲再送到输出端口提升带负载能力。如果题目要求输出端能驱动更重的负载比如直接接一个小功率扬声器或者需要驱动长线可以在输出级加一个功率运放例如 OPA548 这类芯片但要注意散热和供电余量。4. 核心硬件电路设计详解4.1 基于 STM32 DAC 的双通道正弦波产生电路为了降低门槛先给出一套基于 STM32 内置 DAC 的双通道信号产生方案。这个方案不需要额外 DDS 芯片适合前期快速验证算法也适合做低频率段的基础功能。电路核心包括STM32 DAC 通道 1 输出 X 信号STM32 DAC 通道 2 输出 Y 信号两个通道各接一个二阶低通滤波器滤波后接入运放跟随器提高输出驱动能力。滤波器参考电路参数可按以下方式设计以截止频率 20kHz 为例// 二阶 Sallen-Key 低通滤波参考参数截止频率约 20kHz // R1 R2 3.3kΩ // C1 1nF // C2 2.2nF实际参数需要根据 DAC 更新率和输出频率范围调整。如果输出频率最高只有 5kHz截止频率可以降低到 10kHz 左右滤波效果会更好。4.2 基于 AD9833 DDS 的信号发生电路如果希望把频率范围做大、频率精度做高推荐用 AD9833 作为信号发生核心。AD9833 是 ADI 公司的一款低功耗可编程波形发生器支持 SPI 接口频率寄存器为 28 位时钟频率常见为 25MHz 或 75MHz输出频率精度可以做到非常细。典型电路连接AD9833 引脚连接目标SCLKSTM32 SPI 时钟SDATASTM32 SPI 数据FSYNCSTM32 普通 GPIO低有效VCC3.3VAGND模拟地OUT接低通滤波器AD9833 输出的是电流型波形需要外部接一个运算放大器做 IV 转换和幅度调节。可以使用 MCP6002、TL072 这类通用运放。4.3 电源模块设计电赛中电源是非常容易翻车的地方。李萨如图形显示控制装置虽然整体功耗不高但如果使用了 DDS、运放、OLED 和按键背光瞬态电流变化还是会影响信号质量导致图形抖动。推荐采用两级电源结构外部输入USB 5V或者 12V 直流适配器。第一级开关电源Buck把输入降压到 5V 或 3.3V提升转换效率降低发热。第二级LDO 稳压给模拟电路和 MCU 提供干净的电源。一个典型的 Buck 电路使用 TPS5430、MP2307 这类芯片输出 5V再接 AMS1117-3.3 给 MCU 和 DDS 供电。这里要特别注意的是Buck 输出纹波比较大必须经过 LC 滤波或 LDO 后再供给模拟电路模拟地和数字地要单点连接避免数字噪声串入模拟信号DAC/DDS 的参考电压VREF要单独滤波不能直接从数字电源取。4.4 显示与人机交互模块显示模块常用的有两种选择OLED / TFT 显示在装置本地显示当前频率、相位差、频率比等参数适合脱离 PC 独立运行。外接示波器显示直接输出 X/Y 信号到示波器图形最清晰但需要额外的仪器。人机交互建议用“旋转编码器 按键”组合一个编码器负责调节频率比或相位差按键负责切换调节对象OLED 实时显示当前值。这样在比赛现场操作效率高也不用额外接键盘。5. 固件与算法实现5.1 系统软件架构固件整体可以分成四层硬件驱动层DAC、SPI、GPIO、定时器、OLED 驱动信号控制层频率相位参数计算、波形表更新、DMA 搬运人机交互层按键扫描、旋转编码器、菜单逻辑业务逻辑层频率比切换、相位差步进、图形自动扫描。这样的分层好处是比赛现场发现问题时可以快速定位是硬件问题还是驱动问题避免把所有代码揉在一起调试。5.2 正弦波查表生成如果使用 MCU DAC首先要预生成一张正弦波查找表。查找表大小可以选择 256 点用 uint16_t 表示 12 位 DAC 输出值。生成代码如下// 文件路径src/signal_table.c #include stdint.h #include math.h #define TABLE_SIZE 256 #define DAC_MAX 4095 uint16_t sine_table[TABLE_SIZE]; // 初始化正弦波查找表输出范围为 0 ~ 4095 void sine_table_init(void) { for (int i 0; i TABLE_SIZE; i) { double angle 2.0 * 3.14159265358979 * i / TABLE_SIZE; double value 0.5 0.5 * sin(angle); sine_table[i] (uint16_t)(value * (DAC_MAX - 1)); } }这段代码比较好理解先把角度归一化到 0~2π再映射到 0~4095 的 DAC 输出范围。输出端接电容隔直或者用减法器去掉直流分量就得到正负对称的正弦波。5.3 双通道 DMA 连续输出STM32 的 DAC 支持 DMA 连续传输。我们可以把两张波形表X 表、Y 表准备好用 DMA 循环搬运到 DAC 的两个通道实现双通道正弦波输出。核心思路如下// 文件路径src/dac_output.c #include stm32f1xx_hal.h extern uint16_t sine_table[TABLE_SIZE]; // X 通道波形表与 Y 通道波形表 uint16_t dac_x_buf[TABLE_SIZE]; uint16_t dac_y_buf[TABLE_SIZE]; // 根据相位差和幅度生成两张表 void waveforms_update(uint16_t phase_diff_deg, uint16_t amp_x, uint16_t amp_y) { uint32_t phase_step (uint32_t)phase_diff_deg * TABLE_SIZE / 360; for (uint32_t i 0; i TABLE_SIZE; i) { // 计算 X 表索引 uint32_t x_index i % TABLE_SIZE; uint32_t y_index (i phase_step) % TABLE_SIZE; // X 通道幅度在 amp_x 附近调整Y 通道幅度在 amp_y 附近调整 uint32_t x_val (uint32_t)sine_table[x_index] * amp_x / 4095; uint32_t y_val (uint32_t)sine_table[y_index] * amp_y / 4095; dac_x_buf[i] (uint16_t)x_val; dac_y_buf[i] (uint16_t)y_val; } }不过这里有一个细节要注意DMA 同时搬运两个通道时内存中需要把 X、Y 数据交错存放因为 DAC 双通道的 DMA 缓冲区是“半字、半字交替”的。实际代码可以这样组织// 文件路径src/dma_buffer.c #define DAC_BUF_SIZE (TABLE_SIZE * 2) uint32_t dac_dma_buf[DAC_BUF_SIZE]; // 交替存放 X, Y void buffer_fill(uint16_t phase_diff_deg) { uint32_t phase_step (uint32_t)phase_diff_deg * TABLE_SIZE / 360; for (uint32_t i 0; i TABLE_SIZE; i) { uint16_t x_val sine_table[i]; uint16_t y_val sine_table[(i phase_step) % TABLE_SIZE]; dac_dma_buf[i * 2] x_val 0x0FFF; // DAC 通道 1 dac_dma_buf[i * 2 1] y_val 0x0FFF; // DAC 通道 2 } }然后配置定时器触发 DAC DMA 传输让 DMA 不断地循环搬运dac_dma_buf中的数据。定时器更新频率就是每个波形点的输出速率此时输出波形频率可以按下面公式估算f_out timer_clock / (ARR 1) / (PSC 1) / TABLE_SIZE如果定时器时钟是 72MHzARR 设置为 71PSC 设置为 1那么单个点输出频率为 72MHz / (711) / (11) 500kHz经过 256 点查表后正弦波基频约为 1953Hz。实际比赛中要根据需要的频率范围反推定时器参数。5.4 相位差和频率比控制逻辑前面 5.3 节的做法是“整个波形表打满 360 度然后通过相位偏移直接生成两张表”。这种方式在频率比固定为 1:1 时很简单但一旦要求 X 频率和 Y 频率不同例如 1:2、2:3直接偏移就不行了。更通用的是采用相位累加器的思路把两个通道分别看成独立的 DDS 通道。参考代码如下// 文件路径src/phase_accumulator.c #include stdint.h #define PHASE_ACC_WIDTH 32 #define PHASE_INDEX_MASK (TABLE_SIZE - 1) // 假设 TABLE_SIZE 是 2 的幂次 typedef struct { uint32_t phase_acc_x; uint32_t phase_acc_y; uint32_t step_x; uint32_t step_y; } lissajous_t; lissajous_t liss; // 设置频率比 f_x : f_y ratio_x : ratio_y void lissajous_set_freq_ratio(uint32_t ratio_x, uint32_t ratio_y) { // 以 ratio_x 为基准确定 X、Y 的相位步进 // 这里需要注意步进比例需要约分到最简整数比 liss.step_x 1 * ratio_x; liss.step_y 1 * ratio_y; } // 设置相位差单位为 0.1 度例如 900 表示 90.0 度 void lissajous_set_phase_diff(uint32_t phase_diff_tenth_deg) { // 在相位累加器中相位差本质上体现为 Y 通道初始相位的偏移 liss.phase_acc_y (uint32_t)((uint64_t)phase_diff_tenth_deg * (1ULL 32) / 3600ULL); } // 每次更新波形索引返回两个通道的波形表下标 void lissajous_tick(uint16_t *x_index, uint16_t *y_index) { liss.phase_acc_x liss.step_x; liss.phase_acc_y liss.step_y; *x_index (liss.phase_acc_x (PHASE_ACC_WIDTH - 8)) PHASE_INDEX_MASK; *y_index (liss.phase_acc_y (PHASE_ACC_WIDTH - 8)) PHASE_INDEX_MASK; }这种“双独立相位累加器”的方式是通用性最强的方案。无论频率比是多少、相位差是多少只要步进比例正确就能保证图形的长期稳定。当然如果使用 AD9833 这类 DDS 芯片芯片内部已经完成了相位累加MCU 只需要把频率字和相位字写入寄存器即可更加省心。5.5 显示驱动与图形绘制如果题目要求装置自带屏幕显示李萨如图形而不是外接示波器那么还需要把曲线绘制到 TFT 屏上。基本思路是根据当前频率比和相位差用参数方程计算 0~360° 范围内的 X、Y 坐标点然后描点连线。参考代码如下// 文件路径src/lissajous_draw.c #include math.h #define PI 3.14159265358979 // 在 TFT 屏幕上绘制李萨如图形 // 参数频率比 fx/fy相位差 delta_deg绘制范围 screen_w x screen_h void lissajous_draw_tft(uint16_t fx, uint16_t fy, float delta_deg, uint16_t screen_w, uint16_t screen_h) { float center_x screen_w / 2.0f; float center_y screen_h / 2.0f; float radius (screen_w screen_h ? screen_w : screen_h) * 0.4f; float rad delta_deg * PI / 180.0f; for (int i 0; i 360; i) { float t i * PI / 180.0f; // 李萨如图形参数方程 float x radius * sinf((float)fx * t); float y radius * sinf((float)fy * t rad); uint16_t px (uint16_t)(center_x x); uint16_t py (uint16_t)(center_y - y); if (i 0) { lcd_move_to(px, py); } else { lcd_draw_line_to(px, py); // 连接到上一点 } } }这段绘图代码核心就是靠 sin 函数实时计算曲线。为了显示不闪烁可以采用双缓冲机制先在内存中完成所有点计算和缓存再一次刷到屏幕。6. 立创EDA 在电赛硬件设计中的实践要点6.1 为什么电赛队伍推荐使用立创EDA对于电赛这种短周期、高强度的比赛来说PCB 设计工具的选择非常重要。立创EDA嘉立创EDA在国内大学生电子设计竞赛中使用率很高原因很简单免费无需破解学生可以直接使用元件库集成大量常用器件搜型号即可出封装支持从原理图到 PCB 再到 3D 预览的一体化流程与嘉立创打样生态衔接方便下单流程简单。在整个项目前期就可以用立创EDA把底板画出来把 MCU 最小系统、DAC/DDS、运放、电源模块、接口都布局好能省下不少机械时间。6.2 立创EDA 画 PCB 的核心流程一个基于立创EDA的常规流程如下新建工程设置项目名称和保存路径在原理图中放置 MCU、DDS/DAC、运放、电源芯片、按键、显示接口等元器件检查封装确认每个元件都有正确的 PCB 封装特别是运放、电源芯片这类引脚较密的器件连接导线和电源网络使用网络标签梳理电源和地检查 DR C设计规则检查修正未连接网络和间距错误切换到 PCB 编辑器设置板框尺寸布局把电源电路放在一角MCU 放中间模拟信号链路尽量短布线先布电源和地再布模拟信号线再布数字信号线铺铜底层和顶层分别铺地铜模拟地和数字地通过一点连接导出 Gerber 文件或直接下单打样。6.3 与李萨如图形装置相关的立创EDA操作细节针对本装置有几个常见细节值得单独说明2.54mm 间距排针焊盘如果要在板子上预留多个 2.54mm 间距的杜邦接口焊盘建议直接使用立创EDA库中的标准排针封装间距固定为 2.54mm通常有 1×4、1×8、2×20 等标准封装不要手动画焊盘否则容易间距不对。使用 STP 文件生成特殊封装当用到一些非标准尺寸的模块或器件时可以在立创EDA专业版中导入 STP 模型辅助定位封装避免实物安装不上。开窗处理如果电源模块有大电流走线或需要给 MOS 管散热可以在阻焊层开窗让铜箔裸露。在立创EDA中可以通过放置“开窗区域”实现加工后这段铜箔不上绿油。3D 模型预览与导出在比赛前建议用 3D 预览检查器件干涉尤其是电源模块的散热片、按键高度和外壳是否匹配。6.4 信号完整性布板要点李萨如图形装置的核心是模拟信号质量因此布板时要把“信号干净”放在第一位模拟信号线尽量短、尽量直避免长距离平行走线DAC/DDS 输出到滤波器的走线不要跨过数字信号线电源走线要足够宽Buck 电路的输入输出电容要靠近电源芯片晶振下方尽量不铺铜避免杂散电容影响频率稳定模拟地和数字地单点连接通常放在主控芯片下方或电源输入端。这些细节在功能验证阶段可能看不出差异一旦比赛现场环境有干扰图形稳定性就会明显拉开差距。7. 开关电源在装置中的应用与调试建议7.1 为什么不用线性电源直接供电李萨如图形显示控制装置的功耗主要来自 MCU、DDS、运放、显示屏等大约在几百毫瓦到两三瓦之间。如果直接用 7805 这类线性稳压器从 12V 降到 5V压差 7V功耗浪费很严重芯片发热明显。因此在比赛作品中通常会用开关电源先做一次降压再用 LDO 做二次稳压。7.2 常见开关电源拓扑选择电赛电源模块常见的拓扑包括拓扑特点适用场景BUCK降压效率高纹波较大需要输出滤波12V 转 5V、5V 转 3.3VBOOST升压用于低压升高压3.7V 锂电池升 5V/12V反激Flyback隔离型可多路输出需要隔离的场合通常题目前期不必要半桥/全桥功率较大控制复杂大功率电机驱动类本装置用不到对本装置来说BUCK 是最常用的。只要做好 LC 滤波和后级 LDO 稳压开关电源的纹波并不会影响正常显示。7.3 开关电源纹波对图形的影响如果直接把 Buck 输出纹波送入运放电源引脚屏幕上的李萨如图形可能出现细小的毛刺、亮度不均或微弱抖动。这是因为运放电源抑制比PSRR在高频段下降后电源纹波会耦合到信号路径。排查方法很简单用示波器测量运放输出观察信号上是否有高频毛刺断开外部电源改用 USB 5V 供电对比图形是否有改善在运放电源引脚就近加 0.1μF 10μF 去耦电容改善通常很明显。7.4 电源模块快速调试顺序比赛现场调试电源建议按以下顺序空载上电用万用表测量输出电压是否正常带载测试测量输出是否跌落示波器 AC 档测量纹波判断是否在可接受范围检查电源芯片温度异常发热需检查布局和散热确认 MCU 能正常复位和工作最后再接入模拟信号链路观察信号质量。8. 常见问题与排查清单8.1 图形不稳定、缓慢旋转这是做李萨如图形最典型的故障。问题现象常见原因解决思路图形缓慢旋转两路信号频率比不是严格整数比改用 DDS 或统一时钟源检查 MCU DAC 步进计算是否取整图形快速跳动频率字写入不稳定或 SPI 通信受干扰检查 DDS 寄存器写入时序SPI 线路缩短并避免长线波形周期飘移晶振频率不准或温漂使用无源晶振 匹配电容必要时用温补晶振8.2 图形形状错误、显示异常问题现象常见原因解决思路1:1 时图形是圆但 1:2 时图形不对相位差计算方法错误检查 Y 通道初始相位是否乘以频率比系数图形被截断或超出屏幕输出幅度过大调整 DAC 幅度或运放增益图形整体偏移信号直流分量未消除输出端加隔直电容或使用减法电路TFT 屏幕绘制卡顿实时运算太多改用双缓冲或降低刷新率8.3 电源引起的图形抖动问题现象常见原因解决思路图形上方有毛刺电源纹波串入模拟电路加 LC 滤波运放电源引脚就近去耦亮度闪烁屏幕供电不稳屏幕单独供电或加稳压按键操作时图形跳变按键抖动干扰电源按键消抖数字地与模拟地隔离8.4 高频输出时波形失真问题现象常见原因解决思路正弦波顶部变圆运放接近带宽极限换高带宽运放或降低截止频率波形中叠加台阶滤波器截止频率过高降低滤波器截止频率输出幅度随频率增大而下降滤波器通带不平坦选择品质因数合适的滤波器参数9. 电赛备赛节奏与工程化建议9.1 备赛阶段按模块分解不建议整个队伍一上来就追求完整作品。更合理的分工是先把装置拆成几个可以独立验证的模块信号源模块先做出两路正弦波输出频率在 100Hz~20kHz 内可调相位控制模块在信号源基础上实现相位差数字可调显示模块读取当前参数并显示随后实现图形绘制电源模块完成 12V 转 5V、5V 转 3.3V 的稳定供电人机交互编码器、按键、菜单逻辑。每个模块先单独调通再逐步整合。整合阶段出现的问题通常主要是地线干扰、电平不匹配、接口定义不一致这部分需要预留至少两天时间专门解决。9.2 工程文档与测试记录电赛四天三夜时间非常紧如果第一天写的代码到了第三天就忘了逻辑会浪费大量时间。建议队伍提前统一以下文档格式引脚分配表记录每一路信号使用的 MCU 引脚、对应外设版本记录表记录代码和硬件的每次修改测试记录表记录不同频率、相位差下的图形效果和异常表现问题清单记录每次故障的现象、原因、解决方法和时间。这些记录在赛后总结和答辩时也非常有价值。9.3 立创EDA 与 PCB 打样节奏对于电赛不建议在现场从零画板最好提前准备好一块通用底板。以下是一个比较稳妥的时间线赛前 1 个月完成底板原理图和 PCB 设计打样验证赛前 2 周底板焊接完成跑通最小系统赛前 1 周将信号产生、显示、电源模块集成到底板比赛第一天根据题目要求做功能拆分和微调比赛后两天集中调试 bug、完善交互、补充测试数据。如果在比赛现场临时改 PCB非常容易翻车。电赛比的不是谁的板子更炫而是谁的功能更全、更稳定、更经得起现场评测。9.4 安全与规范提醒在实际做板、焊接和调试过程中几个安全底线需要特别注意涉及 220V 或高电压时必须隔离操作断电后再焊接电源芯片输入输出电容不要接反电解电容极性插错会爆裂学生实验装置尽量使用低压直流供电不建议自行改装强电设备在正式给主控供电前先用可调电源限流上电避免短路烧板。10. 扩展方向从李萨如图形到简易示波器如果队伍做好李萨如图形显示控制装置之后还有余力可以考虑向“简易示波器”方向扩展。其实两者硬件高度相似都是输入信号、ADC 采样、显示波形。差别在于李萨如图形装置重点在“信号产生”而简易示波器重点在“信号采集与显示”。扩展点包括增加双通道 ADC 采样将外部信号接入并显示在李萨如图形模式下增加频率测量模块自动测量外部输入信号频率增加相位差自动测量算法在图形显示同时输出测量数值增加自动扫描功能让图形从 1:1 连续变化到 5:4直观展示频率比对图形的影响。如果比赛题目真的有“自动测量相位差”的要求这一部分就能派上大用场。测量相位差的常用方法是对两路信号过零检测然后测量两个过零点之间的时间差换算成相位差。这个方法实现简单在 10kHz 以内精度足够是电赛中最常用的方案。对于想要走得更远的队伍还可以尝试用 FPGA 实现高速 DDS 和高速 ADC直接把频率上限提升到 MHz 级别。这时考题已经超出了“显示控制装置”的范畴但是对工程能力的锻炼是非常大的。李萨如图形显示控制装置这道题硬件上不复杂难点在于每一个环节都要做到位信号产生的频率比要精确相位控制要准确滤波要干净电源要稳定图形绘制要流畅。只要把这几个核心点逐一吃透不管 2026 年电赛 F 题最终怎么出题你都能在赛场上从容应对。从今天开始先把信号源模块和相位控制逻辑在开发板上跑通这是整个装置的地基。地基稳了后续的显示、自动测量、稳定性优化才有意义。
