#TI校园故事# + 我是“玩命之徒”

只看该作者 · 2012-11-1 10:14

　　#TI校园故事# + 我是“玩命之徒”

　　——记2012年TI杯模拟专题邀请赛

　　院系：西安交通大学09级电子科学与技术系

　　2012年的夏天已经离我们渐行渐远，可是对我来说，在这个夏天所经历的事情，是我终生也无法忘怀的。

　　还记得三年前高考填报志愿的时候，家里执意让我报西交的电气，而我拗不过，只好将自己想学的电子填到了第二志愿，最后由于分数不够上电气，我如愿被调剂到西安交通大学09级电子科学与技术系。

　　我对电子设计产生兴趣，可能是因为小时候接触计算机比较早。记得那还是95年左右，父亲由于写研究生论文，借到一台x86的机器，当时跑的还是dos，制表还是CCET。我当时就非常好奇，这究竟是什么东西，可以打印出文本。非常“幸运”的是，用了不久，机子可能是软驱坏了，就把它的机箱打开来，只记得当时看到那里面好多电线，好酷的感觉。再后来，家里买来电脑，看到装箱材料里面有一张不知是哪的电路原理图，一张纸上密密麻麻的全是线，完全不懂把这种东西附在产品里是干什么用的，而同时，我心里就暗下决心，总有一天，我要弄懂这一切。

　　上了西交的电子系以后，第一年成绩很不理想，均分不到80，而且学到的知识貌似与我想像中的电子关系不是很大，后来我才了解到，电子系是偏器件与材料的，基本和单片机，嵌入式，电路板没有关系，我非常的不甘心。就这样进入大二，我对单片机电路板种种玩意还是一窍不通，看到社团里电子部跟我同级人做的电子时钟和单片机最小系统板，并且说一些自己完全不懂的术语，心里真是难受极了，自己来大学一年，究竟学了些什么东西?高数?线性代数?物理?可是别人已经会自己焊电路板，会往可编程芯片里写程序，会用protel画PCB了。我急了，于是赶紧请教社团的同学，问这问那的，后来他让我先去学郭天祥老师的单片机教程，从此我正式步入了电子设计制作的大门，那学期，以至后来的一年，课本上从来没有出现过“单片机”。而当时我又该何去何从，是认真学习本专业的课程，还是学习单片机?可能我一秒种也没有考虑过这个问题，因为我知道自己当时想要学的是什么，我该玩命了。

　　大二上学期的时候，我开始看郭天祥老师的51单片机教程，平时课程很紧张，根本没有时间干其他事，既然常规时间没有了，那总得搞点时间出来啊，所以我就每天晚上看视频，基本每天一节课，看到半夜1点多才睡，然后早上6点多又得起床去上课。以致后来，同学都说我是超人，不需要休息，只有我自己知道，我欠了多少知识，得花多大功夫补回来，我们专业不讲这个，我更要加倍努力地学习，才能追赶上自动化、信息专业的同学。后来视频看得差不多了，就在网上买了自己的第一块51开发板，在上面跑视频里的程序。那个时候，可能因为板子和视频中的不一样，接口有些变化，调一个程序半天调不通，晚上2-3点睡更是家常便饭，我确定我是在玩命了。就是这样地玩命，我的付出也收到了成效，感觉进步很大，差不多知道了单片机的工作原理，之前那些不懂的术语，也慢慢能够理解了。这样一来，我学习的热情就更高了，顺着视频和网友的建议，我又开始看另一套Altium Designer的视频，差不多过了半个月，我已经能画出简单的电路图，并在布线的时候遵守一定的规则了。在这里还是要非常感谢学校工程坊的开放性实验，我报名参加了很多项目，那些项目基本都是现成的电路板和元件，只需要焊接上去就可以用了，去的次数多了，老师跟我也熟了，我也终于等到了我的第一个PCB任务。当时有一个声光控开关的实验，原板的220V输入与一个耐压只有25V的电容离得非常近，我的作品就是因为接万用表测电容电压的时候，把电容和220V短接掉了，后果当然很可怕，电容爆炸了……我的任务就是对这个板子进行修改，使它的布局更合理，更方便测试。现在看来很简单的电路，我当时竟然花了半个月去完成，确实是因为第一次做，好多东西还不是很熟练，总是害怕哪里出差错，所以反复检查，才给老师交的工，最后的结果是令人满意的，板子能够顺利工作，我也得到了宝贵的实践经验。

　　俗话说万事入门难，既然已经入了这个门，下一步的学习便很得心应手了，大二的下学期，我又从网上买了一块S3C2440的ARM嵌入式开发板，开始学习ARM的开发，一开始，我以为从单片机到ARM嵌入式，只不过是接口更丰富，速度更快而已。学着学着，我开始疑惑，为什么好多教程，都把嵌入式开发跟Linux扯上关系呢?学了好久，也在网上看了好多才知道，我的那块ARM9开发板已经厉害到可以跑Linux操作系统了，如果像以前单片机那样操作端口那样用ARM的话，只能叫跑裸机程序，虽然也能完成任务，但是可移植性，通用性，功能都不如跑操作系统。所以我又一头扎入了Linux和嵌入式，还是每天晚上熬到很晚，看国嵌的免费视频，自己再动手操作，到学期末的时候，我终于充分理解了Linux跟嵌入式的关系，后来由于进入了学校的网安实验室，开始做FPGA的开发，所以嵌入式这块就研究的比较少了，感觉从单片机到嵌入式，再到FPGA，转型太快。但是我觉得这不重要，我一直以为重要的不是面面俱到，而是在一个项目需要你掌握某方面的知识时，能够迅速从各种渠道获取相关知识，换句话说，就是玩命地学，最终完成目标。在实验室的一年多时间，我做过FPGA的逻辑，也做过基于FPGA的开发板原理图，也懂得了，玩命是多么地重要，一般来说，在刚接触一个领域时，可能知识会是一片空白，可能和同行的差距很大，怎么办呢?玩命吧!

　　前面说了这么多，可能跟竞赛的关系并不是很大，但是我觉得说这些作为铺垫很有必要，毕竟这些经历是我能够参加本次TI杯的先决条件，试想，如果我当时不自学单片机，嵌入式，FPGA和画PCB，又怎么能够有机会参加竞赛呢。我只是想说，从来都没有什么知识是一开始就懂得的，也不是自己的专业学习什么，就去学习什么，而是自己想要从事什么，热爱什么才去学习什么。由于我的玩命，我的一位舍友同学，可能是受到我的影响，看到我用单片机控制上面的LED依次亮起熄灭，觉得非常神奇，也开始问我怎么做到的，我便把单片机的概念跟郭天祥老师的教程介绍给他，他也便开始学习起单片机，而我这位舍友，就成为了我这次参加TI杯的队友，我每每想到这里，都不由地感慨环境对一个人的影响究竟是如何大，试想，如果没有当初社团的同学谈论那些我完全不懂的术语，我又怎么会自惭形秽，玩命学习相关知识，如果没有我玩命学习单片机，又怎么会有舍友也跟着我学，就不会有后来我们一起参加TI杯了。从这个角度看，我无疑是个幸运的人，很庆幸有社团那群热爱单片机的同学。

　　说到参加竞赛，事情可谓是一波三折，最初想参加电子设计竞赛，是大二下学期当。时是单数年的全国竞赛，刚学会单片机，懂一点嵌入式，学过一点模电，数电课程一点没学的我，就跟社团，还有工程坊开放实验认识的两个同学组队报名了。不幸的是，我们的队伍都是大二的，没有找到大三的学长带，我们没能通过初选。虽然我觉得我有能力，但是看样子我们的队伍仍然没有得到指导老师的信任，直接就被刷掉了，连赛前培训都没有机会参加，心情真的非常糟糕，很失落的感觉，也是非常不甘心，但是这是没有办法的事情，毕竟数电要等到大三才开始学，大二的知识非常有限，老师对我们的情况也不了解，谁都不可能把机会给基础知识都不全的队伍。11年的竞赛，我没有能够参加，取而代之的是我报名参加了网安实验室的暑期实习，并成功进入实验室开始做FPGA的相关开发，现在看来，竟然是把坏事变成了好事。在实验室里，我得到了更多的锻炼，实验室的老师和同学给了我很我的启发与指导，我依然是玩命地做事，那时候，我已经习惯了晚上1点以后睡觉，可能对身体真的是不太好，但是玩命之徒总有安慰自己的办法：年轻的时候，就应该多拼一拼，等到老了，连玩命的机会都没了，那时候就只有后悔。接下来进入大三了，课程的内容可谓是神课，概念跟公式都很难理解，基本都是和物理与材料方面的关的，依然没有一门课是讲单片机的，除了我那位舍友，系里鲜有人懂得单片机，我除了庆幸，还是庆幸。

只看该作者 · 2012-11-1 10:14

　　大三下学期开始了，我舍友因为进了机器人足球队，跟电子竞赛的有关一些老师关系还算比较熟，就开始跟我说电赛的事情，问我要不要跟他一起，我当然愿意了，于是我们开始去信通系的那门跟竞赛相关的实验课，跟竞赛的指导老师也算是有了几分眼缘，毕竟竞赛基本都是信息，自动化和电信硕的同学参加，一下有两个电子的同学组队参加，我都有很奇怪的感觉。虽然如此，我们还是硬着头皮去混课，最后我和我舍友，还有信息系的一个女生组成的队伍终于被选入了TI杯电赛大名单，进行为期一个月左右的培训。我因为之前做单片机和嵌入式还有FPGA，写程序这方面比较熟一点，就担当起了我们队里程序员的重任，舍友跟另外一个信息系的女生主要是系统方案设计跟电路实现。

　　竞赛培训的时候，我也第一次接触到了TI的430系列单片机，参加省赛时用的是G2553，国赛时用的是F5529。虽然之前学过单片机，但是那是51系列的单片机，端口操作很简单，只需要一条语句就可以实现，但是像SPI和I2C，都是要根据协议进行模拟的，很浪费处理器资源。用上MSP430以后，给人的第一印象是，和之前玩过的2440裸机程序操作方式很想象，都是操作寄存器，来控制GPIO，或是相关的模块。让我感到比较意外的是，这个系列单片机的开发环境CCS是基于eclipse的，这让人用起来觉得非常顺手，而且有一个430ware系统，里面例程比较全，当时在配时钟跟定时器的时候，”偷懒“抄了好多里面的程序。但是在培训的后半阶段，有一两个题目的程序稍微有些复杂，需要分四路对AD进行采样，还要在屏幕上输出实时数据，这让主频最高只有16M的G2553有些力不从心，屏幕的输出出现了很明显的闪屏现象。我开始寻找原因，发现我每次切换AD采样通道的时候，都要对AD的通道相关寄存器重新赋值，然后再重新开启AD采样，如果能让采样一次完成，那效率就会很高了。我所想的方法能不能实现，没有别人告诉我，可能只有看user guide了，想到以后使用其他模块的时候，有可能会忽略一些重要功能，我便把user guide读了个遍，最终不仅找到了连续多通道AD采样的方法，还从手册中知道了430系列单片机最显著的特点是其超低的功耗，相较51单片机上百mA的电流，430单片机在低功耗下，几乎可以达到微安级的电流，我也了解了怎样配置相关寄存器，才可以充分发挥低功耗的特点。到后来上了F5529的板子后，user guidr竟然接近上千页，我都吃惊，自己是怎么把这么多页读下来的。事实证明，这样玩命读user guide只有好处没有坏处，那块F5529的开发板上资源很丰富，我们在国赛的时候，充分运用了板上的资源，并发挥了低功耗的特点，这跟熟读user guide是分不开的。

　　还有一点不得不说的是，我从我舍友那里学到的一种精神，这还得从培训时候的一道题说起。当时是做2010年的TI杯正弦波形实验那道题，我看到滤波器跟积分器能够正常工作了，非常高兴，最后波形的合成也算比较标准了，都准备找老师交差了，但是舍友说合成的方波形状略微有点偏移，但是我转眼看看其他组做的，跟我们的也差不多，就跟他说你看其他人做的也是这个样子，可能还不如咱们做的呢。但是他还是觉得波形不是很好看，说现在交差不太好，不如再试试看。我也只好打消了交差的念头，跟着他一起检查电路，有不懂的地方就去找老师或者同学解决，到最后，通过对滤波器和移相器的参数进行细微调节，可能也就是找一个最精密的电阻或电容，我们的波形做到了最好，交差的时候，老师也说我们做的效果很好。这件事情让我很有启发，我想我们参加竞赛，想要取得好成绩，有扎实的基础知识是一方面，但是同时需要面对的是模拟电路参数的复杂性与非理想性，有时候计算出来的数据，不一定就管用，所以要做好一个完美的模拟输出，是很困难的事情，当然，如果说做出一个差不多的东西，相对来说是比较容易的，也可以通过老师的验收，这牵扯到做事的两种态度了，毫无疑问，我们选择了前者。在后来的开关电源中，其他组要是能做到纹波100mV以内，我们就必须要做到50mV甚至更小的纹波，其他组的程序控制实现的功能，我们一定要能实现，而且还要实现他们不能实现的功能。就是这种做事的态度，让我们这两个对老师而言相对陌生的电子系学生，冲出了校内选拔的重围，顺利进入了省赛。

　　说到正式比赛，多少还是有点紧张，省赛我们选择的是D题声音定位，只有三天两夜的时间，需要完成发声模块、四路声音信号的放大与相关程序的算法，是个不小的挑战。记得刚开始设计中心频率为500HZ的带通滤波器时，选用了双T网络有源滤波，但是当声音信号比较大的时候，很容易出现自激现象，做模拟的都知道，自激问题解决起来非常棘手，电路一旦自激，很难找到原因。我试过很多方法，包括改变RC相对大小，调节输入输出阻抗，换芯片等，效果都不理想，可能之前经验也比较少吧，做了很多无用功，最后终于想到了是反馈环可能出了问题，于是在原来书上介绍的反馈环上，并入一个300k的电阻，并适当减小双T的增益，终于成功解决了自激问题，这让我觉得非常开心。现在回头想这个问题，其实是因为原来电路的反馈环很容易对某一频率的谐波表现为开路，从而自激，加入300k的电阻以后，避免了运放的开环，自激问题自然解决。到比赛的前一天晚上，我们的四路信号放大电路还没有完成，我也很着急，因为是舍友在做，也帮不上什么忙，只能写一写算法，做了声音发生模块，到最后一天中午，才开始各模块一起联调，最后的效果也不是很好，很大程度上应该怪我，算法不是很好，没能做出轨迹，很遗憾。不过我也已经是很玩命了，三天两夜我只睡了四个小时，到最后一天晚上交作品的时候，眼睛都成红色的了，挺吓人的。因为效果不好，我一度比较沮丧，都怪我把算法做的不好，其实模拟部分的相位输出已经很准确了，如果因为算法的原因，成绩不好，真是太冤了。没想到最后测试的时候，好多队都没能做出来，能算出坐标的队更是凤毛麟角，不得不说，我们运气太好了，选了一道大家基本都做的不好的题，最后变成是比谁做的比谁差了，我们最终拿到了省一等奖。可是国赛全校只能有两个队，最多最多三个队参加，而我们学校拿到省一等奖的就有七个队，当时我想，我们做的那道题效果本来就不好，国赛这下肯定难入围了，就先回家准备过暑假，然后复习考研了。没想到刚回家一天，就接到通知是被选进国赛了，我们队和另外一个参加过去年竞赛的队，这让我很意外，后来才打听到选我们队的原因，就是校内选拔的时候，我们完成每道题的效果都要比其他队好，而且功能也做的比较全，才让我们去国赛的，这真的是态度决定一切啊，我们的认真态度得到了老师的肯定!

　　国赛我们选的是电子秤，这道题可以做的很简单，但是要提高精度，实现更多功能，还是有一定难度的。拿到题目时，我们最先考虑到的还是觉得应该尽量提高精度，毕竟这是一道测量类的题，精度直接决定了作品的好坏，所以感觉模拟前级放大部分是个挑战，我们使用了仪表放大器INA118，精密运放OPA734和无源阻容滤波，并对电源采用线性稳压，再加以相关的对电桥固有电压差失配的调节电路，使输出给AD的电压范围尽可能大，以提高精度。程序部分主要是我负责的，这一次我可能有点玩火了，用了一个自己从来没有用过的ADS1115，原本是想用430自带的AD，计算进模拟前级的误差以后，精度也能基本满足要求，但是忽然又想到了舍友一定要做到最好的态度，虽然不熟悉，但是我仍然决定选用ADS1115，事实证明，16位与12位AD的精度还是有质的区别，而且ADS1115的窗口比较触发中断功能，正好可以迎合题目的休眠功能，只能再一次说，事情的顺利程度跟态度的关系是如此的紧密。最后，我们的作品完成了题目的所有功能，并且精度很高，还使用了MSP430F5529开发板的触摸库，实现了触摸按键，并加入了超重报警功能。事实证明，我们的作品也得到了评委的肯定，最终我们得到了一等奖。

　　不知不觉已经说了这么多，对我们来说，这次比赛真的是非常难得和难忘的一次经历，如果还像写小学时候的作文《一次难忘的事》，那么第一时间浮入我眼前的肯定是电赛，我会想到我们在电赛之前一两年玩命地学单片机和嵌入式，前一学期跟着信息系上课时的窘迫，省赛前紧张的校内选拔赛，竞赛时的玩命干活，为达目的决不罢休的斗士姿态，还有电赛期间认识的很多新朋友。而且通过竞赛，我觉得我已经深深地迷上了模拟电路，觉得这真的是一种艺术，一种feeling，每一个经典电路，都是经得起细细咀嚼的艺术品。我通过竞赛保研以后，决定选择模拟集成电路设计这样一个自己比较陌生的领域，我知道，虽然现在我经验不够，但是有玩命的精神和做到最好的态度，没有什么事情不能做好的，这也是我通过本次竞赛，得到最大的收获。

　　最后，感谢参加竞赛以来给予辛勤指导的张老师和王老师，他们真的非常用心，每天晚上都是11点以后才离开。还要感谢主办方与TI，对竞赛的支持。还有那些通过竞赛认识的朋友们，与你们共勉!