2011_年全國大學生電子設計競賽試題

1、2011年全國大學生電子設計競賽試題參賽注意事項（1） 2011年8月31日8:00競賽正式開始。本科組參賽隊只能在【本科組】題目中任選一 題；高職高專組參賽隊在【高職高專組】題目中任選一題，也可以選擇【本科組】題目。（2 ）參賽隊認真填寫登記表內容，填寫好的登記表交賽場巡視員暫時保存。For pers onal use only in study and research; not for commercial use（3）參賽者必須是有正式學籍的全日制在校本、?？茖W生，應出示能夠證明參賽者學生身 份的有效證件（如學生證）隨時備查。（4）每隊嚴格限制3人，開賽后不得中途更換隊員。（5 ）參賽

2、隊必須在學校指定的競賽場地內進行獨立設計和制作，不得以任何方式與他人交 流，包括教師在內的非參賽隊員必須迴避，對違紀參賽隊取消評審資格。（6） 2011年9月3日20:00競賽結束，上交設計報告、制作實物及登記表，由專人封 存。開關電源模塊并聯供電系統（A題）【本科組】一、任務設計并制作一個由兩個額定輸出功率均為16W的8V DC/DC模塊構成的并 聯供電系統（見圖1 ）。圖1兩個DC/DC模塊并聯供電系統主電路示意圖二、要求1基本要求（1）調整負載電阻至額定輸出功率工作狀態(tài)，供電系統的直流輸出電壓UO=8.0 0.4V。（2） 額定輸出功率工作狀態(tài)下，供電系統的效率不低于60%。（3）調整負

3、載電阻，保持輸出電壓 Uo=8.0土0.4V,使兩個模塊輸出電流之 和Io = 1.0A且按Ii:l2=1:1模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對 誤差絕對值不大于5%。（4）調整負載電阻，保持輸出電壓 Uo=8.00.4V，使兩個模塊輸出電流之 和Io = 1.5A且按Ii：l2= 1:2模式自動分配電流，每個模塊輸出電流的相對誤 差絕對值不大于5%。2.發(fā)揮部分（1）調整負載電阻，保持輸出電壓 Uo=8.00.4V，使負載電流Io在1.53.5A之間變化時，兩個模塊的輸出電流可在（0.52.0）范圍內按指定的比例自動 分配，每個模塊的輸出電流相對誤差的絕對值不大于2%。（2）調整負載

4、電阻，保持輸出電壓 Uo=8.00.4V，使兩個模塊輸出電流之 和Io =4.0A且按Ii:I2=1:1模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤 差的絕對值不大于2%。（3）額定輸出功率工作狀態(tài)下，進一步提高供電系統效率。（4） 具有負載短路保護及自動恢復功能，保護閾值電流為4.5A （調試時允 許有土 0.2A的偏差）。（5）其他。三、評分標準項M設計報吿報吿要點主耍內容滿分系統方案比較與選擇、方案描述理論分析與計算CC. DC變換器穩(wěn)壓方法：電流電壓檢測；均 流方法：過流理護*8電搭設計上電略、測控電路庫理國般說明6測試結果測試結果完塾性.測試結果分析結構及規(guī)范性摘要、設計報告正文的結

5、構及圖表煽范性2總分20基本奧求實際制作惜況50發(fā)揮韶分完成第m及20完成第（2）頊10凳威第3）項10完成第（40項5完成第項5總分50四、說明（1）不允許使用線性電源及成品的DC/DC模塊A-3（2）供電系統含測控電路并由Uin供電，其能耗納入系統效率計算。（3） 除負載電阻為手動調整以及發(fā)揮部分（1）由手動設定電流比例外，其他功能的測試過程均不允許手動干預。（4）供電系統應留出UIN、Uo、IIN、Io、11、I2參數的測試端子，供測試 時使用。（5）每項測量須在5秒鐘內給出穩(wěn)定讀數。B題）（6）設計制作時，應充分考慮系統散熱問題，保證測試過程中系統能連續(xù) 安全工作?；谧杂蓴[的平板控制

6、系統（【本科組】一、任務設計并制作一個自由擺上的平板控制系統，其結構如圖1所示。擺桿的一端通過轉軸固定在一支架上，另一端固定安裝一臺電機，平板固定 在電機轉軸上；當擺桿如圖2擺動時，驅動電機可以控制平板轉動。一、要求1.基本要求（1）控制電機使平板可以隨著擺桿的擺動而旋轉（35周），擺桿擺一個周 期，平板旋轉一周（360o）,偏差絕對值不大于452）在平板上粘貼一張畫有一組間距為 1cm 平行線的打印紙。用手推動擺 桿至一個角度9 （B在30。45。間），調整平板角度，在平板中心穩(wěn) 定放置一枚 1 元硬幣（人民幣）；啟動后放開擺桿讓其自由擺動。在擺 桿擺動過程中，要求控制平板狀態(tài)，使硬幣在 5

7、 個擺動周期中不從平 板上滑落，并盡量少滑離平板的中心位置。（ 3）用手推動擺桿至一個角度 9（ 9 在45。 60。間），調整平板角度，在 平板中心穩(wěn)定疊放 8 枚1 元硬幣，見圖 2；啟動后放開擺桿讓其自由擺動。在擺桿擺動過程中，要求控制平板狀態(tài)使硬幣在擺桿的 5 個擺 動周期中不從平板上滑落，并保持疊放狀態(tài)。根據平板上非保持疊放 狀態(tài)及滑落的硬幣數計算成績。2發(fā)揮部分（ 1）如圖 3 所示，在平板上固定一激光筆，光斑照射在距擺桿 150cm 距離 處垂直放置的靶子上。擺桿垂直靜止且平板處于水平時，調節(jié)靶子高 度，使光斑照射在靶紙的某一條線上，標識此線為中心線。用手推動 擺桿至一個角度 9

8、（9 在30。 60。間），啟動后，系統應在 15 秒鐘內控制平板盡量使激光筆照射在中心線上（偏差絕對值v1cm），完成時以 LED 指示。根據光斑偏離中心線的距離計算成績，超時則視為失敗。（2）在上述過程完成后，調整平板，使激光筆照射到中心線上（可人工協助）。啟動后放開讓擺桿自由擺動；擺動過程中盡量使激光筆光斑始終瞄準照射在靶紙的中心線上，根據光斑偏離中心線的距離計算成績。（3）其他。三、說明1 擺桿可以采用木質、金屬、塑料等硬質材料；擺桿長度（固定轉軸至電機 軸的距離）為100 cm土 5cm擺桿通過轉軸固定在支架或橫梁上，并能夠 靈活擺動；將擺桿推起至9 =30o處釋放后,擺桿至少可以自

9、由擺動7個周期 以上。擺桿不得受重力以外的任何外力控制。-50+5圖42 .平板的狀態(tài)只能受電機控制。平板的長寬尺寸為 10cm 6cm,可以采用較 輕的硬質材料；不得有磁性；表面必須為光滑的硬質平面；不得有凸起的邊沿； 傾斜一定角度時硬幣須能滑落。平板承載重量不小于 100g。3 .擺動周期的定義：擺桿被釋放至下一次擺動到同側最高點。4 .擺桿與平板部分電路可以用軟質導線連接，但必須不影響擺桿的自由擺動。5. 在完成基本要求部分工作時，需在平板上鋪設一張如圖 4所示畫有一組間距為1cm平行線的打印紙(10cmK 6cm)，平行線與電機轉軸平行。6. 非保持疊放狀態(tài)硬幣數為接觸平板硬幣數減 1

10、。接觸平板硬幣數的定義參 見圖5。圖5-1中接觸平板硬幣數為1 ;圖5-2中接觸平板硬幣數為2;圖5-3中接 觸平板硬幣數為3。7. 在完成發(fā)揮部分工作時，需要在平板上固定安裝一激光筆。激光筆的照射方向垂直于電機轉軸。激光筆的光斑直徑不大于5mm。需在距擺桿150cm處設置一高度可以調整的目標靶子，靶子上粘貼靶紙（A4打印紙），靶紙 上畫一組間距為1cm的水平平行線。測試現場提供靶子，也可自帶。8 題目要求的各項工作中，凡涉及推動擺桿至某一位置并準備開始擺動時， 允許手動操作啟動工作，亦可自動啟動工作。一旦擺桿開始自由擺動，不 得再人為干預系統運行。9 設計報告正文中應包括系統總體框圖、核心電

11、路原理圖、主要流程圖、主 要測試結果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結果用附件 給出。四、評分標準設計 報告項0主要內容滿分系統方案方案比較與選擇*系統結構4理論分析烏計算平板狀態(tài)測量方法 迫模與控制方法6電路與程序設計電路設計 程序結構與設計5測試方案與測試結果測試方案測試結果及分析3設計報告站構及規(guī)范性摘要設計報告正文的結構 圖表的規(guī)范性總分20基本要求實際制作憲威情況50發(fā)揮部分完成第（1）頂10凳成第（2）項30其他10總分50智能小車 （ C 題）本科題】一、任務甲車車頭緊靠起點標志線 , 乙車車尾緊靠邊界 , 甲、乙兩輛小車同時起動，先 后通過起點標志線， 在行車道同向

12、而行， 實現兩車交替超車領跑功能。 跑道如圖 1 所示。1. 基本要求（1）甲車和乙車分別從起點標志線開始，在行車道各正常行駛一圈。（2）甲、乙兩車按圖1所示位置同時起動，乙車通過超車標志線后在超車 區(qū)內實現超車功能，并先于甲車到達終點標志線，即第一圈實現乙車超過甲車。（3）甲、乙兩車在完成（2）時的行駛時間要盡可能的短。2. 發(fā)揮部分（1）在完成基本要求（2）后,甲、乙兩車繼續(xù)行駛第二圈，要求甲車通過超車標志線后要實現超車功能，并先于乙車到達終點標志線，即第二圈完成甲車超 過乙車，實現了交替領跑。甲、乙兩車在第二圈行駛的時間要盡可能的短。（2）甲、乙兩車繼續(xù)行駛第三圈和第四圈，并交替領跑；兩

13、車行駛的時間 要盡可能的短。（3）在完成上述功能后，重新設定甲車起始位置（在離起點標志線前進方向40cm范圍內任意設定），實現甲、乙兩車四圈交替領跑功能，行駛時間要盡 可 能的短。三、評分標準設計報告煩目主蔭內容満分紊統方案啟體方案設計與比較理世分析與計算佶號檢測與控制兩車之間的通伯方法節(jié)能6電席與程序設計電路諛計 程序設計7測試甘站測試結果測試方案及測試條件 測試納果宣挾性 測試結果分析3設計報吿結構及規(guī)范性摘要設日報吿正文的結構 圖表的規(guī)甩性總分20實際制作完成惜況50發(fā)揮部分完成第頊15匚成笫項10完咸第填20我他550四、說明：1. 賽車場地由2塊細木工板（長244cn,寬122cm厚

14、度自選）拼接而成，C-3離地面高度不小于6cm何將墊高物放在木工板下面，但不得外露）。板上邊界線 由約2cm寬的黑膠帶構成；虛線由2cm寬、長度為10cm間隔為10cm的黑膠帶 構成；起點/終點標志線、轉彎標志線和超車標志區(qū)線段由1cm寬黑膠帶構成。 圖1中斜線所畫部分應鋸掉。2. 車體（含附加物）的長度、寬度均不超過 40cm,高度不限，采用電池供電，不能外接電源。3. 測試中甲、乙兩車均應正常行駛，行車道與超車區(qū)的寬度只允許一輛車行駛，車輛只能在超車區(qū)進行超車（車輛先從行車道到達超車區(qū)， 實現超車后必須 返回行車道）。甲乙兩車應有明顯標記，便于區(qū)分。4. 甲乙兩車不得發(fā)生任何碰撞，不能出邊

15、界掉到地面。5. 不得使用小車以外的任何設備對車輛進行控制，不能增設其它路標或標 記。6. 測試過程中不得更換電池。7. 評測時不得借用其他隊的小車。LC諧振放大器(D題)【本科組】一、任務設計并制作一個LC諧振放大器。一、要求設計并制作一個低壓、低功耗LC諧振放大器；為便于測試，在放大器的輸 入端插入一個40dB固定衰減器。電路框圖見圖1。圖1電路柩圉1. 基本要求(1) 衰減器指標：衰減量40土2dB,特性阻抗50Q,頻帶與放大器相適應。(2) 放大器指標：a) 諧振頻率：fo =15MHz ;允許偏差土 100kHz ;b) 增益：不小于60dB;c) -3dB帶寬：2 f0.7 =30

16、0kHz ;帶內波動不大于2dB ;d) 輸入電阻：Rn=50 Q;e) 失真：負載電阻為200 Q,輸出電壓1V時，波形無明顯失真。(3) 放大器使用3.6V穩(wěn)壓電源供電(電源自備)。最大不允許超過 360mW , 盡可能減小功耗。2. 發(fā)揮部分(1) 在-3dB帶寬不變條件下，提高放大器增益到大于等于 80dB。(2) 在最大增益情況下，盡可能減小矩形系數 Kro.i。(3) 設計一個自動增益控制(AGC )電路。AGC控制范圍大于40 dB。AGC 控制范圍為 20log(Vomin/Vimin) 20lOg( Vomax/Vimax) ( dB )。(4) 其他。三、說明1.圖2是LC

17、諧振放大器的典型特性曲線，矩形系數 Kr0.1 =圖2.諧撫放人器典世鞘頻特性示啟圖2. 放大器幅頻特性應在衰減器輸入端信號小于 5mV時測試(這時諧振放大器的 輸入V50兇)。所有項目均在放大器輸出接200 Q負載電阻條件下測量。3. 功耗的測試：應在輸出電壓為1V時測量4. 文中所有電壓值均為有效值。四、評分標準頊目主冀內容滿分設計方案論證比較與選樣 方案描述3報告理倫分析與計鄭増益AGC帯寬與矩形泵數6電路設計完整電路圖諭出繪大不先真電壓枝功耗6測試方案打測試結果粘試方法與儀器3諛訃報告拮構授規(guī)范件諛計擢告正文的結狗 圖標的觀他性2& 分20基本要求實際制作完 成恬況50發(fā)揮完成第項15

18、完成第（2項19左成第頂10其他6總分50簡易數字信號傳輸性能分析儀（E題）【本科組】一、任務設計一個簡易數字信號傳輸性能分析儀，實現數字信號傳輸性能測試；同時， 設計三個低通濾波器和一個偽隨機信號發(fā)生器用來模擬傳輸信道。簡易數字信號傳輸性能分析儀的框圖如圖1所示。圖中，V1和Vl-clock是數字信號發(fā)生器產生的數字信號和相應的時鐘信號；V2是經過濾波器濾波后的輸出信號；V3是偽隨機信號發(fā)生器產生的偽隨機信號；V2a是V信號與經過電容C的V3信號之和，作為數字信號分析電路的輸入信號；V4和V4-syn是數字信號分析電路輸出的信號和提取的同步信號。開關窯圖I箭勵數宇信號傳輸件能分析代柚圏一、要

19、求1. 基本要求(1) 設計并制作一個數字信號發(fā)生器：a) 數字信號V為朮門“+廠+宀的m序列，其時鐘信號為W-ciock ；b) 數據率為10100kbps,按10kbps步進可調。數據率誤差絕對值不大于1%;c) 輸出信號為TTL電平。(2) 設計三個低通濾波器，用來模擬傳輸信道的幅頻特性：a) 每個濾波器帶外衰減不少于40dB/十倍頻程；b) 三個濾波器的截止頻率分別為 100kHz、200kHz、500kHz,截止頻率誤 差絕對值不大于10%；c) 濾波器的通帶增益Af在0.24.0范圍內可調。(3) 設計一個偽隨機信號發(fā)生器用來模擬信道噪聲：a) 偽隨機信號V3為1+2 “錄 的m序

20、列；b) 數據率為10Mbps,誤差絕對值不大于1%；c) 輸出信號峰峰值為100mV，誤差絕對值不大于10%。(4) 利用數字信號發(fā)生器產生的時鐘信號 V1-Clock進行同步，顯示數字信號V2a的信號眼圖，并測試眼幅度。2. 發(fā)揮部分(1) 要求數字信號發(fā)生器輸出的V1采用曼徹斯特編碼。(2) 要求數字信號分析電路能從V2a中提取同步信號V4-syn并輸出；同時， 利用所提取的同步信號V4-syn進行同步，正確顯示數字信號V2a的信號 眼圖。(3) 要求偽隨機信號發(fā)生器輸出信號 V3幅度可調，V3的峰峰值范圍為 100mVTTL 電平。（4）改進數字信號分析電路，在盡量低的信噪比下能從V2

21、a中提取同步信號V4-syn，并正確顯示V2a的信號眼圖。5）其他。三、說明1、 在完成基本要求時，數字信號發(fā)生器的時鐘信號 Vl-clock送給數字信號分 析電路（圖1中開關S閉合）；而在完成發(fā)揮部分時，Vl-clock不允許送給 數字信號分析電路（開關S斷開）。2、要求數字信號發(fā)生器和數字信號分析電路各自制作一塊電路板。3、要求 VI、Vl-clock、V2、V2a、V3 和 V4-syn 信號預留測試端口。4、 基本要求（1）和（3）中的兩個m序列，根據所給定的特征多項式if （x） 和2f （x），采用線性移位寄存器發(fā)生器來產生。5、基本要求（2）的低通濾波器要求使用模擬電路實現。6眼

22、圖顯示可以使用示波器，也可以使用自制的顯示裝置。E-37、發(fā)揮部分（4）要求的“盡量低的信噪比”，即在保證能正確提取同步信 號V4-syn前提下，盡量提高偽隨機信號V3的峰峰值，使其達到最大，此 時數字信號分析電路的輸入信號V2a信噪比為允許的最低信噪比。四、評分標準攻目主婪內容満分設計 報告方案論證比較與選樣 方案描述理論分析與計低通濾波器設計 m序列數字信號 同步花號捉皿 眼圖顯示方法電路與柞序設 it系統爼成原理框圖與各部分的電路圖 京統軟件與流程圖6側試方條5則試結果測試結栗完魁性 測試結果分析4設計報告結構 及觀范性摘要正文結構規(guī)范圖表的完轅耳準確件2總分20基本嚶求實際制作完咸惰況

23、同發(fā)揮那分完成第（1項$完成第（2）頂15完成第（3）項6SE成第（4）項16其他總分50帆板控制系統（F題）【咼職咼專組】一、任務設計并制作一個帆板控制系統，通過對風扇轉速的控制，調節(jié)風力大小，改 變帆板轉角如圖1所示。角度檢測信號閹1忙極擰制系址叮噫購、要求1、基本要求(1) 用手轉動帆板時，能夠數字顯示帆板的轉角9。顯示范圍為060, 分辨力為2，絕對誤差w 5。( 2)當間距 d=10cm 時，通過操作鍵盤控制風力大小，使帆板轉角9 能夠在060范圍內變化，并要求實時顯示 9 。( 3)當間距 d=10cm 時，通過操作鍵盤控制風力大小，使帆板轉角 9 穩(wěn)定 在 45 5 范圍內。要求

24、控制過程在 10 秒內完成，實時顯示 9 ，并由聲 光提示，以便進行測試。2、發(fā)揮部分( 1) 當間距 d=10cm 時，通過鍵盤設定帆板轉角，其范圍為 060。要求9 在5 秒內達到設定值，并實時顯示 9 。最大誤差的絕對值不超過5。(2) 間距d在715cm范圍內任意選擇，通過鍵盤設定帆板轉角，范圍為 060。要求 9 在5 秒內達到設定值，并實時顯示 9 。最大誤差的絕 對值不超過 5。( 3) 其他。三、說明( 1 ) 調速裝置自制。( 2) 風扇選用臺式計算機散熱風扇或其他形式的直流供電軸流風扇，但不 能選用帶有自動調速功能的風扇。( 3) 帆板的材料和厚度自定，固定軸應足夠靈活，不

25、阻礙帆板運動。帆板 形式及具體制作尺寸如圖 2 所示。固定軸帆板10 cm圖2帆板制作尺寸圖四、評分標準項II卞嗥內容満分: L聚統方案風園控制系統泵統總體方案設計3以U報代理論分析與計算風闌控制電路 侑度測雖原理 控制背法5電路與程序設計風聞控制電路設計計舁 控制弊法設計與實現 總體電路圖6測試方案勺測試結調試方法與儀器 測試數據完整性 測試鉛柬分析4設計報告結構及規(guī) 范性摘要設計報告正文的結構 圖表的規(guī)范性C總分20要求實際制作完成情況50發(fā)揮 冊分完成第(L)頊20完成第(2)項25其他5總分50簡易自動電阻測試儀(G題)【高職高專組】一、任務設計并制作一臺簡易自動電阻測試儀。一、要求1

26、. 基本要求(1) 測量量程為100Q、1kQ、10kQ、10MQ四檔。測量準確度為( 1%讀 數+ 2 字)。(2) 3位數字顯示(最大顯示數必須為999),能自動顯示小數點和單位, 測量速率大于5次/秒。(3) 100 Q、1k Q、10k Q三檔量程具有自動量程轉換功能。2. 發(fā)揮部分(1) 具有自動電阻篩選功能。即在進行電阻篩選測量時，用戶通過鍵盤輸 入要求的電阻值和篩選的誤差值；測量時，儀器能在顯示被測電阻阻值的同時， 給出該電阻是否符合篩選要求的指示。(2) 設計并制作一個能自動測量和顯示電位器阻值隨旋轉角度變化曲線的輔助裝置，要求曲線各點的測量準確度為(5%讀數+2字)，全程測量

27、時間不大于10秒,測量點不少于15點。輔助裝置連接的示意圖如圖1所示。(3) 其他電位器騾動設備(電機電陽測試儀圖1輔助裝督連接示蠹圖三、說明1. 在輔助裝置中，要求電位器為4.7k Q旋轉式單圈電位器，并規(guī)定采用線 性電位器。2. 要求電位器的三個端子作為測試端子引出。四、評分標準項目主要內容満分設計 報告系財案比較與選擇 方案揣述3同論分折與計茸電阻測號原理自剔罕程轉換與篩選功匪 電位器陽組變化吐線輕皆6電痔與程序設計電賂設計及程序設計6劃試方樂與測試結果測試方案繪測試條件 測沆站果完粹性 測試皓果分析i湮計報告誥構用規(guī)范性摘要設訃報吿止文的銘構 圖表的規(guī)范性總分!0基本實際制作完鍛悄況5

28、0發(fā)癢那分完成15完她J0完昨）5總分?0波形采集、存儲與回放系統(H題)【高職高專組】一、任務設計并制作一個波形采集、存儲與回放系統，示意圖如圖1所示。該系統能同時 米集兩路周期信號波形，要求系統斷電恢復后，能連續(xù)回放已采集的信號，顯示在示波 器上。圖1一采集回膠杲統示恿圖一、要求1. 基本要求(1) 能完成對A通道單極性信號(高電平約4V、低電平接近0V )、頻率約1kHz 信號的采集、存儲與連續(xù)回放。要求系統輸入阻抗不小于 10 kQ,輸出阻抗不大 于 1k Qo(2) 采集、回放時能測量并顯示信號的高電平、低電平和信號的周期。原信號 與回放信號電平之差的絕對值w 50 mV，周期之差的絕對值w 5% o(3) 系統功耗w 50mW，盡量降低系統功耗，系統內不允許使用電池。2. 發(fā)揮部分(1)增加B通道對雙極性、電壓峰峰值為100