第八屆全國大學生電子設計競賽題目

1、第八屆（2007年）全國大學生電子設計競賽題目本科2008年07月04日 星期五 21:29音頻信號分析儀（A題）【本科組】一、任務設計、制作一個可分析音頻信號頻率成分，并可測量正弦信號失真度的儀器。二、要求1基本要求（1）輸入阻抗：50（2）輸入信號電壓范圍（峰-峰值）：100mV5V（3）輸入信號包含的頻率成分范圍：200Hz10kHz（4）頻率分辨力：100Hz（可正確測量被測信號中，頻差不小于100Hz的頻率分量的功率值。）（5）檢測輸入信號的總功率和各頻率分量的頻率和功率，檢測出的各頻率分量的功率之和不小于總功率值的95%；各頻率分量功率測量的相對誤差的絕對值小于10%，總功率測量的

2、相對誤差的絕對值小于5%。（6）分析時間：5秒。應以5秒周期刷新分析數(shù)據(jù)，信號各頻率分量應按功率大小依次存儲并可回放顯示，同時實時顯示信號總功率和至少前兩個頻率分量的頻率值和功率值，并設暫停鍵保持顯示的數(shù)據(jù)。2發(fā)揮部分（1）擴大輸入信號動態(tài)范圍，提高靈敏度。（2）輸入信號包含的頻率成分范圍：20Hz10kHz。（3）增加頻率分辨力20Hz檔。（4）判斷輸入信號的周期性，并測量其周期。（5）測量被測正弦信號的失真度。（6）其他。三、說明1電源可用成品，必須自備，亦可自制。2設計報告正文中應包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結果。完整的電路原理圖、重要的源程序、和完整的測試結

3、果用附件給出。四、評分標準無線識別裝置（B題）【本科組】一、任務設計制作一套無線識別裝置。該裝置由閱讀器、應答器和耦合線圈組成，其方框圖參見圖1。閱讀器能識別應答器的有無、編碼和存儲信息。裝置中閱讀器、應答器均具有無線傳輸功能，頻率和調制方式自由選定。不得使用現(xiàn)有射頻識別卡或用于識別的專用芯片。裝置中的耦合線圈為圓形空芯線圈，用直徑不大于1mm的漆包線或有絕緣外皮的導線密繞10圈制成。線圈直徑為6.6±0.5 cm（可用直徑6.6 cm左右的易拉罐作為骨架，繞好取下，用絕緣膠帶固定即可）。線圈間的介質為空氣。兩個耦合線圈最接近部分的間距定義為D。閱讀器、應答器不得使用其他耦合方式。二

4、、要求1基本要求（1）應答器采用兩節(jié)1.5V干電池供電，閱讀器用外接單電源供電。閱讀器采用發(fā)光二極管顯示識別結果，能在D盡可能大的情況下，識別應答器的有無。識別正確率80%，識別時間5秒，耦合線圈間距D5cm。（2）應答器增加編碼預置功能，可以用開關預置四位二進制編碼。閱讀器能正確識別并顯示應答器的預置編碼。顯示正確率80%，響應時間5秒，耦合線圈間距D5cm。2發(fā)揮部分（1）應答器所需電源能量全部從耦合線圈獲得（通過對耦合到的信號進行整流濾波得到能量），不允許使用電池及內部含有電池的集成電路。閱讀器能正確讀出并顯示應答器上預置的四位二進制編碼。顯示正確率80%，響應時間5秒，耦合線圈間距D5

5、cm。（2）閱讀器采用單電源供電，在識別狀態(tài)時，電源供給功率2W。在顯示編碼正確率80%、響應時間5秒的條件下，盡可能增加耦合線圈間距D。 （3）應答器增加信息存儲功能，其存儲容量大于等于兩個四位二進制數(shù)。裝置斷電后，應答器存儲的信息不丟失。無線識別裝置具有在閱讀器端寫入、讀出應答器存儲信息的功能。（4）其他。三、說明設計報告正文中應包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結果。完整的電路原理圖、重要的源程序用附件給出。四、評分標準數(shù)字示波器（C題）【本科組】一、任務設計并制作一臺具有實時采樣方式和等效采樣方式的數(shù)字示波器，示意圖如圖1所示。二、要求1基本要求（1）被測周期信號

6、的頻率范圍為10Hz10MHz，儀器輸入阻抗為1MW，顯示屏的刻度為8 div×10div，垂直分辨率為8bits，水平顯示分辨率20點/ div。（2）垂直靈敏度要求含1V/div、0.1V/div兩檔。電壓測量誤差5%。（3）實時采樣速率1MSa/s，等效采樣速率200MSa/s；掃描速度要求含20ms/div、2s /div、100 ns/div三檔，波形周期測量誤差5%。（4）儀器的觸發(fā)電路采用內觸發(fā)方式，要求上升沿觸發(fā)，觸發(fā)電平可調。（5）被測信號的顯示波形應無明顯失真。2發(fā)揮部分（1）提高儀器垂直靈敏度，要求增加2mV/div檔，其電壓測量誤差5%，輸入短路時的輸出噪聲峰

7、-峰值小于2mV。（2）增加存儲/調出功能，即按動一次“存儲”鍵，儀器即可存儲當前波形，并能在需要時調出存儲的波形予以顯示。（3）增加單次觸發(fā)功能，即按動一次“單次觸發(fā)”鍵，儀器能對滿足觸發(fā)條件的信號進行一次采集與存儲（被測信號的頻率范圍限定為10Hz50kHz）。（4）能提供頻率為100kHz的方波校準信號，要求幅度值為0.3V±5%（負載電阻1 MW時），頻率誤差5%。（5）其他。三、說明1A/D轉換器最高采樣速率限定為1MSa/s，并要求設計獨立的取樣保持電路。為了方便檢測，要求在A/D轉換器和取樣保持電路之間設置測試端子TP。2顯示部分可采用通用示波器，也可采用液晶顯示器。3

8、等效采樣的概念可參考蔣煥文等編著的電子測量一書中取樣示波器的內容，或陳尚松等編著的電子測量與儀器等相關資料。4設計報告正文中應包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結果可用附件給出。四、評分標準程控濾波器（D題）【本科組】一、任務 設計并制作程控濾波器，其組成如圖1所示。放大器增益可設置；低通或高通濾波器通帶、截止頻率等參數(shù)可設置。二、要求1. 基本要求（1）放大器輸入正弦信號電壓振幅為10mV，電壓增益為40dB，增益10dB步進可調，通頻帶為100Hz40kHz，放大器輸出電壓無明顯失真。（2）濾波器可設置為低通濾波器，其-

9、3dB截止頻率fc在1kHz20kHz范圍內可調，調節(jié)的頻率步進為1kHz，2fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB, RL=1kW。（3）濾波器可設置為高通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz20kHz范圍內可調，調節(jié)的頻率步進為1kHz，0.5fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB, RL=1kW。（4）電壓增益與截止頻率的誤差均不大于10%。（5）有設置參數(shù)顯示功能。2. 發(fā)揮部分（1）放大器電壓增益為60dB，輸入信號電壓振幅為10mV；增益10dB步進可調，電壓增益誤差不大于5%。（2）制作一個四階橢圓型低通濾波器，帶內起伏1dB，-3dB通帶為50kHz，要求放

10、大器與低通濾波器在200kHz處的總電壓增益小于5dB，-3dB通帶誤差不大于5%。（3）制作一個簡易幅頻特性測試儀，其掃頻輸出信號的頻率變化范圍是100Hz200kHz，頻率步進10kHz。（4）其他。三、說明設計報告正文應包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖和主要的測試結果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結果可用附件給出。四、評分標準開關穩(wěn)壓電源（E題）【本科組】一、任務設計并制作如圖1所示的開關穩(wěn)壓電源。二、要求在電阻負載條件下，使電源滿足下述要求：1基本要求（1）?輸出電壓UO可調范圍：30V36V；（2）?最大輸出電流IOmax：2A；（3）?U2從15V變到21

11、V時，電壓調整率SU2%（IO=2A）；（4）?IO從0變到2A時，負載調整率SI5%（U2=18V）；（5）?輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（6）?DC-DC變換器的效率 70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（7）?具有過流保護功能，動作電流IO（th）=2.5±0.2A；2發(fā)揮部分（1）?進一步提高電壓調整率，使SU0.2%（IO=2A）；（2）?進一步提高負載調整率，使SI0.5%（U2=18V）；（3）?進一步提高效率，使 85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（4）?排除過流故障后，電源能自動恢復為

12、正常狀態(tài)；（5）?能對輸出電壓進行鍵盤設定和步進調整，步進值1V，同時具有輸出電壓、電流的測量和數(shù)字顯示功能。（6）?其他。三、說明（1）?DC-DC變換器不允許使用成品模塊，但可使用開關電源控制芯片。（2）?U2可通過交流調壓器改變U1來調整。DC-DC變換器（含控制電路）只能由UIN端口供電，不得另加輔助電源。（3）?本題中的輸出噪聲紋波電壓是指輸出電壓中的所有非直流成分，要求用帶寬不小于20MHz模擬示波器（AC耦合、掃描速度20ms/div）測量UOPP。（4）?本題中電壓調整率SU指U2在指定范圍內變化時，輸出電壓UO的變化率；負載調整率SI指IO在指定范圍內變化時，輸出電壓UO的變

13、化率；DC-DC變換器效率h=PO/ PIN，其中POUOIO，PINUINIIN。（5）?電源在最大輸出功率下應能連續(xù)安全工作足夠長的時間（測試期間，不能出現(xiàn)過熱等故障）。（6）?制作時應考慮方便測試，合理設置測試點（參考圖1）。（7）?設計報告正文中應包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結果。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、評分標準電動車蹺蹺板（F題）【本科組】一、任務設計并制作一個電動車蹺蹺板，在蹺蹺板起始端A一側裝有可移動的配重。配重的位置可以在從始端開始的200mm600mm范圍內調整，調整步長不大于50mm；配重可拆卸。電動車從起始

14、端A出發(fā)，可以自動在蹺蹺板上行駛。電動車蹺蹺板起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)示意圖分別如圖1和圖2所示。二、要求1.基本要求在不加配重的情況下，電動車完成以下運動：（1）電動車從起始端A出發(fā)，在30秒鐘內行駛到中心點C附近；（2）60秒鐘之內，電動車在中心點C附近使蹺蹺板處于平衡狀態(tài)，保持平衡5秒鐘，并給出明顯的平衡指示；（3）電動車從（2）中的平衡點出發(fā)，30秒鐘內行駛到蹺蹺板末端B處（車頭距蹺蹺板末端B不大于50mm）；（4）電動車在B點停止5秒后，1分鐘內倒退回起始端A，完成整個行程；（5）在整個行駛過程中，電動車始終在蹺蹺板上，并分階段實時顯示電動車行駛所用的時間。2.發(fā)揮部分將配重固定在可調整范

15、圍內任一指定位置，電動車完成以下運動：（1）將電動車放置在地面距離蹺蹺板起始端A點 300mm以外、90°扇形區(qū)域內某一指定位置（車頭朝向蹺蹺板），電動車能夠自動駛上蹺蹺板，如圖3所示：（2）電動車在蹺蹺板上取得平衡，給出明顯的平衡指示，保持平衡5秒鐘以上；（3）將另一塊質量為電動車質量1020的塊狀配重放置在A至C間指定的位置，電動車能夠重新取得平衡，給出明顯的平衡指示，保持平衡5秒鐘以上；（4）電動車在3分鐘之內完成（1）（3）全過程。（5）其他。三、說明（1）蹺蹺板長1600mm、寬300mm，為便于攜帶也可將蹺蹺板制成折疊形式。（2）蹺蹺板中心固定在直徑不大于50mm的半圓軸

16、上，軸兩端支撐在支架上，并保證與支架圓滑接觸，能靈活轉動。（3）測試中，使用參賽隊自制的蹺蹺板裝置。（4）允許在蹺蹺板和地面上采取引導措施，但不得影響蹺蹺板面和地面平整。（5）電動車(含加在車體上的其它裝置)外形尺寸規(guī)定為：長300mm，寬200mm。（6）平衡的定義為A、B兩端與地面的距離差d=dA-dB不大于40mm。（7）整個行程約為1600mm減去車長。（8）測試過程中不允許人為控制電動車運動。（9）基本要求（2）不能完成時，可以跳過，但不能得分；發(fā)揮部分（1）不能完成時，可以直接從（2）項開始，但是（1）項不得分。四、評分標準第八屆（2007年）全國大學生電子設計競賽題目高職高專組積

17、分式直流數(shù)字電壓表（G題）【高職高專組】一、任務在不采用專用A/D轉換器芯片的前提下，設計并制作積分型直流數(shù)字電壓表。二、要求1基本要求（1）測量范圍：10mV2V（2）量程：200mV，2V（3）顯示范圍：十進制數(shù)01999（4）測量分辨率：1mV（2V檔）（5）測量誤差：±0.5±5個字（6）采樣速率： 2次/秒（7）輸入電阻：1MW（8）具有抑制工頻干擾功能2發(fā)揮部分（1）測量范圍：1mV2V（2）量程：200mV，2V（3）顯示范圍：十進制數(shù)019999（4）測量分辨率：0.1mV（2V檔）（5）測量誤差：±0.05±5個字（6）具有自動校零功能

18、（7）具有自動量程轉換功能（8）其他三、說明在電路中應有可測得積分波形的測試點。四、評分標準信號發(fā)生器（H題）【高職高專組】一、任務設計并制作一臺信號發(fā)生器，使之能產(chǎn)生正弦波、方波和三角波信號，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。二、要求1基本要求（1）信號發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波和三角波三種周期性波形；（2）輸出信號頻率在100Hz100kHz范圍內可調, 輸出信號頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-3；（3）在1kW負載條件下，輸出正弦波信號的電壓峰-峰值Vopp在05V范圍內可調；（4）輸出信號波形無明顯失真；（5）自制穩(wěn)壓電源。2發(fā)揮部分（1）將輸出信號頻率范圍擴展為10Hz1MHz，輸出信號頻率可分段調節(jié)：在10

19、Hz1kHz范圍內步進間隔為10Hz；在1kHz1MHz范圍內步進間隔為1kHz。輸出信號頻率值可通過鍵盤進行設置；（2）在50W負載條件下，輸出正弦波信號的電壓峰-峰值Vopp在05V范圍內可調，調節(jié)步進間隔為0.1V，輸出信號的電壓值可通過鍵盤進行設置； （3）可實時顯示輸出信號的類型、幅度、頻率和頻率步進值；（4）其他。 三、說明設計報告正文應包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖和主要的測試結果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結果可用附件給出。四、評分標準可控放大器（I題）【高職高專組】一、任務 設計并制作一個可控放大器，其組成框圖如圖1所示。放大器的增益可設置；低通

20、濾波器、高通濾波器、帶通濾波器的通帶、截止頻率等參數(shù)可設置。二、要求1基本要求（1）放大器輸入正弦信號電壓振幅為10mV，電壓增益為40dB，通頻帶為100Hz40kHz，放大器輸出電壓無明顯失真。（2）濾波器可設置為低通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz20kHz范圍內可調，調節(jié)的頻率步進為1kHz，2fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB,RL=1kW。（3）濾波器可設置為高通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz20kHz范圍內可調，調節(jié)的頻率步進為1kHz，0.5fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB, RL=1kW。（4）截止頻率的誤差不大于10%。（5）有設

21、置參數(shù)顯示功能。2、發(fā)揮部分（1）放大器電壓增益為60dB，輸入正弦信號電壓振幅為10mV，增益10dB步進可調，通頻帶為100Hz100kHz。（2）制作一個帶通濾波器，中心頻率50kHz，通頻帶10kHz，在40kHz和60kHz頻率處，要求放大器與帶通濾波器的總電壓增益不大于45dB。（3）上述帶通濾波器中心頻率可設置，設置范圍40kHz60kHz，步進為2kHz。（4）電壓增益、截止頻率誤差均不大于5%。（5）其他。三、說明1. 正弦輸入信號由信號源提供。2. 放大器輸出端應留測試端子。3.設計報告正文應包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖和主要的測試結果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結果可用附件給出。四、評分標準電動車蹺蹺板（J題）【高職高專組】一、任務設計并制作一個電動車蹺蹺板，要求蹺蹺板起始端一側裝有可移動的配重物體，配重物體位置可調范圍不小于400mm。電動車從起始端出發(fā)，按要求自動在蹺蹺板上行駛。電動車蹺蹺板起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)示意圖分別如圖1和圖2所示。二、要求1基本要求（1）先將蹺蹺板固定為水平狀態(tài)，電動車從起始端A位置出發(fā)，行駛蹺蹺板的全程(全程的含義：電動車從