第八届(2007年)全国大学生电子设计竞赛题目——本科

2007-12-10 11:11:48来源: 全国大学生电子设计竞赛网站

参赛注意事项
(1)2007年9月3日8:00竞赛正式开始。本科组参赛队只能A、B、C、D、E、F题目中任选一题;高职高专组参赛队原则上在G、H、I、J题中任选一题,也可以选择其他题目。
(2)参赛队认真填写《登记表》内容,填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。(3)参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生,应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件(如学生证)随时备查。
(4)每队严格限制3人,开赛后不得中途更换队员。
(5)竞赛期间,可使用各种图书资料和网络资源,但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作,不得以任何方式与他人交流,包括教师在内的非参赛队员必须迴避,对违纪参赛队取消评审资格。
(6)2007年9月6日20:00竞赛结束,上交设计报告、制作实物及《登记表》,由专人封存。

音频信号分析仪(A题)

本科组

一、任务

设计、制作一个可分析音频信号频率成分,并可测量正弦信号失真度的仪器

二、要求

1.基本要求

(1)输入阻抗:50Ω
(2)输入信号电压范围(峰-峰值):100mV~5V
(3)输入信号包含的频率成分范围:200Hz~10kHz
(4)频率分辨力:100Hz(可正确测量被测信号中,频差不小于100Hz的频率分量的功率值。)
(5)检测输入信号的总功率和各频率分量的频率和功率,检测出的各频率分量的功率之和不小于总功率值的95%;各频率分量功率测量的相对误差的绝对值小于10%,总功率测量的相对误差的绝对值小于5%。
(6)分析时间:5秒。应以5秒周期刷新分析数据,信号各频率分量应按功率大小依次存储并可回放显示,同时实时显示信号总功率和至少前两个频率分量的频率值和功率值,并设暂停键保持显示的数据。

2.发挥部分

(1)扩大输入信号动态范围,提高灵敏度。
(2)输入信号包含的频率成分范围:20Hz~10kHz。
(3)增加频率分辨力20Hz档。
(4)判断输入信号的周期性,并测量其周期。
(5)测量被测正弦信号的失真度。
(6)其他。

三、说明

1.电源可用成品,必须自备,亦可自制。
2.设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序、和完整的测试结果用附件给出。

四、评分标准



无线识别装置(B题)

【本科组】

一、任务

设计制作一套无线识别装置。该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成,其方框图参见图1。阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。

装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能,频率和调制方式自由选定。不得使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片。装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈,用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。线圈直径为6.6±0.5 cm(可用直径6.6 cm左右的易拉罐作为骨架,绕好取下,用绝缘胶带固定即可)。线圈间的介质为空气。两个耦合线圈最接近部分的间距定义为D。
阅读器、应答器不得使用其他耦合方式。

二、要求

1.基本要求

(1)应答器采用两节1.5V干电池供电,阅读器用外接单电源供电。阅读器采用发光二极管显示识别结果,能在D尽可能大的情况下,识别应答器的有无。识别正确率≥80%,识别时间≤5秒,耦合线圈间距D≥5cm。
(2)应答器增加编码预置功能,可以用开关预置四位二进制编码。阅读器能正确识别并显示应答器的预置编码。显示正确率≥80%,响应时间≤5秒,耦合线圈间距D≥5cm。

2.发挥部分

(1)应答器所需电源能量全部从耦合线圈获得(通过对耦合到的信号进行整流滤波得到能量),不允许使用电池及内部含有电池的集成电路。阅读器能正确读出并显示应答器上预置的四位二进制编码。显示正确率≥80%,响应时间≤5秒,耦合线圈间距D≥5cm。
(2)阅读器采用单电源供电,在识别状态时,电源供给功率≤2W。在显示编码正确率≥80%、响应时间≤5秒的条件下,尽可能增加耦合线圈间距D。
(3)应答器增加信息存储功能,其存储容量大于等于两个四位二进制数。装置断电后,应答器存储的信息不丢失。无线识别装置具有在阅读器端写入、读出应答器存储信息的功能。
(4)其他。

三、说明

设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。

四、评分标准



数字示波器(C题)

【本科组】

一、任务

设计并制作一台具有实时采样方式和等效采样方式的数字示波器,示意图如图1所示。

二、要求

1.基本要求

(1)被测周期信号的频率范围为10Hz~10MHz,仪器输入阻抗为1MW,显示屏的刻度为8 div×10div,垂直分辨率为8bits,水平显示分辨率≥20点/ div。
(2)垂直灵敏度要求含1V/div、0.1V/div两档。电压测量误差≤5%。
(3)实时采样速率≤1MSa/s,等效采样速率≥200MSa/s;扫描速度要求含20ms/div、2μs /div、100 ns/div三档,波形周期测量误差≤5%。
(4)仪器的触发电路采用内触发方式,要求上升沿触发,触发电平可调。
(5)被测信号的显示波形应无明显失真。

2.发挥部分

(1)提高仪器垂直灵敏度,要求增加2mV/div档,其电压测量误差≤5%,输入短路时的输出噪声峰-峰值小于2mV。
(2)增加存储/调出功能,即按动一次“存储”键,仪器即可存储当前波形,并能在需要时调出存储的波形予以显示。
(3)增加单次触发功能,即按动一次“单次触发”键,仪器能对满足触发条件的信号进行一次采集与存储(被测信号的频率范围限定为10Hz~50kHz)。
(4)能提供频率为100kHz的方波校准信号,要求幅度值为0.3V±5%(负载电阻≥1 MW时),频率误差≤5%。
(5)其他。

三、说明

1.A/D转换器最高采样速率限定为1MSa/s,并要求设计独立的取样保持电路。为了方便检测,要求在A/D转换器和取样保持电路之间设置测试端子TP。
2.显示部分可采用通用示波器,也可采用液晶显示器。
3.等效采样的概念可参考蒋焕文等编著的《电子测量》一书中取样示波器的内容,或陈尚松等编著的《电子测量与仪器》等相关资料。
4.设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。

四、评分标准



程控滤波器(D题)

【本科组】

一、任务

设计并制作程控滤波器,其组成如图1所示。放大器增益可设置;低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。



二、要求

1. 基本要求

(1)放大器输入正弦信号电压振幅为10mV,电压增益为40dB,增益10dB步进可调,通频带为100Hz~40kHz,放大器输出电压无明显失真。
(2)滤波器可设置为低通滤波器,其-3dB截止频率fc在1kHz~20kHz范围内可调,调节的频率步进为1kHz,2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, RL=1kW。
(3)滤波器可设置为高通滤波器,其-3dB截止频率fc在1kHz~20kHz范围内可调,调节的频率步进为1kHz,0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, RL=1kW。
(4)电压增益与截止频率的误差均不大于10%。
(5)有设置参数显示功能。

2. 发挥部分

(1)放大器电压增益为60dB,输入信号电压振幅为10mV;增益10dB步进可调,电压增益误差不大于5%。
(2)制作一个四阶椭圆型低通滤波器,带内起伏≤1dB,-3dB通带为50kHz,要求放大器与低通滤波器在200kHz处的总电压增益小于5dB,-3dB通带误差不大于5%。
(3)制作一个简易幅频特性测试仪,其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz~200kHz,频率步进10kHz。
(4)其他。

三、说明

设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图和主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。

四、评分标准



开关稳压电源(E题)

【本科组】

一、任务

设计并制作如图1所示的开关稳压电源。



二、要求

在电阻负载条件下,使电源满足下述要求:

1.基本要求

(1)?输出电压UO可调范围:30V~36V;
(2)?最大输出电流IOmax:2A;
(3)?U2从15V变到21V时,电压调整率SU≤2%(IO=2A);
(4)?IO从0变到2A时,负载调整率SI≤5%(U2=18V);
(5)?输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V(U2=18V,UO=36V,IO=2A);
(6)?DC-DC变换器的效率 ≥70%(U2=18V,UO=36V,IO=2A);
(7)?具有过流保护功能,动作电流IO(th)=2.5±0.2A;

2.发挥部分

(1)?进一步提高电压调整率,使SU≤0.2%(IO=2A);
(2)?进一步提高负载调整率,使SI≤0.5%(U2=18V);
(3)?进一步提高效率,使 ≥85%(U2=18V,UO=36V,IO=2A);
(4)?排除过流故障后,电源能自动恢复为正常状态;
(5)?能对输出电压进行键盘设定和步进调整,步进值1V,同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。
(6)?其他。

三、说明

(1)?DC-DC变换器不允许使用成品模块,但可使用开关电源控制芯片
(2)?U2可通过交流调压器改变U1来调整。DC-DC变换器(含控制电路)只能由UIN端口供电,不得另加辅助电源。
(3)?本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分,要求用带宽不小于20MHz模拟示波器(AC耦合、扫描速度20ms/div)测量UOPP。
(4)?本题中电压调整率SU指U2在指定范围内变化时,输出电压UO的变化率;负载调整率SI指IO在指定范围内变化时,输出电压UO的变化率;DC-DC变换器效率h=PO/ PIN,其中PO=UOIO,PIN=UINIIN。
(5)?电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间(测试期间,不能出现过热等故障)。
(6)?制作时应考虑方便测试,合理设置测试点(参考图1)。
(7)?设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。

四、评分标准



电动车跷跷板(F题)

【本科组】

一、任务

设计并制作一个电动车跷跷板,在跷跷板起始端A一侧装有可移动的配重。配重的位置可以在从始端开始的200mm~600mm范围内调整,调整步长不大于50mm;配重可拆卸。电动车从起始端A出发,可以自动在跷跷板上行驶。电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图1和图2所示。

二、要求

1.基本要求

在不加配重的情况下,电动车完成以下运动:

(1)电动车从起始端A出发,在30秒钟内行驶到中心点C附近;
(2)60秒钟之内,电动车在中心点C附近使跷跷板处于平衡状态,保持平衡5秒钟,并给出明显的平衡指示;
(3)电动车从(2)中的平衡点出发,30秒钟内行驶到跷跷板末端B处(车头距跷跷板末端B不大于50mm);
(4)电动车在B点停止5秒后,1分钟内倒退回起始端A,完成整个行程;
(5)在整个行驶过程中,电动车始终在跷跷板上,并分阶段实时显示电动车行驶所用的时间。

2.发挥部分

将配重固定在可调整范围内任一指定位置,电动车完成以下运动:

(1)将电动车放置在地面距离跷跷板起始端A点 300mm以外、90°扇形区域内某一指定位置(车头朝向跷跷板),电动车能够自动驶上跷跷板,如图3所示:

(2)电动车在跷跷板上取得平衡,给出明显的平衡指示,保持平衡5秒钟以上;
(3)将另一块质量为电动车质量10%~20%的块状配重放置在A至C间指定的位置,电动车能够重新取得平衡,给出明显的平衡指示,保持平衡5秒钟以上;
(4)电动车在3分钟之内完成(1)~(3)全过程。
(5)其他。

三、说明

(1)跷跷板长1600mm、宽300mm,为便于携带也可将跷跷板制成折叠形式。
(2)跷跷板中心固定在直径不大于50mm的半圆轴上,轴两端支撑在支架上,并保证与支架圆滑接触,能灵活转动。
(3)测试中,使用参赛队自制的跷跷板装置。
(4)允许在跷跷板和地面上采取引导措施,但不得影响跷跷板面和地面平整。
(5)电动车(含加在车体上的其它装置)外形尺寸规定为:长≤300mm,宽≤200mm。
(6)平衡的定义为A、B两端与地面的距离差d=∣dA-dB∣不大于40mm。
(7)整个行程约为1600mm减去车长。
(8)测试过程中不允许人为控制电动车运动。
(9)基本要求(2)不能完成时,可以跳过,但不能得分;发挥部分(1)不能完成时,可以直接从(2)项开始,但是(1)项不得分。

四、评分标准


关键字:音频  信号  正弦  仪器

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