2007年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目

1、螈2007年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽試題羅參賽注意事項羃（1） 2007年9月3日8:00競賽正式開始。本科組參賽隊只能A、B、C、D、E、F題目中任選一題；高職高專組參賽隊原則上在G、H、I、J題中任選一題，也可以選擇其他題目。蒂（2）參賽隊認(rèn)真填寫登記表內(nèi)容，填寫好的登記表交賽場巡視員暫時保存。蒈（3）參賽者必須是有正式學(xué)籍的全日制在校本、?？茖W(xué)生，應(yīng)出示能夠證明參賽者學(xué)生身份 的有效證件（如學(xué)生證）隨時備查。羇（4）每隊嚴(yán)格限制3人，開賽后不得中途更換隊員。蒞（5）競賽期間，可使用各種圖書資料和網(wǎng)絡(luò)資源，但不得在學(xué)校指定競賽場地外進(jìn)行設(shè)計制 作，不得以任何方式與他人交流，包括教師在內(nèi)的非參

2、賽隊員必須迴避，對違紀(jì)參賽隊取消 評審資格。袂（6） 2007年9月6日20:00競賽結(jié)束，上交設(shè)計報告、制作實物及登記表，由專人封存。艿音頻信號分析儀（A題）肇【本科組】蒃一、任務(wù)芁設(shè)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。罿_、要求裊1基本要求祎(1)輸入阻抗：50Q(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袇(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。)羄( 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

3、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%，總功率測量的相對誤差的絕對值小于 5%。莄( 6)分析時間： 5 秒。應(yīng)以 5 秒周期刷新分析數(shù)據(jù)，信號各頻率分量應(yīng)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(shè)暫停鍵保持顯示的數(shù)據(jù)。蒀2發(fā)揮部分羈( 1)擴(kuò)大輸入信號動態(tài)范圍，提高靈敏度。肂(2)輸入信號包含的頻率成分范圍： 20Hz10kHz 袃(3)增加頻率分辨力20Hz檔。膀( 4)判斷輸入信號的周期性，并測量其周期。螅( 5)測量被測正弦信號的失真度。蒞( 6)其他。芃三、說明羈1 電源可用成品，必須自備，亦可

4、自制。袇2設(shè)計報告正文中應(yīng)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(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序、和完整的測試結(jié)果用附件給出。薃四、評分標(biāo)準(zhǔn)袈項目祎主要內(nèi)容賺分?jǐn)?shù)蚆系統(tǒng)方案羄比較與選擇袈5薁方案描述膂理論分析與計算羀放大器設(shè)計蚈功率譜測量方法蒅15螈周期性判斷方法螞設(shè)計莈電路與程序設(shè)計薆電路設(shè)計肅10蟻報告薃程序設(shè)計蚇測試方案與測試結(jié)果羆測試方案及測試條件薂測試結(jié)果完整性蚈12衿測試結(jié)果分析羂設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范蝕摘要性蒆設(shè)計報告正文的結(jié)構(gòu)莁8蒆圖表的規(guī)范性薇總分薅50螀基本膀要求蠆實際制作完成情況蚃50蒄發(fā)揮袁部分蒆完成第（1）項肅10薁完成第（2）項蕆10莂完成第（3

5、）項肇10薆元成第（4）項螂10莆元成第（5）項蚅5薈其他莇5虬總分艿50膅無線識別裝置（B題）肀【本科組】聿一、任務(wù)芆設(shè)計制作一套無線識別裝置。該裝置由閱讀器、應(yīng)答器和耦合線圈組成，其方框圖參見圖1。閱讀器能識別應(yīng)答器的有無、編碼和存儲信息。薀外接螄薂裝置中閱讀器、應(yīng)答器均具有無線傳輸功能，頻率和調(diào)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勺漆包線或有絕緣外皮的導(dǎo)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(zhì)為空氣。兩個耦合

6、線圈最接近部分的間距定義為D。芀閱讀器、應(yīng)答器不得使用其他耦合方式。膆一、要求袃1基本要求肁（1）應(yīng)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(jié)果，能在 D盡可能大的情況下，識別應(yīng)答器的有無。識 別正確率80%識別時間w 5秒，耦合線圈間距 D5cm肀（2）應(yīng)答器增加編碼預(yù)置功能，可以用開關(guān)預(yù)置四位二進(jìn)制編碼。閱讀器能正確 識別并顯示應(yīng)答器的預(yù)置編碼。顯示正確率 80%響應(yīng)時間w 5秒，耦合線圈 間距D 5cm。羋2.發(fā)揮部分芅（1）應(yīng)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(jìn)行整流濾波得到能量），不允許使用電池及內(nèi)部含有電池的集成電路

7、。閱讀器能正確讀出并顯示應(yīng)答器上預(yù)置的四位二進(jìn)制編碼。 顯示正確率80%響應(yīng)時間w 5秒, 耦合線圈間距D 5cm。蒁(2)閱讀器采用單電源供電，在識別狀態(tài)時，電源供給功率w 2W在顯示編碼正 確率80%響應(yīng)時間w 5秒的條件下，盡可能增加耦合線圈間距 D。螁(3)應(yīng)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(jìn)制數(shù)。裝置斷 電后，應(yīng)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(yīng) 答器存儲信息的功能。肅(4)其他。莃三、說明袀設(shè)計報告正文中應(yīng)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(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序用附件給出。薁四、評分標(biāo)準(zhǔn)肆設(shè)計報告螆項

8、目薄主要內(nèi)容羈滿分襖系統(tǒng)方案羃無線識別裝置總體方案設(shè)計螈6羃理論分析與計算蒂耦合線圈的匹配理論蒈閱讀器發(fā)射電路分析羇閱讀器接收電路分析肁9羅電路與程序設(shè)計螄閱讀器電路設(shè)計計算腿應(yīng)答器電路設(shè)計計算薁19肇總體電路圖蚅識別裝置工作流程圖蒆測試方案與測試結(jié)果蒅調(diào)試方法與儀器蚃測試數(shù)據(jù)完整性蝕測試結(jié)果分析膀8螈摘要蚄設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性蕿設(shè)計報告正文的結(jié)構(gòu)蒁8羆圖表的規(guī)范性罿總分蚇50薃基本要求艿實際制作完成情況蒈50薄完成第（1）項螞21腿完成第（2）項莁20蕆發(fā)揮部分芇完成第（3）項蚄5袈其他蚆4薄總分芁50荿膄荿數(shù)字示波器(C題)衿【本科組】裊一、任務(wù)莃設(shè)計并制作一臺具有實時采樣方式和等效采樣方

9、式的數(shù)字示波器，示意圖如圖示。羋圖1數(shù)字示波器示意圖蚅一、要求蒄1基本要求袀(1)被測周期信號的頻率范圍為10Hz10MHz，儀器輸入阻抗為1M1，顯示屏 的刻度為8 div x10div,垂直分辨率為8bits,水平顯示分辨率20點/ div。蚈(2)垂直靈敏度要求含1V/div、0.1V/div兩檔。電壓測量誤差w 5%。莆(3)實時采樣速率w 1MSa/s,等效采樣速率200MSa/s；掃描速度要求含20ms/div、2g /div、100 n s/div三檔，波形周期測量誤差w 5%節(jié)（4）儀器的觸發(fā)電路采用內(nèi)觸發(fā)方式，要求上升沿觸發(fā)，觸發(fā)電平可調(diào)膂（5）被測信號的顯示波形應(yīng)無明顯失真

10、。肇2 發(fā)揮部分肆（1）提高儀器垂直靈敏度，要求增加 2mV/div檔，其電壓測量誤差w 5%,輸入 短路時的輸出噪聲峰-峰值小于2mV o芃（2）增加存儲/調(diào)出功能，即按動一次“存儲”鍵，儀器即可存儲當(dāng)前波形，并 能在需要時調(diào)出存儲的波形予以顯示。莁（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(jìn)行一次采集與存儲（被測信號的頻率范圍限定為10Hz50kHz） o薆（4）能提供頻率為100kHz的方波校準(zhǔn)信號，要求幅度值為 0.3V 5% （負(fù)載電 阻1 MC時），頻率誤差w 5%o祎（5）其他。葿三、說明芀1. A/D轉(zhuǎn)換器最高采樣速率限定為1MSa/s，并要

11、求設(shè)計獨(dú)立的取樣保持電路。為 了方便檢測，要求在A/D轉(zhuǎn)換器和取樣保持電路之間設(shè)置測試端子 TPo薇2.顯示部分可米用通用示波器，也可米用液晶顯示器。膂3.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(nèi)容， 或陳尚松等編著的電子測量與儀器等相關(guān)資料。螁4設(shè)計報告正文中應(yīng)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(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果可用附件給出。蠆四、評分標(biāo)準(zhǔn)羀項 目肇應(yīng)包括的主要內(nèi)容袃分?jǐn)?shù)節(jié)系統(tǒng)方案蒈比較與選擇肂6薄方案描述羇理論分析與計算芄等效米樣分析莇12膃垂直靈敏度蕿掃描速度莇設(shè)計膅電路與程序設(shè)計袁電路設(shè)計螅12膃報告螆程序設(shè)

12、計羀測試方案與測試結(jié)果葿測試方案及測試條件莂12薅測試結(jié)果完整性肅測試結(jié)果分析芆設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范袁摘要肆8性蒀設(shè)計報告正文的結(jié)構(gòu)莈圖表的規(guī)范性總分50基本要求實際制作完成情況50發(fā)揮部分完成第（1）項22完成第（2）項7完成第（3）項7完成第（4）項6其他8總分50程控濾波器（D題）【本科組】一、任務(wù)設(shè)計并制作程控濾波器，其組成如圖1所示。放大器增益可設(shè)置；低通或高通濾波 器通帶、截止頻率等參數(shù)可設(shè)置。測試端子圖1程控濾波器組成框圖、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(jìn) 可調(diào)，通頻帶為100Hz40kHz,放大器輸出電壓無明顯失

13、真。（2） 濾波器可設(shè)置為低通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz20kHz范圍內(nèi)可 調(diào)，調(diào)節(jié)的頻率步進(jìn)為1kHz ,2fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于 30dB, RL=1k。（3） 濾波器可設(shè)置為高通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz20kHz范圍內(nèi)可 調(diào)，調(diào)節(jié)的頻率步進(jìn)為1kHz，0.5fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于 30dB, Rl=1 1。（4）電壓增益與截止頻率的誤差均不大于 10%。（5）有設(shè)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(jìn)可調(diào)， 電壓增益誤差不大于5%。(2) 制作一個四階橢圓型

14、低通濾波器，帶內(nèi)起伏w1dB, -3dB通帶為50kHz，要 求放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100Hz 200kHz，頻率步進(jìn) 10kHz。(4) 其他。三、說明設(shè)計報告正文應(yīng)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(jié) 果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果可用附件給出。四、評分標(biāo)準(zhǔn)項目滿分設(shè)計報告系統(tǒng)方案15理論分析與計算15電路與程序設(shè)計5測試方案與測試結(jié)果10設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性5總分50基本要求實際制作完成情況50發(fā)揮部分完成第(

15、1)項14完成第(2)項16完成第(3)項15其他5總分50開關(guān)穩(wěn)壓電源(E題)【本科組】、任務(wù)設(shè)計并制作如圖1所示的開關(guān)穩(wěn)壓電源。Ui= 220/ AC隔離變壓器U2=18VAC整流濾波開關(guān)穩(wěn)壓電源IlNU INDC-DC變換器IoUoRl圖1電源框圖、要求在電阻負(fù)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(diào)范圍：30V36V;(2) 最大輸出電流lOmax： 2A ；(3) U2從15V變到21V時，電壓調(diào)整率Su 2% (Io=2A);(4) Io從0變到2A時，負(fù)載調(diào)整率S70% (U2=18V,Uo=36V,Io=2A);(7) 具有過流保護(hù)功能，動作電流Io

16、 (th) =2.5 .2A;2. 發(fā)揮部分(1) 進(jìn)一步提高電壓調(diào)整率，使 Su 0.2% (Io=2A);(2) 進(jìn)一步提高負(fù)載調(diào)整率，使 Si 85% (U2=18V,Uo=36V,Io=2A);(4) 排除過流故障后，電源能自動恢復(fù)為正常狀態(tài)；(5) 能對輸出電壓進(jìn)行鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，步進(jìn)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(guān)電源控制芯片。(2) U2可通過交流調(diào)壓器改變U1來調(diào)整。DC-DC變換器(含控制電路)只能 由UlN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

17、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(diào)整率Su指U2在指定范圍內(nèi)變化時，輸出電壓 Uo的變化率； 負(fù)載調(diào)整率S指Io在指定范圍內(nèi)變化時，輸出電壓 Uo的變化率；DC-DC 變換器效率 =Po/ Pin，其中 Po= Uolo， Pin = UinIin。（5） 電源在最大輸出功率下應(yīng)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(yīng)考慮方便測試，合理設(shè)置測試點（參考圖 1）。（7）設(shè)計報告正文中應(yīng)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(jié)果。完整的電路

18、原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果用附件給 出。四、評分標(biāo)準(zhǔn)項目應(yīng)包括的主要內(nèi)谷或考核要點滿分設(shè)計報告方案論證DC-DC主回路拓?fù)?；控制方法及實現(xiàn)方案； 提高效率的方法及實現(xiàn)方案8電路設(shè)計 與參數(shù)計算主回路器件的選擇及參數(shù)計算；控制電路設(shè) 計與參數(shù)計算；效率的分析及計算；保護(hù)電 路設(shè)計與參數(shù)計算；數(shù)子設(shè)疋及顯示電路的 設(shè)計20測試方法與數(shù)據(jù)測試方法；測試儀器；測試數(shù)據(jù)（著重考查方法和儀器選擇的正確性以及數(shù) 據(jù)是否全面、準(zhǔn)確）10測試結(jié)果分析與設(shè)計指標(biāo)進(jìn)行比較，分析產(chǎn)生偏差的原因， 并提出改進(jìn)方法5電路圖及設(shè)計文件重點考查完整性、規(guī)范性7總分50基本要求實際制作完成情況50發(fā)揮部分完成第（1）

19、項10完成第（2）項r io完成第（3）項15完成第（4）項4完成第（5）項r 6其他5總分50電動車蹺蹺板（F題）【本科組】、任務(wù)設(shè)計并制作一個電動車蹺蹺板，在蹺蹺板起始端 A 一側(cè)裝有可移動的配重。配重的 位置可以在從始端開始的200mmr 600mn范圍內(nèi)調(diào)整，調(diào)整步長不大于 50mm配重可拆卸。電動車從起始端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。一、要求1. 基本要求在不加配重的情況下，電動車完成以下運(yùn)動：(1) 電動車從起始端A出發(fā)，在30秒鐘內(nèi)行駛到中心點C附近；(2) 60秒鐘之內(nèi)，電動車在中心點 C附近使蹺蹺板處于平衡狀態(tài)，

20、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(nèi)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(nèi)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(diào)整范圍內(nèi)任一指定位置，電動車完成以下運(yùn)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(nèi)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:圖3自動駛上蹺蹺板示意圖mr(2) 電動車在蹺蹺板上取得平衡，給出明顯的

21、平衡指示，保持平衡5秒鐘以上；(3) 將另一塊質(zhì)量為電動車質(zhì)量10%20%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(nèi)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的半圓軸上，軸兩端支撐在支架上，并保證與支架圓滑接觸，能靈活轉(zhuǎn)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(dǎo)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w 300mm寬w 200mm(6) 平衡的定義為A、B兩端與地面的距離差d= I