簡易倒立擺裝置

1、題目 1 雙相信號發(fā)生器設(shè)計、 制作一個雙相信號發(fā)生器， 在特定的頻率范圍內(nèi)輸出正弦波， 信號的幅度和相位差可以程控設(shè)置，也可以輸出矩形波和方波。數(shù)字邏輯系統(tǒng)推薦使用basis開發(fā)板（可到212實驗室借），外圍電路自行設(shè)計，信號發(fā)生器的工作電源可外置。ill, 、-二、要求1基本要求（1）兩路信號均可輸出正弦波、方波、矩形波；（2 ）兩路信號輸出最大幅度不低于3V，幅度可調(diào)，設(shè)置分辨率不低于10bit ；（3）信號頻率范圍從 1kHz 到 10kHz 可調(diào)，步進值不大于 1 00Hz ，頻率準確度不低于 0.1%； （ 4）正弦波信號在整個頻率設(shè)置范圍內(nèi)，波形失真度不大于2%；（5） 兩路信號

2、的相位差可以在0359 度內(nèi)可調(diào)，設(shè)置分辨力不大于 1 度；（6） 矩形波占空比在 0.1%99.9%范圍內(nèi)可調(diào)，設(shè)置分辨率不低于0.1%；2發(fā)揮部分（1） 信號可調(diào)頻率范圍擴展到1MHz；（2） 兩路均可產(chǎn)生 FSK調(diào)制波，內(nèi)調(diào)制信號的頻率不大于10Hz,上邊頻為12kHz，下邊 頻 8kHz；（3） 兩路均可產(chǎn)生 ASK調(diào)制波，內(nèi)調(diào)制信號的頻率不大于10Hz，載波頻率為10kHz，調(diào) 制率為 100%；題目2手持數(shù)字示波器、任務(wù)設(shè)計并制作一臺手持數(shù)字示波器。示意圖如下:一、要求1. 基本要求(1) 示波器為電池供電，便于攜帶。(2) 示波器的屏幕能顯示輸入信號的曲線及相關(guān)的參數(shù)。鍵盤能進行

3、相關(guān)參數(shù) 的調(diào)節(jié)。屏幕的水平刻度為10Div,垂直刻度為8Div。(3) 觸發(fā)方式：自動。觸發(fā)邊沿：上升。(4) 信號電壓范圍：+/-50V。最高實時取樣率：1M點/秒，精度8Bit。(5) 模擬頻帶寬度：01MHz。(6) 輸入阻抗：1MQ。耦合方式：DC/AC,2. 發(fā)揮部分(1) 示波器顯示的曲線可以進行水平、垂直的移動。(2) 垂直靈敏度：100mV/Div 5V/Div(按1-2-5方式遞進)。(3) 水平時基范圍:5卩s/Div- 50mS/Div (按1-2-5方式遞進)。(4) 增加最高實時采樣率為10M點/秒，精度8Bit o(4)增加示波器與PC機的接口，可以把采集的數(shù)據(jù)上

4、傳到 PC機，并顯示題目3簡易倒立擺裝置設(shè)計并制作一套簡易旋轉(zhuǎn)倒立擺及其控制裝置。旋轉(zhuǎn)倒立擺的結(jié)構(gòu)如圖1所示。電機固定在底座上，通過轉(zhuǎn)軸、聯(lián)軸器驅(qū)動擺臂在豎直平面上旋轉(zhuǎn)。擺臂頂端利用一自由轉(zhuǎn)軸連接擺桿，自由軸與電機軸平行。 擺臂在電機驅(qū)動下可做左右往復旋轉(zhuǎn)運動，帶動擺桿在豎直平面上作自由旋轉(zhuǎn)。擺臂豎直向上時為0。位，豎直向下為180。位。擺桿擺臂一、要求1基本要求(1 )擺臂處于0°位左右一定分為往復運動，擺桿從處于自然下垂狀態(tài)(擺角0。開始，繞自由軸擺動，并盡快使擺角達到或超過-60 +60。(2 )擺臂處于0。位，從擺桿處于自然下垂狀態(tài)開始，盡快增大擺桿的擺動幅度，直至完成 圓周

5、運動；(3 )擺臂處于0。位，在擺桿處于自然下垂狀態(tài)下，外力拉起擺桿至接近倒立狀態(tài)，外力撤 除同時，啟動控制旋轉(zhuǎn)臂使擺桿保持倒立狀態(tài)時間不少于5s。2 發(fā)揮部分(1 )擺臂處于0。位，從擺桿處于自然下垂狀態(tài)開始，控制旋轉(zhuǎn)臂作往復旋轉(zhuǎn)運動，盡快使 擺桿擺起倒立，保持倒立狀態(tài)時間不少于10s；(2) 擺臂處于0。位，在擺桿保持倒立狀態(tài)下，施加干擾后擺桿能繼續(xù)保持倒立或2s內(nèi)恢復倒立狀態(tài)；(3 )擺臂處于180。位，在擺桿保持倒立狀態(tài)下，施加干擾后擺桿能繼續(xù)保持倒立或2s內(nèi)恢復倒立狀態(tài)；(4) 其他。三、說明1 旋轉(zhuǎn)倒立擺機械部分可以自制，也可以購買，自制結(jié)構(gòu)建議：結(jié)構(gòu)整體不宜過大；擺桿 不宜過長，

6、且質(zhì)量盡可能輕，但應(yīng)能夠避免空氣流動的影響；擺臂長度適中，當須具備足夠強度；聯(lián)軸器建議采用法蘭聯(lián)軸器，避免聯(lián)軸器和擺臂、擺桿發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。2擺桿要能夠在垂直平面靈活旋轉(zhuǎn)，檢驗方法如下：將擺桿拉起至水平位置后松開，擺桿 至少能夠自由擺動 3個來回。3除電動機 A 之外，裝置中不得有其他動力部件。4擺桿倒立時施加干擾的方法是，以15cm 長細繩栓一只 5克砝碼，在擺桿上方將砝碼拉起15 45 °釋放后用砝碼沿擺桿擺動的切線方向撞擊擺桿上端12cm處；以抗擾動能力強弱判定成績。5擺桿角度位置的檢測可采用旋轉(zhuǎn)編碼器、電阻式（電位器式）角度傳感器或在擺桿上安 裝陀螺儀等方案。題目4風力小球位置

7、控制系統(tǒng)設(shè)計制作一套利用風力控制小球位置的裝置，機械部分結(jié)構(gòu)如圖所示。圖中小球安放在一個1m長的導軌上，兩端各安裝一個相對出風的風機。利用控制器檢測小球的位置，并根 據(jù)設(shè)定位置與實際位置的偏差控制風機運行，吹動小球向目標位置運動。一、要求1. 基本要求(1 )人工將小球任意放置在導軌上，利用顯示器顯示小球當前位置，給出坐標數(shù)據(jù)，基準0點位于距左端15cm處。(2 )小球放置在左端起始區(qū)，啟動左側(cè)風機吹動小球運動，直至進入并停在右端起始區(qū)，穩(wěn)定停止3s后啟動右側(cè)風機吹動小球返回并停在左端起始區(qū)。2. 發(fā)揮部分(1 )小球放置在左端起始區(qū)，啟動風機吹動小球在軌道上以最快速度作往復運動，即從左端起始

8、區(qū)運動至右端起始區(qū)，不做停留立即返回左端起始區(qū)，并不斷重復。期間小球不得碰撞兩端邊界(風機)(2)小球放置在左端起始區(qū)，啟動風機吹動小球運動至軌道中央，標尺35cm處，并穩(wěn)定停止3s以上。(3 )人工將小球任意放置在導軌上，人工設(shè)置小球目標位置，啟動風機控制小球運動至指 定位置，并穩(wěn)定停止 3s以上。(4)人為墊高軌道右端約 3cm，使軌道出現(xiàn)約1°2°的傾斜，完成上述發(fā)揮部分要求( 2)。三、說明1小球建議使用乒乓球，軌道可使用任意材質(zhì)，建議采用內(nèi)徑合適的PVC管材縱向剖開。2. 軌道上應(yīng)標明起始區(qū)和中部的標尺，所有任務(wù)的完成精度以軌道上的標記為準，小球在 軌道中的位置須

9、便于觀察。3. 小球進入起始區(qū)以球中心點通過起始區(qū)邊界為準，停留在某一點時目標點處于小球邊界 內(nèi)即可。4小球位置檢測建議采用攝像頭實現(xiàn)，軌道及其背景顏色可自由設(shè)置，小球可染成任意方 便的顏色。5兩端風機建議采用涵道風機，其功率、出風量應(yīng)與小球質(zhì)量、尺寸匹配。企業(yè)題:題目5簡易NPN型BJT特性圖示儀一、任務(wù)設(shè)計制作一臺簡易BJT特性圖示儀，結(jié)構(gòu)參照圖示。儀器利用單片機控制BJT基極電流和集電極-發(fā)射極電壓，檢測集電極或發(fā)射極電流和基極-發(fā)射極電壓，并利用液晶屏顯示BJT的輸出特性和輸入特性。、要求1基本要求(1 )輸出一定BJT基極電流，檢測基極-發(fā)射極電壓，并顯示電壓值，誤差小于1mV ;(

10、2) 輸出一定BJT基極電流和集電極-發(fā)射極電壓，檢測集電極或發(fā)射極電流，并計算兩電流之比，并顯示 BJT的電流放大倍數(shù) 3°2.發(fā)揮部分(1 )在一定范圍內(nèi)循環(huán)輸出連續(xù)的BJT基極電流，檢測基極-發(fā)射極電壓，繪制 BJT的輸入特性曲線。(2) 在一定范圍內(nèi)循環(huán)輸出BJT基極階梯電流和連續(xù)的集電極 -發(fā)射極電壓，繪制 BJT輸出特性曲線，每個基極電流階梯值對應(yīng)一條曲線，BJT基極電流階梯不少于 5級。(3) 自動判斷BJT是否接入，并給出提示信息。(4) 同時完成上述發(fā)揮部分三項要求，在一個屏幕內(nèi)顯示兩條特性曲線。三、說明1作品忽略集電極電流與發(fā)射極電流的差異，認為兩者近似相等，因此

11、，兩電流任測其一 即可。2.作品至少應(yīng)能夠測試三種型號的NPN型BJT管，并根據(jù)不同特性的器件自動調(diào)整基極電流等參數(shù)，具體被測元件有學生自備，特性差異大者加分。3特性測試過程用時，即從接入被測元件至完成曲線繪制時間，不得超過1分鐘。4作品方案建議利用單片機利用DAC控制基極電流和集電極-發(fā)射極電壓，針對不同特性的被測元件選擇不同的激勵信號大小。同時利用ADC檢測基極-發(fā)射極電壓、集電極-發(fā)射極電壓、基極電流和集電極或發(fā)射極電流。題目6開關(guān)穩(wěn)壓(恒流)電源電源框圖Rl設(shè)計并制作如圖所示的開關(guān)穩(wěn)壓電源。o 電Ui= 220VAC源。箱、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 (所

12、有參賽者)(1 )輸出電壓U?？烧{(diào)范圍：2V10V ;(2) 最大輸出電流lomax： 2A ；(3) Uin 從 15V 變到 24V 時，電壓調(diào)整率 Su<5% (Uo=5V , Io=2A);(4) Io從 0 變到 2A 時，負載調(diào)整率 S|<5% (Uin=20V , Uo=5V);(5) 輸出噪聲紋波電壓峰 -峰值 Uopp500mV ( Uin=20V , Uo=5V , Io=2A )；(6) DC-DC 變換器的效率 n%0% (Uin=24V, Uo=10V , Io=2A );(7) 具有過流保護功能，動作電流lo(th)=2.5 ± 0.2A ;2

13、 基本要求2 (三年級及以上參賽者)(1) 具有恒流輸出功能，電流輸出可調(diào)范圍：200mA2A。(2) 恒流輸出時電壓變化范圍210V (可以低于2V，不得超過10V，即最高10V恒壓輸 出)；3 發(fā)揮部分(1 )進一步提高電壓調(diào)整率，使Su<1% ( Uo=5V , I O=2A );(2)進一步提高負載調(diào)整率，使S|<1% ( Uin=20V , Uo=5V );(3 )進一步提高效率，使n%5% ( U|n=24V , Uo=10V, lo=2A);(4 )排除過流故障后，電源能自動恢復為正常狀態(tài)；(5) 能對輸出電壓或電流進行鍵盤設(shè)定和步進調(diào)整，步進值0.1V或0.1A，同

14、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(輔助電源可以使用)，但可使用開關(guān)電源控制芯片。2. Uin可通過調(diào)節(jié)電源箱輸出來調(diào)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(diào)整率 Su指Uin在指定范圍內(nèi)變化時，輸出電壓Uo的變化率；負載調(diào)整率S指I。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H=P。/ Pin，其中Po =

15、 Uolo, pin = uinIIN。LED5恒流輸出測試時， 提供導通電壓約為 3V 、6V 和 9V 的 LED 燈板，要求在測試過程中 燈板沒有明顯閃爍。6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）。7制作時應(yīng)考慮方便測試，合理設(shè)置測試點（參考圖1）。8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。題目 7 無線測溫模塊 (企業(yè)題 )設(shè)計、制作一個無線測溫模塊，應(yīng)用于電力 220VAC 母線附近溫度測量。ill, 、-二、要求1基本要求(1)整個模塊無源，實現(xiàn)自取電，能夠滿足自身功耗，且能輸出5V ， 50mA ；(2) 測溫范圍：-25C +120C;(3) 測溫精度：±C;( 4)數(shù)據(jù)刷新速率： 10 次 /min;( 5 )增加模塊狀態(tài)指示，表征模塊正常工作;( 6) WIFI 接口與 PC 通信，實現(xiàn)超限報警;( 7)根據(jù)當前溫升趨勢，進行預(yù)測未來超限報警時間;( 8 )具備過壓保護。2發(fā)揮部分( 1 )擴展 CAN 通信接口;( 2)具備遠程喚醒和休眠控制功能;( 3)具備浪涌抑制功能。應(yīng)變片題目8簡易電子秤(企業(yè)題)設(shè)計并制作一個以電阻應(yīng)變片為稱重傳感器的簡易電子 秤，電子秤的結(jié)構(gòu)如右圖所示。如右