體驗(yàn)電子設(shè)計(jì)大賽賽題

1、.A題競(jìng)賽搶答器一、任務(wù)設(shè)計(jì)制作一個(gè)4路搶答器，搶答者按動(dòng)本組按鍵，組號(hào)立即在LED顯示器上顯示，同時(shí)封鎖其他組的按鍵信號(hào)。二、要求1基本要求（1）系統(tǒng)設(shè)置外部清除健，按動(dòng)清除健， LED顯示器自動(dòng)清零滅燈。（2）搶答器定時(shí)為30秒，通過(guò)控制健啟動(dòng)搶答器后，要求30秒定時(shí)器開(kāi)始工作，發(fā)光管點(diǎn)亮。（3）搶答者在30秒內(nèi)進(jìn)行搶答有效，如果30秒內(nèi)無(wú)搶答者，則本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警。2發(fā)揮部分1）能顯示分?jǐn)?shù)2）有主持人可加分（回答正確）減分（回答錯(cuò)誤）、設(shè)置初始分?jǐn)?shù)（初始分?jǐn)?shù)不必可選，自行設(shè)定）功能，步進(jìn)為1分。3）當(dāng)分?jǐn)?shù)小于等于0時(shí)，自動(dòng)提示此人出局。4）其他創(chuàng)新。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：工藝分10分，使用開(kāi)發(fā)

2、板制作者2分，自己制作硬件2-8分 飛線不扣分。完成基本要求15分完成基本要求220分完成基本要求310分完成發(fā)揮部分110分完成發(fā)揮部分220分完成發(fā)揮部分3 5分論文 20分分五擋 （1）有交論文 05分 （2）論文達(dá)到了基本格式標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容單一 610分 （3）格式標(biāo)準(zhǔn)，原理清楚，內(nèi)容齊全 1115分（4）原理、理論分析、計(jì)算、測(cè)試數(shù)據(jù)、論文格式字?jǐn)?shù)均優(yōu) 1620分B題超外差調(diào)頻收音機(jī)一、 任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)超外差調(diào)頻收音機(jī)。二、 要求（一） 基本要求（1） 采用超外差電路，接收頻率范圍：FM 87.5108.5MHz；（2） 清晰接收到10個(gè)以上強(qiáng)信號(hào)的電臺(tái)；（3） 手動(dòng)調(diào)臺(tái)，外接拉桿天

3、線；（4） 驅(qū)動(dòng)普通耳機(jī)；（二） 發(fā)揮部分（1） 在原來(lái)基礎(chǔ)上增加TS頻道：TS 7088MHz；（2） 接收臺(tái)數(shù)盡可能增加；（3） 減小拉桿天線長(zhǎng)度，甚至使用耳機(jī)線代替拉桿天線；（4） 采用按鍵選擇頻道；（5） 增加立體聲解調(diào)電路；（6） 增加后級(jí)功放，驅(qū)動(dòng)8歐揚(yáng)聲器；三、 參考方案調(diào)頻收音機(jī)原理比較復(fù)雜，電路結(jié)構(gòu)亦然。超再生電路和超外差電路均可對(duì)FM信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，不過(guò)超再生電路選擇性和音質(zhì)差，靈敏度也較低；超外差電路比較復(fù)雜，但是采用專用芯片，能大大簡(jiǎn)化電路，能做出靈敏度高、選擇性好和音質(zhì)佳的調(diào)頻收音機(jī)。常見(jiàn)調(diào)頻接收芯片有：TA2003、TDA7021、TA8122、CXA1691、CXA

4、1238等等。（一） 基本要求參考方案一、電路工作原理圖1是以TA2003為核心芯片構(gòu)成的FM接收和解調(diào)電路，天線感應(yīng)到的射頻信號(hào)由C4、C5耦合進(jìn)入芯片，15腳接LC諧振網(wǎng)絡(luò)，諧振頻率等于目標(biāo)信號(hào)頻率；13腳也接一個(gè)LC諧振網(wǎng)絡(luò)，諧振頻率比目標(biāo)頻率低10.7MHz，二者混頻產(chǎn)生10.7MHz中頻。這兩個(gè)LC諧振網(wǎng)絡(luò)直接決定電路是否正常接收廣播信號(hào)，重要！混頻后的中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理，經(jīng)過(guò)外部?jī)蓚€(gè)10.7MHz的中頻陶瓷濾波器，最后從11腳輸出音頻信號(hào)，直接把11腳輸出的音頻信號(hào)輸入音頻放大器后，即可以推動(dòng)耳機(jī)發(fā)音。簡(jiǎn)單的耳機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖2：圖 2 耳機(jī)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際工作時(shí)，Q1的集電極電壓約為

5、電源電壓一半，根據(jù)實(shí)際工作電壓調(diào)整基極電阻R5的阻值以滿足要求。LS1和LS2為耳機(jī)的兩個(gè)通道，直接串聯(lián)。二、核心元器件選擇及制作芯片：TA2003， 10.7MHz三端陶瓷濾波器兩個(gè)。電路中幾個(gè)電感，參數(shù)比較重要，直接決定成敗，可以參考一下參數(shù)進(jìn)行自制，也可以自行設(shè)計(jì)。采用直徑0.5mm的漆包線繞出線圈的橫截面的直徑為3.3mm的線圈，45nH的繞5.5圈、拉長(zhǎng)為6mm，60nH的繞6.5圈、拉長(zhǎng)為6mm。由于分布參數(shù)，這兩個(gè)電感繞好之后，調(diào)試時(shí)調(diào)整線圈長(zhǎng)度適當(dāng)調(diào)整電感量。其他元件較為常見(jiàn)，自行選擇即可。三、其他說(shuō)明核心芯片為TA2003，好處就是提供直插封裝，有利于使用萬(wàn)用板進(jìn)行制作。也可

6、以采用其他收音機(jī)芯片，CXA1691性能不錯(cuò)，靈敏度高穩(wěn)定性好音質(zhì)優(yōu)良；TDA7021比較有特色，電路中只需一個(gè)LC諧振網(wǎng)絡(luò)，調(diào)試極為簡(jiǎn)單，成功率高；CXA1238也不錯(cuò)，內(nèi)部集成了立體聲解碼器，等等。不過(guò)前面幾款芯片要考慮封裝，如果為貼片封裝，必須自己設(shè)計(jì)PCB。（二）發(fā)揮部分（1） 擴(kuò)大接收范圍。實(shí)現(xiàn)方法較為簡(jiǎn)單，只要重新設(shè)計(jì)LC網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)即可，或者設(shè)計(jì)換擋開(kāi)關(guān)，但是開(kāi)關(guān)本身分布參數(shù)較大，參數(shù)較難估算。TS頻道頻率比FM低，只要LC網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率范圍足夠?qū)?，無(wú)須更換芯片即可以正常實(shí)現(xiàn)TS頻道信號(hào)接收。（2） 接收臺(tái)數(shù)的增加采用了專用芯片，靈敏度一般較高，只要耐心調(diào)整，接收電臺(tái)數(shù)目很容易達(dá)到

7、15個(gè)以上。（3） 采用耳機(jī)線充當(dāng)天線耳機(jī)線充當(dāng)天線，會(huì)降低接收靈敏度，在沒(méi)有拉桿天線條件下也能進(jìn)行接收，充分利用資源，實(shí)際根據(jù)進(jìn)行靈敏度的折衷。電路較為簡(jiǎn)單，如圖3： 圖 3 采用耳機(jī)線充當(dāng)天線原理比較簡(jiǎn)單，從耳機(jī)的公共端引出感應(yīng)到的射頻信號(hào)，經(jīng)22pF電容耦合到原來(lái)的天線輸入端。另外，在原來(lái)的基礎(chǔ)上串聯(lián)兩個(gè)電感量2.2uH以上的色碼電感，防止射頻信號(hào)亂串。建議使用耳機(jī)天線時(shí)也不要拆除拉桿，能增加靈敏度。（4） 采用按鍵選擇頻道要使用按鍵進(jìn)行頻道選擇，必須增加頻率鎖定電路，即鎖相環(huán)電路，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，不過(guò)該功能可以采用專用的芯片進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。該芯片即為TDA7088，原理圖如下：該電路除包含

8、FM收音機(jī)從天線接收到鑒頻輸出音頻信號(hào)的全部功能外，還設(shè)有搜索調(diào)諧電路、信號(hào)檢測(cè)電路、靜噪電路以及壓縮中頻頻偏的頻率鎖定環(huán)FLL電路。TDA7088T電路的中頻頻率設(shè)計(jì)為70kHz，外圍電路不用中頻變壓器，其中頻選擇由電路內(nèi)部RC中頻濾波器來(lái)完成。該機(jī)像數(shù)字調(diào)諧收音機(jī)那樣采用電調(diào)諧按鈕(RUN)，另一只是復(fù)位按鈕(RESET)。電路接通電源后，按一下搜索按鈕，電路自動(dòng)地由頻率低端向高端搜索電臺(tái)，一旦搜索到電臺(tái)信號(hào)，調(diào)諧自動(dòng)停止。如果接著按一下搜索按鈕，電路繼續(xù)往高頻端搜索電臺(tái)。當(dāng)調(diào)諧到FM接收頻率最高端時(shí)，只需按一下復(fù)位按鈕，本振頻率即回到最低端，搜索調(diào)諧又重新開(kāi)始。下面介紹該機(jī)的制作和調(diào)試方

9、法。 該機(jī)采用耳機(jī)線作為天線，由耳機(jī)線感應(yīng)到的FM信號(hào)從TDA7088T集成塊11腳進(jìn)入混頻電路，與本振混頻后產(chǎn)生70kHz中頻信號(hào)。電臺(tái)信號(hào)送入集成塊11和12腳，電感L2、電容C10、C11、C12構(gòu)成輸入回路，電路的頻率由L1、C5及變?nèi)荻O管D1決定。由圖可見(jiàn)C1為靜噪電容，C6為中頻反饋電容，C7為低通電容，15腳為搜索調(diào)諧輸入端，C14為濾波電容，16腳為電調(diào)諧、AFC輸出端。這里需要特別注意的是兩只空心線圈，圈數(shù)少的那只是振蕩線圈，安裝在集成塊的4和5腳之間，另一個(gè)圈數(shù)多的是輸入調(diào)諧回路線圈，安裝在11與12腳之間，由于中頻頻率選得很低，本振信號(hào)很容易從天線輸入端竄到電路里造成干

10、擾，所以這兩只線圈的位置要放置成相互垂直。焊接時(shí)要注意TDA7088T的管腳排列方向，不要弄錯(cuò)，焊接用的電烙鐵外殼要接地，不要在線路板通電的情況下焊接線路板上的元件。安裝完畢之后，要認(rèn)真檢查，避免有錯(cuò)焊、虛焊和短路等現(xiàn)象，確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行下一步調(diào)試工作。（5） 立體聲解調(diào)功能立體聲解調(diào)必須采用專用芯片，部分接收芯片內(nèi)置了立體聲解碼器，如CXA1238和TA8122便是內(nèi)置立體聲解碼器的芯片。外置的解碼芯片常見(jiàn)有TA7343和TDA7040等。這里附TA7343的應(yīng)用電路圖，其他芯片應(yīng)用圖見(jiàn)其Datasheet。（6） 后級(jí)功放建議使用TDA2822進(jìn)行制作，其工作電壓低，雙聲道，可以接成立體聲或

11、者BTL。見(jiàn)下圖：評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： 收音機(jī)1 采用超外差電路，接收頻率范圍：FM 87.5108.5MHz； 25分2 清晰接收到10個(gè)以上強(qiáng)信號(hào)的電臺(tái) 25分3 其他 25分4.論文共同評(píng)分部分論文 25分 分五擋 （1）有交論文 05分 （2）論文達(dá)到了基本格式標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容單一 610分 （3）格式標(biāo)準(zhǔn)，原理清楚，內(nèi)容齊全 1115分 （4）原理清楚，理論分析計(jì)算到位或測(cè)試數(shù)據(jù)較全 1620分 （5）原理、理論分析、計(jì)算、測(cè)試數(shù)據(jù)、論文格式字?jǐn)?shù)均優(yōu) 2125分 C題紅外音頻信號(hào)傳輸器一、 任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)紅外音頻信號(hào)傳輸器。二、 要求（一） 基本要求（1） 采用采紅外無(wú)線傳輸音頻信號(hào)，傳輸距離至

12、少為2m；（2） 2m外能接收清晰的音頻信號(hào)；（3） 手動(dòng)調(diào)節(jié)音量；（4） 驅(qū)動(dòng)普通耳機(jī)；（二） 發(fā)揮部分（1） 在原來(lái)基礎(chǔ)上增加紅外音頻信號(hào)放大器，增加傳輸距離至5m；（2） 能自動(dòng)調(diào)節(jié)音量增益，使耳機(jī)的音量合適；（3） 增大紅外發(fā)射和接收的角度，提高使用的靈活性；（4） 增加后級(jí)功放，驅(qū)動(dòng)8歐揚(yáng)聲器；（5） 設(shè)計(jì)為紅外電話，具有來(lái)電提醒的功能。（6） 其他。三、 參考方案紅外可傳輸數(shù)字量，也可傳輸模擬量。音頻屬模擬信號(hào)，若用數(shù)字量傳輸，則增加AD和DA模塊。電路相對(duì)復(fù)雜。因此，可用紅外LED直接發(fā)射經(jīng)音頻信號(hào)調(diào)制的紅外信號(hào)。經(jīng)過(guò)紅外光敏二極管將音頻信號(hào)解調(diào)出來(lái)。電路將十分簡(jiǎn)單！（一）基本要

13、求參考方案（二）電路工作原理電阻R1給發(fā)光二極管提供了靜態(tài)的工作電流。音頻信號(hào)通過(guò)電容C1耦合到功率三極管，使紅外發(fā)光二極管D1發(fā)出被調(diào)制的紅外光。紅外光敏二極管D2接收到D1發(fā)出的紅外光。經(jīng)過(guò)電容C2耦合，把音頻信號(hào)取出，經(jīng)過(guò)L,M386放大，驅(qū)動(dòng)耳機(jī)或揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。有效距離可達(dá)2m。該電路簡(jiǎn)潔而不簡(jiǎn)單！（三）發(fā)揮部分來(lái)電提醒可使用蜂鳴器。右圖為麥克風(fēng)前級(jí)放大的參考電路。LM386的輸出端可直接接到發(fā)射電路的Vin。（四）相關(guān)知識(shí)：1、紅外線。上紅外線的波長(zhǎng)大于可見(jiàn)光線，波長(zhǎng)為0.751000m。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長(zhǎng)為0.751.50m之間；中紅外線，波長(zhǎng)為1.506.0m

14、之間；遠(yuǎn)紅外線，波長(zhǎng)為6.0l000m 之間。紅外廣泛應(yīng)用于遙控、數(shù)據(jù)傳輸、遙感等方面。2、發(fā)光二極管：LED的電流-電壓特性圖 右圖所示為L(zhǎng)ED工作的電流-電壓（I-V）特性圖。發(fā)光二極管具有與一般半導(dǎo)體三極管相似的輸入伏安特性曲線。OA段：正向死區(qū) VA為開(kāi)啟LED發(fā)光的電壓。紅色（黃色）LED的開(kāi)啟電壓一般為0.20.25V,綠色（藍(lán)色）LED的開(kāi)啟電壓一般為0.30.35V。AB段：工作區(qū) 在這一區(qū)段，一般是隨著電壓增加電流也跟著增加，發(fā)光亮度也跟著增大。但在這個(gè)區(qū)段內(nèi)要特別注意，如果不加任何保護(hù)，當(dāng)正向電壓增加到一定值后，那么發(fā)光二極管的正向電壓會(huì)減小，而正向電流會(huì)加大。如果沒(méi)有保護(hù)

15、電路，會(huì)因電流增大而燒壞發(fā)光二極管。OC段：反向死區(qū) 發(fā)光二極管加反向電壓是不發(fā)光的（不工作），但有反向電流。這個(gè)反向電流通常很小，一般在幾A之內(nèi)。目前一般是在3A以下，但基本上是0A。CD段：反向擊穿區(qū) 發(fā)光二極管的反向電壓一般不要超過(guò)10V，最大不得超過(guò)15V。超過(guò)這個(gè)電壓，就會(huì)出現(xiàn)反向擊穿，導(dǎo)致LED報(bào)廢。3、LED的電學(xué)指標(biāo) 對(duì)于LED器件，一般常用的電學(xué)指標(biāo)有以下幾項(xiàng)：·正向電壓 VF：LED正向電流在20mA時(shí)的正向電壓。·正向電流 IF：對(duì)于小功率LED，目前全世界一致定為20mA，這是小功率LED的正常工作電流。但目前出現(xiàn)了大功率LED的芯片，所以IF就要根

16、據(jù)芯片的規(guī)格來(lái)確定正向工作電流。·反向漏電流IR：按LED以前的常規(guī)規(guī)定，指反向電壓在5V時(shí)的反向漏電流。如上面所說(shuō)，隨著發(fā)光二極管性能的提高，反向漏電流會(huì)越來(lái)越小，但大功率LED芯片尚未明確規(guī)定。·工作時(shí)的耗散功率PD：即正向電流乘以正向電壓。4、方向特性紅外線發(fā)光二極管的發(fā)射強(qiáng)度因發(fā)射方向而異。方向的特性如圖4，圖的發(fā)射強(qiáng)度是以最大值為基準(zhǔn)，方向角度即為發(fā)射強(qiáng)度的相對(duì)值。當(dāng)方向角度為零度時(shí)，其放射強(qiáng)度定義為100，當(dāng)方向角度越大時(shí)，其放射強(qiáng)度相對(duì)的減少，發(fā)射強(qiáng)度如由光軸取其方向角度一半時(shí)，其值即為峰值的一半，此角度稱為方向半值角，此角度越小即代表元件之指向性越靈敏。如下

17、所示：5、LM386LM386專為低功耗電源設(shè)計(jì)的功率放大器，它內(nèi)建增益為20。通過(guò)1，8腳之間的阻容搭配，增益最高可達(dá)200。輸入電壓范圍為412V。無(wú)動(dòng)作時(shí)僅消耗4mA的電流，且失真小。6、注意事項(xiàng)：1、 發(fā)射電路中的紅外發(fā)光二極管僅為一個(gè)。方向性過(guò)強(qiáng)，不夠靈活。本例采用透明的直徑為5mm的紅外LED。本例采用黑色的直徑為5mm的紅外光敏二極管。僅供參考。2、 發(fā)射電路的中R1不宜過(guò)小，否則可能燒壞發(fā)光二極管。也可在發(fā)光二極管上串聯(lián)100的限流電阻。3、 圖中的三極管也可采用其他的NPN型三極管。如9013，BC547。不過(guò)，R1的阻值應(yīng)相應(yīng)改變。以使二極管的靜態(tài)工作電流合適。原圖中的發(fā)光

18、二極管靜態(tài)工作電流為1520mA。4、 可通過(guò)增加電源電壓或使用大功率紅外LED增加發(fā)射距離。使用多個(gè)LED串聯(lián)或并聯(lián)，可提高發(fā)射和接收的有效角度。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：紅外傳輸 1 傳輸距離每10cm 1分 （<=25分）2 手動(dòng)/自動(dòng) 調(diào)節(jié)音量 10分/20分3 電話功能 20分4.論文共同評(píng)分部分論文 25分 分五擋 （1）有交論文 05分 （2）論文達(dá)到了基本格式標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容單一 610分 （3）格式標(biāo)準(zhǔn)，原理清楚，內(nèi)容齊全 1115分 （4）原理清楚，理論分析計(jì)算到位或測(cè)試數(shù)據(jù)較全 1620分 （5）原理、理論分析、計(jì)算、測(cè)試數(shù)據(jù)、論文格式字?jǐn)?shù)均優(yōu) 2125分 D題帶警示燈的簡(jiǎn)易可調(diào)穩(wěn)壓電源一、任務(wù)制作一個(gè)簡(jiǎn)單的小電流可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，采用分立元件和簡(jiǎn)單運(yùn)放，具有監(jiān)視輸出電壓的LED警示燈。二、 要求1 基本要求：（1）輸出電壓在04V連續(xù)可調(diào)(6V輸入時(shí))，在帶有負(fù)載的情況下電壓波動(dòng)在10%以內(nèi)。（2） 在散熱正常的情況下輸出電流可達(dá)到250mA，具有限流作用。（3） LED燈在輸出電壓不同的情況下具有不同的狀態(tài)：a) 低于2V時(shí)常亮；b) 23V間不亮；c) 高于3V閃爍。2發(fā)揮部分（1）使用多個(gè)三極管并聯(lián)的方式提高