遼寧省TI杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題

1、2014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題 B題：金屬物體探測(cè)定位器 1.任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)可自主移動(dòng)的金屬物體探測(cè)定位器（以下簡(jiǎn)稱探測(cè)器），可探測(cè)置于玻璃板下的金屬物體并給出定位指示。該探測(cè)器需采用TI公司無(wú)色透明普通玻璃板或有機(jī)玻璃板玻璃板下 金屬物體LDC1000電感/數(shù)字轉(zhuǎn)換器評(píng)估板（AY-LDC1000作為金屬物體探頭，探頭上應(yīng) 有定位指針，以給出明顯定位指示。探頭可在水平放置的玻璃板上移動(dòng)。用直 徑2 （mrm的鐵絲圍成約50cnriX 50cm的正方形閉合框作為探測(cè)區(qū)邊界置于玻 璃板下，示意圖見(jiàn)圖1。/ 、玻璃板下50cmX 50cmI鐵絲方框圖1金屬物體探測(cè)環(huán)境示意圖2 .要求（1）

2、在探測(cè)區(qū)域內(nèi)某處（距探測(cè)邊界 5cmi）玻璃下放置一枚直徑約 19mm 的鍍鍥鋼芯1角硬幣（第五套人民幣的1角硬幣）。探頭能從“探頭進(jìn) 入?yún)^(qū)” 一側(cè)任意指定位置和方向自行進(jìn)入探測(cè)區(qū)（鐵絲框包圍區(qū)域）。通過(guò)探測(cè)，定位指針應(yīng)指在硬幣邊沿之內(nèi)，探測(cè)定位速度越快越好， 且探測(cè)定位總時(shí)間應(yīng)不超過(guò) 2分鐘。完成定位時(shí)給出聲-光指示，此后 探頭不得再移動(dòng)。（30分）（2）將1角硬幣更換成直徑約25mm勺鍍鍥鋼芯1元硬幣（第五套人民幣1 元硬幣），重復(fù)要求（1）的探測(cè)過(guò)程。定位完成后，定位指針與硬幣 圓心之間的定位誤差應(yīng)控制在 5mm以；探測(cè)定位速度越快越好，探測(cè) 定位總時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2分鐘。完成定位時(shí)給出聲-

3、光指示，此后探頭不 得再移動(dòng)。（30分）（3）將硬幣改為自制圓鐵環(huán)（用 2鐵絲繞制），鐵環(huán)外直徑4cm,重復(fù)要 求（1）的探測(cè)過(guò)程，應(yīng)使定位指針盡可能指向鐵環(huán)圓心，定位誤差應(yīng) 控制在5mm內(nèi)；完成定位時(shí)給出聲-光指示，此后探頭不得再移動(dòng)， 探測(cè)定位總時(shí)間應(yīng)不超過(guò)3分鐘。（30分）（4）其他自主發(fā)揮功能。（10分）(5)設(shè)計(jì)報(bào)告。(20分)項(xiàng)目主要內(nèi)容分?jǐn)?shù)系統(tǒng)力條系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、方案比較與選擇4理論分析與計(jì)算探測(cè)器組成方案與工作原理分析、檢 測(cè)與控制算法6電路與程序設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)，程序結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)t 5測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果及分析3設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)構(gòu)及規(guī)范 性摘要，設(shè)計(jì)報(bào)告正文的結(jié)構(gòu)，公式、 圖表的規(guī)范性2

4、總分203 .說(shuō)明(1) 金屬物體探測(cè)定位裝置探頭采用 AY-LDC100版(由TI公司提供)， 可直接用AY-LDC1000板上的覆銅線圈，也可自制線圈；不得安裝其 他傳感與攝像裝置。探測(cè)開(kāi)始后，不得手動(dòng)或遙控探測(cè)器。(2) 玻璃板可采用普通無(wú)色玻璃(玻璃邊沿需貼上膠帶以防劃傷)，也可用無(wú)色透明有機(jī)玻璃板；玻璃板長(zhǎng)寬尺寸應(yīng)大于50cmi厚度約3mm(3) 探頭從“探頭進(jìn)入?yún)^(qū)” 一側(cè)進(jìn)入時(shí)探頭的起始位置和擺放方向，以及 探測(cè)區(qū)域內(nèi)的被測(cè)金屬物體擺放位置均由測(cè)試專家在現(xiàn)場(chǎng)指定。信號(hào)通道圖1鎖定放大器基本組成結(jié)構(gòu)框圖鎖定放大器n(t)S(t)x(t)2014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題C題：鎖定放

5、大器的設(shè)計(jì)1 .任務(wù)設(shè)計(jì)制作一個(gè)用來(lái)檢測(cè)微弱信號(hào)的鎖定放大器(LIA)。鎖定放大器基本組成框圖見(jiàn)圖1。2 .要求(1)外接信號(hào)源提供頻率為1kHz的正弦波信號(hào)，幅度自定，輸入至參考信號(hào)R(t)端。R(t)通過(guò)自制電阻分壓網(wǎng)絡(luò)降壓接至被測(cè)信號(hào)S(t)端，S(t)幅度有效值為10 pV1mV (5分)(2)參考通道的輸出r(t)為方波信號(hào)，r(t)的相位相對(duì)參考信號(hào) R(t)可連 續(xù)或步進(jìn)移相180度，步進(jìn)間距小于10度。(20分)(3)信號(hào)通道的3dB頻帶范圍為900Hz1100Hz誤差小于20% (10分)(4)在鎖定放大器輸出端，設(shè)計(jì)一個(gè)能測(cè)量顯示被測(cè)信號(hào)S(t)幅度有效值的電路。測(cè)量顯示值

6、與S(t)有效值的誤差小于10% (15分)(5)在鎖定放大器信號(hào) S(t)輸入端增加一個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的加法器電路，實(shí)現(xiàn) S(t)與干擾信號(hào)n(t)的1:1疊加，如圖2所示。(5分)圖2鎖定放大器疊加噪聲電路圖(6)用另一信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)頻率為10502100Hz的正弦波信號(hào)，作為 n(t)疊加在鎖定放大器的輸入端，信號(hào)幅度等于S(t)o n(t)亦可由與獲得S(t)同樣結(jié)構(gòu)的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)得到。鎖定放大器應(yīng)盡量降低n(t)對(duì)S(t)信號(hào)有效值測(cè)量的影響，測(cè)量誤差小于 10% (20分)(7)增加n(t)幅度，使之等于10S(t),鎖定放大器對(duì)S(t)信號(hào)有效值的測(cè) 量誤差小于10% (20分)(8)

7、其他自主發(fā)揮。(5分)(9)設(shè)計(jì)報(bào)告。(20分)項(xiàng)目主要內(nèi)容滿分系統(tǒng)力條總體力泵設(shè)計(jì)4理論分析與計(jì)算鎖定放大器各部分指標(biāo)分析與計(jì)算6電路與程序設(shè)計(jì)總體電路圖，程序設(shè)計(jì)4測(cè)試方案與測(cè)試結(jié) 果測(cè)試數(shù)據(jù)完整性，測(cè)試結(jié)果分析4設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)構(gòu)及規(guī) 范性摘要，設(shè)計(jì)才艮告正文的結(jié)構(gòu)、圖表的 規(guī)范性2總分203 .說(shuō)明(1)各信號(hào)輸入、輸出端子必須預(yù)留測(cè)量端子，以便于測(cè)量。(2)要求(1)和(6)中的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的分壓比例自定。由于仙 V級(jí)信號(hào) 常規(guī)儀器難以測(cè)量，可通過(guò)適合加大輸入信號(hào)幅度的方法，測(cè)量并標(biāo) 定其分壓比。(2)關(guān)于鎖定放大器的原理可參考微弱信號(hào)檢測(cè)。高晉占編著，清華大學(xué)出版社2004年。2014年

8、TI杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽D題：帶嘯叫檢測(cè)與抑制的音頻功率放大器1 .任務(wù)基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1設(shè)計(jì)并制作一個(gè)帶嘯叫檢測(cè)與抑制 功能的音頻放大器，完成對(duì)臺(tái)式麥克風(fēng)音頻信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)功率放大電路 送喇叭輸出。電路示意圖如圖1所示。2 .要求（1）設(shè)計(jì)并制作圖1中所示的“拾音電路”和“功率放大電路”，構(gòu)成一個(gè)基本的音頻功率放大器。要求：（25分）a）在輸入音頻信號(hào)有效值為20mV時(shí)，功率放大器的最大不失真功率（僅考慮限幅失真）為5W誤差小于10%；b）在輸入音頻信號(hào)有效值為 20mV時(shí)，可以程控設(shè)置功率放大器的輸出 功率，功率范圍為50mW5VVc）功率放大器的頻率響應(yīng)范圍為

9、 200Hz 10kHz。（2）系統(tǒng)采用12V直流單電源供電，所需其他電源應(yīng)自行制作。（10分）（3）在功率放大器輸出功率為5W寸，電路整體效率80%（10分）（4）將臺(tái)式麥克風(fēng)與喇叭相隔1m背靠背放置，見(jiàn)圖2 （a）,使用電腦播 放音樂(lè)作為音頻信號(hào)源。音頻功率放大器能通過(guò)麥克風(fēng)采集信號(hào)，經(jīng)功率放大電路送喇叭輸出，輸出的音頻信號(hào)清晰。（5分）（5）設(shè)計(jì)并制作圖1所示的嘯叫檢測(cè)電路和嘯叫抑制電路，完善音頻功率放大器。要求：（15分）a）在不進(jìn)行嘯叫抑制時(shí)（圖1的選擇開(kāi)關(guān)K1連接A端，K2連接C端）, 將麥克風(fēng)與喇叭相隔1m面對(duì)面放置，見(jiàn)圖2 （b）,從小到大調(diào)整功 率放大器的輸出功率，直到產(chǎn)生嘯

10、叫時(shí)停止；b）嘯叫檢測(cè)電路能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所產(chǎn)生嘯叫，并計(jì)算嘯叫的頻率。實(shí)時(shí)顯 示嘯叫頻率和相應(yīng)的功率放大器輸出功率；c）啟動(dòng)嘯叫抑制電路（圖1的選擇開(kāi)關(guān)K1連接B端，K2連接D端）， 音頻功率放大器應(yīng)能有效抑制嘯叫，并正常播放音頻信號(hào)。（6）進(jìn)一步改進(jìn)嘯叫抑制電路。在保障無(wú)嘯叫的前提下，盡量提高音頻功率放大器的輸出功率；如果輸出功率達(dá)到 5W功率，嘯叫抑制電路仍能正常工作，可以進(jìn)一步縮短面對(duì)面放置的麥克風(fēng)與喇叭之間的距離。（30分）（7）其他。（5分）（8）設(shè)計(jì)報(bào)告（20分）項(xiàng)目主要內(nèi)容滿分力榮論證比較與選擇，方案描述3理論分析與計(jì)算系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)5電路與程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成，原理框圖與各部分的電路

11、 圖，系統(tǒng)軟件與流程圖5測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果完整性，測(cè)試結(jié)果分析5設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)構(gòu)及規(guī)范 性摘要，正文結(jié)構(gòu)規(guī)范，圖表的完整與 準(zhǔn)確性2總分203.說(shuō)明（1） 作品使用的麥克風(fēng)應(yīng)為臺(tái)式全向麥克風(fēng)，其靈敏度要大于45dBV/P,插頭直徑為3.5mm輸出阻抗為1k 2.2k。關(guān)于麥克風(fēng)靈敏度的定義是饋給1Pa (94dB)的聲壓時(shí)，麥克風(fēng)輸出端的電壓(dBV。有些麥克 風(fēng)給出的靈敏度單位為dB/Bar,注意之間的轉(zhuǎn)換。(2) 作品使用的喇叭應(yīng)為組合紙盆方式的電動(dòng)式喇叭，額定功率為5W額定阻抗為8 o(3) 麥克風(fēng)和喇叭可以直接購(gòu)買，在設(shè)計(jì)報(bào)告中必須附有所購(gòu)買的麥克風(fēng)和喇叭的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)或性能參數(shù)。(

12、4) 作品要求拾音電路的輸入接口，以及功率放大電路連接到喇叭的接口必須外露，可方便進(jìn)行連接，以便測(cè)試時(shí)使用。(5) 作品評(píng)測(cè)由賽區(qū)統(tǒng)一準(zhǔn)備測(cè)試平臺(tái)，并統(tǒng)一使用由測(cè)試專家準(zhǔn)備的臺(tái)式麥克風(fēng)和喇叭進(jìn)行測(cè)試。(6) 作品要求(1)、(2)和(3)的指標(biāo)測(cè)試，使用音頻信號(hào)源外加正弦信號(hào)和外加8純電阻負(fù)載的方式進(jìn)行測(cè)試。要求 TPA3112D1的功率放大電 路帶有LC濾波，輸出的正弦信號(hào)無(wú)明顯失真。 作品要求(4)、(5)和(6)的指標(biāo)測(cè)試，使用電腦 USB剌叭(功 率不超過(guò)1VV播放音樂(lè)作為信號(hào)源，放置在距麥克風(fēng) 20cm的位置。具體測(cè)試 的框圖如圖2所示。(a)作品基本部分(4)的測(cè)試(b)作品發(fā)揮部

13、分的測(cè)試圖2:嘯叫抑制性能測(cè)試框圖2014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題H題：自動(dòng)增益控制放大器（高職）4.任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)可以根據(jù)輸入信號(hào)及環(huán)境噪聲幅度自動(dòng)調(diào)節(jié)音量的自動(dòng)增益控制 音響放大器5.要求（6）放大器可以從 mp3或信號(hào)源輸入音頻（100Hz50kHz信號(hào)，可以帶 600。負(fù)載或驅(qū)動(dòng)8Q喇叭（25。（20分）（7）當(dāng)輸入信號(hào)幅度在10mV5V句變化時(shí)，放大器輸出默認(rèn)值保持在 2V± 0.2V內(nèi)，波動(dòng)越小越好。（30分）（8）能夠顯示輸入信號(hào)幅度大小及頻率高低。（10分）（9）能夠在1V3V范圍內(nèi)步進(jìn)式調(diào)節(jié)放大器輸出幅度，步距 0.2V。（15分）（10）能夠根據(jù)環(huán)境噪聲調(diào)整自動(dòng)

14、調(diào)節(jié)放大器輸出幅度。（15分）（11）其他自主發(fā)揮設(shè)計(jì)。（10分）（12）設(shè)計(jì)報(bào)告。（20分）項(xiàng)目主要內(nèi)容分?jǐn)?shù)系統(tǒng)力條方案比較，方案描述5設(shè)計(jì)與論證自動(dòng)增益控制實(shí)現(xiàn)方法 電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算8測(cè)試測(cè)試方法與測(cè)試結(jié)果5設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)構(gòu)及規(guī)范 性摘要，正文結(jié)構(gòu)完整性、內(nèi)容規(guī) 范性2小計(jì)206 .說(shuō)明AfniB10cmC10CIDD旌接涉風(fēng)機(jī)音響放大器的輸出可以在600Q電阻及喇叭間切換2014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題 G題：簡(jiǎn)易風(fēng)洞及控制系統(tǒng)（高職）7 .任務(wù)設(shè)計(jì)制作一簡(jiǎn)易風(fēng)洞及其控制系統(tǒng)。風(fēng)洞由圓管、連接部與直流風(fēng)機(jī)構(gòu)成， 如右所示。圓管豎直放置，長(zhǎng)度約 40cm,內(nèi)徑大于4cm且內(nèi)壁平滑，小球（

15、直 徑4cm黃色乒乓球）可在其中上下運(yùn)動(dòng)；管體外壁應(yīng)有 A、B、C、D等長(zhǎng)標(biāo)志線， BC段有1cm間隔的短標(biāo)志線；可從圓管外部觀察管內(nèi)小球的位置；連接部實(shí)現(xiàn) 風(fēng)機(jī)與圓管的氣密性連接，圓管底部應(yīng)有防止小球落入連接部的格柵。控制系 統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)小球在風(fēng)洞中的位置控制。8 .要求（13）小球置于圓管底部，啟動(dòng)后 5秒內(nèi)控制小球向上到達(dá)BC段，并維持5 秒以上。（20分）（14）當(dāng)小球維持在BC段時(shí)，用長(zhǎng)形紙板（寬度為風(fēng)機(jī)直徑的三分之一）遮 擋風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口，小球繼續(xù)維持在 BCo （10分）（15）以C點(diǎn)的坐標(biāo)為0cmi B點(diǎn)的坐標(biāo)為10cm；用鍵盤(pán)設(shè)定小球的高度位 置（單位：cmj）,

16、啟動(dòng)后使小球穩(wěn)定地處于指定的高度 3秒以上，上下 波動(dòng)不超過(guò)± 1cmi （10分）（16）以適當(dāng)?shù)姆绞綄?shí)時(shí)顯示小球的高度位置及小球維持狀態(tài)的計(jì)時(shí)。（10分）（17）小球置于圓管底部，啟動(dòng)后 5秒內(nèi)控制小球向上到達(dá)圓管頂部處 A端, 且不跳離，維持5秒以上。（10分）（18）小球置于圓管底部，啟動(dòng)后 30秒內(nèi)控制小球完成如下運(yùn)動(dòng)：向上到達(dá)AB段并維持35秒，再向下到達(dá)CD段并維持35;再向上到達(dá)AB段 并維持35,再向下到達(dá)CD段并維持35;再向上沖出圓管（可以落 到管外）。（20分）（19）風(fēng)機(jī)停止時(shí)用手將小球從 A端放入風(fēng)洞，小球進(jìn)入風(fēng)洞后系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，控制小球的下落不超過(guò) D點(diǎn)

17、，然后維持在BC段5秒以上。（10分）（20）其他自主發(fā)揮設(shè)計(jì)。（10分）（21）設(shè)計(jì)報(bào)告。（20分）項(xiàng)目主要內(nèi)容分?jǐn)?shù)系統(tǒng)力條方案比較，方案描述5設(shè)計(jì)與論證風(fēng)洞控制實(shí)現(xiàn)方法 電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算8測(cè)試測(cè)試方法與測(cè)試結(jié)果5設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)構(gòu)及規(guī)范 性摘要，正文結(jié)構(gòu)完整性、內(nèi)容規(guī) 范性2小計(jì)209.說(shuō)明(1)題中“到達(dá)XX段”是指，小球的整體全部進(jìn)入該段內(nèi)；(2)題中“維持”是指，在維持過(guò)程中小球整體全部不越過(guò)該段的端線；(3)小球的位置以其中心點(diǎn)為準(zhǔn)(即小球的上沿切線向下移2cmi或下沿切線向上移2cmm ;(4)直流風(fēng)機(jī)的供電電壓不得超過(guò) 24V,注意防止風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)可能造成 的傷害；可在圓管及其周圍

18、設(shè)置傳感器檢測(cè)管內(nèi)小球的位置；可將 圓管、連接部與直流風(fēng)機(jī)安裝在硬質(zhì)板或支架上，以便于使圓管保 持豎直狀態(tài)，并保持風(fēng)洞氣流通暢。(5)每一個(gè)項(xiàng)目最多進(jìn)行三次測(cè)試；對(duì)于任何測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試專家可要 求進(jìn)行重復(fù)測(cè)試。(6)風(fēng)洞制作方法參考：圓管長(zhǎng)度約40mm可以選用透明的有機(jī)玻璃(或亞克力材料)圓管， 也可以選用不透明的 PVC圓管。圓管的內(nèi)直徑必須大于 40mm保證小球 (直徑為40mmm勺乒乓球)在管內(nèi)能夠自由運(yùn)動(dòng)。如果選用不透明的PVC圓管，為了能夠方便直觀地觀察管內(nèi)小球的 位置，可以在管臂上沿軸線方向開(kāi)鑿寬度約5mm的長(zhǎng)條形槽孔，再用寬的透明膠帶貼在槽孔上，保證圓管的氣密性。開(kāi)鑿長(zhǎng)條形槽孔后，應(yīng)清 除管壁內(nèi)的殘屑，以免影響小球的運(yùn)動(dòng)。為了防