1、体验电子设计大赛赛题A题竞赛抢答器一、任务设计制作一个4路抢答器，抢答者按动本组按键，组号立即在LED显示器上显示，同时封锁其他组的按键信号。二、要求1基本要求（1）系统设置外部清除健，按动清除健， LED显示器自动清零灭灯。（2）抢答器定时为30秒，通过控制健启动抢答器后，要求30秒定时器开始工作，发光管点亮。（3）抢答者在30秒内进行抢答有效，如果30秒内无抢答者，则本次抢答无效，系统报警。2发挥部分1）能显示分数2）有主持人可加分（回答正确）减分（回答错误）、设置初始分数（初始分数不必可选，自行设定）功能，步进为1分。3）当分数小于等于0时，自动提示此人出局。4）其他创新。评分标准：工艺
2、分10分，使用开发板制作者2分，自己制作硬件2-8分 飞线不扣分。完成基本要求1 5分完成基本要求2 20分完成基本要求3 10分完成发挥部分1 10分完成发挥部分2 20分完成发挥部分3 5分论文 20分分五挡 （1）有交论文 05分 （2）论文达到了基本格式标准，内容单一 610分 （3）格式标准，原理清楚，内容齐全 1115分（4）原理、理论分析、计算、测试数据、论文格式字数均优 1620分B题超外差调频收音机一、 任务设计并制作一个超外差调频收音机。二、 要求（一） 基本要求（1） 采用超外差电路，接收频率范围：FM 87.5108.5MHz；（2） 清晰接收到10个以上强信号的电台；
3、（3） 手动调台，外接拉杆天线；（4） 驱动普通耳机；（二） 发挥部分（1） 在原来基础上增加TS频道：TS 7088MHz；（2） 接收台数尽可能增加；（3） 减小拉杆天线长度，甚至使用耳机线代替拉杆天线；（4） 采用按键选择频道；（5） 增加立体声解调电路；（6） 增加后级功放，驱动8欧扬声器；三、 参考方案调频收音机原理比较复杂，电路结构亦然。超再生电路和超外差电路均可对FM信号进行解调，不过超再生电路选择性和音质差，灵敏度也较低；超外差电路比较复杂，但是采用专用芯片，能大大简化电路，能做出灵敏度高、选择性好和音质佳的调频收音机。常见调频接收芯片有：TA2003、TDA7021、TA81
4、22、CXA1691、CXA1238等等。（一） 基本要求参考方案一、电路工作原理图1是以TA2003为核心芯片构成的FM接收和解调电路，天线感应到的射频信号由C4、C5耦合进入芯片，15脚接LC谐振网络，谐振频率等于目标信号频率；13脚也接一个LC谐振网络，谐振频率比目标频率低10.7MHz，二者混频产生10.7MHz中频。这两个LC谐振网络直接决定电路是否正常接收广播信号，重要！混频后的中频信号经过内部处理，经过外部两个10.7MHz的中频陶瓷滤波器，最后从11脚输出音频信号，直接把11脚输出的音频信号输入音频放大器后，即可以推动耳机发音。简单的耳机驱动电路如图2：图 2 耳机驱动电路实际
5、工作时，Q1的集电极电压约为电源电压一半，根据实际工作电压调整基极电阻R5的阻值以满足要求。LS1和LS2为耳机的两个通道，直接串联。二、核心元器件选择及制作芯片：TA2003， 10.7MHz三端陶瓷滤波器两个。电路中几个电感，参数比较重要，直接决定成败，可以参考一下参数进行自制，也可以自行设计。采用直径0.5mm的漆包线绕出线圈的横截面的直径为3.3mm的线圈，45nH的绕5.5圈、拉长为6mm，60nH的绕6.5圈、拉长为6mm。由于分布参数，这两个电感绕好之后，调试时调整线圈长度适当调整电感量。其他元件较为常见，自行选择即可。三、其他说明核心芯片为TA2003，好处就是提供直插封装，有
6、利于使用万用板进行制作。也可以采用其他收音机芯片，CXA1691性能不错，灵敏度高稳定性好音质优良；TDA7021比较有特色，电路中只需一个LC谐振网络，调试极为简单，成功率高；CXA1238也不错，内部集成了立体声解码器，等等。不过前面几款芯片要考虑封装，如果为贴片封装，必须自己设计PCB。（二）发挥部分（1） 扩大接收范围。实现方法较为简单，只要重新设计LC网络的参数即可，或者设计换挡开关，但是开关本身分布参数较大，参数较难估算。TS频道频率比FM低，只要LC网络的谐振频率范围足够宽，无须更换芯片即可以正常实现TS频道信号接收。（2） 接收台数的增加采用了专用芯片，灵敏度一般较高，只要耐心
7、调整，接收电台数目很容易达到15个以上。（3） 采用耳机线充当天线耳机线充当天线，会降低接收灵敏度，在没有拉杆天线条件下也能进行接收，充分利用资源，实际根据进行灵敏度的折衷。电路较为简单，如图3： 图 3 采用耳机线充当天线原理比较简单，从耳机的公共端引出感应到的射频信号，经22pF电容耦合到原来的天线输入端。另外，在原来的基础上串联两个电感量2.2uH以上的色码电感，防止射频信号乱串。建议使用耳机天线时也不要拆除拉杆，能增加灵敏度。（4） 采用按键选择频道要使用按键进行频道选择，必须增加频率锁定电路，即锁相环电路，实现起来比较复杂，不过该功能可以采用专用的芯片进行实现。该芯片即为TDA708
8、8，原理图如下：该电路除包含FM收音机从天线接收到鉴频输出音频信号的全部功能外，还设有搜索调谐电路、信号检测电路、静噪电路以及压缩中频频偏的频率锁定环FLL电路。TDA7088T电路的中频频率设计为70kHz，外围电路不用中频变压器，其中频选择由电路内部RC中频滤波器来完成。该机像数字调谐收音机那样采用电调谐按钮(RUN)，另一只是复位按钮(RESET)。电路接通电源后，按一下搜索按钮，电路自动地由频率低端向高端搜索电台，一旦搜索到电台信号，调谐自动停止。如果接着按一下搜索按钮，电路继续往高频端搜索电台。当调谐到FM接收频率最高端时，只需按一下复位按钮，本振频率即回到最低端，搜索调谐又重新开始
9、。下面介绍该机的制作和调试方法。 该机采用耳机线作为天线，由耳机线感应到的FM信号从TDA7088T集成块11脚进入混频电路，与本振混频后产生70kHz中频信号。电台信号送入集成块11和12脚，电感L2、电容C10、C11、C12构成输入回路，电路的频率由L1、C5及变容二极管D1决定。由图可见C1为静噪电容，C6为中频反馈电容，C7为低通电容，15脚为搜索调谐输入端，C14为滤波电容，16脚为电调谐、AFC输出端。这里需要特别注意的是两只空心线圈，圈数少的那只是振荡线圈，安装在集成块的4和5脚之间，另一个圈数多的是输入调谐回路线圈，安装在11与12脚之间，由于中频频率选得很低，本振信号很容易
10、从天线输入端窜到电路里造成干扰，所以这两只线圈的位置要放置成相互垂直。焊接时要注意TDA7088T的管脚排列方向，不要弄错，焊接用的电烙铁外壳要接地，不要在线路板通电的情况下焊接线路板上的元件。安装完毕之后，要认真检查，避免有错焊、虚焊和短路等现象，确认无误后进行下一步调试工作。（5） 立体声解调功能立体声解调必须采用专用芯片，部分接收芯片内置了立体声解码器，如CXA1238和TA8122便是内置立体声解码器的芯片。外置的解码芯片常见有TA7343和TDA7040等。这里附TA7343的应用电路图，其他芯片应用图见其Datasheet。（6） 后级功放建议使用TDA2822进行制作，其工作电压
11、低，双声道，可以接成立体声或者BTL。见下图：评分标准： 收音机1 采用超外差电路，接收频率范围：FM 87.5108.5MHz； 25分2 清晰接收到10个以上强信号的电台 25分3 其他 25分4.论文共同评分部分论文 25分 分五挡 （1）有交论文 05分 （2）论文达到了基本格式标准，内容单一 610分 （3）格式标准，原理清楚，内容齐全 1115分 （4）原理清楚，理论分析计算到位或测试数据较全 1620分 （5）原理、理论分析、计算、测试数据、论文格式字数均优 2125分 C题红外音频信号传输器四、 任务设计并制作一个红外音频信号传输器。五、 要求（三） 基本要求（5） 采用采红外
12、无线传输音频信号，传输距离至少为2m；（6） 2m外能接收清晰的音频信号；（7） 手动调节音量；（8） 驱动普通耳机；（四） 发挥部分（7） 在原来基础上增加红外音频信号放大器，增加传输距离至5m；（8） 能自动调节音量增益，使耳机的音量合适；（9） 增大红外发射和接收的角度，提高使用的灵活性；（10） 增加后级功放，驱动8欧扬声器；（11） 设计为红外电话，具有来电提醒的功能。（12） 其他。六、 参考方案红外可传输数字量，也可传输模拟量。音频属模拟信号，若用数字量传输，则增加AD和DA模块。电路相对复杂。因此，可用红外LED直接发射经音频信号调制的红外信号。经过红外光敏二极管将音频信号解调
13、出来。电路将十分简单！（一）基本要求参考方案（二）电路工作原理电阻R1给发光二极管提供了静态的工作电流。音频信号通过电容C1耦合到功率三极管，使红外发光二极管D1发出被调制的红外光。红外光敏二极管D2接收到D1发出的红外光。经过电容C2耦合，把音频信号取出，经过L,M386放大，驱动耳机或扬声器发出声音。有效距离可达2m。该电路简洁而不简单！（三）发挥部分来电提醒可使用蜂鸣器。右图为麦克风前级放大的参考电路。LM386的输出端可直接接到发射电路的Vin。（四）相关知识：1、红外线。上红外线的波长大于可见光线，波长为0.751000m。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.751.50m之间
14、；中红外线，波长为1.506.0m之间；远红外线，波长为6.0l000m 之间。红外广泛应用于遥控、数据传输、遥感等方面。2、发光二极管：LED的电流-电压特性图 右图所示为LED工作的电流-电压（I-V）特性图。发光二极管具有与一般半导体三极管相似的输入伏安特性曲线。OA段：正向死区 VA为开启LED发光的电压。红色（黄色）LED的开启电压一般为0.20.25V,绿色（蓝色）LED的开启电压一般为0.30.35V。AB段：工作区 在这一区段，一般是随着电压增加电流也跟着增加，发光亮度也跟着增大。但在这个区段内要特别注意，如果不加任何保护，当正向电压增加到一定值后，那么发光二极管的正向电压会减
15、小，而正向电流会加大。如果没有保护电路，会因电流增大而烧坏发光二极管。OC段：反向死区 发光二极管加反向电压是不发光的（不工作），但有反向电流。这个反向电流通常很小，一般在几A之内。目前一般是在3A以下，但基本上是0A。CD段：反向击穿区 发光二极管的反向电压一般不要超过10V，最大不得超过15V。超过这个电压，就会出现反向击穿，导致LED报废。3、LED的电学指标 对于LED器件，一般常用的电学指标有以下几项：正向电压 VF：LED正向电流在20mA时的正向电压。正向电流 IF：对于小功率LED，目前全世界一致定为20mA，这是小功率LED的正常工作电流。但目前出现了大功率LED的芯片，所以
16、IF就要根据芯片的规格来确定正向工作电流。反向漏电流IR：按LED以前的常规规定，指反向电压在5V时的反向漏电流。如上面所说，随着发光二极管性能的提高，反向漏电流会越来越小，但大功率LED芯片尚未明确规定。工作时的耗散功率PD：即正向电流乘以正向电压。4、方向特性红外线发光二极管的发射强度因发射方向而异。方向的特性如图4，图的发射强度是以最大值为基准，方向角度即为发射强度的相对值。当方向角度为零度时，其放射强度定义为100，当方向角度越大时，其放射强度相对的减少，发射强度如由光轴取其方向角度一半时，其值即为峰值的一半，此角度称为方向半值角，此角度越小即代表元件之指向性越灵敏。如下所示：5、LM
17、386LM386专为低功耗电源设计的功率放大器，它内建增益为20。通过1，8脚之间的阻容搭配，增益最高可达200。输入电压范围为412V。无动作时仅消耗4mA的电流，且失真小。6、注意事项：1、发射电路中的红外发光二极管仅为一个。方向性过强，不够灵活。本例采用透明的直径为5mm的红外LED。本例采用黑色的直径为5mm的红外光敏二极管。仅供参考。2、发射电路的中R1不宜过小，否则可能烧坏发光二极管。也可在发光二极管上串联100的限流电阻。3、图中的三极管也可采用其他的NPN型三极管。如9013，BC547。不过，R1的阻值应相应改变。以使二极管的静态工作电流合适。原图中的发光二极管静态工作电流为
18、1520mA。4、可通过增加电源电压或使用大功率红外LED增加发射距离。使用多个LED串联或并联，可提高发射和接收的有效角度。评分标准：红外传输 1 传输距离每10cm 1分 （=25分）2 手动/自动 调节音量 10分/20分3 电话功能 20分4.论文共同评分部分论文 25分 分五挡 （1）有交论文 05分 （2）论文达到了基本格式标准，内容单一 610分 （3）格式标准，原理清楚，内容齐全 1115分 （4）原理清楚，理论分析计算到位或测试数据较全 1620分 （5）原理、理论分析、计算、测试数据、论文格式字数均优 2125分 D题带警示灯的简易可调稳压电源一、任务制作一个简单的小电流可
19、调直流稳压电源，采用分立元件和简单运放，具有监视输出电压的LED警示灯。二、 要求1 基本要求：（1）输出电压在04V连续可调(6V输入时)，在带有负载的情况下电压波动在10%以内。（2） 在散热正常的情况下输出电流可达到250mA，具有限流作用。（3） LED灯在输出电压不同的情况下具有不同的状态：a) 低于2V时常亮；b) 23V间不亮；c) 高于3V闪烁。 2发挥部分（1）使用多个三极管并联的方式提高最大输出电流，同时让电路正常工作。（2）输出电压在0V到输出电压范围内都可调。（3）加强电压的稳定度（可使用TL431做基准电压）。（4）用剩余的一个运放和与非门设计一个电路实现相关功能。三
20、、参考电路和相关说明1 电路原理图稳压部分 这是一个用LM358和三极管搭成的简单可调稳压电源。通过调节 RP1实现电压的改变。R5、R4组成负反馈电路。R2是限流电阻，限制电流为 A。当电流增大到这个限制电流时，电流不能再增加。 电源可考虑使用4节干电池（6V），6V9V的输入电压也是可以的，这时要仔细考虑三极管的耗散功率。LED灯部分CD4011是常用的四2输入与非门，输入电压范围较宽。两个与非门和外围的R7、R8、C2组成了振荡回落，用于产生方波。其中2脚和6脚必须在达到高电平电压门限的情况下，方波才可产生，这时LED灯出现闪烁。通过调节RP2、RP3两个电位器，可以设置不同的警示电压值。这个设定过程要调节到三个电位器，需要仔细反复调试，总结不同位置的规律。电路连线图四、评分标准工艺分 10分（制作PCB电路板给满分，飞线每条扣1分。）完成基本要求1 10分完成基本要求2 15分完成基本要求3 15分完成发挥部分1 8 分完成发挥部分2 10分完成发挥部分3 10分完成发挥部分3 12分论文 10分分三挡 （1）有交论文 04分 （2）格式标准，原理清楚，内容齐全 57分（3）原理、理论分析、计算、测试数据、论文格式字数均优 810分
