1、信息工程学院第六届电子设计与测试竞赛暨四川附件2：2018年信息工程学院第六届电子设计与测试竞赛暨四川省大学生电子设计竞赛选拔赛拟定题目A题：宽带直流放大器B题：带负载识别功能的DC-DC直流开关稳压电源C题：数字万用表D题：简易数字信号传输性能分析仪E题：智能遥控情景照明灯F题：点光源跟踪系统G题：线阵LED图文显示装置H题：FIR滤波器I题：LC压控振荡器J题：短波调频测向机设计K题：基于可见光传输的通信装置L题：智能小车A题：宽带直流放大器 一、任务 设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源。二、要求 1、基本要求 （1）电压增益AV40dB，输入电压有效值Vi20mV。AV可在
2、040dB范围内手动连续调节。（2）最大输出电压正弦波有效值Vo2V，输出信号波形无明显失真。（3）3dB通频带05MHz；在04MHz通频带内增益起伏1dB。（4）放大器的输入电阻50，负载电阻（502）。（5）设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。2、发挥部分 （1）最大电压增益AV60dB，输入电压有效值Vi10mV。（2）在AV60dB时，输出端噪声电压的峰峰值VONPP0.3V。（3）3dB通频带010MHz；在09MHz 通频带内增益起伏1dB。（4）最大输出电压正弦波有效值Vo10V，输出信号波形无明显失真。（5）进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。（6）电压增益AV
3、可预置并显示，预置范围为060dB，步距为5dB（也可以连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、10MHz两点）。（7）降低放大器的制作成本，提高电源效率。（8）其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。三、说明1宽带直流放大器幅频特性示意图如图1所示。2负载电阻应预留测试用检测口和明显标志，如不符合（502）的电阻值要求，则酌情扣除最大输出电压有效值项的所得分数。3放大器要留有必要的测试点。建议的测试框图如图2所示，可采用信号发生器与示波器/交、直流电压表组合的静态法或扫频仪进行幅频特性测量。图1 幅频特性示意图图2 幅频特性测试框图四、评分标准 项目 满分 基本要求 设计与总结报
4、告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。 50 实际制作完成情况50 发挥部分 完成第（1）项 7 完成第（2）项 2 完成第（3）项 7 完成第（4）项 6 完成第（5）项 12 完成第（6）项5完成第（7）项6其它 5 总分50 B题：带负载识别功能的DC-DC直流开关稳压电源一、任务选择降压型BUCK控制芯片配合外置场效应管为核心单元，设计并制作一组降压型直流开关稳压电源；额定状态下，当输入电压时，直流输出电压，输出电流 能够长时间稳定在；详细的测试电路可参考图1。图1 电源测试连接图二、要求1、基本要求（1）额定输入电压下
5、，输出电压偏差：；（20分）（2）额定输入电压下，最大输出电流：；（10分）（3）输出噪声纹波电压峰峰值：（20分） （4）开关电源系统具有负载识别功能。电源系统通过测量图1下方的2端子负载识别端口R（1k10k）的电阻值，调整输出电压为； （20分）（5）设计报告 （30分）项 目主要内容满分方案论证比较与选择方案描述5理论分析与计算降低纹波的方法；DC-DC变换方法稳压控制方法9电路仿真与程序设计主回路与器件选择电路仿真结果或控制程序7测试方案与测试结果测试方案及测试条件测试结果及其完整性测试结果分析6设计报告结构及规范摘要及正文的结构、公式、图表完整、规范3总分302、发挥部分（6）效率
6、； （10分）（7）从的满载降低至轻载时，负载调整率：； （10分）（8）在20.5V和15.5V之间变化时，输出电压的电压调整率（）：（10分）（9）具有过流保护功能，动作电流； （10分）（10）电源系统的输出电压、输出电流均可直观地进行显示。（10分）三、说明（1） 开关稳压电源的核心单元不得采用成品模块制作。（2） 稳压电源若含其它控制、测量电路都只能由端口供电，不能增加其他辅助电源。（3） 准确测量时，大功率的5负载电阻可用两只较高精度的10电阻并联后获得。四、评分标准项目满分基本要求设计与总结报告：方案比较，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分
7、析30实际制作完成情况70发挥部分完成第（6）项10完成第（7）项10完成第（8）项10完成第（9）项10完成第（10）项10总分50C题：数字万用表设计制作一台数字万用表，测量示意图如图1所示。图1一、基本要求：1、电压有效值测量：（1）被测信号频率为010KHz的单频信号的电压有效值，电压有效值范围为2mV1V，测量误差小于1%；（2）测量量程：分20mV、200mV、2V三档，可用手动切换量程。2、电阻值测量：（1）被测电阻范围为101M，测量误差小于1%；（2）测量量程：分200,2k,20k,200 k,2M五档，可用手动切换量程。以上测量结果显示：LCD显示；3、电源供电，供电电源
8、电压12V。二、扩展要求：1、增加被测信号的频率上限范围为1MHz；2、测量电流有效值功能，电流范围为10mA100mA，测量误差小于1%；3、自动切换量程。三、评分标准设计报告项 目分数系统方案2理论分析与计算5电路与程序设计5测试方案与测试结果4设计报告结构及规范性4小计20基本要求完成第（1）项20完成第（2）项20完成第（3项5完成第（4项5 小计50发挥部分完成第（1）项5完成第（2）项10完成第（3）项15小计30 总分100D题：简易数字信号传输性能分析仪一、任务设计一个简易数字信号传输性能分析仪，实现数字信号传输性能测试；同时，设计三个低通滤波器和一个伪随机信号发生器用来模拟传
9、输信道。简易数字信号传输性能分析仪的框图如图1所示。图中，V1和 V1-clock 是数字信号发生器产生的数字信号和相应的时钟信号；V2是经过滤波器滤波后的输出信号；V3是伪随机信号发生器产生的伪随机信号；V2a是V2信号与经过电容C的V3信号之和，作为数字信号分析电路的输入信号；V4和V4-syn是数字信号分析电路输出的信号和提取的同步信号。图1 简易数字信号传输性能分析仪框图二、要求1、基本要求（1）设计并制作一个数字信号发生器：a）数字信号V1为f1(x) =1+x2+x3+x4+x8的m序列，其时钟信号为V1-clock；b）数据率为10100kbps，按10kbps步进可调。数据率误
10、差绝对值不大于1；c）输出信号为TTL电平。（2）设计三个低通滤波器，用来模拟传输信道的幅频特性：a）每个滤波器带外衰减不少于40dB/十倍频程；b）三个滤波器的截止频率分别为100kHz、200kHz、500kHz，截止频率误差绝对值不大于10；c）滤波器的通带增益AF在0.24.0 范围内可调。（3）设计一个伪随机信号发生器用来模拟信道噪声：a）伪随机信号V3为f2 (x)=1+x+x4+x5+x12的m序列；b）数据率为10Mbps，误差绝对值不大于1；c）输出信号峰峰值为100mV，误差绝对值不大于10% 。（4）利用数字信号发生器产生的时钟信号V1-clock 进行同步，显示数字信号
11、V2a的信号眼图，并测试眼幅度。2、发挥部分（1）要求数字信号发生器输出的V1采用曼彻斯特编码。（2）要求数字信号分析电路能从V2a中提取同步信号V4-syn并输出；同时，利用所提取的同步信号V4-syn进行同步，正确显示数字信号V2a的信号眼图。（3）要求伪随机信号发生器输出信号V3幅度可调，V3的峰峰值范围为100mVTTL电平。（4）改进数字信号分析电路，在尽量低的信噪比下能从V2a中提取同步信号V4-syn，并正确显示V2a的信号眼图。（5）其他。三、说明1、在完成基本要求时，数字信号发生器的时钟信号V1-clock送给数字信号分析电路（图1中开关S闭合）；而在完成发挥部分时，V1-c
12、lock不允许送给数字信号分析电路（开关S断开）。2、要求数字信号发生器和数字信号分析电路各自制作一块电路板。3、要求V1、V1-clock、V2、V2a、V3和V4-syn信号预留测试端口。4、基本要求（1）和（3）中的两个m序列，根据所给定的特征多项式f1(x)和f2(x)，采用线性移位寄存器发生器来产生。5、基本要求（2）的低通滤波器要求使用模拟电路实现。6、眼图显示可以使用示波器，也可以使用自制的显示装置。7、发挥部分（4）要求的“尽量低的信噪比”，即在保证能正确提取同步信号V4-syn前提下，尽量提高伪随机信号V3的峰峰值，使其达到最大，此时数字信号分析电路的输入信号V2a信噪比为允
13、许的最低信噪比。三、评分标准项目满分基本要求设计与总结报告：方案比较，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析50实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项8完成第（2）项15完成第（3）项6完成第（4）项16其他5总分50E题：智能遥控情景照明灯一、任务设计并制作一个情景照明灯，手机上无线控制四色单灯，可调明亮、红、绿、兰。二、要求1、基本要求(1) 利用蓝牙通信，手机调用各种组件初始化后，与蓝牙终端进行通信连接；如果连接成功就进入灯（组）选择，此时可以选择一个或多个LED灯进行控制；然后进入功能模块的选择，执行相应的子程序。(2) 手机上无线控制四色单灯
14、a点亮b红色c绿色 d兰色应用程序通过蓝牙通信机制实现与蓝牙终端模块BLE 通信，然后发出控制信号；BLE接收信号并解析为相应的脉冲宽度调制控制信号送LED灯电源驱动电路。(3) 完成手机上界面的编写，通俗易懂，功能齐全。2、发挥部分（1）实现了对家居环境RGBW四色LED灯的图片取色、光随光动、分组控制等操作。利用蓝牙终端模块对LED灯的控制，是通过发送PWM波形信号控制LED的通断时间长短来控制LED的平均电流，从而实现对LED的亮度调节，对RGBW四色LED的不同亮度组合来实现颜色与亮度等行为调节。三、说明图1为智能遥控情景照明系统方案图图2为手机与蓝牙终端的通信流程图图3为手机应用程序
15、流程图图4为四色LED灯的行为控制程序流程四、评分标准设计报告项目应包括的主要内容分数系统方案比较与选择方案描述5理论分析与计算分析方案的可行性以及相关内容10程序设计程序设计6测试方案与测试结果测试方案及测试条件测试结果完整性测试结果分析5设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构图表的规范性4总分30基本要求完成第（1）项32完成第（2）项14完成第（3）项4小计50发挥部分完成发挥部分设计20总分100F题：点光源跟踪系统一、任务设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统，系统示意图如图1所示。光源B使用单只1W白光LED，固定在一支架上。LED的电流能够在150350mA的范
16、围内调节。初始状态下光源中心线与支架间的夹角约为60，光源距地面高约100cm，支架可以用手动方式沿着以A为圆心、半径r约173cm的圆周在不大于45的范围内移动，也可以沿直线LM移动。在光源后3 cm距离内、光源中心线垂直平面上设置一直径不小于60cm暗色纸板。光源跟踪系统A放置在地面，通过使用光敏器件检测光照强度判断光源的位置，并以激光笔指示光源的位置。图1 光源跟踪系统示意图二、要求1基本要求（1）光源跟踪系统中的指向激光笔可以通过现场设置参数的方法尽快指向点光源； （2）将激光笔光点调偏离点光源中心30cm时，激光笔能够尽快指向点光源；（3）在激光笔基本对准光源时，以A为圆心，将光源支
17、架沿着圆周缓慢（1015秒内）平稳移动20（约60cm），激光笔能够连续跟踪指向LED点光源； 2发挥部分（1）在激光笔基本对准光源时，将光源支架沿着直线LM平稳缓慢（15秒内）移动60cm，激光笔能够连续跟踪指向光源。（2）将光源支架旋转一个角度（20），激光笔能够迅速指向光源。（3）光源跟踪系统检测光源具有自适应性，改变点光源的亮度时（LED驱动电流变化50mA），能够实现发挥部分（1）的内容；（4）其他。三、说明1作为光源的LED的电流应该能够调整并可测量；2测试现场为正常室内光照，跟踪系统A不正对直射阳光和强光源；3系统测光部件应该包含在光源跟踪系统A中；4光源跟踪系统在寻找跟踪点光源
18、的过程中，不得人为干预光源跟踪系统的工作；5除发挥部分（3）项目外，点光源的电流应为30015 mA； 6在进行发挥部分（3）项测试时，不得改变光源跟踪系统的电路参数或工作模式；四、评分标准设计报告项 目分数系统方案2理论分析与计算8电路与程序设计9测试方案与测试结果8设计报告结构及规范性3小计30基本要求完成第（1）项10完成第（2）项20完成第（3）项20小计50发挥部分完成第（1）项15完成第（2）项15完成第（3）项15其他5小计50 总分130G题：线阵LED图文显示装置一、 任务 设计并制作一个线阵LED图文显示装置，装置的示意图如图1所示：一个由16只 LED构成的线状点阵及其控
19、制电路，安装在可旋转的平台上；在平台的中心设置一个按键，用于功能的切换；电机带动平台以合适速度旋转，且电机的转速在一定范围内可调。图1 线阵LED图文显示装置示意图二、 要求1. 基本要求（1） 开机时装置完成显示自检，能对点阵中16只LED逐个点亮，每只LED显示时间约为1秒，此时平台不旋转。（2） 通过按键启动，实现16个同心圆图形分别顺序（由大到小）和逆序（由小到大）显示，每个同心圆图形显示时间为0.2秒左右；运行15秒左右自动停止。（3） 通过按键启动，显示双渐开线；运行15秒左右自动停止。2. 发挥部分（1） 通过按键启动，显示字符“TI杯”，要求字符显示稳定，无明显漂移；运行20秒
20、左右自动停止。（2） 通过按键启动，显示一个指针式秒表，该秒表以标志杆为起始标志，秒针随时间动态旋转，旋转一周的时长为601秒；运行70秒左右自动停止。（3） 改变转速，完成（2）的要求。（4） 其它。三、 说明（1） 显示装置利用人眼视觉暂留的生理特性，通过LED在旋转运动过程中经过不同位置时，系统点亮相应的LED，实现线阵LED在旋转平面上构成不同的静态或动态图案。为保证显示时人眼看到的图形稳定清晰，系统设计应注意LED在不同位置点亮与旋转速度匹配；注意每圈旋转时图像显示的起始位置一致；同时注意旋转速度适当，满足人眼视觉暂留的要求。（2） 不得使用LED显示成品和专用芯片来实现系统。（3）
21、 线阵LED及控制电路由电池供电，电机及电机驱动由外接电源供电。四、评分标准设计报告项 目主要内容分数系统方案比较与选择方案描述系统总体方框图2理论分析与计算线状点阵LED驱动参数分析与计算线阵LED运动参数分析与计算指针式秒表分析与计算显示亮度自动调节分析与计算7电路与程序设计电路设计程序设计7测试方案与测试结果测试方案、条件及仪器测试结果完整性测试结果分析2设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构图表的规范性2总分20基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项15完成第（2）项15完成第（3）项10其他10总分50H题：FIR滤波器设计与实现一、任务 设计并制作一个FIR滤波器，
22、用来滤除干扰信号，输出有用信号。图1 系统总框图图 1 中，有用信号源和干扰信号源为两个独立信号源，有用信号A的频率为10KHZ，B的频率大于A的频率。根据信号A, B 的特点，通过FIR滤波器滤除混合信号D中的干扰信号 B，恢复有用信号 A 的波形，其输出为信号 E。二、要求 1、基本要求 （1）设计一个加法器实现 C=A+B，其中有用信号 A 和干扰信号 B 峰。峰值均为 12V，频率范围为 10kHz100kHz。预留便于测量的输入输出端口。（2）设计一个移相器，在频率范围为 10kHz100kHz 的各点频上，实现点频 0180手动连续可变相移。移相器幅度放大倍数控制在10.1，移相器
23、的相频特性不做要求。预留便于测量的输入输出。（3）单独设计制作FIR滤波器，输入信号D。有一个输出端口，用于输出信号 E。当信号 A、B 为正弦信号，且频率差1kHz 时，输出信号 E 能够恢复信号 A 的波形，信号 E 与 A 的频率和幅度误差均小于 10%。预留便于测量的输入输出端口。2、发挥部分（1）当信号 A、B 为正弦信号，且频率差100Hz 时，FIR滤波器的输出信号 E 能恢复信号 A 的波形，信号 E 与 A 的频率和幅度误差均小于 10%。（2）改善FIR滤波器实现结构，提高FIR滤波器的运算速度，使其速度提高2倍以上。（3）其他。三、评分标准 项目满分基本要求设计与总结报告
24、：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。50 实际完成情况50 发挥部分完成第（1）项10 完成第（2）项10 其他5 I题：LC压控振荡器设计制作一LC压控振荡器。一、基本要求：1、基本要求（1）振荡器输出为正弦波，波形无明显失真;输出频率范围：20MHz30MHz;输出频率稳定度：优于10-3。（2）实时测量并显示振荡器的输出频率。（3）实时测量并显示振荡器输出电压峰-峰值，精度优于10。（4）可实现输出频率步进，步进间隔为1MHz100kHz。二、扩展要求：（1）采用锁相环进一步提高输出频率稳定度，输出频率步进间隔为100kH
25、z。（2）在整个频率范围内可自动扫描；扫描时间在15s之间可调；可手动扫描；还可预置在某一特定频率；（3）制作一个功率放大器，放大LC振荡器输出的30MHz正弦信号，限定使用E=12V的单直流电源为功率放大器供电，要求在50纯电阻负载上的输出功率20mW，尽可能提高功率放大器的效率。三、评分标准设计报告项 目分数系统方案2理论分析与计算5电路与程序设计5测试方案与测试结果4设计报告结构及规范性4小计20基本要求完成第（1）项20完成第（2）项10完成第（3项10完成第（4）项10 小计50扩展要求完成第（1）项15完成第（2）项10完成第（3）项5小计30 总分100J题：短波调频测向机设计
26、一、任务 设计并制作一个短波调频测向机，方框图如下。二、要求 1、基本要求 （1）接收频率范围：3.50-3.60MHz。（2）接收信号：20-10KHz。（3）最大不失真输出功率：0.5mW（8）。（4）灵敏度：不劣于1微伏。（5）可接收范围：配套PX-80型发射机（A1A调制方式）时，可接收100m以内的11部电台。（6）方向性：方向分辨距离小于3m。2、发挥部分 （1）可实现多种自动程控频率搜索模式（如全频率范围搜索，特定频率范围搜索等），全频率范围搜索时间小于或等于60s。（2）能显示接收频率范围内的调频电台载频值，显示载波频率的误差小于或等于。（3）可接收300m范围以内的电台信号。
27、（4）进一步提高方向性。（5）整机微型化、低成本化。（6）提高电源效率，全机所用直流电源不超过三节5号南孚电池。三、评分标准 项目 满分 基本要求 设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。 50 实际制作完成情况50 发挥部分 完成第（1）项 15完成第（2）项 8完成第（3）项 5 完成第（4）项 8完成第（5）项 4 完成第（6）项5特色与创新5 总分50K题：基于可见光传输的通信装置一、任务描述本题要求，设计基于白光LED可见光通信的音频传输系统（包括音频信号输入电路、发射电路、接收电路、音频输出电路），实现利用
28、白光LED完成音频信号无线传输。二、设计要求1、基本要求（1）完成基于可见光信息传输的语音信号发送实验装置采用MP3或者手机音频输出信号作为可见光传输的信号源，使用白光二极管作为光源进行信息传输，要求在信息传输时，人眼观察，光源光照稳定，无明显闪烁；自制与信号发生器兼容的音频输入接头，可在音频输入端输入单音频率选在5003400Hz之间模拟信号。采用5V或者12V单电源供电，供电功率不超过15W，需要在发送装置的电源输入端，留出电压、电流测试接口，以测试发送装置的实际功耗。（2）完成基于可见光信息传输的语音信号接收实验装置语音接收不受普通室内房顶照片和自然光的影响；测试时，直接采用采用MP3或者手机播放乐曲音频进行测试。接收的语音信号应无明显失真；测试时，在音频输入端输入单音频率选在5003400Hz之间模拟信号，在输出端，接信号发生器，对波形进行分析。可将光信息传输的距离30cm。
