自陈元电全国大学生电子设计大赛解题方案Word文件下载.docx
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简易逻辑分析仪(D题)
B题简易数字存储示波器
E题数据采集与传输系统
B题数字式工频有效值多用表
C题
频率特性测试仪
E题数字化语音存储与回放系统
B题简易数字频率计
C题水温控制系统
3、电源类
开关稳压电源(E题)
数控直流电流源(F题)
三相正弦波变频电源(G题)
A题 直流稳定电源
4、无线通信类
无线识别装置(B题)
单工无线呼叫系统(D题)
F题调频收音机
D题
短波调频接收机
D题调幅广播收音机*
5、运动控制类
电动车跷跷板(F题)
悬挂运动控制系统(E题)
简易智能电动车(E题)
液体点滴速度监控装置(F题)
C题自动往返电动小汽车
6、放大滤波电路类
可控放大器(I题)
程控滤波器(D题)
宽带放大器(B题)
D题高效率音频功率放大器
A题测量放大器
题目的总体趋势:
由少到多,由简单到复杂,数字电路和模拟电路,单片机等系统逐渐综合在一起。
紧跟电子技术发展的潮流。
信号发生器类题目:
由简单的正弦波振荡电路发展到采用DDS技术的信号发生器,近两届该类题目基本转向大专类。
数据采集与测量类:
每届的重点,起码2题以上,出题的范围很广,主要集中在信号的频率,幅度,相位,还有其他信号参数上,也有可能结合传感器测量其他物理量。
电源类:
这两年必有的题目,从简单的直流稳压电源到数字控制的开关电源,难点一般在电源的参数上,如转换效率,纹波系数,输出电压与电流的大小。
通常还要求电源具有过流保护,过热保护功能。
无线通信类:
主要结合高频电路知识,从简单的收音机到较复杂的无线对讲机,这几年热门的是RFID,蓝牙等短距离无线通信系统。
运动控制类:
每年参赛队伍选题最多的题目,喜欢用小车作为题材,要求通过单片机控制小车完成各种功能,通常还要结合各种传感器,如红外,光,热,位移,角度等。
放大滤波电路类:
经典的题目,重点在于效率高,宽带,今年有和数字电路结合的趋势,例如通过单片机控制放大电路的参数等(07年D题)
四、对电子设计大赛的准备策略:
总的原则:
1、要有充足的准备时间
2、要有多手准备(至少准备2类题目,建议5+2,5+3,5+4)
具体要准备的东西:
1、要熟练掌握单片机的编程和周边电路的设计。
2、要掌握多种传感器的参数与设计,尤其是光电传感器
3、要掌握PCB板的设计与制作(尤其做电源和无线通信类的),还有基本的焊接技术。
4、要掌握科技论文的写作,学会如何写一份优秀的设计报告
5、要了解广州周边电子市场的情况。
学会如何搜索、购买元器件。
临比赛前的小窍门:
根据比赛前提前发放的元件清单,结合过往几年的题目猜一下题,根据自己的准备选定2类题目进行准备,可以提前设计制作与该题目对应的模块电路,编写调试该类题目常用的单片机模块程序。
组队的原则:
强强联合,优势互补。
做好后勤工作,注意梯队的建设。
附录:
历届题目详情
2007年
【本科组】
一、任务
设计、制作一个可分析音频信号频率成分,并可测量正弦信号失真度的仪器。
二、要求
1.基本要求
(1)输入阻抗:
50Ω
(2)输入信号电压范围(峰-峰值):
100mV~5V
(3)输入信号包含的频率成分范围:
200Hz~10kHz
(4)频率分辨力:
100Hz(可正确测量被测信号中,频差不小于100Hz的频率分量的功率值。
)
(5)检测输入信号的总功率和各频率分量的频率和功率,检测出的各频率分量的功率之和不小于总功率值的95%;
各频率分量功率测量的相对误差的绝对值小于10%,总功率测量的相对误差的绝对值小于5%。
(6)分析时间:
5秒。
应以5秒周期刷新分析数据,信号各频率分量应按功率大小依次存储并可回放显示,同时实时显示信号总功率和至少前两个频率分量的频率值和功率值,并设暂停键保持显示的数据。
2.发挥部分
(1)扩大输入信号动态范围,提高灵敏度。
(2)输入信号包含的频率成分范围:
20Hz~10kHz。
(3)增加频率分辨力20Hz档。
(4)判断输入信号的周期性,并测量其周期。
(5)测量被测正弦信号的失真度。
(6)其他
无线识别装置(B题)
设计制作一套无线识别装置。
该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成,其方框图参见图1。
阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。
D
阅读器
应答器
耦合线圈
外接
单电源
图1
无线识别装置方框图
装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能,频率和调制方式自由选定。
不得使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片。
装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈,用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。
线圈直径为6.6±
0.5cm(可用直径6.6cm左右的易拉罐作为骨架,绕好取下,用绝缘胶带固定即可)。
线圈间的介质为空气。
两个耦合线圈最接近部分的间距定义为D。
阅读器、应答器不得使用其他耦合方式。
1.基本要求
(1)应答器采用两节1.5V干电池供电,阅读器用外接单电源供电。
阅读器采用发光二极管显示识别结果,能在D尽可能大的情况下,识别应答器的有无。
识别正确率≥80%,识别时间≤5秒,耦合线圈间距D≥5cm。
(2)应答器增加编码预置功能,可以用开关预置四位二进制编码。
阅读器能正确识别并显示应答器的预置编码。
显示正确率≥80%,响应时间≤5秒,耦合线圈间距D≥5cm。
2.发挥部分
(1)应答器所需电源能量全部从耦合线圈获得(通过对耦合到的信号进行整流滤波得到能量),不允许使用电池及内部含有电池的集成电路。
阅读器能正确读出并显示应答器上预置的四位二进制编码。
显示正确率≥80%,响应时间≤5秒,耦合线圈间距D≥5cm。
(2)阅读器采用单电源供电,在识别状态时,电源供给功率≤2W。
在显示编码正确率≥80%、响应时间≤5秒的条件下,尽可能增加耦合线圈间距D。
(3)应答器增加信息存储功能,其存储容量大于等于两个四位二进制数。
装置断电后,应答器存储的信息不丢失。
无线识别装置具有在阅读器端写入、读出应答器存储信息的功能。
(4)其他。
设计并制作一台具有实时采样方式和等效采样方式的数字示波器,示意图如图1所示。
图1
数字示波器示意图
1.基本要求
(1)被测周期信号的频率范围为10Hz~10MHz,仪器输入阻抗为1MW,显示屏的刻度为8div×
10div,垂直分辨率为8bits,水平显示分辨率≥20点/ div。
(2)垂直灵敏度要求含1V/div、0.1V/div两档。
电压测量误差≤5%。
(3)实时采样速率≤1MSa/s,等效采样速率≥200MSa/s;
扫描速度要求含20ms/div、2μs/div、100 ns/div三档,波形周期测量误差≤5%。
(4)仪器的触发电路采用内触发方式,要求上升沿触发,触发电平可调。
(5)被测信号的显示波形应无明显失真。
2.发挥部分
(1)提高仪器垂直灵敏度,要求增加2mV/div档,其电压测量误差≤5%,输入短路时的输出噪声峰-峰值小于2mV。
(2)增加存储/调出功能,即按动一次“存储”键,仪器即可存储当前波形,并能在需要时调出存储的波形予以显示。
(3)增加单次触发功能,即按动一次“单次触发”键,仪器能对满足触发条件的信号进行一次采集与存储(被测信号的频率范围限定为10Hz~50kHz)。
(4)能提供频率为100kHz的方波校准信号,要求幅度值为0.3V±
5%(负载电阻≥1MW时),频率误差≤5%。
(5)其他。
一、任务
设计并制作程控滤波器,其组成如图1所示。
放大器增益可设置;
低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。
图1程控滤波器组成框图
1.基本要求
(1)放大器输入正弦信号电压振幅为10mV,电压增益为40dB,增益10dB步进可调,通频带为100Hz~40kHz,放大器输出电压无明显失真。
(2)滤波器可设置为低通滤波器,其-3dB截止频率fc在1kHz~20kHz范围内可调,调节的频率步进为1kHz,2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1kW。
(3)滤波器可设置为高通滤波器,其-3dB截止频率fc在1kHz~20kHz范围内可调,调节的频率步进为1kHz,0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1kW。
(4)电压增益与截止频率的误差均不大于10%。
(5)有设置参数显示功能。
2.发挥部分
(1)放大器电压增益为60dB,输入信号电压振幅为10mV;
增益10dB步进可调,电压增益误差不大于5%。
(2)制作一个四阶椭圆型低通滤波器,带内起伏≤1dB,-3dB通带为50kHz,要求放大器与低通滤波器在200kHz处的总电压增益小于5dB,-3dB通带误差不大于5%。
(3)制作一个简易幅频特性测试仪,其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz~200kHz,频率步进10kHz。
开关稳压电源(E题)
设计并制作如图1所示的开关稳压电源。
图1电源框图
在电阻负载条件下,使电源满足下述要求:
(1)输出电压UO可调范围:
30V~36V;
(2) 最大输出电流IOmax:
2A;
(3)U2从15V变到21V时,电压调整率SU≤2%(IO=2A);
(4)IO从0变到2A时,负载调整率SI≤5%(U2=18V);
(5)输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V(U2=18V,UO=36V,IO=2A);
(6) DC-DC变换器的效率 ≥70%(U2=18V,UO=36V,IO=2A);
(7)具有过流保护功能,动作电流IO(th)=2.5±
0.2A;
2.发挥部分
(1)进一步提高电压调整率,使SU≤0.2%(IO=2A);
(2)进一步提高负载调整率,使SI≤0.5%(U2=18V);
(3)进一步提高效率,使≥85%(U2=18V,UO=36V,IO=2A);
(4)排除过流故障后,电源能自动恢复为正常状态;
(5) 能对输出电压进行键盘设定和步进调整,步进值1V,同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。
(6)其他。
电动车跷跷板(F题)
ﻫ设计并制作一个电动车跷跷板,在跷跷板起始端A一侧装有可移动的配重。
配重的位置可以在从始端开始的200mm~600mm范围内调整,调整步长不大于50mm;
配重可拆卸。
电动车从起始端A出发,可以自动在跷跷板上行驶。
电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图1和图2所示。
1.基本要求
在不加配重的情况下,电动车完成以下运动:
(1)电动车从起始端A出发,在30秒钟内行驶到中心点C附近;
(2)60秒钟之内,电动车在中心点C附近使跷跷板处于平衡状态,保持平衡5秒钟,并给出明显的平衡指示;
(3)电动车从(2)中的平衡点出发,30秒钟内行驶到跷跷板末端B处(车头距跷跷板末端B不大于50mm);
(4)电动车在B点停止5秒后,1分钟内倒退回起始端A,完成整个行程;
(5)在整个行驶过程中,电动车始终在跷跷板上,并分阶段实时显示电动车行驶所用的时间。
将配重固定在可调整范围内任一指定位置,电动车完成以下运动:
ﻫ
(1)将电动车放置在地面距离跷跷板起始端A点300mm以外、90°
扇形区域内某一指定位置(车头朝向跷跷板),电动车能够自动驶上跷跷板,如图3所示:
(2)电动车在跷跷板上取得平衡,给出明显的平衡指示,保持平衡5秒钟以上;
(3)将另一块质量为电动车质量10%~20%的块状配重放置在A至C间指定的位置,电动车能够重新取得平衡,给出明显的平衡指示,保持平衡5秒钟以上;
(4)电动车在3分钟之内完成(1)~(3)全过程。
在不采用专用A/D转换器芯片的前提下,设计并制作积分型直流数字电压表。
(1)测量范围:
10mV~2V
(2)量程:
200mV,2V
(3)显示范围:
十进制数0~1999
(4)测量分辨率:
1mV(2V档)
(5)测量误差:
≤±
0.5%±
5个字
(6)采样速率:
≥2次/秒
(7)输入电阻:
≥1MW
(8)具有抑制工频干扰功能
(1)测量范围:
1mV~2V
(2)量程:
200mV,2V
(3)显示范围:
十进制数0~19999
0.1mV(2V档)
(5)测量误差:
0.05%±
(6)具有自动校零功能
(7)具有自动量程转换功能
(8)其他
设计并制作一台信号发生器,使之能产生正弦波、方波和三角波信号,其系统框图如图1所示。
信号发生
参数调整
稳压电源
信号输出
输出信号
图1信号发生器系统框图
(1)信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形;
(2)输出信号频率在100Hz~100kHz范围内可调,输出信号频率稳定度优于10-3;
(3)在1kW负载条件下,输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0~5V范围内可调;
(4)输出信号波形无明显失真;
(5)自制稳压电源。
(1)将输出信号频率范围扩展为10Hz~1MHz,输出信号频率可分段调节:
在10Hz~1kHz范围内步进间隔为10Hz;
在1kHz~1MHz范围内步进间隔为1kHz。
输出信号频率值可通过键盘进行设置;
(2)在50W负载条件下,输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0~5V范围内可调,调节步进间隔为0.1V,输出信号的电压值可通过键盘进行设置;
(3)可实时显示输出信号的类型、幅度、频率和频率步进值;
(4)其他。
一、任务
设计并制作一个可控放大器,其组成框图如图1所示。
放大器的增益可设置;
低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器的通带、截止频率等参数可设置。
图1可控放大器组成框图
(1)放大器输入正弦信号电压振幅为10mV,电压增益为40dB,通频带为100Hz~40kHz,放大器输出电压无明显失真。
(2)滤波器可设置为低通滤波器,其-3dB截止频率fc在1kHz~20kHz范围内可调,调节的频率步进为1kHz,2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1kW。
(3)滤波器可设置为高通滤波器,其-3dB截止频率fc在1kHz~20kHz范围内可调,调节的频率步进为1kHz,0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1kW。
(4)截止频率的误差不大于10%。
2、发挥部分
(1)放大器电压增益为60dB,输入正弦信号电压振幅为10mV,增益10dB步进可调,通频带为100Hz~100kHz。
(2)制作一个带通滤波器,中心频率50kHz,通频带10kHz,在40kHz和60kHz频率处,要求放大器与带通滤波器的总电压增益不大于45dB。
(3)上述带通滤波器中心频率可设置,设置范围40kHz~60kHz,步进为2kHz。
(4)电压增益、截止频率误差均不大于5%。
电动车跷跷板(J题)
设计并制作一个电动车跷跷板,要求跷跷板起始端一侧装有可移动的配重物体,配重物XXXXX置可调范围不小于400mm。
电动车从起始端出发,按要求自动在跷跷板上行驶。
电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图1和图2所示。
图1起始状态示意图
图2平衡状态示意图
(1)先将跷跷板固定为水平状态,电动车从起始端A位置出发,行驶跷跷板的全程(全程的含义:
电动车从起始端A出发至车头到达跷跷板顶端B位置)。
停止5秒后,电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷跷板的起始端A,电动车能分别显示前进和倒退所用的时间。
前进行驶在1分钟内、倒退行驶在1.5分钟内完成。
(2)跷跷板处在图1所示的状态下(配重物XXXXX置不限制),电动车从起始端A出发,行驶跷跷板的全程。
停止5秒后,电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷跷板的起始端A,电动车能分别显示前进和倒退所用的时间。
前进行驶在1.5分钟内、倒退行驶在2分钟内完成。
(1)由参赛队员将配重物体设定在可移动范围中的某位置,电动车从起始端A出发,当跷跷板达到平衡时,保持时间不小于5秒,同时发出声光提示,电动车显示所用的时间。
全过程要求在2分钟内完成。
(2)在可移动范围内任意设定配重物体的位置(由测试人员指定),电动车从起始端A出发,当跷跷板达到平衡时,保持时间不小于5秒,同时发出声光提示,电动车显示所用的时间。
全过程要求在2分钟内完成。
(3)其他。
2005年
设计制作一个正弦信号发生器。
1、基本要求
(1)正弦波输出频率范围:
1kHz~10MHz;
(2)具有频率设置功能,频率步进:
100Hz;
(3)输出信号频率稳定度:
优于10-4;
(4)输出电压幅度:
在
负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥1V;
(5)失真度:
用示波器观察时无明显失真。
2、发挥部分
在完成基本要求任务的基础上,增加如下功能:
(1)增加输出电压幅度:
在频率范围内
负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±
1V;
(2)产生模拟幅度调制(AM)信号:
在1MHz~10MHz范围内调制度ma可在10%~100%之间程控调节,步进量10%,正弦调制信号频率为1kHz,调制信号自行产生;
(3)产生模拟频率调制(FM)信号:
在100kHz~10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏,且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节,正弦调制信号频率为1kHz,调制信号自行产生;
(4)产生二进制PSK、ASK信号:
在100kHz固定频率载波进行二进制键控,二进制基带序列码速率固定为10kbps,二进制基带序列信号自行产生;
设计并制作一台能测试通用型集成运算放大器参数的测试仪,示意图如图1所示。
图1
1、基本要求
(1)能测试VIO(输入失调电压)、IIO(输入失调电流)、AVD(交流差模开环电压增益)和KCMR(交流共模抑制比)四项基本参数,显示器最大显示数为 3999;
(2)各项被测参数的测量范围及精度如下(被测运放的工作电压为±
15V):
VIO:
测量范围为0~40mV(量程为4mV和40mV),误差绝对值小于3%读数+1个字;
IIO:
测量范围为0~4μA(量程为0.4μA和4μA),误差绝对值小于3%读数+1个字;
AVD:
测量范围为60dB~120dB,测试误差绝对值小于3dB;
KCMR:
测量范围为60dB~120dB,测试误差绝对值小于3dB;
(3)测试仪中的信号源(自制)用于AVD、KCMR参数的测量,要求信号源能输出频率为5Hz、输出电压有效值为4 V的正弦波信号,频率与电压值误差绝对值均小于1%;
(4)按照本题附录提供的符合GB3442-82的测试原理图(见图2~图4),再制作一组符合该标准的测试VIO、IIO、AVD 和KCMR参数的测试电路,以此测试电路的测试结果作为测试标准,对制作的运放参数测试仪进行标定。
2、发挥部分
(1)增加电压模运放BWG(单位增益带宽)参数测量功能,要求测量频率范围为
100kHz~3.5MHz,测量时间≤10秒,频率分辨力为1kHz;
为此设计并制作一个扫频信号源,要求输出频率范围为40kHz~4MHz,频率误差绝对值小于1%;
输出电压的有效值为2V±
0.2V;
(2)增加自动测量(含自动量程转换)功能。
该功能启动后,能自动按VIO、IIO、AVD、KCMR和BWG的顺序测量、显示并打印以上5个参数测量结果;
(3)其他。
采用外差原理设计并实现频谱分析仪,其参考原理框图如下图所示。
(1)频率测量范围为10MHz~30MHz;
(2)频率分辨力为10kHz,输入信号电压有效值为20mV±
5mV,输入阻抗为50Ω;
(3)可设置中心频率和扫频宽度;
(4)借助示波器显示被测信号的频谱图,并在示波器上标出间隔为1MHz的频标。
(1)频率测量范围扩展至1MHz~30MHz;
(2)具有识别调幅、调频和等幅波信号及测定其中心频率的功能,采用信号发生器输出的调幅、调频和等幅波信号作为外差式频谱分析仪的输入信号,载波可选择在频率测量范围内的任意频率值,调幅波调制度ma=30%,调制信号频率为20kHz;
调频波频偏为20kHz,调制信号频率为1kHz;
单工无线
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- 陈元电 全国大学生 电子设计 大赛 解题 方案