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2007年全国大学生电子设计竞赛试题
音频信号分析仪(A题)
【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。
三、说明
1.电源可用成品,必须自备,亦可自制。
2.设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序、和完整的测试结果用附件给出。
四、评分标准
设计
报告
  
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
放大器设计
功率谱测量方法
周期性判断方法
15
电路与程序设计
电路设计
程序设计
10
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
12
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
8
总分
50
基本
要求
实际制作完成情况
50
发挥
部分
完成第(1)项
10
完成第(2)项
10
完成第(3)项
10
完成第(4)项
10
完成第(5)项
5
其他
5
总分
50
无线识别装置(B题)
【本科组】
一、任务
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。

QQ截图20190307224815.png
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±0.5 cm(可用直径6.6 cm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。
二、要求
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。
三、说明
设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。
、评分标准
设计报告
项  目
主要内容
满分
系统方案
无线识别装置总体方案设计
6
理论分析与计算
耦合线圈的匹配理论
阅读器发射电路分析
阅读器接收电路分析
9
电路与程序设计
阅读器电路设计计算
应答器电路设计计算
总体电路图
识别装置工作流程图
19
测试方案与测试结果
调试方法与仪器
测试数据完整性
测试结果分析
8
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
8
总分
50
基本要求
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第(1)项
21
完成第(2)项
20
完成第(3)项
5
其他
4
总分
50
数字示波器(C题
【本科组】
一、任务
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。
QQ截图20190307225030.png
1  数字示波器示意图
二、要求
1.基本要求
1)被测周期信号的频率范围为10Hz10MHz,仪器输入阻抗为1MW,显示屏的刻度为8 div×10div垂直分辨率为8bits,水平显示分辨率≥20/ div
2)垂直灵敏度要求含1V/div0.1V/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/div2μs /div100 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10Hz50kHz)。
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≥1 MW时),频率误差≤5%。
5)其他。
三、说明
1A/D转换器最高采样速率限定为1MSa/s,并要求设计独立的取样保持电路。为了方便检测,要求在A/D转换器和取样保持电路之间设置测试端子TP
2.显示部分可采用通用示波器,也可采用液晶显示器。
3.等效采样的概念可参考蒋焕文等编著的《电子测量》一书中取样示波器的内容,或陈尚松等编著的《电子测量与仪器》等相关资料。
4.设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。
四、评分标准
设计
报告
  
应包括的主要内容
分数
系统方案
比较与选择
方案描述
6
理论分析与计算
等效采样分析
垂直灵敏度
扫描速度
12
电路与程序设计
电路设计
程序设计
12
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
12
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
8
总分
50
基本
要求
实际制作完成情况
50
发挥
部分
完成第(1)项
22
完成第(2)项
7
完成第(3)项
7
完成第(4)项
6
其他
8
总分
50
程控滤波器(D题)
【本科组】
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。
QQ截图20190307225048.png
1程控滤波器组成框图
二、要求
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100Hz40kHz,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fc1kHz20kHz范围内可调,调节的频率步进为1kHz2fc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fc1kHz20kHz范围内可调,调节的频率步进为1kHz0.5fc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100Hz200kHz,频率步进10kHz
4)其他。
三、说明
设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图和主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。
四、评分标准
项    目
满分
设计
报告
系统方案
15
理论分析与计算
15
电路与程序设计
5
测试方案与测试结果  
10
设计报告结构及规范性
5
总分
50
基本
要求
实际制作完成情况
50
发挥
部分
完成第(1)项
14
完成第(2)项
16
完成第(3)项
15
其他
5
总分
50
开关稳压电源(E题
【本科组】
一、任务
设计并制作如图1所示的开关稳压电源。

QQ截图20190307225648.png
图1电源框图
二、要求
在电阻负载条件下,使电源满足下述要求:
1基本要求
(1) 输出电压UO可调范围:30V36V
(2) 最大输出电流IOmax2A
(3) U215V变到21V时,电压调整率SU≤2%IO=2A
(4) IO0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≤1VU2=18V,UO=36V,IO=2A
(6) DC-DC变换器效率file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsA81E.tmp.png≥70%U2=18V,UO=36V,IO=2A
(7) 具有过流保护功能动作电流IOth=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file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsA81F.tmp.png≥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。
三、说明
(1) DC-DC变换器不允许使用成品模块,但可使用开关电源控制芯片。
(2) U2可通过交流调压器改变U1来调整。DC-DC变换器(含控制电路)只能由UIN端口供电,不得另加辅助电源。
(3) 本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分,要求用带宽不小于20MHz模拟示波器(AC耦合、扫描速度20ms/div)测UOPP
(4) 本题中电压调整率SUU2指定范围内变化时,输出电压UO变化率;负载调整率SIIO指定范围内变化时,输出电压UO变化率;DC-DC变换器效率h=PO/ PIN,其中PO=UOIOPIN=UINIIN。
(5) 电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间(测试期间,不能出现过热等故障)。
(6) 制作时应考虑方便测试,合理设置测试点(参考图1)。
(7) 设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。
四、评分标准
 
项 目
应包括的主要内容或考核要点
设计
报告
方案论证
DC-DC主回路拓扑;控制方法及实现方案;提高效率的方法及实现方案
8  
电路设计
与参数计算
[size=12.0000pt]
主回路器件的选择及参数计算;控制电路设计与参数计算;效率的分析及计算;保护电路设计与参数计算;数字设定及显示电路的设计
20  
测试方法与数据
测试方法;测试仪器;测试数据
(着重考查方法和仪器选择的正确性以及数据是否全面、准确)
10  
测试结果分析
与设计指标进行比较,分析产生偏差的原因,并提出改进方法
5  
电路图及设计文件
重点考查完整性、规范性
7  
总分
50  
基本要求
实际制作完成情况
50  
发挥
部分
完成第(1)项
10  
完成第(2)项
10  
完成第(3)项
15  
完成第(4)项
4  
完成第(5)项
6  
其他
5  
总分
50  
电动车跷跷板(F题)
【本科组】
一、任务


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。

QQ截图20190307230352.png

二、要求
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;
260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。
QQ截图20190307230432.png
2.发挥部分
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:

1)将电动车放置在地面距离跷跷板起始端A300mm以外、9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AC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。
5)其他。
QQ截图20190307230534.png
三、说明
1)跷跷板长1600mm、宽300mm,为便于携带也可将跷跷板制成折叠形式。
2)跷跷板中心固定在直径不大于50mm的半圆轴上,轴两端支撑在支架上,并保证与支架圆滑接触,能灵活转动。
3)测试中,使用参赛队自制的跷跷板装置。
4)允许在跷跷板和地面上采取引导措施,但不得影响跷跷板面和地面平整。
5)电动车(含加在车体上的其它装置)外形尺寸规定为:长≤300mm,宽≤200mm。
6)平衡的定义为A、B两端与地面的距离差d=∣dA-dB∣不大于40mm。
7)整个行程约为1600mm减去车长。
8)测试过程中不允许人为控制电动车运动。
9)基本要求(2)不能完成时,可以跳过,但不能得分;发挥部分(1)不能完成时,可以直接从(2)项开始,但是(1)项不得分。
四、评分标准
设计
报告
项  目
主要内容
分数
系统方案
实现方法
方案论证
系统设计
结构框图
12
理论分析与计算
测量与控制方法
理论计算
13
电路与程序设计
检测与驱动电路设计
总体电路图
软件设计与工作流程图
12
结果分析
创新发挥
结果分析
8
设计报告结构
及规范性
摘要
设计报告结构
图表的规范性
5
总分
50
基本
要求
实际制作完成情况
50
发挥
部分
完成第(1)项
10
完成第(2
15
完成第(3
10
完成第(4
5
其他
10
总分
50
积分式直流数字电压表(G题)
【高职高专组】
一、任务
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。
二、要求
1.基本要求
1)测量范围:10mV2V
2)量程:200mV2V
3)显示范围:十进制数01999
4)测量分辨率:1mV2V档)
5)测量误差:≤±0.5%±5个字
6)采样速率:≥ 2/
7)输入电阻:≥1MW
8)具有抑制工频干扰功能
2.发挥部分
1)测量范围:1mV2V
2)量程:200mV2V
3)显示范围:十进制数0~19999
4)测量分辨率:0.1mV2V档)
5)测量误差:≤±0.05%±5个字
6)具有自动校零功能
7)具有自动量程转换功能
8)其他
三、说明
在电路中应有可测得积分波形的测试点。
四、评分标准
项  目
满分
设计
报告
系统方案
4
理论分析与计算
3
电路与程序设计
4
测试方案与测试结果
5
设计报告结构及规范性
4
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
4
完成第(3)项
3
完成第(4)项
2
完成第(5)项
20
完成第(6)项
8
完成第(7)项
8
其他
5
总分
50

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