8第八届全国大学生电子设计竞赛题目.docx
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8第八届全国大学生电子设计竞赛题目
第八届全国大学生电子设计竞赛题目
题目一音控信号分析仪
一、设计任务
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、设计要求
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
项目
主要内容
得分
基本要求
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
完成第一项
10
完成第二项
10
完成第三项
10
完成第四项
10
完成第五项
5
其它
5
总分
50
题目二无线识别装置
一、设计任务
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。
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。
二、设计要求
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。
四、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
题目三数字示波器
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。
图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10Hz～10MHz，仪器输入阻抗为1M?
，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、100ns/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≥1M?
时），频率误差≤5%。
（5）其他。
三、说明
1．A/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
项目
主要内容
满分
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
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题目四程控滤波器
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程控滤波器示意图
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=1k。
（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=1k。
（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。
（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
设计报告
项目
满分
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
题目五开关稳压电源
一、任务
设计并制作如图1所示的开关稳压电源。
图1电源示意图
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：
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。
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）测量UOPP。
（4）本题中电压调整率SU指U2在指定范围内变化时，输出电压UO的变化率；负载调整率SI指IO在指定范围内变化时，输出电压UO的变化率；DC-DC变换器效率?
=PO/PIN，其中PO＝UOIO，PIN＝UINIIN。
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