电子设计大赛系列之一电子设计竞赛题目Word文档格式.docx
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从1997年开始，每二年举办一届全国大学生电子设计竞赛，即凡逢单数年号时举办全国竞赛。
竞赛采用全国统一命题、分赛区组织的方式，竞赛采用“半封闭、相对集中”的组织方式进行。
竞赛期间学生可以查阅有关文献资料，队内学生集体商讨设计思想，确定设计方案，分工负责、团结协作，以队为基本单位独立完成竞赛任务；
竞赛期间不允许任何教师或其他人员进行任何形式的指导或引导；
竞赛期间参赛队员不得与队外任何人员讨论商量。
参赛学校应将参赛学生相对集中在一个或几个实验室内进行竞赛，便于组织人员巡查。
为保证竞赛工作，竞赛所需设备、元器件等均由各参赛学校负责提供。
为保证竞赛工作的顺利进行，应严格遵守全国组委会届时颁布的《全国大学生电子设计竞赛竞赛规则与赛场纪律》。
1.2全国大学生电子设计竞赛命题原则及要求
每逢全国大学生电子设计竞赛举办年度，全国竞赛组委会都向参赛的赛区发布当年竞赛的《命题原则及征题要求》。
各赛区组委会根据命题原则，广泛征集来自教学第一线教师设计的竞赛题目，这些题目必须包括理论设计、实际制作与调试内容，既应考虑到教学的基本内容要求，又应适当反映新技术和新器件的应用。
各赛区组委会与专家组将对征集的题目进行分类、完善和遴选，然后报送全国竞赛组委会。
全国专家组对征集的题目进行综合加工、精心完善，最终形成数个竞赛题目。
全国竞赛组委会于1999年开始设“优秀征题奖”。
1.2.1命题范围
应以电子技术（包括模拟低频、高频和数字电路）应用设计为主要内容。
可以涉及单片机、可编程逻辑器件、EDA软件工具和PC机（主要用于开发）的应用。
题目包括“理论设计”和“实际制作与调试”两部分。
竞赛题目应具有实际意义和应用背景，并考虑到目前教学基本内容和新技术应用趋势。
1.2.2题目要求
竞赛题目应能测试学生运用基础知识的能力、实际设计能力和独立工作能力。
题目原则上应包括基本要求部分和发挥部分，从而使绝大多数参赛学生能在规定时间内完成基本要求部分的设计工作，又能便一部分优秀学生有发挥与创新的余地。
1.2.3题目类型
1.综合题
综合题应涵盖模-数混合电路，可涉及单片机和可编程逻辑器件的应用，并尽可能适合不同类型学校和专业的学生选用；
2.专业题
专业题是侧重于某一专业（如计算机、通信、自控、电子技术应用等）的题目；
3.电路题
电路题是侧重于模拟电路、数字电路、电力电子线路等的题目；
4.新型器件和集成电路应用题
新型器件和集成电路应用题侧重于新型器件的应用、新型集成电路的应用；
5.电子产品和仪器初步设计题
常用电子产品和电子仪器初步设计的题目侧重于某一产品的初步设计。
不同类型的题目之间，在难易程度上允许有差别。
1.2.4命题格式
1.题目名称
题目名称要求简明扼要。
2.设计任务和要求
设计任务和要求需要对题目作必要说明，明确提出设计任务和对功能指标的要求，文字描述准确，避免含混不清；
3.评分标准
评分标准按设计报告、实际制作两部分提出具体评分细则，实际制作又分基本要求和发挥部分。
总分一般是150分，其中设计报告占50分，基本要求占50分和发挥部分占50分。
4.命题说明
命题人应对命题的意图、涉及的主要知识范围及其它问题予以必要的说明，供全国专家组选题时参考。
1.2.5征题办法
由各赛区竞赛组织机构广泛发动各普通高校的有关教师、科研单位和企业单位的专家按此命题原则及要求，广泛征集竞赛题目；
尽量扩大征题内容覆盖面，题目类型和风格要多样化，可在不同单位、不同人员、不同题目类型上重点组织一些题源；
除赛区有组织的征题外，欢迎个人参与竞赛征题，可将题目连同本人通信地址、联系电话直接寄往全国大学生电子设计竞赛组委会秘书处；
各赛区选出的题目于当年6月30日之前上报全国大学生电子设计竞赛组委会秘书处。
全国大学生电子设计竞赛组织委员会将根据征题的使用情况，对有助于本年度竞赛命题的原创题目作者予以奖励，包括在本年度竞赛优秀作品选编中反映作者的贡献及颁发适当的奖金。
1.3电子设计竞赛的题目分析
由国家教委高教司倡导并组织的全国大学生电子设计竞赛从1994年的首届试点到2003年已经成功地举办了6届。
从6届电子设计竞赛的试题来看，可以归纳成7类，即：
（1）电源类：
简易数控直流电源（第一届），直流稳压电源（第三届）；
（2）信号源类：
实用信号源的设计和制作（第二届），波形发生器（第五届），电压控制LC振荡器（A题）（第六届）；
（3）高频无线电类：
简易无线电遥控系统（第二届），调幅广播收音机（第三届），短波调频接收机（第四届），调频收音机（第五届）；
（4）放大器类：
实用低频功率放大器（第二届），高效率音频功率放大器（第五届），宽带放大器（B题）（第六届）；
（5）仪器仪表类：
简易电阻、电容和电感测试仪（第二届），简易数字频率计（第三届），频率特性测试仪（第四届），数字式工频有效值多用表（第四届），简易数字存储示波器（第五届），低频数字式相位测量仪（C题）（第六届），简易逻辑分析仪（D题）（第六届）；
（6）数据采集与处理类：
多路数据采集系统（第一届），数字化语音存储与回放系统（第四届），数据采集与传输系统（第五届）。
（7）控制类：
水温控制系统（第三届），自动往返电动小汽车（第五届）；
简易智能电动车（E题）（第六届）；
液体点滴速度监控装置（F题）（第六届）。
从以上试题可见，试题具有实用性强、综合性强、技术水平发挥余地大的特点。
涉及到的电子信息类专业的课程有：
低频电路、高频电路、数字电路、微机原理、电子测量、单片机、可编程逻辑器件、EDA设计等；
实践性教学环节有：
电子线路实验课、微机原理实验课、课程设计、生产实习等；
可选用的器件有：
晶体管、集成电路、大规模集成电路、单片机、可编程逻辑器件等；
设计手段必须采用现代电子设计方法与开发工具，如VHDL语言、XilinxFoundationSeriesEDA工具、单片机编程器等。
不难看出，电子设计竞赛的试题既反映了电子技术的先进水平，又引导高校在教学改革中应注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力。
传统的电子信息类专业教学内容，重理论、轻实践；
重分析、轻综合；
重个体、轻协作。
实验内容及实验方法上所存在的内容陈旧、形式呆板、方法单一。
按传统方法培养的学生，在参加电子设计竞赛时，就会发生诸多的问题。
如：
理论设计正确却无法在工程上实现；
单元电路正确却无法实现系统联调；
个人能力很强却各自为政，不能实现强强联合等等。
电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛也不仅仅是实验竞赛，而是由一个参赛队共同设计、制作完成一个有特定工程背景的题目的优劣与快慢的竞赛。
它既强调理论设计，更强调系统实现。
它考核了学生综合运用基础知识的能力，更注重考察学生的创新意识。
题目涉及的内容是一个课程群，而非单一的一门课程。
因此竞赛的形式与内容基本上符合面向21世纪人才培养的目标和需求，是对传统教学方法的一个挑战，同时，竞赛成绩也能从一个侧面反映了这个课程群的教学水平和教学改革的成败。
1.3.1电源类题目分析
电源类题目有简易数控直流电源（第一届，1994年）和直流稳压电源（第三届，1997年）。
简易数控直流电源（第一届，1994年）要求设计制作一个输出电压数控可调直流稳压电源。
涉及到的基础知识与制作能力包含：
交流电源降压和整流，直流电压稳压和调节，单片机，数字显示与控制等。
直流稳压电源（第三届，1997年）要求设计制作一个交流变换为直流的稳定电源。
交流电源降压和整流，直流电压稳压和调节，恒流电流源，DC-DC变换器，单片机，数字显示与控制等。
各题目具体要求如下：
1.简易数控直流电源[1]（第一届，1994年）
（1）设计任务
设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。
其原理方框图如图1.3.1所示。
图1.3.1简易数控直流电源方框图
（2）设计要求
①基本要求
a.输出电压：
范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV；
b.输出电流：
500mA；
c.输出电压值由数码管显示；
d.由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；
e.为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±
15V，＋5V。
②发挥部分
a.输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值；
b.用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）；
c.扩展输出电压种类（比如三角波等）。
2.直流稳定电源[3]（第三届，1997年）
设计并制作交流变换为直流的稳定电源。
第1部分：
稳压电源，在输入电压220V、50Hz、电压变化范围＋15%～－20%条件下：
a．输出电压可调范围为+9V～+12V
b．最大输出电流为1.5A
c．电压调整率≤0.2%（输入电压220V变化范围＋15%～－20%下，空载到满载）
d．负载调整率≤1%（最低输入电压下，满载）
e．纹波电压（峰-峰值）≤5mV（最低输入电压下，满载）
f．效率≥40%（输出电压9V、输入电压220V下，满载）
g．具有过流及短路保护功能
第2部分：
稳流电源，在输入电压固定为＋12V的条件下：
a．输出电流：
4～20mA可调
b．负载调整率≤1%（输入电压＋12V、负载电阻由200Ω～300Ω变化时，输出电流为20mA时的相对变化率）
第3部分：
DC-DC变换器在输入电压为+9V～+12V条件下：
a．输出电压为+100V，输出电流为10mA
b．电压调整率≤1%（输入电压变化范围+9V～+12V）
c．负载调整率≤1%（输入电压+12V下，空载到满载）
d．纹波电压（峰-峰值）≤100mV（输入电压+9V下，满载）
扩充功能
a．排除短路故障后，自动恢复为正常状态
b．过热保护
c．防止开、关机时产生的“过冲”
提高稳压电源的技术指标
a．提高电压调整率和负载调整率
b．扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值
改善DC-DC变换器
a．提高效率（在100V、100mA下）
b．提高输出电压
第4部分：
用数字显示输出电压和输出电流
3.方案例：
简易数控直流电源[7]
（1）采用单片机的简易数控直流电源设计方案
采用单片机作为控制器的简易数控直流电源设计方案如图1.3.2所示。
设计方案中采用8031单片机完成整个数控部分的功能。
采用8279作为键盘／显示器接口控制器，不仅简化接口引线，而且减小了软件对键盘／显示器的查询时间，提高了8031单片机的利用率。
输出部分采用D/A0832与运算放大器OP07，运算放大器OP07输出电压波形与D／A变换输出波形相同，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出。
显示部分采用三位半的数字电压表（DVM）直接对输出电压进行采样并显示输出实际电压值，一旦系统工作异常，出现预置值与输出值偏差过大，用户可以根据该信息予以处理。
图1.3.2采用单片机的简易数控直流电源设计方案
（2）采用FPGA的简易数控直流电源设计方案
采用FPGA作为控制器的简易数控直流电源设计方案如图1.3.3所示。
设计方案中采用FPGA作为控制器完成数控部分、键盘、显示器接口控制。
输出部分采用D/A0832与运算放大器UA714，输出电压波形由FPGA的输出数据控制，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出。
显示数据由FPGA提供。
图1.3.3采用FPGA的简易数控直流电源设计方案
（3）采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案
采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案如图1.3.4所示。
系统由数字控制部分、D／A变换部分及可调稳压部分3部分组成。
除了上述的三大部分之外，还包括一些附加的功能电路，如电压显示、控制、防止误操作、波形发生器电路等。
系统中数字控制部分用十／一按键控制产生可增加或减少BCD码，BCD码输入到
D/A变换，变换成相应的电压，此电压通过放大到合适的电平后加到可调稳压部分，控制输出电压以手动0.1V的电压步进或步减，或自动连续步进（减），或直接变化到某一设定的电压值。
图1.3.4采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案
1.3.2信号源类题目分析
信号源类有实用信号源的设计和制作（第二届，1995年）、波形发生器（第五届，2001年）和电压控制LC振荡器（第六届，2003年）。
实用信号源的设计和制作（第二届，1995年）要求设计制作一个正弦波和脉冲波信号源，频率范围20Hz～20kHz，低频信号源。
RC振荡器，脉冲振荡器，数字可调电位器，单片机，数字显示与控制等。
波形发生器（第五届，2001年）要求设计制作一个能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形的波形发生器，频率范围100Hz～20kHz，低频信号源。
单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示与控制，滤波器等。
电压控制LC振荡器（第六届，2003年）要求设计制作一个电压控制LC振荡器，频率范围15MHz～35MHz，高频信号源。
单片机或者可编程逻辑器件，PLL，LC振荡器，数字显示与控制，滤波器，高频功率放大器等。
1.实用信号源的设计和制作[2]（第2届，1995年）
在给定±
15V电源电压条件下，设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。
正弦波信号源
a.信号频率：
20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz。
b.频率稳定度：
优于10-4。
c.非线性失真系数≤3%。
脉冲波信号源
b.上升时间和下降时间：
≤1μs。
c.平顶斜降：
≤5%。
e.脉冲占空比：
2%～98%步进可调，步长为2%。
上述两个信号源公共要求
a.频率可预置。
b.在负载为600Ω时，输出幅度为3V。
c.完成5位频率的数字显示。
a.正弦波和脉冲波频率步长改为1Hz。
b.正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围为100mV～3V，步长为100mV。
c.正弦波和脉冲波频率可自动步进，步长为1Hz。
d.降低正弦波非线性失真系数。
2.波形发生器[5]
（第五届，2001年）
（1）任务
设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。
示意图如图1.3.5所示。
图1.3.5波形发生器方框图
（2）要求
①基本要求
a.具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。
b.用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（5次以下）线性组合的波形。
c.具有波形存储功能。
d.输出波形的频率范围为100Hz～20kHz（非正弦波频率按10次谐波计算）；
重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz。
e.输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。
f.具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能。
②发挥部分
a.输出波形频率范围扩展至100Hz～200kHz。
b.用键盘或其他输入装置产生任意波形。
c.增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±
3%（负载电阻变化范围：
100Ω～∞）。
d.具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。
e.可产生单次或多次（1000次以下）特定波形（如产生1个半周期三角波输出）。
f.其它（如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展>
200kHz、扫频输出等功能）。
3.电压控制LC振荡器[6]（2003年，第六届）
设计并制作一个电压控制LC振荡器。
a.振荡器输出为正弦波，波形无明显失真。
b.输出频率范围：
15MHz～35MHz。
c.输出频率稳定度：
优于10-3。
d.输出电压峰-峰值：
Vp-p=1V±
0.1V。
e.实时测量并显示振荡器输出电压峰-峰值，精度优于10％。
f.可实现输出频率步进，步进间隔为1MHz100kHz。
a.进一步扩大输出频率范围。
b.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100kHz。
c.实时测量并显示振荡器的输出频率。
d.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50Ω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。
e.功率放大器负载改为50Ω电阻与20pF电容串联，在此条件下50Ω电阻上的输出功率≥20mW，尽可能提高放大器效率。
f.其它。
（3）说明
需留出末级功率放大器电源电流IC0（或ID0）的测量端，用于测试功率放大器的效率。
3.方案例：
波形发生器[8]
（1）基于单片机和EPLD的波形发生器
基于DDFS原理的波形发生器方框图如图1.3.6所示。
系统由波形产生电路、键盘输入模块、液晶显示模块、任意波形输入模块、波形A／D采集模块、频谱分析模块、单片机控制模块组成。
①波形产生电路：
用EPLD控制DDFS电路，从存储器读出波形数据，把数据交给D／A转换器进行转换得到模拟波形。
②键盘输入模块：
用8279控制4X4键盘，8279得到键盘码，通过中断服务程序把键盘信息送给单片机。
此方案不用单片机控制键盘，使单片机可以腾出更多资源。
③液晶显示模块：
采用液晶显示可以显示很多信息，接口电路简单，控制方便。
④任意波形输入模块：
采用触摸屏将手写的任意波形的数据从单片机串口送入系统，也可通过具有RS232接口的外设输入波形数据，供单片机处理。
⑤波形A／D采集模块：
用MAX574，以10k速率对输入信号进行采集。
⑥频谱分析模块：
采用高效实序列FFT算法计算采样信号的频谱。
⑦单片机控制模块：
系统的主控制器，控制其他模块协调工作。
图1.3.6基于单片机和EPLD的波形发生器方框图
（2）基于单片机和FPGA的波形发生器（方案1）
基于单片机和FPGA的波形发生器（方案1）方框图如图1.3.7所示。
系统以单片机89C52为核心，89C52完成处理键盘数据、生成波形表存储于双口RAM中、控制LED显示、控制DAC0832进行幅值转换、传送频率控制字K值给FPGA处理等功能。
双口RAM的使用减少了单片机和FPGA之间的通信，从而节省了单片机的资源，也使系统更为可靠。
FPGA主要用于实现DDFS技术中累加器的功能，一方面在很大程度上提高了系统的速度，另一方面可以将单片机的外围芯片74LS377、74TH373、74LS138、74IS02都集成在FPGA内，既充分利用了FPGA的资源，又减少了单片机与外部的接口，提高了系统的可靠性。
双口RAM中传输出的数据经DAC08完成数模转换，由DAC032内部的电阻分压网络实现幅度控制，继而经过二阶巴特沃兹低通滤波器进行滤波，再经运放和三极管进行扩流，从而得到任意一种具有一定带载能力的所需波形。
图1.3.7基于单片机和FPGA的波形发生器方框图（方案1）
（3）基于单片机和FPGA的波形发生器（方案2）
基于单片机和FPGA的波形发生器（方案2）方框图如图1.3.8所示。
系统采用可编程逻辑器件（FPGA）完成硬件扫描、模拟波形的发生及输出到D/A，由单片机实现系统控制。
波形发生器采用直接数字合成技术，将要产生的波形数据存入FPGA的RAM中，然后在一定的频率作用下使计数器循环计数，并且将计数器的输出作为读取波形存储器RAM的地址，将读出的波形数据送至D／A转换器，D／A转换器输出的波形经低通滤波处理后，输出光滑的模拟信号。
FPGA采用ALTERA公司生产的高速FPGA芯片（EPF10K10W84－4），D／A转换器采用DAC0832。
单片机的控制部分主要实现以下功能，将需要的波形数据存储在EPROM27C512中，单片机根据要输出的波形获取相应的数据，经处理后由8155的PA口传输给FPGA。
单片机的P1口和P3口也与FPGA相连，作为控制口使用。
FPGA接收到数据后存储于自己的RAM中，采用硬件扫描技术将其发送给DAC0832（l），此时单片机也将由键盘输入的幅值调
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