年全国大学生电子设计竞赛试题.docx

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年全国大学生电子设计竞赛试题

2011年全国大学生电子设计竞赛试题

参赛注意事项

（1）2011年8月31日8:

00竞赛正式开始。

本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；

高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。

（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份

的有效证件（如学生证）随时备查。

（4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。

（5）参赛队必须在学校指定的竞赛场地内进行独立设计和制作，不得以任何方式与他人交流，

包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

（6）2011年9月3日20:

00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

开关电源模块并联供电系统（A题）

【本科组】

一、任务

设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并

联供电系统（见图1）。

图1两个DC/DC模块并联供电系统主电路示意图

二、要求

1.基本要求

（1）调整负载电阻至额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压

UO=8.0±0.4V。

（2）额定输出功率工作状态下，供电系统的效率不低于60%。

（3）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之

和IO=1.0A且按I1:

I2=1:

1模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对

误差绝对值不大于5%。

（4）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之

和IO=1.5A且按I1:

I2=1:

2模式自动分配电流，每个模块输出电流的相对误

差绝对值不大于5%。

2.发挥部分

（1）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使负载电流IO在1.5~3.5A

之间变化时，两个模块的输出电流可在（0.5~2.0）范围内按指定的比例自动

分配，每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于2%。

（2）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之

和IO=4.0A且按I1:

I2=1:

1模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误

差的绝对值不大于2%。

（3）额定输出功率工作状态下，进一步提高供电系统效率。

（4）具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阈值电流为4.5A（调试时允

许有±0.2A的偏差）。

（5）其他。

三、评分标准

四、说明

（1）不允许使用线性电源及成品的DC/DC模块。

A-3

（2）供电系统含测控电路并由UIN供电，其能耗纳入系统效率计算。

（3）除负载电阻为手动调整以及发挥部分

（1）由手动设定电流比例外，其

他功能的测试过程均不允许手动干预。

（4）供电系统应留出UIN、UO、IIN、IO、I1、I2参数的测试端子，供测试

时使用。

（5）每项测量须在5秒钟内给出稳定读数。

（6）设计制作时，应充分考虑系统散热问题，保证测试过程中系统能连续

安全工作。

基于自由摆的平板控制系统（B题）

【本科组】

一、任务

设计并制作一个自由摆上的平板控制系统，其结构如图1所示。

摆杆的一端通过转轴固定在一支架上，另一端固定安装一台电机，平板固定

在电机转轴上；当摆杆如图2摆动时，驱动电机可以控制平板转动。

二、要求

1．基本要求

（1）控制电机使平板可以随着摆杆的摆动而旋转（3~5周），摆杆摆一个周

期，平板旋转一周（360º），偏差绝对值不大于45°。

（2）在平板上粘贴一张画有一组间距为1cm平行线的打印纸。

用手推动摆

杆至一个角度θ（θ在30º～45º间），调整平板角度，在平板中心稳

定放置一枚1元硬币（人民币）；启动后放开摆杆让其自由摆动。

在摆

杆摆动过程中，要求控制平板状态，使硬币在5个摆动周期中不从平

板上滑落，并尽量少滑离平板的中心位置。

（3）用手推动摆杆至一个角度θ（θ在45º～60º间），调整平板角度，在

平板中心稳定叠放8枚1元硬币，见图2；启动后放开摆杆让其自由

摆动。

在摆杆摆动过程中，要求控制平板状态使硬币在摆杆的5个摆

动周期中不从平板上滑落，并保持叠放状态。

根据平板上非保持叠放

状态及滑落的硬币数计算成绩。

2．发挥部分

（1）如图3所示，在平板上固定一激光笔，光斑照射在距摆杆150cm距离

处垂直放置的靶子上。

摆杆垂直静止且平板处于水平时，调节靶子高

度，使光斑照射在靶纸的某一条线上，标识此线为中心线。

用手推动

摆杆至一个角度θ（θ在30º～60º间），启动后，系统应在15秒钟内

控制平板尽量使激光笔照射在中心线上（偏差绝对值＜1cm），完成时

以LED指示。

根据光斑偏离中心线的距离计算成绩，超时则视为失败。

（2）在上述过程完成后，调整平板，使激光笔照射到中心线上（可人工协

助）。

启动后放开让摆杆自由摆动；摆动过程中尽量使激光笔光斑始终

瞄准照射在靶纸的中心线上，根据光斑偏离中心线的距离计算成绩。

（3）其他。

三、说明

1．摆杆可以采用木质、金属、塑料等硬质材料；摆杆长度（固定转轴至电机

轴的距离）为100cm±5cm；摆杆通过转轴固定在支架或横梁上，并能够

灵活摆动；将摆杆推起至θ=30º处释放后,摆杆至少可以自由摆动7个周期

以上。

摆杆不得受重力以外的任何外力控制。

2．平板的状态只能受电机控制。

平板的长宽尺寸为10cm×6cm，可以采用较

轻的硬质材料；不得有磁性；表面必须为光滑的硬质平面；不得有凸起的边沿；倾斜一定角度时硬币须能滑落。

平板承载重量不小于100g。

3．摆动周期的定义：

摆杆被释放至下一次摆动到同侧最高点。

4．摆杆与平板部分电路可以用软质导线连接，但必须不影响摆杆的自由摆动。

5．在完成基本要求部分工作时，需在平板上铺设一张如图4所示画有一组间

距为1cm平行线的打印纸（10cm×6cm），平行线与电机转轴平行。

6．非保持叠放状态硬币数为接触平板硬币数减1。

接触平板硬币数的定义参

见图5。

图5-1中接触平板硬币数为1；图5-2中接触平板硬币数为2；图5-3中接

触平板硬币数为3。

7．在完成发挥部分工作时，需要在平板上固定安装一激光笔。

激光笔的照射

方向垂直于电机转轴。

激光笔的光斑直径不大于5mm。

需在距摆杆150cm

处设置一高度可以调整的目标靶子，靶子上粘贴靶纸（A4打印纸），靶纸

上画一组间距为1cm的水平平行线。

测试现场提供靶子，也可自带。

8．题目要求的各项工作中，凡涉及推动摆杆至某一位置并准备开始摆动时，

允许手动操作启动工作，亦可自动启动工作。

一旦摆杆开始自由摆动，不

得再人为干预系统运行。

9．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

智能小车（C题）

【本科题】

一、任务

甲车车头紧靠起点标志线,乙车车尾紧靠边界,甲、乙两辆小车同时起动，先

后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑功能。

跑道如图

1所示。

二、要求

1.基本要求

（1）甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈。

（2）甲、乙两车按图1所示位置同时起动，乙车通过超车标志线后在超车

区内实现超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈实现乙车超过甲车。

（3）甲、乙两车在完成

（2）时的行驶时间要尽可能的短。

2.发挥部分

（1）在完成基本要求

（2）后,甲、乙两车继续行驶第二圈，要求甲车通过超

车标志线后要实现超车功能，并先于乙车到达终点标志线，即第二圈完成甲车超

过乙车，实现了交替领跑。

甲、乙两车在第二圈行驶的时间要尽可能的短。

（2）甲、乙两车继续行驶第三圈和第四圈，并交替领跑；两车行驶的时间

要尽可能的短。

（3）在完成上述功能后，重新设定甲车起始位置（在离起点标志线前进方

向40cm范围内任意设定），实现甲、乙两车四圈交替领跑功能，行驶时间要尽可

能的短。

三、评分标准

四、说明：

1.赛车场地由2块细木工板（长244cm，宽122cm，厚度自选）拼接而成，

C-3

离地面高度不小于6cm（可将垫高物放在木工板下面，但不得外露）。

板上边界线

由约2cm宽的黑胶带构成；虚线由2cm宽、长度为10cm、间隔为10cm的黑胶带

构成；起点/终点标志线、转弯标志线和超车标志区线段由1cm宽黑胶带构成。

图1中斜线所画部分应锯掉。

2.车体（含附加物）的长度、宽度均不超过40cm，高度不限，采用电池供

电，不能外接电源。

3.测试中甲、乙两车均应正常行驶，行车道与超车区的宽度只允许一辆车行

驶，车辆只能在超车区进行超车（车辆先从行车道到达超车区，实现超车后必须

返回行车道）。

甲乙两车应有明显标记，便于区分。

4.甲乙两车不得发生任何碰撞，不能出边界掉到地面。

5.不得使用小车以外的任何设备对车辆进行控制，不能增设其它路标或标

记。

6.测试过程中不得更换电池。

7.评测时不得借用其他队的小车。

LC谐振放大器（D题）

【本科组】

一、任务

设计并制作一个LC谐振放大器。

二、要求

设计并制作一个低压、低功耗LC谐振放大器；为便于测试，在放大器的输

入端插入一个40dB固定衰减器。

电路框图见图1。

1．基本要求

（1）衰减器指标：

衰减量40±2dB，特性阻抗50Ω，频带与放大器相适应。

（2）放大器指标：

a）谐振频率：

f0=15MHz；允许偏差±100kHz；

b）增益：

不小于60dB；

c）−3dB带宽：

2Δf0.7=300kHz；带内波动不大于2dB；

d）输入电阻：

Rin=50Ω；

e）失真：

负载电阻为200Ω，输出电压1V时，波形无明显失真。

（3）放大器使用3.6V稳压电源供电（电源自备）。

最大不允许超过360mW，

尽可能减小功耗。

2．发挥部分

（1）在-3dB带宽不变条件下，提高放大器增益到大于等于80dB。

（2）在最大增益情况下，尽可能减小矩形系数Kr0.1。

（3）设计一个自动增益控制（AGC）电路。

AGC控制范围大于40dB。

AGC控制范围为20log（Vomin/Vimin）－20log（Vomax/Vimax）（dB）。

（4）其他。

三、说明

1.图2是LC谐振放大器的典型特性曲线，矩形系数Kr0.1=

2.放大器幅频特性应在衰减器输入端信号小于5mV时测试（这时谐振放大器的

输入Vi<50μV）。

所有项目均在放大器输出接200Ω负载电阻条件下测量。

3．功耗的测试：

应在输出电压为1V时测量。

4.文中所有电压值均为有效值。

四、评分标准

简易数字信号传输性能分析仪（E题）

【本科组】

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。

二、要求

1．基本要求

（1）设计并制作一个数字信号发生器：

a