电子设计竞赛仪器仪表类题目列表.docx

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电子设计竞赛仪器仪表类题目列表

2009年）全国大学生电子设计竞赛题目

数字幅频均衡功率放大器（F题）

【本科组】

一、任务

设计并制作一个数字幅频均衡功率放大器。

该放大器包括前置放大、带阻网络、数字幅频均衡和低频功率放大电路，其组成框图如图1所示。

图1数字幅频均衡功率放大器组成框图

二、要求

1．基本要求

（1）前置放大电路要求：

a.小信号电压放大倍数不小于400倍（输入正弦信号电压有效值小于10mV）。

b.-1dB通频带为20Hz～20kHz。

c.输出电阻为600。

（2）制作带阻网络对前置放大电路输出信号v1进行滤波，以10kHz时输出信号v2电压幅度为基准，要求最大衰减≥10dB。

带阻网络具体电路见题目说明1。

（3）应用数字信号处理技术，制作数字幅频均衡电路，对带阻网络输出的20Hz～20kHz信号进行幅频均衡。

要求：

a.输入电阻为600。

b.经过数字幅频均衡处理后，以10kHz时输出信号v3电压幅度为基准，通频带20Hz～20kHz内的电压幅度波动在1.5dB以内。

2.发挥部分

制作功率放大电路，对数字均衡后的输出信号v3进行功率放大，要求末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管。

（1）当输入正弦信号vi电压有效值为5mV、功率放大器接8电阻负载（一端接地）时，要求输出功率≥10W，输出电压波形无明显失真。

（2）功率放大电路的-3dB通频带为20Hz～20kHz。

（3）功率放大电路的效率≥60％。

（4）其他。

三、说明

1．题目基本要求中的带阻网络如图2所示。

图中元件值是标称值，不是实际值，对精度不作要求，电容必须采用铝电解电容。

图2带阻网络

2．本题中前置放大电路电压放大倍数是在输入信号vi电压有效值为5mV的条件下测试。

3．题目发挥部分中的功率放大电路不得使用MOS集成功率模块。

4．本题中功率放大电路的效率定义为：

功率放大电路输出功率与其直流电源供给功率之比，电路中应预留测试端子，以便测试直流电源供给功率。

5．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。

2007年）全国大学生电子设计竞赛题目

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。

2005年）全国大学生电子设计竞赛题目

正弦信号发生器（A题）

一、任务

设计制作一个正弦信号发生器。

二、要求

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；

（5）其他。

集成运放参数测试仪（B题）

一、任务

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

二、要求

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4V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。

三、评分标准

项目

满分

基本要求

设计与总结报告：

方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。

50

实际制作完成情况

50

发挥部分

完成第

（1）项

30

完成第

（2）项

15

其他

5

四、说明

1、为了制作方便，被测运放的型号选定为8引脚双列直插的电压模运放F741（LM741、μA741、F007等）通用型运算放大器；

2、为了测试方便，自制的信号源应预留测量端子；

3、测试时用到的打印机自带。

附录：

参照GB3442-82标准，VIO、IIO、AVD和KCMR参数的测试原理图分别如图2、图3和图4所示。

图3和图4中的信号源可采用现成的信号源。

为了保证测试精度，外接测试仪表（信号源和数字电压表）的精度应比自制的运放参数测试仪的精度高一个数量级。

（1）VIO、IIO电参数测试原理图

图2

①在K1、K2闭合时，测得辅助运放的输出电压记为VL0，则有：

②在K1、K2闭合时，测得辅助运放的输出电压记为VL0；在K1、K2断开时，测得辅助运放的输出电压记为VL1，则有：

（2）AVD电参数的测试原理与测试原理图

图3

设信号源输出电压为VS，测得辅助运放输出电压为VL0，则有

（3）KCMR电参数的测试原理与测试原理图

图4

设信号源输出电压为VS，测得辅助运放输出电压为VL0，则有

附录说明

1、测试采用了辅助放大器测试方法。

要求辅助运放的开环增益大于60dB，输入失调电压和失调电流值小；

2、为了保证测试精度，要求对R、Ri、Rf的阻值准确测量，R1、R2的阻值尽可能一致；IIO与R的乘积远大于VIO；IIO与Ri//Rf的乘积应远小于VIO。

测试电路中的电阻值建议取：

Ri=100Ω、Rf=20k～100k、R1=R2=30k、RL=10kΩ、R=1MΩ；

3、建议图3、4中使用的信号源输出为正弦波信号，频率为5Hz、输出电压有效值为4V。

简易频谱分析仪（C题）

一、任务

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。

二、要求

1、基本要求

（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。

2、发挥部分

（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；

（3）其他。

三、评分标准

项目

满分

基本要求

设计与总结报告：

方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。

50

实际制作完成情况

50

发挥部分

完成第

（1）项

20

完成第

（2）项

20

其他

10

四、说明

1、原理框图中虚线框内的“信号处理电路”和“显示电路”两模块适用于发挥部分

（2），可以采用模拟或数字方式实现；

2、制作与测试过程中，该频谱分析仪对电压值的标定采用对比法，即首先输入幅度为已知的正弦信号（如：

电压有效值为20mV，频率为10MHz的正弦信号），以其在原理框图中示波器纵轴显示的高度确定该频谱分析仪的电压标尺。

2003年）全国大学生电子设计竞赛题目

低频数字式相位测量仪（C题）

一、任务

设计并制作一个低频相位测量系统，包括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三部分，示意图如下：

二、要求

1、基本要求

（1）设计并制作一个相位测量仪（参见图1）

a．频率范围：

20Hz～20kHz。

b．相位测量仪的输入阻抗≥100k

。

c．允许两路输入正弦信号峰-峰值可分别在1V～5V范围内变化。

d．相位测量绝对误差≤2°。

e．具有频率测量及数字显示功能。

f．相位差数字显示：

相位读数为0o~359.9o，分辨力为0.1°。

（2）参考图2制作一个移相网络

a．输入信号频率：

100Hz、1kHz、10kHz。

b．连续相移范围：

－45°～＋45°。

c．A＇、B＇输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V～5V范围内变化。

2．发挥部分

（1）设计并制作一个数字式移相信号发生器（图3），用以产生相位测量仪所需的输入正弦信号，要求：

a．频率范围：

20Hz～20kHz，频率步进为20Hz，输出频率可预置。

b．A、B输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V～5V范围内变化。

c．相位差范围为0～359°，相位差步进为1°，相位差值可预置。

d．数字显示预置的频率、相位差值。

（2）在保持相位测量仪测量误差和频率范围不变的条件下，扩展相位测量仪输入正弦电压峰-峰值至0.3V～5V范围。

（3）用数字移相信号发生器校验相位测量仪，自选几个频点、相位差值和不同幅度进行校验。

（4）其它。

三、评分标准

项目

满分

基本要求

设计与总结报告：

方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。

50

实际制作完成情况

50

发挥部分

完成第

（1）项

22

完成第

（2）项

6

完成第（3）项

12

其它

10

四、说明

1、移相网络的器件和元件参数自行选择，也可以自行设计不同于图2的移相网络。

2、基本要求

（2）项中，当输入信号频率不同时，允许切换移相网络中的元件。

3、相位测量仪和数字移相信号发生器互相独立，不允许共用控制与显示电路。

简易逻辑分析仪（D题）

一、任务

设计并制作一个8路数字信号发生器与简易逻辑分析仪，其结构框图如图1所示：

二、要求

1、基本要求

（1）制作数字信号发生器

能产生8路可预置的循环移位逻辑信号序列，输出信号为TTL电平，序列时钟频率为100Hz，并能够重复输出。

逻辑信号序列示例如图2所示。

（2）制作简易逻辑分析仪

a．具有采集8路逻辑信号的功能，并可设置单级触发字。

信号采集的触发条件为各路被测信号电平与触发字所设定的逻辑状态相同。

在满足触发条件时，能对被测信号进行一次采集、存储。

b．能利用模拟示波器清晰稳定地显示所采集到的8路信号波形，并显示触发点位置。

c．8位输入电路的输入阻抗大于50kΩ，其逻辑信号门限电压可在0.25~4V范围内按16级变化，以适应各种输入信号的逻辑电平。

d．每通道的存储深度为20bit。

图2重复输出循环移位逻辑序列00000101

2．发挥部分

（1）能在示波器上显示可移动的时间标志线，并采用LED或其它方式显示时间标志线所对应时刻的8路输入信号逻辑状态。

（2）简易逻辑分析仪应具备3级逻辑状态分析触发功能，即当连续依次捕捉到设定的3个触发字时，开始对被测信号进行一次采集、存储与显示，并显示触发点位置。

3级触发字可任意设定（例如：

在8路信号中指定连续依次捕捉到两路信号11、01、00作为三级触发状态字）。

（3）触发位置可调（即可选择显示触发前、后所保存的逻辑状态字数）。

（4）其它（如增加存储深度后分页显示等）。

三、评分标准

项目

满分

基本要求

设计与总结报告：

方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析

50

实际制作完成情况

50

发挥部分

完成第

（1）项

18

完成第

（2）项

18

完成第（3）项

5

其它

9

四、说明

1、系统结构框图中的跳接线必须采取可灵活改变的接插方式。

2、数字信号的采集时钟可采用来自数字信号发生器的时钟脉冲clock。

3、测试开始后，参赛者不能对示波器进行任何调整操作。

4、题中涉及的“字”均为多位逻辑状态。

如图2中纵向第一个字为一个8位逻辑状态字（00000101），而发挥部分中的3级触发字为2位逻辑状态。

2001年）全国大学生电子设计竞赛题目

 波形发生器（A题）

 一、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。

示意图如下：

二、要求

 1．基本要求

（1）具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。

（2）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。

（3）具有波形存储功能。

（4）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。

（5）输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。

（6）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

（1）输出波形频率范围扩展至100Hz～200kHz。

（2）用键盘或其他输入装置产生任意波形。

（3）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～∞）。

（4）具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。

（5）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）。

（6）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）。

  三、评分标准

项目

满分

基本要求

设计与总结报告：

方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。

50

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

5

完成第（5）项

5

完成第（6）项

10

简易数字存储示波器（B题）

  一、任务

设计并制作一台用普通示波器显示被测波形的简易数字存储示波器，示意图如下：

 二、要求

 1．    基本要求

（1）要求仪器具有单次触发存储显示方式，即每按动一次“单次触发”键，仪器在满足触发条件时，能对被测周期信号或单次非周期信号进行一次采集与存储，然后连续显示。

（2）要求仪器的输入阻抗大于100kΩ，垂直分辨率为32级/div，水平分辨率为20点/div；设示波器显示屏水平刻度为10div，垂直刻度为8div。

（3）要求设置0.2s/div、0.2ms/div、20μs/div三档扫描速度，仪器的频率范围为DC～50kHz，误差≤5%。

（4）要求设置0.1V/div、1V/div二档垂直灵敏度，误差≤5%。

（5）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。

（6）观测波形无明显失真。

 2．发挥部分

（1）增加连续触发存储显示方式，在这种方式下，仪器能连续对信号进行采集、存储并实时显示，且具有锁存（按“锁存”键即可存储当前波形）功能。

（2）增加双踪示波功能，能同时显示两路被测信号波形。

（3）增加水平移动扩展显示功能，要求存储深度增加一倍，并且能通过操作“移动”键显示被存储信号波形的任一部分。

（4）垂直灵敏度增加0.01V/div档，以提高仪器的垂直灵敏度，并尽力减小输入短路时的输出噪声电压。

（5）其它。

  三、评分标准

项目

满分

基本要求

设计与总结报告：

方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。

50

实际制作完成情况

50

发挥部分

完成第

（1）项

15

完成第

（2）项

8

完成第（3）项

5

完成第（4）项

10

完成第（5）项

12

 四、说明

测试过程中，不能对普通示波器进行操作和调整。

1999年）全国大学生电子设计竞赛题目

B题数字式工频有效值多用表

一、题目

数字式工频有效值多用表

二、任务

设计并制作一个能同时对一路工频交流电（频率波动范围为501Hz、有失真的正弦波）的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数进行测量的数字式多用表。

参见附图。

三、要求

1.基本要求

（1）测量功能及量程范围

a.交流电压：

0～500V；

b.交流电流：

0～50A；

c.有功功率：

0～25kW；

d.无功功率：

0～25kvar；

e.功率因数（有功功率/视在功率）：

0～1。

为便于本试题的设计与制作，设定待测0～500V的交流电压、0～50A的交流电流均已经相应的变换器转换为0～5V的交流电压。

（2）准确度

a.显示为位（0.000～4.999），有过量程指示；

b.交流电压和交流电流：

（0.8％读数＋5个字），例：

当被测电压为300V时，读数误差应小于（0.8％×300V＋0.5V）＝2.9V；

c.有功功率和无功功率：

（1.5％读数＋8个字）；

d.功率因数：

0.01。

（3）功能选择：

用按键选择交流电压、交流电流、有功功率、无功功率和功率因数的测量与显示。

2．发挥部分

（1）用按键选择电压基波及总谐波的有效值测量与显示。

（2）具有量程自动转换功能，当变换器输出的电压值小于0.5V时，能自动提高分辨力达0.01V。

（3）用按键控制实现交流电压、交流电流、有功功率、无功功率在测试过程中的最大值、最小值测量。

（4）其它（例如扩展功能，提高性能）。

四、评分意见

项目

满分

基本要求

设计与总结报告：

方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，测试方法与数据，对测试结果的分析

50

实际制作完成情况

50

发挥部分

完成第一项

14

完成第二项

14

完成第三项

10

完成第四项

12

五、说明

1．调试时可用函数发生器输出的正弦信号电压作为一路交流电压信号；再经移相输出代表同一路的电流信号。

2．检查交流电压、交流电流有效值测量功能时，可采用函数发生器输出的对称方波信号。

电压基波、谐波的测试可用函数发生器输出的对称方波作为标准信号，测试结果应与理论值进行比较分析。

B题实际制作测试记录与评分表

赛区队号卷号测评人年月日

类型

序号

项目与指标

满分

测试记录

评分

备注

基

本

要

求

（1）

a

电压

测试

功能

3

准确度

测

试

点

480V

2

250V

2

0V

2

b

电流

测试

功能

3

准确度

测

试

点

48A

2

25A

2

0A

2

c

有功

功率

功能

2

准确度

测两点

5

d

无功

功率

功能

2

准确度

测两点

5

e

功率因数

功能

2

准确度

测两点

1

（2）

按键功能

8

（3）

过量程指示

2

（4）

工艺

5

总分

50

发

挥

部

分

（1）

基波

功能

3

准确度

4

总谐波

功能

3

准确度

4

（2）

提高

分辨力

准确度

7

自动换程

功能

7

最大值

电压

电流

有功

无功

8

1

1

1

1

最小值

电压

电流

有功

无功

1

1