ZLG杯山东大学生电子设计竞赛题目.docx

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ZLG杯山东大学生电子设计竞赛题目

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2007年全国大学生电子设计竞赛本科组赛题

时间:

2009-03-3015:

07来源:

全国组委会作者:

全国组委会点击:

1446次

音频信号分析仪（A题）；无线识别装置（B题）；数字示波器（C题）；程控滤波器（D题）；开关稳压电源（E题）；电动车跷跷板（F题）

2007年全国大学生电子设计竞赛试题

参赛注意事项

（1）2007年9月3日8:

00竞赛正式开始。

本科组参赛队只能A、B、C、D、E、F题目中任选一题；高职高专组参赛队原则上在G、H、I、J题中任选一题，也可以选择其他题目。

（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）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，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）2007年9月6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。

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

项目

主要内容

分数

系统方案

比较与选择

方案描述

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

电路与程序设计

电路设计

程序设计

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

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

总分

基本

要求

实际制作完成情况

发挥

部分

完成第

（1）项

完成第

（2）项

完成第（3）项

完成第（4）项

完成第（5）项

其他

总分

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。

图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±0.5cm（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、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

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

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

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

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

总分

基本要求

实际制作完成情况

发挥部分

完成第

（1）项

完成第

（2）项

完成第（3）项

其他

总分

——————————————————————————————————————

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

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1MW，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≥1MW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

应包括的主要内容

分数

系统方案

比较与选择

方案描述

理论分析与计算

等效采样分析

垂直灵敏度

扫描速度

电路与程序设计

电路设计

程序设计

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

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

总分

基本

要求

实际制作完成情况

发挥

部分

完成第

（1）项

完成第

（2）项

完成第（3）项

完成第（4）项

其他

总分

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。

图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=1kW。

（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=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

项目

满分

设计

报告

系统方案

理论分析与计算

电路与程序设计

测试方案与测试结果

设计报告结构及规范性

总分

基本

要求

实际制作完成情况

发挥

部分

完成第

（1）项

完成第

（2）项

完成第（3）项

其他

总分

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。

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：

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h=PO/PIN，其中PO＝UOIO，PIN＝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

满分

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

电路设计

与参数计算

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

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）

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

电路图及设计文件

重点考查完整性、规范性

总分

基本要求

实际制作完成情况

发挥

部分

完成第

（1）项

完成第

（2）项

完成第（3）项

完成第（4）项

完成第（5）项

其他

总分

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。

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；

（2）60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。

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A点300mm以外、90°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A至C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。

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

理论分析与计算

测量与控制方法

理论计算

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

结果分析

创新发挥

结果分析

设计报告结构

及规范性

摘要

设计报告结构

图表的规范性

总分

基本

要求

实际制作完成情况

发挥

部分

完成第

（1）项

完成第

（2）项

完成第（3）项

完成第（4）项

其他

总分

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