#陈元电全国大学生电子设计大赛解题方案.docx

#陈元电全国大学生电子设计大赛解题方案.docx

《#陈元电全国大学生电子设计大赛解题方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《#陈元电全国大学生电子设计大赛解题方案.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

#陈元电全国大学生电子设计大赛解题方案

全国大学生电子设计大赛题目分析与对策

陈元电

2008-11-19

一、全国大学生电子设计大赛简介

全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一，是面向大学生的群众性科技活动，目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革，有助于高等学校实施素质教育，培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。

二、竞赛内容：

l、以电子电路（含模拟和数字电路）应用设计为主要内容，可以涉及模-数混合电路、单片机、可编程器件、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，并考虑到目前教学的基本内容和新技术的应用趋势，同时对教学内容和课程体系改革起一定的引导作用。

2、题目着重考核学生综合运用基础知识进行理论设计的能力，考核学生的创新精神和独立工作能力，考核学生的实验技能（制作、调试）。

3、题目在难易程度方面，既要考虑使一般参赛学生能在规定的时间内完成基本要求，又能使优秀学生有发挥与创新的余地。

三、历届的题目分类：

年份

题目类型

2007

2005

2003

2001

1999

1997

1、信号源类

信号发生器（H题）【高职高专组】

正弦信号发生器（A题）

电压控制LC振荡器（A题）

A题波形发生器

2、数据采集与测量仪器类

音频信号分析仪（A题）

数字示波器（C题）

积分式直流数字电压表（G题）【高职高专组】

集成运放参数测试仪（B题）

简易频谱分析仪（C题）

低频数字式相位测量仪（C题）

简易逻辑分析仪（D题）

B题简易数字存储示波器

E题数据采集与传输系统

B题数字式工频有效值多用表

C题 频率特性测试仪

E题数字化语音存储与回放系统

B题简易数字频率计

C题水温控制系统

3、电源类

开关稳压电源（E题）

数控直流电流源（F题）

三相正弦波变频电源（G题）

A题直流稳定电源

4、无线通信类

无线识别装置（B题）

单工无线呼叫系统（D题）

F题调频收音机

D题 短波调频接收机

D题调幅广播收音机*

5、运动控制类

电动车跷跷板（F题）

悬挂运动控制系统（E题）

简易智能电动车（E题）

液体点滴速度监控装置（F题）

C题自动往返电动小汽车

6、放大滤波电路类

可控放大器（I题）

【高职高专组】

程控滤波器（D题）

宽带放大器（B题）

D题高效率音频功率放大器

A题测量放大器

题目的总体趋势：

由少到多，由简单到复杂，数字电路和模拟电路，单片机等系统逐渐综合在一起。

紧跟电子技术发展的潮流。

信号发生器类题目：

由简单的正弦波振荡电路发展到采用DDS技术的信号发生器，近两届该类题目基本转向大专类。

数据采集与测量类：

每届的重点，起码2题以上，出题的范围很广，主要集中在信号的频率，幅度，相位，还有其他信号参数上，也有可能结合传感器测量其他物理量。

电源类：

这两年必有的题目，从简单的直流稳压电源到数字控制的开关电源，难点一般在电源的参数上，如转换效率，纹波系数，输出电压与电流的大小。

通常还要求电源具有过流保护，过热保护功能。

无线通信类：

主要结合高频电路知识，从简单的收音机到较复杂的无线对讲机，这几年热门的是RFID，蓝牙等短距离无线通信系统。

运动控制类：

每年参赛队伍选题最多的题目，喜欢用小车作为题材，要求通过单片机控制小车完成各种功能，通常还要结合各种传感器，如红外，光，热，位移，角度等。

放大滤波电路类：

经典的题目，重点在于效率高，宽带，今年有和数字电路结合的趋势，例如通过单片机控制放大电路的参数等（07年D题）

四、对电子设计大赛的准备策略：

总的原则：

1、要有充足的准备时间

2、要有多手准备（至少准备2类题目，建议5＋2，5＋3，5＋4）

具体要准备的东西：

1、要熟练掌握单片机的编程和周边电路的设计。

2、要掌握多种传感器的参数与设计，尤其是光电传感器

3、要掌握PCB板的设计与制作（尤其做电源和无线通信类的），还有基本的焊接技术。

4、要掌握科技论文的写作，学会如何写一份优秀的设计报告

5、要了解广州周边电子市场的情况。

学会如何搜索、购买元器件。

临比赛前的小窍门：

根据比赛前提前发放的元件清单，结合过往几年的题目猜一下题，根据自己的准备选定2类题目进行准备，可以提前设计制作与该题目对应的模块电路，编写调试该类题目常用的单片机模块程序。

组队的原则：

强强联合，优势互补。

做好后勤工作，注意梯队的建设。

附录：

历届题目详情

2007年

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

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。

D

阅读器

应答器

耦合线圈

耦合线圈

外接

单电源

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。

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。

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。

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。

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。

积分式直流数字电压表（G题）

【高职高专组】

一、任务

在不采用专用A/D转换器芯片的前提下，设计并制作积分型直流数字电压表。

二、要求

1．基本要求

（1）测量范围：

10mV～2V

（2）量程：

200mV，2V

（3）显示范围：

十进制数0～1999

（4）测量分辨率：

1mV（2V档）

（5）测量误差：

≤±0.5％±5个字

（6）采样速率：

≥2次/秒

（7）输入电阻：

≥1MW

（8）具有抑制工频干扰功能

2．发挥部分

（1）测量范围：

1mV～2V

（2）量程：

200mV，2V

（3）显示范围：

十进制数0～19999

（4）测量分辨率：

0.1mV（2V档）

（5）测量误差：

≤±0.05％±5个字

（6）具有自动校零功能

（7）具有自动量程转换功能

（8）其他

信号发生器（H题）

【高职高专组】

一、任务

设计并制作一台信号发生器，使之能产生正弦波、方波和三角波信号，其系统框图如图1所示。

信号发生

参数调整

稳压电源

信号输出

输出信号

图1信号发生器系统框图

二、要求

1．基本要求

（1）信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形；

（2）输出信号频率在100Hz～100kHz范围内可调,输出信号频率稳定度优于10-3；

（3）在1kW负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调；

（4）输出信号波形无明显失真；

（5）自制稳压电源。

2．发挥部分

（1）将输出信号频率范围扩展为10Hz～1MHz，输出信号频率可分段调节：

在10Hz～1kHz范围内步进间隔为10Hz；在1kHz～1MHz范围内步进间隔为1kHz。

输出信号频率值可通过键盘进行设置；

（2）在50W负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调，调节步进间隔为0.1V，输出信号的电压值可通过键盘进行设置；

（3）可实时显示输出信号的类型、幅度、频率和频率步进值；

（4）其他。

可控放大器（I题）

【高职高专组】

一、任务 

设计并制作一个可控放大器，其组成框图如图1所示。

放大器的增益可设置；低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器的通带、截止频率等参数可设置。

图1可控放大器组成框图

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，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）截止频率的误差不大于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，输入正弦信号电压振幅为10mV，增益10dB步进可调，通频带为100Hz～100kHz。

（2）制作一个带通滤波器，中心频率50kHz，通频带10kHz，在40kHz和60kHz频率处，要求放大器与带通滤波器的总电压增益不大于45dB。

（3）上述带通滤波器中心频率可设置，设置范围40kHz～60kHz，步进为2kHz。

（4）电压增益、截止频率误差均不大于5%。

（5）其他。

电动车跷跷板（J题）

【高职高专组】

一、任务

设计并制作一个电动车跷跷板，要求跷跷板起始端一侧装有可移动的配重物体，配重物XXXXX置可调范围不小于400mm。

电动车从起始端出发，按要求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。

图1起始状态示意图

图2平衡状态示意图

二、要求

1．基本要求

（1）先将跷跷板固定为水平状态，电动车从起始端A位置出发，行驶跷跷板的全程（全程的含义：

电动车从起始端A出发至车头到达跷跷板顶端B位置）。

停止5秒后，电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷跷板的起始端A，电动车能分别显示前进和倒退所用的时间。

前进行驶在1分钟内、倒退行驶在1.5分钟内完成。

（2）跷跷板处在图1所示的状态下（配重物XXXXX置不限制），电动车从起始端A出发，行驶跷跷板的全程。

停止5秒后，电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷跷板的起始端A，电动车能分别显示前进和倒退所用的时间。

前进行驶在1.5分钟内、倒退行驶在2分钟内完成。

2．发挥部分

（1）由参赛队员将配重物体设定在可移动范围中的某位置，电动车从起始端A出发，当跷跷板达到平衡时，保持时间不小于5秒，同时发出声光提示，电动车显示所用的时间。

全过程要求在2分钟内完成。

（2）在可移动范围内任意设定配重物体的位置（由测试人员指定），电动车从起始端A出发，当跷跷板达到平衡时，保持时间不小于5秒，同时发出声光提示，电动车显示所用的时间。

全过程要求在2分钟内完成。

（3）其他。

2005年

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；

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。

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。

单工无线呼叫系统（D题）

一、任务

设计并制作一个单工无线呼叫系统，实现主站至从站间的单工语音及数据传输