年湖北省大学生电子设计竞赛试题.docx

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年湖北省大学生电子设计竞赛试题

2006年湖北省大学生电子设计竞赛试题

参赛注意事项

（1）2006年9月7日8:

00竞赛正式开始，每支参赛队限定在提供的题目中任选一题。

（2）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。

本科学生必须选做本科组的题目，专科学生可以选做专科组的题目，也

可选做本科组的题目。

（3）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。

（4）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。

（5）2006年9月10日20:

00竞赛结束，上交设计报告、制作实物，由专人封存。

简易网络导纳分析仪（本科A题）

一、任务

设计并制作一个简易网络导纳分析仪，示意图如下。

二、要求

1、基本要求

（1）制作正弦波信号发生器，技术指标如下：

a、能产生100Hz、300Hz、1kHz、3kHz、10kHz五个频率，频率误差的绝对值小于所要求频率的1%；

b、输出电压峰-峰值为1V，输出电压误差的绝对值小于20mV；

c、输出电阻小于1Ω（在设计报告中给出推导和计算结果，不进行测试）；输出波形无明显失真。

（2）制作一端口网络N0的电导Re[Y]、电纳Im[Y]、导纳模|Y|和导纳角φY的测量电路，技术指标如下：

a、电导Re[Y]的测量范围为0.1mS~10mS，分为若干量程，测量误差的绝对值小于理论计算值的10%；

b、电纳Im[Y]的测量范围为0.1mS~10mS，分为若干量程，测量误差的绝对值小于理论计算值的10%；

c、导纳模|Y|测量误差的绝对值小于理论计算值的10%；

d、导纳角φY的测量范围为±90º，测量误差的绝对值小于理论计算值的5%。

2．发挥部分

（1）将Re[Y]和Im[Y]的测量范围扩展到0.01mS~100mS，测量误差仍达到基本要求

（2）中的要求。

（2）自动测量功能

a、正弦波信号发生器的频率可以从100Hz开始，以100Hz的步进增加，最后到达10kHz结束；

b、能在上述各频率点对网络的Re[Y]和Im[Y]（或|Y|和φY）进行连续的测量、存储和回放显示，其中，Re[Y]和Im[Y]（或|Y|）的测量具有量程自动转换功能；

c、能分别显示上述4个参数的频率特性曲线。

（3）其它。

三、评分标准

四、说明：

1.根据GB3102-93，导纳Y=G+jB，导纳模|Y|=22BG+，导纳角φY=arctan（B/G）。

其中，G=Re[Y]=|Y|cosφY，B=Im[Y]=|Y|sinφY。

2.测量和数据处理建议从以下3种方法中选择1种：

a.测量导纳模|Y|和导纳角φY，然后通过计算得到Re[Y]和Im[Y]；

b.根据傅里叶变换，

，建议采用模拟乘法器和低通滤波器首先得到Re[Y]和Im[Y]，然后通过计算得到导纳模|Y|和导纳角φY；

c.根据离散傅里叶变换，

，用离散数学方法首先得到Re[Y]和Im[Y]，然后通过计算得到导纳模|Y|和导纳角φY。

3.简易网络导纳分析仪的校准方法：

a.选择稳定性较好、参数适当的电阻、电容、电感作为标准元件；

b.用2％或以上精度级别的仪器分别测量出它们的参数值；

c.用上述标准元件组成结构不同的一端口网络对制作的仪器进行校准。

4.设计时要注意仪器各部分电路的误差分配，以保证对一端口网络的测量误差在允许的

范围之内。

在报告中要求包含对仪器各部分误差分配的分析。

简易网络导纳测量仪（专科A题）

一、任务

设计并制作一个简易网络导纳测量仪，示意图如下：

二、要求

1、基本要求

（1）制作正弦波信号发生器，技术指标如下：

a.能产生100Hz、300Hz、1kHz、3kHz、10kHz五个频率，频率误差的绝对值小于所要求频率的1%；

c.输出电压峰-峰值为1V，输出电压误差的绝对值小于20mV；

d.输出电阻小于1Ω（在设计报告中给出推导和计算结果，不进行测试）；

e.输出波形无明显失真。

（2）制作一端口网络N0的导纳模|Y|和导纳角φY测量电路，技术指标如下：

a.导纳模|Y|的测量范围为0.1mS~10mS，可分为若干量程；测量误差的绝对值小于理论计算值的10%；

b.导纳角φY的测量范围为±90º，测量误差的绝对值小于理论计算值的5%；

c.用数字方式显示|Y|和φY的值（允许使用数字电压表）。

2．发挥部分

（1）将导纳模|Y|的测量范围扩展到0.01mS~100mS，测量误差仍达到基本要求

（2）中的要求。

（2）具有计算并显示网络电导Re[Y]和电纳Im[Y]的功能。

（3）对导纳模|Y|的测量具有量程自动转换功能。

（4）其他。

三、评分标准

四、说明：

1.根据GB3102-93，导纳Y=G+jB，导纳模

，导纳角φY=arctan（B/G）。

其中，G=Re[Y]=|Y|cosφY，B=Im[Y]=|Y|sinφY。

2.简易网络导纳测量仪的校准方法：

a.选择稳定性较好、参数适当的电阻、电容、电感作为标准元件；

b.用2％以上精度级别的仪器分别测量出它们的参数值；

c.用上述标准元件组成结构不同的一端口网络对制作的仪器进行校准。

3.设计时要注意仪器各部分电路的误差分配，以保证对一端口网络的测量误差在允许的

范围之内。

在报告中要求包含对仪器各部分误差分配的分析。

功率因数监测与补偿实验系统（本科B题）

一、任务

设计并制作一个功率因数监测与补偿实验系统，如下图所示：

图中变压器的输入电压为220V±10V、输出电压为36V，功率大于100W；模拟负载由电阻、电感串联构成，其中电感值为100mH、电阻值在20Ω~100Ω之间可调。

二、要求

1、基本要求

（1）监测单元的具体要求如下：

a.测量并显示变压器副边电压、电流，误差的绝对值小于2%；

b.测量并显示电源频率，误差的绝对值小于0.5%；

c.测量并显示无补偿时实验系统的功率因数、有功功率和无功功率，误差的绝对值小于5%。

（2）功率因数补偿单元能根据负载变化自动进行功率因数补偿，使功率因数大于0.85。

2、发挥部分

（1）补偿后功率因数大于0.95；

（2）测量实验系统的有功功率、无功功率和功率因数，误差绝对值小于2%；

（3）补偿电容在投入时无明显冲击；

（4）测量、记录并显示补偿电容变化时电流的瞬态响应，要求采样频率大于3kHz，记录长

度不小于0.3秒；

（5）其他。

三、评分标准

四、说明

1、在调试过程中，要注意安全；

2、电路设计时，应设置能用示波器同时观测电压和电流的测试点；

3、为了测量补偿电容变化时电流的瞬态响应，电路设计时应设置一个补偿启动按键；只有按下此按键时，才开始进行补偿的控制；

4、监测单元在控制补偿电容变化的同时，应给出一个正脉冲信号，以便于用数字存储示波器记录并观测补偿电容投入时是否有明显冲击。

DC-DC稳压电源（专科B题）

一、任务

设计并制作一个DC-DC稳压电源。

二、要求

1、基本要求

在输入直流电压变化范围+7V~+12V的条件下：

（1）第1路输出

a.输出电压：

+5V/DC，误差的绝对值小于1%；

b.最大输出电流：

1A；

c.电压调整率小于1%（输入电压变化范围+7V~+12V，满载）；

d.负载调整率小于1%（输入电压为+9V，负载电流变化范围0.1A~1A）；

e.纹波电压（峰-峰值）小于输出电压的0.5%（满载时）；

（2）第2路输出

a.输出电压：

+9V~+15V/DC，连续可调

b.最大输出电流：

1A；

c.电压调整率小于1%（输入电压变化范围+7V~+12V，满载）；

d.负载调整率小于1%（输入电压为+9V，负载电流变化范围0.1A~1A）；

e.纹波电压（峰-峰值）小于输出电压的0.5%（满载时）；

（3）电路效率大于70%（满载时）。

2、发挥部分

（1）电路效率大于85%，纹波电压（峰-峰值）小于输出电压的0.2%；

（2）增加输出过载（大于1.2A）、输入过压（大于+13V）、欠压（小于+6V）保护功能，并报警指示；

（3）设计并制作一个输出电压、输出电流的测量电路，并能实时显示测量值，要求测量误差的绝对值小于1%；

（4）设计并制作一个电子负载，用于测试上述电源的负载调整率，电子负载恒定电流可设定的范围为0.1A~1.2A，设定值能以0.1A步进；

（5）其它。

三、评分标准

四、说明

输出电压、输出电流的测量电路单独供电，计算电路效率时不考虑该测量电路所消耗的

功率。

无线半双工多路数据传输系统（本科C题）

一、任务

设计并制作一个无线半双工多路数据传输系统，系统示意图如下：

二、要求

1、基本要求

（1）系统按照1个主站，31个从站的规模进行设计（实际制作2个从站），主站以轮询方式收集从站的数据（见说明1），轮询每个从站的次数不低于1次／秒，每次传送一组仿真数据；

（2）从站的仿真数据是人为生成的两组数字信号（见说明2）；从站传输哪一组数据由主站决定；

（3）设计制作无线半双工收发单元，其工作频率在（30～40）MHz中自行选择，各收发单元工作频率的相对准确性（以主站工作频率为基准）优于10-4，所有收发单元的发射功率不大于10mW（在75欧姆假负载上测定）；

（4）主、从站收发天线采用长度小于等于1米的拉杆天线，垂直放置，馈线部分自行设计；

（5）在比特误码率（见说明3）不大于10-3条件下，主从站通信距离不小于8米；

（6）主站能实时显示发送数据的从站号及其数据；

（7）从站能实时显示本站发送给主站的数据；从站采用电池供电。

2、发挥部分

（1）在轮询式收集的基础上增加从站主动申请报告数据的功能（见说明4），为便于测试该功能，可在从站上设置按键开关或其它启动方式；

（2）主站具有对所有从站数据进行存储和回放的功能，并能按站号显示此前30秒的历史数据；

（3）在保持发射功率不变且比特误码率不大于10－3条件下，尽量增大通信距离；

（4）特色与创新。

三、评分标准

四、说明

1、主站以轮询方式收集从站的数据，即由主站指定从站站号并发出要求传输数据的呼叫，从站收到主站呼叫后，应答上报本站的一组数据；

2、为方便测试，要求从站的仿真数据是对以下

①正弦波：

s（t）=［2.5+2sin（2πt）］V

②直流：

2.5V

两个模拟信号进行人为处理而生成的数字信号，即假定用一个参考电压为5V、采样频率为10Hz的单极性8位A／D转换器对上述两个模拟信号进行1秒钟采样，由此生成的两组数据（每组10个数据）即为对应上述两个模拟信号的仿真数据；

3、比特误码率的测定可以使用专门仪器，也可以在主站接收一定时长（如30秒钟）的已知数据，通过比较出现错误的次数作出大致判断；

4、“从站主动申请报告数据”是指由从站发出报告数据的申请。

当某从站发出申请时，主站临时停止轮询，向该从站发出传输数据呼叫，再由从站应答上报；

5、收发单元不能使用成品收发模块，但允许选用数字调制／解调、射频发射、射频接收等有关集成电路芯片。

简易频分复用通信系统（专科C题）

一、任务

设计一个频分复用双路通信系统。

其原理框图如下：

1．发射部分

2．接收部分

二、要求

1、基本要求

（1）调制信号频率F1和F2分别为1000Hz和2400Hz，载波频率f1和f2在（400～600）kHz之间分别选取；

（2）AM调制度的范围为30%～60%，已调信号输出电压幅度的峰峰值小于等于400mV；

（3）本振频率f0为10.245MHz，频率稳定度优于10-4；

（4）发射部分在假负载为75欧姆时输出功率不大于14mW；

（5）接收部分解调放大后的低频信号输出电压幅度峰峰值为3V，并无明显失真，通道之间无明显串扰；接收部分用电池供电；

（6）采用长度为1米左右的拉杆天线，通信距离大于3米，题目中的通信距离是指收发两设备天线间的最近距离。

2、发挥部分

（1）设计并制作一个能测量和显示调制度的电路，其工作频率范围为（400～1000）kHz，输入信号幅度的峰峰值范围为（0.1～0.5）V，调制度测量范围为10%～90%，测量

误差优于±10％；

（2）在保持发射部分功放输出功率不变条件下，尽量增大通信距离；

（3）能同时进行双路话音通信，用耳机收听无明显失真。

三、评分标准

四、说明

1、载波f1和f2由正弦波信号源提供；

2、为便于测试调制度，AM调制电路应留出测试端子；

3、为便于测试调制度测量电路的性能指标，调制度测量电路应留出外接调幅信号的输入端子。

智能搬运车（本科D题，专科D题）

一、任务

设计并制作一个能自动搬运货物的智能电动车，其工作示意图如下。

图中，左边为停车区、货物存储区A和货物存储区B，并有两个对应的射灯光源；距右边线30cm处共放置3片白色或黑色的薄铁片，铁片之间的距离大于20cm。

二、要求

1、基本要求

（1）智能车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），在无障碍物的情况下，可寻找并搬取铁片，按照不同颜色分送不同存储区，即在光源A的引导下将黑色铁片搬运到货物存储区A存放，或在光源B的引导下将白色铁片搬运到存储区B存放。

（2）搬运铁片的过程中，一次只允许搬运1片，且必须搬运到存储区域内。

（3）要求智能车在5分钟之内能取走全部铁片，并能返回车库，否则就地停车。

（4）智能车检测到铁片时能发出声光信息，并实时显示铁片数目。

2、发挥部分

（1）距右边线90cm处设有障碍线，线上任意位置放有两个障碍物，在有障碍物的情况下，完成基本要求

（1）、

（2）中的相关操作，且不得与障碍物碰撞。

（2）要求智能车在8分钟之内取走全部铁片，并准确返回车库，否则就地停车。

（3）停车后，能准确显示智能车全程行驶的时间，显示误差的绝对值应小于5秒。

（4）其它。

三、评分标准

四、说明

1、测试时共放置3片铁片，每片的厚度为0.5～1.0mm，面积为2cm×2cm，黑、白铁片的比例任意给定、初始位置任意给定。

2、两个障碍物的大小分别为24cm×6cm×12cm和12cm×6cm×12cm，建议用白纸包砖代替。

3、示意图中所有粗黑线段宽度均为5cm，制作时可以涂墨或粘黑色胶带。

图中的虚线和尺寸标注线不要绘制在白纸上。

4、智能车允许用玩具车改装，但不能由人工遥控，其外围尺寸（含车体上附加装置）的限制为：

长度小于40cm，宽度小于15cm。

5、光源A、B均采用40W射灯，其底部距地面10cm左右，摆放位置如图所示，测试前，射灯的照射方向允许微调。