竞赛模拟题目练习.docx

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竞赛模拟题目练习

模拟题目练习

1刚体位移测量装置

一、任务

设计制作一台刚体位移测量装置，测量装置与刚体初始位置的距离为1.50±0.01米，测量装置可分别测量刚体在X、Y、Z三个方向上的位移，示意图如图1所示。

二、要求

1．基本要求

（1）测量刚体X方向的位移，误差不大于±8mm

（2）测量刚体Y方向的位移，误差不大于±5mm　

（3）测量刚体Z方向的位移，误差不大于±3mm

　（4）测量装置可实时显示位移大小，显示格式为：

XXmm。

　（5）测量装置自制电源

　2.发挥部分

（1）进一步提高X方向位移测量精度，误差小于±5mm.。

（2）进一步提高Y方向位移测量精度，误差小于±2mm.

（3）进一步提高Z方向位移测量精度，误差小于±1mm.

（4）一键式自动测量三维位移并显示测量结果。

（5）其他。

三说明

（1）被测刚体可用截面小于10X10cm，长度不大于50cm的不变形物体模拟,测量方法和传感器可任选。

（2）只允许在X方向上粘贴测量标志或装置；不得以刚体边缘作为测量参考点。

（3）X、Y方向最大位移不大于±5cm。

Z方向最大位移不大于3cm。

（4）测量装置和刚体的初始位置可由参赛人员确定。

进入测量状态后测量装置不得再移动。

（5）三维坐标上可设置以毫米为最小单位的刻度尺。

三、评分标准

太阳能路灯管理装置

一、任务

设计制作一台太阳能路灯管理装置，装置的原理示意图如图1所示。

太阳能电池板可用0-30V3A可调稳压电源ES模拟，蓄电池用0-15V可调稳压电源EC和3W10欧姆电阻R1模拟。

路灯用8只高亮度LED（3V、15mA）两路并联模拟。

二、要求

1、基本要求

（1）EC=11.0V，Es从14.0-21V变化时，充电电压VO=12V。

（2）EC=9V，Es从14.0-21V变化时，充电电流IC=1.0A。

（3）EC=12V，Es=9.0V时，充电电流IC尽可能大。

（4）EC=12V，Es从0逐渐升高时，能自动启动充电功能（IC＞0）的Es小于6V。

（5）Es=0.5V时路灯自动开启。

2、发挥部分

（1）LED灯开启3秒后功率衰减灯光变暗再经3秒后灯灭。

上述时间可设定。

（2）LED灯具有恒流驱动控制功能。

（3）Es从0逐渐升高时，能自动启动充电功能的Es尽量低。

（4）Es=0V时，尽量降低蓄电池放电电流。

（5）其他。

说明：

1、太阳能路灯系统由太阳能电池板、蓄电池、LED灯和管理装置组成。

管理装置自动完成太阳能电池板对蓄电池的充电管理和对LED路灯的启、闭，亮、暗控制，管理装置由EC供电。

2、设计电路中不得使用升降压专业芯片，不得设置升降压转换开关。

3、两路LED灯的总电流为30mA,其恒流驱动控制不得使用LED驱动产品模块。

3点阵电子显示屏制作

一、任务

设计并制作一台简易LED电子显示屏，16行*32列点阵显示，原理示意图如下：

PC机

LED电子显示屏原理框图

二、要求

1、基本要求：

设计并制作LED电子显示屏和控制器。

1）自制一台简易16行*64列点阵显示的LED电子显示屏；

2）能显示4组特定汉字组成的句子，通过按键切换显示内容。

3）LED显示屏亮度连续可调。

4）实现实时时间的显示，显示屏数字显示：

时∶分∶秒（例如18∶38∶59）；

5）增大到10组（每组汉字8个或16个数字和字符）预存信息，信息具有掉电保护；

6）实现和PC机通讯，通过PC机串口直接对显示信息进行更新（须做PC机客户程序）；

四、说明

1.显示格式和显示信息可以自定义。

2.电子显示屏LED显示灯只允许使用8*8LED点阵显示模块。

3.显示屏的显示控制方案和控制器的选择方案任选。

4.不允许使用LED集成驱动模块。

4简易数字显示单相交流功率表

一、任务

设计并制作一个简易数字显示单相交流功率表，

要求

1、基本要求

（1）功率测量

a、测量电压的频率范围100Hz～500KHz。

b、功率测量范围1W～1000W（可分多档量程）。

c、数字显示。

d、测量误差≤±2%。

e、具有超量程自动闪烁功能。

（2）设计并制作该仪表所需要的直流稳压电源。

5自动控制升降旗系统

一.设计任务

设计一个自动控制升降旗系统，该系统能够自动控制升旗和降旗，升旗时，在旗杆的最高端自动停止；降旗时，在最低端自动停止。

自动控制升降旗系统的机械模型如图所示。

旗帜的升降由电动机驱动，该系统有两个控制按键，一个是上升键，一个是下降键。

二.设计要求

（一）基本部分

1.按下上升按键后，国旗匀速上升，同时流畅地演奏国歌；上升到最高端时自动停止上升，国歌停奏；按下下降按键后，国旗匀速下降，降旗的时间不放国歌，下降到最低端时自动停止。

2.能在指定的位置上自动停止。

3.为避免误动作，国旗在最高端时，按上升键不起作用；国旗在最低端时，按下降键不起作用。

4.升降旗的时间均为43秒钟，与国歌的演奏时间相等，同时，旗从旗杆的最下端上升到顶端。

降旗不演奏国歌，同时，旗从旗杆的最上端下降到底端。

5.数字即时显示旗帜所在的高度，以厘米为单位，误差不大于2厘米。

（二）发挥部分

增设一个开关，由开关控制是否是半旗状态，该状态由一发光二极管显示。

1.半旗状态（根据《国旗法》）。

升旗时，按上升键，奏国歌，国旗从最低端上升到最高端之后，国歌停奏，然后自动下降到总高度的2/3高度处停止；降旗时，按下降键，国旗先从2/3高度处上升到最高端，再自动从最高端下降到底之后自动停止，国歌停奏。

2.不论旗帜是在顶端还是在底端，关断电源之后重新合上电源，旗帜所在的高度数据显示不变。

3.要求升降旗的速度可调整，旗杆高度不变的情况下，升降旗时间的调整范围是30—120秒钟，步进1秒。

此时国歌停奏。

4.具有无线遥控升、降旗及停止功能。

说明：

旗帜用大于100克的重物代替。

滑轮

最高点

1．8米

电动机

起始点

G

6函数信号发生器

一、任务

设计制作一个函数信号发生器。

二、要求

1、基本要求

（1）正弦波、三角波、方波输出频率范围：

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=5V±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。

7开关电源设计

一、设计任务

设计并制作一个开关电源，

二、设计要求

1、基本要求

（1）输入电压范围：

180~240Vac。

（2）输出电压：

25.0Vdc。

（3）最大输出电流：

1.00A。

（4）电压调整率：

≤2%（在0.10A条件下测试）。

（5）负载调整率：

≤2%。

（6）纹波电压：

≤250mVp-p（在输入电压220Vac、满载条件下，用示波器测试）。

（7）DC/DC变换器（含控制显示电路）效率≥60%（在输入电压220Vac、满载条件下测试）。

（8）数字显示输出电压、电流；电压示数分辨率0.1V，精度1%；电流示数分辨率0.01A，精度1%。

（9）有键控开关功能

2、发挥部分

（1）输出电压可步进调整，调整范围：

25.0—30.0Vdc，步进值0.1V。

（2）最大输出电流：

1.50A。

（3）电压调整率：

≤1%（在0.15A条件下测试）。

（4）负载调整率：

≤1%。

（5）纹波电压：

≤150mVp-p（在输入电压220Vac、满载条件下，用示波器测试）。

（6）DC/DC变换器（含控制显示电路）效率≥70%（在输入电压220Vac、满载条件下测试）。

（7）有过流保护功能，自恢复。

（8）有软启动功能。

三、说明

1、测试时可以用电子负载；

2、测试输出纹波时，不能外加元件；

8集成电路芯片测试仪

一、任务

设计制作一个集成电路芯片测试仪，能对常用的74系列逻辑芯片进行逻辑功能测试，以确定芯片的好坏和型号。

二、要求

1.基本要求

（1）通过键盘输入型号，可以对74系列的00/02/04/08/10/11/20/21/27/30十种组合逻辑芯片进行逻辑功能测试，确定其功能正确性；

（2）通过键盘输入管腿特性，可以确定上述74系列的组合逻辑芯片的型号；

（3）显示上述芯片的逻辑符号和逻辑表达式。

2.发挥部分

将上述三项基本要求扩展到74系列时序电路：

74/109/160/245等。

（1）通过键盘输入型号，可以对74系列的74/109/160/245等芯片进行逻辑功能测试，确定其功能正确性；

（2）通过键盘输入管腿特性，可以确定上述74系列时序逻辑芯片的型号；

（3）显示上述芯片的逻辑符号和状态转换图；

（4）其它特色与创新。

9具有实时语音播报的超声波测距测速仪

一、任务

设计并制作一台具有实时语音播报的超声波测距测速仪，被测物为一块面积不大于30cmX20cm的实物（可以和小车装在一起）。

测距测速仪用4节干电池供电。

二、要求

1．基本要求

（1）具有超声波测距功能，测量距离0.2m～3.0m，测距精度±1cm；

（2）自动语音实时播报测量距离数值，格式：

几点几几米；实时播报时间间隔≤10s；实时播报声音清晰明亮、无明显失真，在1米距离处人耳能准确分辨。

（3）实时显示测量的距离，显示要与语音播报同步，显示格式为：

X.XXm。

2．发挥部分

（1）测量距离：

0.2m～20.0m，测距精度：

±0.3cm，并实时播报与显示。

（2）汉字提醒显示：

距离在0.2m～2.0m，显示“危险距离”并用红色LED灯指示；距离在2.0m～3.0m，显示“保持距离”并用黄色LED灯指示；距离在3.0m以上,显示“安全距离”并用绿色LED灯指示。

（3）具有测速功能，实时播报与显示被测物运动速度，测量精度：

±5%。

（4）其他特色与创新。

10立体声音频功率放大器

一、任务

设计并制作一个立体声音频功率放大器。

二、要求

1、基本要求

在放大通道的正弦信号输入电压幅度为500mV～1V，等效负载电阻RL＝8Ω时，放大器应满足：

（1）额定输出功率（单通道）PO≥10W（可使用集成功率放大电路或大功率晶体三极管）。

（2）频率响应：

fL～fH＝20Hz～20kHz。

（3）在满足PO和频率响应下的谐波失真≤3%。

（4）在PO下的效率≥55％。

（5）信噪比（S/N）≥55dB。

（6）自制放大器所需的电源（电源变压器可购成品）。

2、发挥部分

（1）制作四音源选择电路，用轻触开关（单只或四只）实现音源转换。

（2）制作实用音调控制电路，音调控制范围≥12dB，音调特性自定。

（3）制作数字音量控制电路（不可使用专用音响音量控制集成电路，可用通用数字电路及单片机控制电路实现），用两只轻触开关分别实现音量的加减。

（4）功能显示：

音源选择显示，音量加减显示（用液晶屏显示）。

（5）其它（制作的工艺、其它实用功能的扩展等）。

11非接触供电系统

一、任务

在不采用专用器件（芯片）的前提下，设计并制作非接触供电系统，可实现对小型电器供电或充电等功能。

二、要求

1．基本要求

（1）供电部分输入直流低压（不超过36V），具有向其他电器设备非接触供电的功能。

（2）其他用电设备与供电部分无电接触，实现非接触供电。

（3）在输出功率≥1W的条件下，转换效率≥10%。

2．发挥部分

（1）可同时对多种设备非接触供电。

（2）最大输出功率≥5W。

（3）转换效率≥15%（输出功率≥1W）。

（4）其他实用功能扩展及性能指标改善措施。

12电子防丢器

一、基本要求

1、制作无线发射、接收装置各一个，其中一个置于钱包（或手机）（假设为A部分），另一个随身携带（假设为B部分）。

正常条件下，不报警。

当发射接收模块相距大于某范围（3～5米）时，表示钱包或手机已经被人偷走，另一半装置报警，在该范围内则不报警。

2、A、B部分工作电压不大于3V，工作电流不超过20mA。

3、天线长度不超过25cm。

4、发射功率不得超过20mW。

二、扩展功能

1、制作多套装置（实际制作两套），要求不同的发射模块能唯一识别对应的接收模块，而不受其它模块干扰。

2、采用3V纽扣电池供电。

3、报警距离可调。

4、提出论证并实现低功耗方案。

（要求方案合理可行。

例如采用间歇工作方式，就需要提出有效的同步措施和握手规范等）。

四、说明

1、验收时需要测量电流，请在电源处预留出测试端。

2、发射功率在50欧假负载上测定。

3、扩展功能第一部分要求识别ID可变，即：

假设目前装置甲的发射模块A能识别接收模块B，装置乙的发射模块能C别接收模块D；要求通过按键或者其它设定能使模块D能识别模块A，模块B能识别模块C。

4、不得采用现成的无线发射接收的模块。

13多功能计数器

一、任务

设计并制作一台测量正弦信号的频率、周期和相位差的多功能计数器。

二、要求

1．基本要求

（1）频率测量

a．测量范围：

1Hz～1MHz；信号幅度范围：

0.5Vrms～5Vrms。

b．测量误差≤10-3。

（2）周期测量

a．测量范围：

1μs～1s；信号幅度范围：

0.5Vrms～5Vrms；

b．测量误差≤10-3。

（3）相位差测量

a．量程：

0～360°；测量准确度：

1°；分辨率：

0.1°。

b．信号频率范围：

10Hz～100kHz；信号幅度范围：

0.5Vrms～5Vrms。

2．发挥部分

（1）频率测量、周期测量的信号频率范围扩展为1Hz～10MHz（信号幅度0.5Vrms～5Vrms）。

（2）频率测量、周期测量的测量误差为10-6（信号频率范围1Hz～10MHz，闸门时间=1s）。

（3）频率测量、周期测量的信号幅度范围为0.01Vrms～5Vrms（信号频率范围1Hz～10MHz，测量误差为10-6）；并进一步降低频率测量、周期测量时的最小信号幅度。

（4）其它。

三、说明

1．单片机要求采用MPS430（或者至少3片TI芯片），频率、周期测量单元不允许采用专用频率计模板。

2．自制用于相位测量的相移电路。

3．相位差实际的测量范围应达到：

[0+2f×10-5]°～[360-2f×10-5]°，式中：

f为被测信号频率（单位为Hz）。

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。

14位移测量装置

一、任务

设计并制作一台位移测量装置，其原理示意图如图1所示（虚线框内部分可以用硬件实现，也可以用软件实现）。

图1位移测量装置原理示意图

二、要求

1.基本要求

（1）制作正弦信号激励电路，技术指标如下：

a.频率：

100kHz；

b.驱动线性可变差动变压器时输出波形无明显失真（要求在图1的C点预留测量端）。

（2）设计、制作差动信号测量电路，包括线性可变差动变压器，放大、整流、滤波等电路，数据处理和显示等单元。

在图1中的A、B两点分别输出直流电压信号VA、VB（要求A、B两点预留测量端）。

（3）用模拟或数字方法计算

（要求图1的D点预留测量端或显示d值），根据d值计算、显示实际位移量。

（4）测量的位移范围为-10~+10mm，测量误差的绝对值不大于2mm。

2.发挥部分

（1）将测量的位移范围扩展到-20~+20mm，测量误差达到基本要求（4）。

（2）进一步提高位移测量精度。

（3）设计一个闭环控制电路，要求用直流电机（不允许使用步进电机）驱动磁棒移动，控制磁棒达到设定位移，位移误差的绝对值不大于2mm。

（4）其他。

三、说明

1.至少使用3片TI公司的芯片，其中差分输出电路指定使用THS4503；推荐使用的芯片有：

①ADC：

ADS7886；②DAC：

TLV5616。

2.线性可变差动变压器的磁棒可选用收音机的中波用铁淦氧磁棒，亦可选用其他合适的磁性材料棒。

线圈建议用φ（0.1~0.2）mm的漆包线绕制在牛皮纸或其他绝缘材料制作的骨架上，整个线圈固定在一块绝缘板上。

磁棒的一端可用环氧树脂粘接一段绝缘杆，手持绝缘杆可使磁棒沿线圈轴向移动。

要求在绝缘板和绝缘杆上用细线标出位移显示为0时的相对位置。

设计、绕制线圈时应注意以下两点：

①避免电路出现谐振；②为保证测量的线性，L2和L3的绕制位置应严格对称于L1。

3.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。

15简易水下无线通信系统

一、任务

设计并制作用于控制潜艇航模运动的简易水下无线通信系统，示意图如图1所示。

图1简易水下无线通信系统示意图

注：

简易无线系统由陆基单元、电机单元和潜艇航模组成。

陆基单元利用电磁波与潜艇航模进行通信（工作频率为507kHz），潜艇航模与横梁上的电机单元采用红外光波通信；由电机单元控制悬索收、放来实现潜艇航模上浮、下潜；利用航模上的LED显示分别模拟航模前进、倒车、停车、左、右转弯。

二、要求

1、基本要求

（1）天线与水面最近距离1米时，实现无线系统对潜艇航模的各种运动方式操控。

（2）潜艇航模应能上浮、下潜在指定的水深处，要求误差小于2。

（3）当潜艇航模从水深5cm处快速下潜至水深24cm处时，要求时间为（3±0.2）秒；当潜艇航模从水深24cm处快速上浮至水深5cm处时，要求时间为（4±0.3）秒。

（4）当潜艇航模从水深5cm处慢速下潜至水深29cm处时，要求时间为（6±0.5）秒；潜艇航模从水深29cm处慢速上浮至水深5cm处时，要求时间为（8±0.5）秒。

2、发挥部分

（1）天线与水面最近距离5米时，无线系统应能控制潜艇航模实现基本要求

（1）。

（2）系统能设置潜艇航模下潜、上浮的速度（单位为cm/s），并按所设置的速度运行。

（3）尽可能地加大天线与水面的最近距离，实现基本要求

（1）。

（4）其它。

三、说明

1、至少使用2片TI芯片，其中，指定使用OPA561芯片，推荐使用MPS430,TLC372，TRF3750芯片。

2、水池选用长、宽、高不小于40cm的塑料箱；悬索选用1米长（有厘米、毫米刻度）的塑料卷尺；潜水深度定义为潜艇航模顶部与悬索接触点至水平面的距离，水池的水深为38cm。

3、电机单元固定在横梁上，悬挂潜艇航模的悬索固定在电机上,潜艇航模垂直中心线应对准水池的中心位置；天线选用L形线天线，天线的水平部分长度为10m。

4、自选易于密封的绝缘材料制作潜艇航模，航模长度为10cm、宽度为10cm、高度为5cm。

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、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。