第八屆（2007年）全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽題目——本科

參賽注意事項(xiàng)
（1）2007年9月3日8:00競賽正式開始。本科組參賽隊(duì)只能A、B、C、D、E、F題目中任選一題；高職高專組參賽隊(duì)原則上在G、H、I、J題中任選一題，也可以選擇其他題目。
（2）參賽隊(duì)認(rèn)真填寫《登記表》內(nèi)容，填寫好的《登記表》交賽場巡視員暫時(shí)保存。（3）參賽者必須是有正式學(xué)籍的全日制在校本、?？茖W(xué)生，應(yīng)出示能夠證明參賽者學(xué)生身份的有效證件（如學(xué)生證）隨時(shí)備查。
（4）每隊(duì)嚴(yán)格限制3人，開賽后不得中途更換隊(duì)員。
（5）競賽期間，可使用各種圖書資料和網(wǎng)絡(luò)資源，但不得在學(xué)校指定競賽場地外進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，不得以任何方式與他人交流，包括教師在內(nèi)的非參賽隊(duì)員必須迴避，對違紀(jì)參賽隊(duì)取消評審資格。
（6）2007年9月6日20:00競賽結(jié)束，上交設(shè)計(jì)報(bào)告、制作實(shí)物及《登記表》，由專人封存。

音頻信號分析儀（A題）

【本科組】

一、任務(wù)

設(shè)計(jì)、制作一個(gè)可分析音頻信號頻率成分，并可測量正弦信號失真度的儀器。

二、要求

1．基本要求

（1）輸入阻抗：50Ω
（2）輸入信號電壓范圍（峰-峰值）：100mV～5V
（3）輸入信號包含的頻率成分范圍：200Hz～10kHz
（4）頻率分辨力：100Hz（可正確測量被測信號中，頻差不小于100Hz的頻率分量的功率值。）
（5）檢測輸入信號的總功率和各頻率分量的頻率和功率，檢測出的各頻率分量的功率之和不小于總功率值的95%；各頻率分量功率測量的相對誤差的絕對值小于10%，總功率測量的相對誤差的絕對值小于5%。
（6）分析時(shí)間：5秒。應(yīng)以5秒周期刷新分析數(shù)據(jù)，信號各頻率分量應(yīng)按功率大小依次存儲并可回放顯示，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示信號總功率和至少前兩個(gè)頻率分量的頻率值和功率值，并設(shè)暫停鍵保持顯示的數(shù)據(jù)。

2．發(fā)揮部分

（1）擴(kuò)大輸入信號動態(tài)范圍，提高靈敏度。
（2）輸入信號包含的頻率成分范圍：20Hz～10kHz。
（3）增加頻率分辨力20Hz檔。
（4）判斷輸入信號的周期性，并測量其周期。
（5）測量被測正弦信號的失真度。
（6）其他。

三、說明

1．電源可用成品，必須自備，亦可自制。
2．設(shè)計(jì)報(bào)告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序、和完整的測試結(jié)果用附件給出。

四、評分標(biāo)準(zhǔn)



無線識別裝置（B題）

【本科組】

一、任務(wù)

設(shè)計(jì)制作一套無線識別裝置。該裝置由閱讀器、應(yīng)答器和耦合線圈組成，其方框圖參見圖1。閱讀器能識別應(yīng)答器的有無、編碼和存儲信息。

裝置中閱讀器、應(yīng)答器均具有無線傳輸功能，頻率和調(diào)制方式自由選定。不得使用現(xiàn)有射頻識別卡或用于識別的專用芯片。裝置中的耦合線圈為圓形空芯線圈，用直徑不大于1mm的漆包線或有絕緣外皮的導(dǎo)線密繞10圈制成。線圈直徑為6.6±0.5 cm（可用直徑6.6 cm左右的易拉罐作為骨架，繞好取下，用絕緣膠帶固定即可）。線圈間的介質(zhì)為空氣。兩個(gè)耦合線圈最接近部分的間距定義為D。
閱讀器、應(yīng)答器不得使用其他耦合方式。

二、要求

1．基本要求

（1）應(yīng)答器采用兩節(jié)1.5V干電池供電，閱讀器用外接單電源供電。閱讀器采用發(fā)光二極管顯示識別結(jié)果，能在D盡可能大的情況下，識別應(yīng)答器的有無。識別正確率≥80%，識別時(shí)間≤5秒，耦合線圈間距D≥5cm。
（2）應(yīng)答器增加編碼預(yù)置功能，可以用開關(guān)預(yù)置四位二進(jìn)制編碼。閱讀器能正確識別并顯示應(yīng)答器的預(yù)置編碼。顯示正確率≥80%，響應(yīng)時(shí)間≤5秒，耦合線圈間距D≥5cm。

2．發(fā)揮部分

（1）應(yīng)答器所需電源能量全部從耦合線圈獲得（通過對耦合到的信號進(jìn)行整流濾波得到能量），不允許使用電池及內(nèi)部含有電池的集成電路。閱讀器能正確讀出并顯示應(yīng)答器上預(yù)置的四位二進(jìn)制編碼。顯示正確率≥80%，響應(yīng)時(shí)間≤5秒，耦合線圈間距D≥5cm。
（2）閱讀器采用單電源供電，在識別狀態(tài)時(shí)，電源供給功率≤2W。在顯示編碼正確率≥80%、響應(yīng)時(shí)間≤5秒的條件下，盡可能增加耦合線圈間距D。
（3）應(yīng)答器增加信息存儲功能，其存儲容量大于等于兩個(gè)四位二進(jìn)制數(shù)。裝置斷電后，應(yīng)答器存儲的信息不丟失。無線識別裝置具有在閱讀器端寫入、讀出應(yīng)答器存儲信息的功能。
（4）其他。

三、說明

設(shè)計(jì)報(bào)告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序用附件給出。

四、評分標(biāo)準(zhǔn)



數(shù)字示波器（C題）

【本科組】

一、任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作一臺具有實(shí)時(shí)采樣方式和等效采樣方式的數(shù)字示波器，示意圖如圖1所示。

二、要求

1．基本要求

（1）被測周期信號的頻率范圍為10Hz～10MHz，儀器輸入阻抗為1MW，顯示屏的刻度為8 div×10div，垂直分辨率為8bits，水平顯示分辨率≥20點(diǎn)/ div。
（2）垂直靈敏度要求含1V/div、0.1V/div兩檔。電壓測量誤差≤5%。
（3）實(shí)時(shí)采樣速率≤1MSa/s，等效采樣速率≥200MSa/s；掃描速度要求含20ms/div、2μs /div、100 ns/div三檔，波形周期測量誤差≤5%。
（4）儀器的觸發(fā)電路采用內(nèi)觸發(fā)方式，要求上升沿觸發(fā)，觸發(fā)電平可調(diào)。
（5）被測信號的顯示波形應(yīng)無明顯失真。

2．發(fā)揮部分

（1）提高儀器垂直靈敏度，要求增加2mV/div檔，其電壓測量誤差≤5%，輸入短路時(shí)的輸出噪聲峰-峰值小于2mV。
（2）增加存儲/調(diào)出功能，即按動一次“存儲”鍵，儀器即可存儲當(dāng)前波形，并能在需要時(shí)調(diào)出存儲的波形予以顯示。
（3）增加單次觸發(fā)功能，即按動一次“單次觸發(fā)”鍵，儀器能對滿足觸發(fā)條件的信號進(jìn)行一次采集與存儲（被測信號的頻率范圍限定為10Hz～50kHz）。
（4）能提供頻率為100kHz的方波校準(zhǔn)信號，要求幅度值為0.3V±5%（負(fù)載電阻≥1 MW時(shí)），頻率誤差≤5%。
（5）其他。

三、說明

1．A/D轉(zhuǎn)換器最高采樣速率限定為1MSa/s，并要求設(shè)計(jì)獨(dú)立的取樣保持電路。為了方便檢測，要求在A/D轉(zhuǎn)換器和取樣保持電路之間設(shè)置測試端子TP。
2．顯示部分可采用通用示波器，也可采用液晶顯示器。
3．等效采樣的概念可參考蔣煥文等編著的《電子測量》一書中取樣示波器的內(nèi)容，或陳尚松等編著的《電子測量與儀器》等相關(guān)資料。
4．設(shè)計(jì)報(bào)告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果可用附件給出。

四、評分標(biāo)準(zhǔn)



程控濾波器（D題）

【本科組】

一、任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作程控濾波器，其組成如圖1所示。放大器增益可設(shè)置；低通或高通濾波器通帶、截止頻率等參數(shù)可設(shè)置。

二、要求

1. 基本要求

（1）放大器輸入正弦信號電壓振幅為10mV，電壓增益為40dB，增益10dB步進(jìn)可調(diào)，通頻帶為100Hz～40kHz，放大器輸出電壓無明顯失真。
（2）濾波器可設(shè)置為低通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz～20kHz范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)的頻率步進(jìn)為1kHz，2fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB, RL=1kW。
（3）濾波器可設(shè)置為高通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz～20kHz范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)的頻率步進(jìn)為1kHz，0.5fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB, RL=1kW。
（4）電壓增益與截止頻率的誤差均不大于10%。
（5）有設(shè)置參數(shù)顯示功能。

2. 發(fā)揮部分

（1）放大器電壓增益為60dB，輸入信號電壓振幅為10mV；增益10dB步進(jìn)可調(diào)，電壓增益誤差不大于5%。
（2）制作一個(gè)四階橢圓型低通濾波器，帶內(nèi)起伏≤1dB，-3dB通帶為50kHz，要求放大器與低通濾波器在200kHz處的總電壓增益小于5dB，-3dB通帶誤差不大于5%。
（3）制作一個(gè)簡易幅頻特性測試儀，其掃頻輸出信號的頻率變化范圍是100Hz～200kHz，頻率步進(jìn)10kHz。
（4）其他。

三、說明

設(shè)計(jì)報(bào)告正文應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖和主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果可用附件給出。

四、評分標(biāo)準(zhǔn)

開關(guān)穩(wěn)壓電源（E題）

【本科組】

一、任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作如圖1所示的開關(guān)穩(wěn)壓電源。

二、要求

在電阻負(fù)載條件下，使電源滿足下述要求：

1．基本要求

（1）?輸出電壓UO可調(diào)范圍：30V～36V；
（2）?最大輸出電流IOmax：2A；
（3）?U2從15V變到21V時(shí)，電壓調(diào)整率SU≤2%（IO=2A）；
（4）?IO從0變到2A時(shí)，負(fù)載調(diào)整率SI≤5%（U2=18V）；
（5）?輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；
（6）?DC-DC變換器的效率 ≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；
（7）?具有過流保護(hù)功能，動作電流IO（th）=2.5±0.2A；

2．發(fā)揮部分

（1）?進(jìn)一步提高電壓調(diào)整率，使SU≤0.2%（IO=2A）；
（2）?進(jìn)一步提高負(fù)載調(diào)整率，使SI≤0.5%（U2=18V）；
（3）?進(jìn)一步提高效率，使 ≥85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；
（4）?排除過流故障后，電源能自動恢復(fù)為正常狀態(tài)；
（5）?能對輸出電壓進(jìn)行鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，步進(jìn)值1V，同時(shí)具有輸出電壓、電流的測量和數(shù)字顯示功能。
（6）?其他。

三、說明

（1）?DC-DC變換器不允許使用成品模塊，但可使用開關(guān)電源控制芯片。
（2）?U2可通過交流調(diào)壓器改變U1來調(diào)整。DC-DC變換器（含控制電路）只能由UIN端口供電，不得另加輔助電源。
（3）?本題中的輸出噪聲紋波電壓是指輸出電壓中的所有非直流成分，要求用帶寬不小于20MHz模擬示波器（AC耦合、掃描速度20ms/div）測量UOPP。
（4）?本題中電壓調(diào)整率SU指U2在指定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓UO的變化率；負(fù)載調(diào)整率SI指IO在指定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓UO的變化率；DC-DC變換器效率h=PO/ PIN，其中PO＝UOIO，PIN＝UINIIN。
（5）?電源在最大輸出功率下應(yīng)能連續(xù)安全工作足夠長的時(shí)間（測試期間，不能出現(xiàn)過熱等故障）。
（6）?制作時(shí)應(yīng)考慮方便測試，合理設(shè)置測試點(diǎn)（參考圖1）。
（7）?設(shè)計(jì)報(bào)告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果用附件給出。

四、評分標(biāo)準(zhǔn)



電動車蹺蹺板（F題）

【本科組】

一、任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作一個(gè)電動車蹺蹺板，在蹺蹺板起始端A一側(cè)裝有可移動的配重。配重的位置可以在從始端開始的200mm～600mm范圍內(nèi)調(diào)整，調(diào)整步長不大于50mm；配重可拆卸。電動車從起始端A出發(fā)，可以自動在蹺蹺板上行駛。電動車蹺蹺板起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)示意圖分別如圖1和圖2所示。

二、要求

1.基本要求

在不加配重的情況下，電動車完成以下運(yùn)動：

（1）電動車從起始端A出發(fā)，在30秒鐘內(nèi)行駛到中心點(diǎn)C附近；
（2）60秒鐘之內(nèi)，電動車在中心點(diǎn)C附近使蹺蹺板處于平衡狀態(tài)，保持平衡5秒鐘，并給出明顯的平衡指示；
（3）電動車從（2）中的平衡點(diǎn)出發(fā)，30秒鐘內(nèi)行駛到蹺蹺板末端B處（車頭距蹺蹺板末端B不大于50mm）；
（4）電動車在B點(diǎn)停止5秒后，1分鐘內(nèi)倒退回起始端A，完成整個(gè)行程；
（5）在整個(gè)行駛過程中，電動車始終在蹺蹺板上，并分階段實(shí)時(shí)顯示電動車行駛所用的時(shí)間。

2.發(fā)揮部分

將配重固定在可調(diào)整范圍內(nèi)任一指定位置，電動車完成以下運(yùn)動：

（1）將電動車放置在地面距離蹺蹺板起始端A點(diǎn) 300mm以外、90°扇形區(qū)域內(nèi)某一指定位置（車頭朝向蹺蹺板），電動車能夠自動駛上蹺蹺板，如圖3所示：

（2）電動車在蹺蹺板上取得平衡，給出明顯的平衡指示，保持平衡5秒鐘以上；
（3）將另一塊質(zhì)量為電動車質(zhì)量10％～20％的塊狀配重放置在A至C間指定的位置，電動車能夠重新取得平衡，給出明顯的平衡指示，保持平衡5秒鐘以上；
（4）電動車在3分鐘之內(nèi)完成（1）～（3）全過程。
（5）其他。

三、說明

（1）蹺蹺板長1600mm、寬300mm，為便于攜帶也可將蹺蹺板制成折疊形式。
（2）蹺蹺板中心固定在直徑不大于50mm的半圓軸上，軸兩端支撐在支架上，并保證與支架圓滑接觸，能靈活轉(zhuǎn)動。
（3）測試中，使用參賽隊(duì)自制的蹺蹺板裝置。
（4）允許在蹺蹺板和地面上采取引導(dǎo)措施，但不得影響蹺蹺板面和地面平整。
（5）電動車(含加在車體上的其它裝置)外形尺寸規(guī)定為：長≤300mm，寬≤200mm。
（6）平衡的定義為A、B兩端與地面的距離差d=∣dA-dB∣不大于40mm。
（7）整個(gè)行程約為1600mm減去車長。
（8）測試過程中不允許人為控制電動車運(yùn)動。
（9）基本要求（2）不能完成時(shí)，可以跳過，但不能得分；發(fā)揮部分（1）不能完成時(shí)，可以直接從（2）項(xiàng)開始，但是（1）項(xiàng)不得分。

四、評分標(biāo)準(zhǔn)