【2019年整理】山东理工大学第七届电子设计竞赛题目.pdf

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1、微弱信号检测装置（A 题） 【专业组】 一、任务 设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值， 并数字显示出该幅度值。为便于测评比较，统一规定显示峰值。整个系统的示意图如图1 所示。正 弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声（wav 文件）来产生，通过 PC机的音频播放器或MP3 播放噪声文件， 从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的 音量来进行控制。图中A、B、 C、D 和 E分别为五个测试端点。 图 1 微弱信号检测装置示意图 二、要求 1. 基本要求 （1）噪声源输出VN 的均方根电压值固定为1V0.1V；加

2、法器的输出VC =VS+VN ，带宽大于 1MHz； 纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。 （2）微弱信号检测电路的输入阻抗Ri1 M。 （3）当输入正弦波信号VS 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV 2V 范围内时，检测并显示正弦 波信号的幅度值，要求误差不超过5%。 2. 发挥部分 （1） 当输入正弦波信号VS 的幅度峰峰值在20mV 2V 范围内时， 检测并显示正弦波信号的幅度值， 要求误差不超过5%。 （2）扩展被测信号VS的频率范围，当信号的频率在500Hz 2kHz范围内，检测并显示正弦波信号 的幅度值，要求误差不超过5%。 （3）进一步提高检测精度，使检测误差不超过2%

3、。 （4）其它（例如，进一步降低VS 的幅度等）。 三、说明 本题必须使用TI 的 Launchpad（MSP430 小开发板）来完成。 微弱信号检测电路要求采用模拟方法来实现。常用的微弱信号检测方法有：滤波，锁相放大，取样 积分等（仅供参考） 。 为便于各个模块的测试，所有测试端点（AE）应做成跳线连接方式。 检测并显示正弦波信号的幅度值是指输入正弦波信号VS 的幅度（即峰值） 。 正弦波信号源 微弱信号 检测电路 噪声源 VS VN VC Vo 纯电阻 分压网络 显示 电路 加法 器 Vi A BCD E 赛区测评时，应固定使用某一装置（PC机或 MP3）来产生噪声源，所有作品均应采用该噪

4、声源进行 测试。 四、评分标准 设计 报告 项目满分 方案论证5 理论分析与计算4 电路设计6 测试方案与测试结果3 设计报告结构及规范性2 总分20 基本 要求 实际制作完成情况50 发挥 部分 完成第（ 1）项13 完成第（ 2）项12 完成第（ 3）项15 其它10 总分50 频率补偿电路（B 题） 【专业组】 一、任务 设计并制作一个频率补偿电路，补偿“模拟某传感器特性的电路模块”（以下简称“模拟模块”）的 高频特性。电路结构如图1 所示。 模拟某传感器特性 的电路模块 + - Rf 1 5.1M Cf 14.7pF Vb A 5.1M Rf 2 Cf 24.7pF 10M Rs Vs

5、 正弦波电压 信号发生器 T K 频率补偿电路 Vo TP1 TP2 图 1 电路结构 二、要求 1. 基本要求 (1) 按图 1 所示组装“模拟模块”电路，其中正弦波电压信号发生器可使用普通函数信号发生器。在 开关 K 接 Vs的条件下达到如下要求： Vs为 200Hz、峰峰值为10V 时， “模拟模块”输出Vb 没有明显失真。 以 200Hz 为基准， Vb 的- 3dB 高频截止频率为4.5 kHz 0.5 kHz。 (2) 设计并制作频率补偿电路，使之达到如下要求： 频率为 200Hz 时的电压增益A(200Hz)=|Vo/Vs|=1 0.05 。 以电压增益A(200Hz)为基准，将

6、A(f)=|Vo/Vs| 的- 3dB 高频截止频率扩展到大于50kHz。 以电压增益A(200Hz)为基准，频率035kHz 范围内的电压增益A(f)的波动在 20% 以内。 (3) 在达到基本要求(2)的第、 项指标后， 将开关 K切换到接地端， 输出 Vo 的噪声均方根电压Vn 30 mV。 2. 发挥部分 (1) 在达到基本要求(2)的第项指标后，以电压增益A(200Hz)为基准，将A(f)的- 3dB 高频截止频率 扩展到 100kHz 5kHz 。 (2) 以电压增益A(200Hz)为基准，频率070kHz 范围内的电压增益A(f)的波动在 10% 以内。 (3) 在达到基本要求(

7、2)的第项和发挥部分(1)的指标后， 将开关 K切换到接地端， 输出 Vo的噪声均 方根电压Vn 10 mV。 (4) 其他。 三、说明 1. 根据频带要求，直流特性和外部元件参数，自选“模拟模块”中的运算放大器A，该运放必须为 TI 公司产品。 2. 要求“模拟模块”输出Vb 的- 3dB 高频截止频率为4.5 kHz 0.5 kHz。如果所测高频截止频率6 kHz，则以后项目将不予评测。 3. 根据对高频响应特性的要求，频率补偿电路中插入适当的低通滤波电路可以有效降低输出Vo 的 高频噪声。此外，还应注意输入电路的屏蔽。 4. 在图 1 所示开关K切换到接地端的条件下，在T 端接入图2(a

8、)所示的电路可简化系统频率特性的 测试、调整过程。设定函数信号发生器输出Vt 为频率 500Hz、峰峰值5V 的三角波电压，则输出Vb 的波形应近似为方波脉冲。如果频率补偿电路的参数已调整适当，则输出 Vo的方波脉冲会接近理想 形状。 若高频截止频率为fH=50kHz，则输出的方波脉冲上升时间应为tr 7s；若 fH=100kHz，则 tr 3.5s；tr 的定义如图2(b)所示。应用fH tr 0.35 的原理，可将系统的频率响应特性调整到所要求的 指标。注意：Ci到运放 A 反相输入端的引线应尽量短，以避免引入额外干扰。 Ci 47pF Vt 三角波电压信号 （函数信号发生器） T tr

9、90% 10% 100% 0 (a) (b) 图 2 辅助调试电路及波形定义 4. 要求在 Vb 端和 Vo端预设测试点（TP1、TP2） ，以便于测试时连接示波器探头。 四、评分标准 设计 报告 项目主要内容满分 方案论证 比较与选择 方案描述 3 理论分析与计算 系统传递函数及零、极点分析 频率补偿各部分电路的分析 6 电路设计频率补偿各部分电路的设计6 测试方案与测试结果 测试方法与仪器 测试结果及分析 3 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 2 总分20 基本 要求 实际制作完成情况50 发挥 部分 完成第（ 1）项15 完成第（ 2）项15 完成第（ 3）项

10、15 其他5 总分50 简易直流电子负载（C题） 【专业组】 任务 设计和制作一台恒流（CC ）工作模式的简易直流电子负载。其原理示意图如图1 所示。 控 制 器 恒流电路 电压电流检测 键 盘 与 显 示 被测 电源 设备 - + 功率 器件 直流电子负载 图 1 直流电子负载原理示意图 要求 基本要求 （1） 恒流（ CC ）工作模式的电流设置范围为100mA1000mA ，设置分辨率为10mA，设置精度 为 1%。还要求CC工作模式具有开路设置，相当于设置的电流值为零。 （2） 在恒流（ CC ）工作模式下，当电子负载两端电压变化10V 时，要求输出电流变化的绝对值小 于变化前电流值的1

11、。 （3） 具有过压保护功能，过压阈值电压为18V0.2V。 发挥部分 （1）能实时测量并数字显示电子负载两端的电压，电压测量精度为（0.02%+0.02%FS ） ，分辨力 为 1mV。 （2） 能实时测量并数字显示流过电子负载的电流，电流测量精度为 （0.1%+0.1%FS ） ， 分辨力为1mA。 （3）具有直流稳压电源负载调整率自动测量功能，测量范围为0.1%19.9%，测量精度为1%。为 方便，本题要求被测直流稳压电源的输出电压在10V 以内。 （4）其他。 三、说明： 在恒流（ CC ）模式下，不管电子负载两端电压是否变化，流过电子负载的电流为一个设定的恒定值， 该模式适合用于测试

12、直流稳压电源的调整率，电池放电特性等场合。 直流稳压电源负载调整率是指电源输出电流从零至额定值变化时引起的输出电压变化率。为方便， 本题额定输出电流值设定为1A。 负载调整率的测量过程要求自动完成，即在输入有关参数后，能直接给出电源的负载调整率。 为了方便负载调整率的测量，可以在被测直流稳压电源的输出端串接一个电阻RW，更换不同阻值的 RW，可以改变被测电源的负载调整率。测试示意图如图2 所示。 直流 稳压 电源 直流 电子 负载 RW 被测电源 + _ _ 图 2 负载调整率测试示意图 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 3 理论分析与计算 电子负载及

13、恒流电路的分析 电压、电流的测量及精度分析 电源负载调整率的测试原理 6 电路与程序设计 电路设计 程序设计 6 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 3 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 2 总分20 基本 要求 实际制作完成情况50 发挥 部分 完成第（ 1）项10 完成第（ 2）项 10 完成第（ 3）项20 其他10 总分50 声音定位系统（D题） 【专业组】 一、任务 设计一套声音定位系统。在一块不大于1m2 的平板上贴一张500mm 350mm 的坐标纸， 在其四角外 侧分别固定安装一个声音接收模块，声音接收模块通过导线将

14、声音信号传输到信息处理模块，声音 定位系统根据声响模块通过空气传播到各声音接收模块的声音信号，判定声响模块所在的位置坐标。 系统结构示意图如图1 所示。 图 1 声音定位系统结构示意图 二、要求 1. 基本要求 (1) 设计制作一个声响模块，含信号产生电路、放大电路和微型扬声器等，每按键一次发声一次，声 音信号的基波频率为500Hz 左右，声音持续时间约为1s。要求声响模块采用3V 以下电池供电，功 耗不大于200mW。 (2) 设计制作四路声音接收模块，由麦克风、放大电路等组成，并分别与信息处理模块相连接，以便 将频率为500Hz 左右的信号传送至信息处理模块。 (3) 设计制作一个信息处理

15、模块，要求该模块能根据从声音接收模块传来的信号判断声响模块所在位 置的 x、y 坐标，并以数字形式显示x、y 坐标值，位置坐标值误差的绝对值不大于30mm 。 2. 发挥部分 (1) 改善接收信号的放大电路性能，改进算法，进一步提高定位精度。 (2) 控制声响模块以不间断的连续周期波的形式发出声音信号，其基波频率为500Hz 左右。当声响模 块在坐标纸上移动时，声音定位系统能连续跟踪显示声响模块的x、y 坐标值，随机停止声响模块的 移动，能立即稳定地显示声响模块的x、 y 坐标值，误差的绝对值不大于10mm。 (3) 具有显示声响模块移动轨迹的功能。当声响模块在坐标纸上按指定路径移动时，液晶显

16、示屏能动 态显示声响模块移动的轨迹，显示的轨迹与声响模块移动的路径一致。 (4) 其它。 三、说明 1. 注意预留测量声响模块功耗的电流电压和信号放大电路输出信号的测试点。 2. 采用三个声音接收模块即可实现定位，第四个模块可对定位作进一步校正。 3. 不允许声响模块与其他电路有任何连接，并要求在声响模块上做出明显标记，以便清晰判读模块 所在坐标数值。 4. 声响模块移动轨迹的显示要求采用分辨率不低于12864 的液晶显示屏。 5. 注意声音通过其它传播介质带来的影响。 四、评分标准 设计 报告 项目主要内容满分 系统方案声音定位系统总体方案设计2 理论分析与计算 声响模块分析、计算 声音接收

17、放大器分析、计算 数据处理原理分析、计算 5 电路与程序设计 声响模块电路设计 声音接收放大器电路设计 测量、数据处理电路设计 程序设计及其流程图 8 测试方案与测试结果 测试方法与仪器 测试数据完整性 测试结果分析 3 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 2 总分20 基本 要求 实际制作完成情况50 发挥 部分 完成第（ 1）项12 完成第（ 2）项16 完成第（ 3）项12 其它10 总分50 激光枪自动射击装置（E 题） 【专业组】 一、任务 设计一个能够控制激光枪击发、自动报靶及自动瞄准等功能的电子系统。该系统由激光枪及瞄准机 构、胸环靶、弹着点检测电路组成

18、，其结构示意 见图 1。 二、要求 1基本要求 用激光笔改装激光枪，激光枪可受电路控制发射 激光束，激光束照射于胸环靶上弹着点的光斑直 径 5mm ；激光枪与胸环靶间距离为3m。 图 1 激光枪自动射击装置示意图 激光枪固定在一机构上，可通过键盘控制激光枪的弹着点（用键盘设置激光束在靶纸上上下、左右 移动一定距离） 。 制作弹着点检测电路，通过摄像头识别激光枪投射在胸环靶上的弹着点光斑，并显示弹着点的环数 与方位信息。其中环数包括：10、9、8、7、 6、5、脱靶；方位信息是指弹着点与10 环区域的相对 位置，包括：中心、正上、正下、正左、正右、左上、左下、右上、右下。详见图2-b。 2发挥部

19、分 在图形点阵显示器上显示胸环靶的相应图形，并闪烁显示弹着点。 自动控制激光枪，在15 秒内将激光束光斑从胸环靶上的指定位置迅速瞄准并击中靶心（即10 环区 域） 。 可根据任意设定的环数，控制激光枪瞄准击中胸环靶上相应位置。 其他 2-a 胸环靶尺寸2-b 胸环靶环数及方位信息示意 图 2 胸环靶示意图 三、说明 激光枪可以由市场上的激光笔改造，由电路控制击发；每次击发使光斑维持35s 时间，但此期间 不得移动光斑。 可采用步进电机、舵机或直流电机等机构对激光枪进行两维控制，以实现瞄准。激光枪及相关机构 可由支架支撑。 胸环靶是在不反光的白纸画有一组相距5cm 的同心圆 (线宽不超过1mm)

20、，最内圆环直径10cm， 圆环 内为 10 环区域，从最内环至最外环间分别为9、8、7、6、5 环区域，最外环外为脱靶。胸环靶上不 允许设置摄像头以外的传感器。 当激光枪的弹着点落在胸环靶的环线上时，报靶时采取就高不就低的原则。例如，弹着点在8 环与 9 环之间的环线上时，则认为是9 环。 在不影响靶纸上圆环线的前提下，允许在靶纸上做标记。 在完成发挥部分要求时，在正式击发前允许进行1-2 次试射；但试射次数越少越好。 不限制摄像头及弹着点检测电路的安装位置，但应方便搬运与快速安装。 测试时自带胸环靶纸，测试评审现场可提供粘贴胸环靶的支架。 四、评分标准 设 计 报 告 项目主要内容分数 系统

21、方案 比较与选择 方案描述 4 理论分析与计算 激光枪自动控制原理分析、计算 弹着点检测原理分析、计算 6 电路与程序设计 电路设计 程序设计 4 测试方案与测试结果 测试方案及测试条件 测试结果及其完整性 测试结果分析 3 设计报告结构及规范性 摘要 设计报告结构、版面 图表的规范性 3 总分20 基本 要求 实际制作完成情况50 发挥 部分 完成第（ 1）项 5 完成第（ 2）项20 完成第（ 3）项15 完成第（ 4）项10 总分50 题目 A：LM386 音频助唱电路 【非专业组】 一、任务 自制作一个基于LM386 的音频助唱电路。 二、作品说明 本电路还增加了将来模电学习中的单级放

22、大电路，组成的简单话筒又能增加制作的趣味！Mic 采集到的微弱声音经V1 组成的放大电路放大后再经LM386 放大后输入耳机;从 J3 输入歌曲或伴奏, 由耳机监听，便成了一款不错的助唱设计！ 三、作品原理图 四、说明（重要） J1为供电端口，其供电412V均可，可采用 USB供电；J2为耳机输出插口，其实物 如下图 : 本电路是基于LM386 的音频放大电路。LM386 是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内 链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录 音机和收音机之中。 J3为外部音频输入 (如 MP3 等),为了方便输入 ,也可采用同 J2

23、相同的那种端口； Mic 为驻极式话筒！ 五、元器件清单 CommentDesignatorQuantity 470ufC11 10ufC2, C42 1ufC3, C5, C8, C104 330ufC61 103C71 473C91 LED_RD11 LM386IC11 CON2 端口J1, J32 3.5mm音频输出口J21 Mic 驻极式话筒MK11 1.2kR11 4.7kR2, R3, R5, R6, R8, R106 220kR41 220R71 10R91 15kR11, R132 470R121 50KRP1, RP22 c9014V11 题目 B：基于 51 单片机的简单电

24、路 【非专业组】 一、任务 设计制作一个基于51 单片机的最小系统和流水灯程序。 二、要求 1.基本部分： 1)使用 51 单片机做为核心部件（最小系统制作自行查找相关资料）。外接8 个 LED ，注 意加限流电阻。 2)编写程序使LED从右向左依次点亮，不断循环。 3)使用 5V 直流供电。 4)预留程序下载端口，方便下载C 语言程序。 5)将单片机40 个引脚全部引出，方便其他应用 6)增加一个上电显示的发光二极管。 2.发挥部分： 1)按下按键， LED从左向右依次点亮，不断循环。 2)按下按键， LED呈现不同类型的闪烁效果。 3)适当增加LED的个数，将 LED摆布成合适图案，设计程

25、序使其闪烁。要求有一定的艺 术效果。 4)适当增加按键（两个以上）按下不同按键后，可显示不同闪烁图案。 题目 C：简易无线发射调频话筒 【非专业组】 一、任务 根据电路原理图，制作一个简易无线发射话筒，可用收音机接收无线信号。 二、电路原理图 下面的就是调频无线话筒的电路图，电路非常简洁，没有多余的器件。高频三极管V1 和电容 C3、C5、C6 组成一个电容三点式的振荡器，对于初学者我们暂时不要去琢磨电容 三点式的具体工作原理，我们只要知道这种电路结构就是一个高频振荡器就可以。三极管 集电极的负载C4、L 组成一个谐振器，谐振频率就是调频话筒的发射频率，根据图中元件 的参数发射频率可以在881

26、08MHZ 之间，正好覆盖调频收音机的接收频率，通过调整L 的数值（拉伸或者压缩线圈L）可以方便地改变发射频率，避开调频电台。发射信号通过 C7 耦合到天线上再发射出去。 三、DXP下的电路原理图 四、说明 原理图中音频接口可用排针代替，拨动开关可短接，注意交叉线是否有节点 五、作品实物图： （接收用到的收音机， 即一般考试时用到的收音机，作品验收时使用， 不需要专程购买， 验收时可自带） 调试时加上电源，将音频信号输入，用收音机接收即可（收音机距离小于10 米时电路板可不接 发射天线，效果一样） 。 话筒采集声音信号的强度会很弱，所以可以加“话放电路”放大声音信号来改进电路！ “话放电路”请自行设计或查找。（此为发挥部分，自行查找相关资料） 六、 元件清单 电阻： 10k*1 , 2.7k*1, 68k*1, 27k*1, 100*1, 680*1. 电容： 4.7u*1 ，1u*1 ，102*1，101*1 ，18p， 6.2p*1 ，47p*1，103*1 ，100u*1 。 发光二极管：一个。二极管 IN4148：两个 . 拨动开关：两个。驻极话筒： 1 个。 音频接口： 1 个。铜线 5 厘米做电感用（一般绕6 圈，线圈直径约0.5cm） 。