原创 2007年电子设计大赛题目

音频信号分析仪（A题）<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

【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。

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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<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />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±0.5 cm（可用直径6.6 cm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8 div×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、100 ns/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≥1 MW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f_c在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2f_c处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, R_L=1kW。

（3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率f_c在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，0.5f_c处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, R_L=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U_O可调范围：30V～36V；

（2） 最大输出电流I_Omax：2A；

（3） U₂从15V变到21V时，电压调整率S_U≤2%（I_O=2A）；

（4） I_O从0变到2A时，负载调整率S_I≤5%（U₂=18V）；

（5） 输出噪声纹波电压峰-峰值U_OPP≤1V（U₂=18V,U_O=36V,I_O=2A）；

（6） DC-DC变换器的效率≥70%（U₂=18V,U_O=36V,I_O=2A）；

（7） 具有过流保护功能，动作电流I_O（th）=2.5±0.2A；

2．发挥部分

（1） 进一步提高电压调整率，使S_U≤0.2%（I_O=2A）；

（2） 进一步提高负载调整率，使S_I≤0.5%（U₂=18V）；

（3） 进一步提高效率，使≥85%（U₂=18V,U_O=36V,I_O=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。

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V_opp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V_opp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f_c在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2f_c处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,R_L=1kW。

（3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率f_c在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，0.5f_c处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, R_L=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，配重物体位置可调范围不小于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（配重物体位置不限制），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。