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2014年电子大赛初选测试题


安徽师范大学物理与电子信息学院 2014 年安徽省大学生电子设计大赛 初选测试题
在初赛非制作实物的任务中,重点考察: 1. 2. 3. 学生对系统的功能分析和模块划分能力。 学生对相关资料搜集和整理能力。 学生对工具软件的使用能力(包括编程软件,电子电路仿真,

PCB 制作能力) 。报告中要求能具备对系统进行功能分解、功能模块 设计(原理图和 P

CB) 、原理说明、仿真分析等。 系统功能不要求全部完成,但应尽可能地发挥,以便脱颖而出。 要求: 1. 每队只选做其中一项。 2. 时间: 2014 年 5 月 24 日——5 月 31 日。 3. 形式:电子档发给陶文海老师( taowenhai7303@aliyun.com) ;

做好汇报(最好是 PPT)和答辩的准备工作(时间另行通知) 。

1
一、任务

实用音频放大器

设计并制作低频功率放大器。其原理示意图如下: 、

二、要求 1.基本要求 (1)在放大通道的正弦信号输入电压幅度为(5~700)mVpp,采用双电源供电, 不大于±20V;等效负载电阻 RL 为 8Ω 下,放大器应满足: (功率放大部分单独 供电) ① . 最大不失真输出功率 POR≥15W; (失真度小于 5%) ② . 带宽 BW≥(40~20000)Hz; (功放部分) ③ . 在 POR 下的效率≥50%;④在前置放大级输入端交流短接到地时,RL=8Ω 上的 交流声 VPP≤400mV。 ⑤. 前置放大器具有低音、中音、高音调节功能。 ⑥. 具有音量调节功能。 (前置放大器只能用常规运放或三极管不得采用专用前置集成电路、 功放部 分只采用分立元件不得采用专用集成功放) 2.发挥部分 ① . 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,控制等 级不小于 8 级。 ② . 制作四路音源选择电路,用轻触开关(单只或四只)实现音源转换。 ③ . 功能显示:音源选择显示,音量等级显示。 ④.自制放大器所需的电源(电源变压器可购成品) 。 ⑤. 其它。

2 程控滤波器
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。
测试端子

信号输入

放大器

滤波器

信号输出

RL 参数设置 参数设置

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 fc 在 1kHz~20kHz 范围内 可调, 调节的频率步进为 1kHz, 2fc 处放大器与滤波器的总电压增益不大于 30dB, RL=1k?。 (3)滤波器可设置为高通滤波器,其-3dB 截止频率 fc 在 1kHz~20kHz 范围内 可调,调节的频率步进为 1kHz,0.5fc 处放大器与滤波器的总电压增益不大于 30dB, RL=1k?。 (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。 三、说明 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。 四、评分标准 项 目 满分 系统方案 15 理论分析与计算 15 设计 电路与程序设计 5 报告 测试方案与测试结果 10 设计报告结构及规范性 5

总分 基本 要求 发挥 部分 实际制作完成情况 完成第(1)项 完成第(2)项 完成第(3)项 其他 总分

50 50 14 16 15 5 50

3 触摸控制式线性直流稳压电源
一、任务
设计一个直流稳压电源,用触摸的方式调节输出电压值。

二、要求:采用 220V 市电供电
1、基本要求 (1)输出电压 1.25V~6V; (2)用手触摸实现电压增减调节,电压步进 0.2V; (3)纹波<10mV,输出电流不小于 1A; (4)显示输出电压; (5)具有过载保护功能,负载恢复后可自动恢复; 2、发挥部分 (1)扩展输出电压为 0~15V; (2)电压步进 0.05V; (3)扩展最大输出电流至 3A; (4)显示输出电流,过载电流可分 6 档设定; (5)其它;

4 三相正弦波变频电源
一、任务 设计并制作一个三相正弦波变频电源,输出线电压有效值为 36V,最大负载电流 有效值为 3A,负载为三相对称阻性负载(Y 接法)。变频电源框图如下图所示。
220VAC

隔离 变压器

整流

逆变

三相 负载

控制器

二、要求 1、基本要求 (1)输出频率范围为 20Hz~100Hz 的三相对称交流电,各相电压有效值之差小 于 0.5V; (2)输出电压波形应尽量接近正弦波,用示波器观察无明显失真; (3)当输入电压为 198V~242V,负载电流有效值为 0.5~3A 时,输出线电压 有效值应保持在 36V,误差的绝对值小于 5%; (4)具有过流保护(输出电流有效值达 3.6A 时动作)、负载缺相保护及负载不对 称保护(三相电流中任意两相电流之差大于 0.5A 时动作)功能,保护时自动切断 输入交流电源。 2、发挥部分 (1)当输入电压为 198V~242V,负载电流有效值为 0.5~3A 时,输出线电压 有效值应保持在 36V,误差的绝对值小于 1%; (2)设计制作具有测量、显示该变频电源输出电压、电流、频率和功率的电路, 测量误差的绝对值小于 5%; (3)变频电源输出频率在 50Hz 以上时,输出相电压的失真度小于 5%; (4)其他。 三、评分标准 项 目 满分 设计与总结报告:方案比较、设计与论证,理论分析与计算,电路图 50 及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析 基本要求 实际完成情况 50 完成第(1)项 10 完成第(2)项 24 发挥部分 完成第(3)项 11 其它 5 四、说明 1、在调试过程中,要注意安全; 2、不能使用产生 SPWM(正弦波脉宽调制)波形的专用芯片; 3、必要时,可以在隔离变压器前使用自耦变压器调整输入电压,可用三相电阻 箱模拟负载; 4、测量失真度时,应注意输入信号的衰减以及与失真度仪的隔离等问题;

5、输出功率可通过电流、电压的测量值计算。

5 直流电子负载
一、任务 电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。设计和制作一台电子负 载,有恒流和恒压两种模式,可手动切换。恒流方式时要求不论输入电压如何变 化(在一定范围内) ,流过该电子负载的电流恒定,且电流值可设定。工作于恒 压方式时,电子负载端电压保持恒定,且可设定,流入电子负载的电流随被测直 流电源的电压变化而变化。 二、要求 1.基本要求 (1)负载工作模式:恒压 (CV)、恒流 (CC)两种模式可选择。 (2)电压设置及读出范围:1.00 V~ 20.0 V。 (3)电流设置及读出范围:100 mA ~ 3.00 A。 (4)显示分辨力及误差:至少具有三位数,相对误差小于 5%。 2.发挥部分 (1)增加恒阻(CR)模式。 (2)扩大负载参数的设置及读出范围。 (3)具备自动过载保护设计。 (4)其它。 三、说明 (1)负载参数可调节设置,人工预置或数字程控皆可。 (2)负载参数可数字化显示,两种负载参数(CV、CC)同时显示。 (3)实现原理可参考下图。

电压显示

电流显示

电压检测

负载输入

电压设置

电压比较 功率控制

电流检测 电流设置 电流比较

负载输出

四、评分标准 项 目 总体方案论证 理论分析与计算 电路与程序设计 设计报告 测试方案与测试结果

设计报告结构及规范性 小计 基本要求 实际制作完成情况 完成第(1)项 完成第(2)项 发挥部分 完成第(3)项 其他 小计 总分

主要内容 总体方案描述和方案选择 恒压恒流原理 比较和检测电路设计 功率控制方法 总体电路图 工作流程图 调试方法与仪器 测试数据完整性 测试结果分析 摘要 设计报告正文的结构 图表的规范性

满分 5 10 6 5

4 30 50 20 10 10 10 50 130

6 脉冲信号参数测试仪
一、任务
设计制作一个脉冲信号测试仪,可以测量脉冲信号的幅值、频率、周期、占 空比、上升和下降时间等参数。
脉冲 信号 峰值检测 比较器 微处理器 D/A 键盘电路 A/D

显示 电路

二、要求
1.基本功能 (1)脉冲信号幅值范围为:0.2VP~5VP,测量精度≤±2%; (2)脉冲信号频率范围为:1Hz~100KHz;频率测量精度≤±0.1%,周期测量精 度≤±0.1% (3)占空比测量范围为:10%~90%,测量误差≤10%; (4)比较电平设置范围:0.2V~5V,步进小于 0.2V; (5)上升时间和下降时间测量范围为 1us~1ms,测量误差≤1us; 2.发挥部分 (1)脉冲信号频率范围为:1Hz~500KHz;频率测量精度≤±0.01%,周期测量精 度≤±0.01%; (2)占空比测量范围为:5%~95%,测量误差≤5%; (3)上升时间和下降时间测量范围为 20ns~1ms,测量误差≤20ns; (4)其它。

三、说明
(1)脉冲信号为单极性信号,在测试过程中可以用三角波为被测脉冲信号;

7 波形发生器
一、任务 设计能产生三角波、方波、正弦波等波形函数信号发生器,波形的频率可用 程序控制改变。采用 STC89C52 单片机主控制器,加上外围器件和键盘,通过键 盘控制波形频率的增减以及波形的选择,并用 LED 显示频率大小。在单片机的 输出端口接 DAC0832 进行 DA 转换,再通进行滤波放大电路输出波形。

二、要求 1.基本要求 (1)具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。 (2)用键盘输入编辑生成上述三种波形(同周期)的线性组合波形,以及 由基波及其谐波(5 次以下)线性组合的波形。 (3)具有波形存储功能。 (4)输出波形的频率范围为 100Hz~20kHz(非正弦波频率按 10 次谐波计 算) ;重复频率可调,频率步进间隔≤100Hz。 (5)输出波形幅度范围 0~5V(峰-峰值) ,可按步进 0.1V(峰-峰值)调整。 (6)具有显示输出波形的类型、重复频率(周期)和幅度的功能。 2.发挥部分 (1)输出波形频率范围扩展至 100Hz~200kHz。 (2)用键盘或其他输入装置产生任意波形。 (3)增加稳幅输出功能,当负载变化时,输出电压幅度变化不大于± 3%(负 载电阻变化范围:100Ω~∞) 。 (4)具有掉电存储功能,可存储掉电前用户编辑的波形和设置。 (5)可产生单次或多次(1000 次以下)特定波形(如产生 1 个半周期三角 波输出) 。 (6)其它(如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展>200kHz、扫频输出 等功能) 。 三、评分标准 项 目 满分 设计与总结报告: 方案比较、 设计与论证, 理论分析与计算, 电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试 50 结果分析。 实际制作完成情况 完成第(1)项 发挥部分 完成第(2)项 完成第(3)项 50 10 10 10

基本要求

完成第(4)项 完成第(5)项 完成第(6)项

5 5 10

8 简易混合信号示波器
一、任务 设计并制作一台简易混合信号示波器(MSO) ,其组成框图如图 1 所 示:

模拟通道 模拟信号 输入调理 8 存储、处理 与控制系统 4 数字信号 发生器 4 数字信号 混合信号 波形显示 ADC

触发电路

信号采集

数字通道

图 1 简易混合信号示波器框图

二、要求 1.基本要求 (1)被测信号要求: 类型:正弦波; 频率:100Hz≤f≤500KHz; 幅度(峰峰值) :0.1V≤Vp-p≤10V。 (2)仪器能对被测信号进行采集、存储与显示,显示波形无明显失真,显示信 号幅度无明显变化。 (3) 垂直灵敏度分为 0.05V/div、 0.5V/div、 1V/div 和 2V/div 共四档 (手动调整) ; 触发方式为自动;电压误差≤5%。 (4)水平显示分辨率≥20 点/ div,设置 1ms/div、0.1ms /div、10μs /div、1μs /div 共四档扫描速度(手动调整) 。 (5)输字信号发生器循环输出 4 路数字信号,其波特率为 10Mb/s,码长为 16 位,码型有加计数、减计数两种固定码型。 (6)在示波器同一液晶屏上显示输出信号的码型示意波形。 2.发挥部分 (1)增加垂直灵敏度档位,使被测信号幅度达到:0.05V≤Vp-p≤20V。 (2)增加扫描速度挡位,使被测信号频率达到:10Hz≤f≤5MHz。

(3)信号发生器的码率可变(10Mb/s,20Mb/s,30Mb/s),通过键盘能任意设置 码型,并输出相应波特率和码型的 4 路数字信号。 三、说明 1. 示波器所测试的模拟信号和数字信号应同时显示在同一液晶屏上。 2. 不限制数字信号发生器输出信号的逻辑电平。 四、评分标准 项目 基本内容 设计报告结构 设计报告 设计报告格式 设计报告正文 小计 基本要求 实际制作完成情况 完成第(1)项 完成第(2)项 发挥部分 完成第(3)项 其他 小计 总分 分数 4 2 14 20 50 15 15 15 5 50 120

9
一、任务

简易光控智能小车

设计并制作一个光控智能小车,小车能通过光引导自动从出发区走到车库。

二、要求 1.基本要求 (1)电动小车在出发区(车体不能超出出发区,按起动键后不能对小车进 行操作) ,能自动把车头对准光源,对准后发出声或光提示,并且停 15 秒钟; (2)完成基本要求(1)后,小车自动起动,小车能通过光引导自动从出发 区走到车库; (3)电动小车在行驶过程中遇到 A、B、C 线分别发出声或光提示; (4)电动小车在行驶过程中任何部位不能超出场地; (5)电动小车从出发区出发到车库停车的时间不超过 90 秒; 2.发挥部分 (1)电动小车能预装 2 枚一元的硬币; (2)在基本要求(1)停车的 15 秒钟内能识别光源发出的指令信号(指令 信号见说明) ,接收到指令后发出声或光提示; (3)接收到指令一信号,小车行驶到 A 线上时停车 5 秒; (4)接收到指令二信号,小车行驶到 A 线上时停车 5 秒,并且在线上放下 一枚硬币; (5)接收到指令三信号,小车行驶到 B 线上时停车 5 秒,并且线上放下一 枚硬币; (6)到达车库并且在车库中心放下一枚硬币,小车停在车库中停车后发出 声或光提示; (7)其他。

三、 说明 1、场地大小为 200cm*100cm,在地面上铺设白纸,可用两张 A0 纸制作。 2、场地的 A、B、C 线宽度 1.5-2cm,可以涂墨或粘黑色胶带。示意图中的和 尺寸标注线不要绘制在白纸上,出发区、边框和车库用签字笔细线标注。 3、 光源用 50w 的白炽灯作为引导和发信号光源, 光源在不发信号时保持常亮, 光源发光点离地面 20cm。 4、手动控制 50w 白炽灯开关使等产生亮灭信号,信号只在基本要求(1)停 15 秒时间内发一次信号;信号一:在 3 秒内灭一次;信号二:在 3 秒内灭 两次;信号三:在 3 秒内灭三次; 5、电动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≤25cm,宽度≤20cm。 6、要求在电动车顶部明显标出电动车的中心点位置,即横向与纵向两条中心 线的交点。 7、电动车在出发区内的起动位置和方向由测评专家指定。

10 坦克打靶
一、任务 设计并制作一个可以寻迹的简易坦克车, 并在其上安装由电动机驱动的可以 自由旋转的炮塔,在炮塔上安装激光笔以代替火炮。 本题的任务是控制坦克沿靶场中预先设置的轨迹,快速寻迹行进,并同时以 光电方式瞄准光靶,实现激光打靶。 本题仅考核在水平面上跟踪轨迹的精确性、 在水平面上打靶的精确性以及完 成任务的速度。 靶场如图 1 所示(测试现场不得自带靶场,光靶刻度板可以自带) :
位置测试时临时定 光靶刻度板
正 立 面

25cm

检测刻度线

光源

光靶中心线 间距 1.5m

水 平 面

靶场

引导轨迹例子 炮击点 1.5m

起点 终点 4m

图1 二、要求 1.基本要求

靶场及光靶示意图

(1)要求坦克从起点出发,沿引导轨迹快速到达终点。坦克上应自行标示

一醒目的检测基准。在寻迹跟踪的全过程中,其检测基准偏离引导轨迹边缘距离 应≤2cm,一旦不满足该要求,坦克应自动给出声光报警;同时全程行驶时间不 能大于 60 s,时间越短越好。行驶时间达到 60 s 时,必须立即自动停车并停止 炮击的动作并给予声光报警。 (2) 在引导轨迹适当位置设置有 4 条 “炮击点” 黑色短线, 坦克检测到 “炮 击点”黑色短线时需立即发出声光指示信息,并停车,在检测到“炮击点”标志 1s 内瞄准炮击。炮击全过程必须以激光指示弹着点并伴随声光指示,持续时间 ≥2s,以便确切检测激光炮击点刻度位置,记录该过程中最大偏差值。 2.发挥部分 完成本部份,炮塔增加不少于 250g 的转动惯量配重,低于 220g 发挥部分 不测试。 (1)全程行驶时间不能大于 40 s,其余要求同“基本要求”第(1)条。 (2)坦克在行进过程中可以动态瞄准目标,当检测到“炮击点”黑色短线 时立即炮击。炮击过程必须伴随声光指示,时间持续 2s。炮击过程中不能停车, 也不允许有明显降低坦克行进速度的情况发生,全程行驶时间不能大于 40 s。 (3)坦克每瞄准炮击一次,炮塔应自动复位,当检测到“炮击点”标志时 需在 2s 内瞄准炮击且不允许停车,全程行驶时间不能大于 60 s。其余要求同发 挥部分第(2)条。复位位置为火炮指向车头正前方位置,自动复位到位应当有 声光指示信息。 (4)其它。 三、说明 1.在白纸上绘制或粘贴引导轨迹。 2.引导轨迹宽度 2cm,可以涂墨或粘黑色胶带,引导轨迹形状在竞赛时临 时指定。轨迹曲率半径不小于 30 cm。 “炮击点”黑色短线长 35cm。 3.坦克行进及打靶不允许采用人工遥控,坦克外围尺寸:长度≤35cm,宽 度≤25cm;坦克采用电池供电。竞赛测试过程中允许自带多套备用电池。 4.炮塔电机体积不大于 5×5×5cm3。 5.配重体轴向厚度不大于 2 cm,并便于取下称量检查。 6.光靶采用电压 12V、功率≤15W 的小汽车灯泡,灯泡中心距地面 25cm。 竞赛时可以自备。

7.光靶刻度板长约 50cm,每间隔 1cm 刻一条竖线,光靶中心线两侧各 25 条。每 5 条做一标记,如 1、5、10、15、20、25。炮击点规定在灯泡以下便于 观察位置。 8.发挥部分中的“其它”项指与本题目密切相关的内容。 四、评分标准 项目 主要内容 报告内容: (1)方案比较、设计与论证; (2)理论分析与计算; (3)电路图及有关设计文件; (4)测试方法与仪器,测试数据及测试结果分 析。 完成第(1)项 完成第(2)项 完成第(1)项 完成第(2)项 发挥部分(50 分) 完成第(3)项 其它 17 8 25 25 10 15 满分

设计报告 (本科 30 分)

基本要求(50 分)

11 电动车跷跷板
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

mm 1600
90 C

B

m 400m m 200m

A

配重物体

图1 起始状态示意图

800mm A
90

C 70mm

B

dA

图2 平衡状态示意图

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:

dB

(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;

A
电动车

(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。 三、说明 (1)跷跷板长 1600mm、宽 300mm,为便于携带也可将跷跷板制成折叠形式。 (2)跷跷板中心固定在直径不大于 50mm 的半圆轴上,轴两端支撑在支架上, 并保证与支架圆滑接触,能灵活转动。 (3)测试中,使用参赛队自制的跷跷板装置。 (4)允许在跷跷板和地面上采取引导措施,但不得影响跷跷板面和地面平整。 ( 5 )电动车 ( 含加在车体上的其它装置 ) 外形尺寸规定为:长≤ 300mm ,宽≤ 200mm。 (6)平衡的定义为 A、B 两端与地面的距离差 d=∣dA-dB∣不大于 40mm。 (7)整个行程约为 1600mm 减去车长。 (8)测试过程中不允许人为控制电动车运动。 (9)基本要求(2)不能完成时,可以跳过,但不能得分;发挥部分(1)不能 完成时,可以直接从(2)项开始,但是(1)项不得分。 四、评分标准 项 目 主要内容 分数 实现方法 方案论证 系统方案 12 系统设计 结构框图 设计 测量与控制方法 理论分析与计算 13 报告 理论计算 检测与驱动电路设计 电路与程序设计 总体电路图 12 软件设计与工作流程图 创新发挥 结果分析 8 结果分析

30 0m m

B

图3 自动驶上跷跷板示意图

300mm

90°

设计报告结构 及规范性 总分 基本 要求 实际制作完成情况 完成第(1)项 完成第(2)项 完成第(3)项 完成第(4)项 其他 总分

摘要 设计报告结构 图表的规范性

5 50 50 10 15 10 5 10 50

发挥 部分

12 水温控制系统
一、任务
设计并制作一个水温自动控制系统,控制对象为 1 升水,容器为搪瓷器皿。 水温可以在一定范围内设定,并能实现在 10℃—70℃量程范围内对每一点温度 的自动控制,以保持设定的温度基本保持不变。

二、要求
1. 基本要求 (1)可键盘设定控制温度值,并能用液晶显示,显示最小区分度为 0.1℃; (2)可以测量并显示水的实际温度,实现温度数据的连续显示曲线。温度测量 误差在± 0.5 ℃内; (3)水温控制系统应具有全量程(10℃—70℃)内的升温、降温功能(降温可 用半导体制冷片、升温用 800W 以内的电加热器) ; (4)在全量程内任意设定一个温度值(例如起始温度± 15℃内) ,控制系统可以 实现该给定温度的恒值自动控制。控制的最大动态误差≤±4℃,静态误差 ≤±1℃,系统达到稳态的时间≤15min(最少两个波动周期) 。 2. 发挥部分 (1)当设定温度突变(温度变化± 20℃)时,控制的最大动态误差≤±2℃,系统 达到稳态的时间≤8min(最少两个波动周期) ; (2)温度控制的静态误差≤± 0.2℃(在最小稳态时间内) ; (3)在设定温度发生突变(温度变化± 20℃)时,用液晶屏显示水温随时间变化 的实时曲线(最少显示两个波动周期) ; (4)其他。

三、说明
(1)允许使用单片机最小系统; (2)升温和降温驱动电路自行设计制作,不允许使用成品模块; (3)电路制作注意节能低功耗; (4)为了测试的方便,测量水温时要求在容器内自行给定一个位置,测试时放 置玻璃水银温度计,作为标准温度计; (5)避免测试过程出现烧伤现象,注意做好保护措施。

四、评分标准

项 系统方案



应包括的主要内容 比较与选择 方案描述 温度控制算法 控制误差 温度控制速度

分数 4

理论分析与计算

10

设计 报告

电路与程序设计 测试方案与测试结果

电路设计 程序设计 测试方案及测试条件 测试结果完整性 测试结果分析

6

5

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 5 30 5 5 10 30 50 20 10 15 5 50

总分 完成第(1)项 基本 要求 完成第(2)项 完成第(3)项 完成第(4)项 总分 完成第(1)项 发挥 部分 完成第(2)项 完成第(3)项 特色与创新:增加远程遥控测量功能,遥测遥控距离>10 米。 总分

13 无线通信信号分析与测量装置
一、 任务
设计并制作一个能接收、分析、记录和显示无线电信号特征的通信信号分析 与测量装置。其原理示意图如下:

二、要求
1、基本要求 (1) 信号分析装置能从高频信号发生器获取信号,并自动扫描、捕捉、分析 和识别通信信号,载波工作频率范围:15MHz~25MHz; (2) 自动测量通信信号的输入信号载波频率,测量值的准确度优于 5%; (3) 自动判别射频信号的调制方式: 无调制载波信号、 AM、 FM、 ASK、 FSK; (4) 用液晶屏显示(2)和(3)要求的各项参数; (5) 正常识别条件下,接收机灵敏度≤1mV; (6) 高频放大器输入阻抗为 50Ω。 2、发挥部分 (1) 装置正常工作时,接收机灵敏度优于 100?V,载波频率测量值的准确度 优于 1%; (2) 具有键控预置和自动扫描测量通信信号功能,并能够存储、查询测量结 果(以时间先后排序,保存不少于 5 组数据) ; (3) 设计制作一个中心频率为 20MHz 的高频功率放大器,与输岀电阻为 50Ω、输岀电压 VP≤300mV 的高频信号发生器组成发射机。发射机的负 载为 50Ω 鞭状天线,天线长度不大于1m。要求高频功率放大器的输 岀功率≤20mW(在负载电阻 50Ω 上), 效率≥40%,在天线间距离≥1m 时能实现与接收机的无线正常通信,能够完成基本要求(2)和(3) ; (4) 扩展信号载波频率范围至 15MHz~35MHz; (5) 其他。

三、说明

1. 中频频率自选; 2. 可选用接收机专用集成电路自行设计与装调,不允许用成品接收机; 3. 为便于测量电路的性能指标,应留出相关的测量端口; 4. 高频放大器用特性阻抗为 50Ω 的插座作为信号输入端,高频信号源的输 出电阻为 50Ω,输出端口为通用标准插座。测试时需自备,信号源至高频放大器 的电缆线及标准插头(50Ω) ; 5. AM 波调制信号频率 0.5~1kHz, 调幅度为 0.3; FM 波调制信号频率 0.5~ 1kHz, 最大频偏 20kHz;ASK 波的码元速率为 0.5~1kHz;FSK 波的码元速率为 0.5~1kHz, 两载频差为 0.1MHz; 6. 测试前应完成整机调整, 测试中不允许对整机进行任何手动调节以及软件 更改。分析与识别结果应在显示屏上正确显示。 7.

四、评分标准
项 目 满分 30 50 6 10 20 8 6 50 设计与总结报告:方案比较、设计与论证,理论分析与 计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试 数据及测试结果分析 实际完成情况 完成第(1)项 完成第(2)项 发挥部分 完成第(3)项 完成第(4)项 完成第(5)项 合计

基本要求

14 无线环境监测模拟装置
一、任务 设计并制作一个无线环境监测模拟装置,实现对周边温度和光照信息的探 测。该装置由 1 个监测终端和不多于 255 个探测节点组成(实际制作 2 个) 。监 测终端和探测节点均含一套无线收发电路,要求具有无线传输数据功能,收发共 用一个天线。 二、要求 1.基本要求 (1)制作 2 个探测节点。探测节点有编号预置功能,编码预置范围为 00000001B~11111111B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。 温度测量范围为 0℃~100℃,绝对误差小于 2℃;光照信息仅要求测 量光的有无。探测节点采用两节 1.5V 干电池串联,单电源供电。 (2)制作 1 个监测终端,用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图 1 所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信,并能显示当前能够 通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。
探测 D 监测 终端 探测 节点 B 节点 A

图 1 探测节点分布示意图

(3)无线环境监测模拟装置的探测时延不大于 5s,监测终端天线与探测节 点天线的距离 D 不小于 10cm。在 0~10cm 距离内,各探测节点与监测 终端应能正常通信。 2.发挥部分 (1) 每个探测节点增加信息的转发功能, 节点转发功能示意图如图 2 所示。 即探测节点 B 的探测信息,能自动通过探测节点 A 转发,以增加监测 终端与节点 B 之间的探测距离 D+D1。该转发功能应自动识别完成,无 需手动设置,且探测节点 A、B 可以互换位置。

D D1

监测 终端

探测 节点 A 图 2 节点转发功能示意图

探测 节点 B

(2)在监测终端电源供给功率≤1W,无线环境监测模拟装置探测时延不大 于 5s 的条件下,使探测距离 D+D1 达到 50cm。 (3)尽量降低各探测节点的功耗,以延长干电池的供电时间。各探测节点 应预留干电池供电电流的测试端子。 (4)其他。 三、说明 1.监测终端和探测节点所用天线为圆形空芯线圈,用直径不大于 1mm 的漆 包线或有绝缘外皮的导线密绕 5 圈制成。 线圈直径为 (3.4±0.3) cm (可 用一号电池作骨架) 。天线线圈间的介质为空气。无线传输载波频率低 于 30MHz,调制方式自定。监测终端和探测节点不得使用除规定天线外 的其他耦合方式。 无线收发电路需自制,不得采用无线收、发成品模块。 光照有无的变化,采用遮挡光电传感器的方法实现。 2.发挥部分须在基本要求的探测时延和探测距离达到要求的前提下实现。 3. 测试各探测节点的功耗采用图 2 所示的节点分布图, 保持距离 D+D1=50cm, 通过测量探测节点 A 干电池供电电流来估计功耗。 电流测试电路见图 3。 图中电容 C 为滤波电容,电流表采用 3 位半数字万用表直流电流档,读 正常工作时的最大显示值。如果 D+D1 达不到 50cm,此项目不进行测试。

图 3 节点电流测试电路

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、重要的源程序用附件给出。

四、评分标准 项 系统方案 目 主要内容 无线环境监测模拟装置总体方案设计 满分 4 6

设计 报告

发射电路分析 接收电路分析 理论分析与计算 通信协议分析 发射电路设计计算 接收电路设计计算 电路与程序设计 总体电路图 工作流程图 测 试 方 案 与 测 试 结 调试方法与仪器 测试数据完整性 果 测试结果分析 设 计 报 告 结 构 及 规 摘要 设计报告正文的结构 范性 图表的规范性 总分

9

6

5 30 50 20 15 10 5 50

基本 要求

实际制作完成情况 完成第(1)项

发挥 部分

完成第(2)项 完成第(3)项 其他 总分

15 发射机电路
设计并制作一简易发射机电路。示意图如图1 所示。

一、基本部分 (1) 采用锁相、DDS等技术设计并制作调幅信号源(调制信号外加,其频率 为100kHz)。 a.输出波形(载波、包络)无明显失真; b.载波频率:13.6MHz; c.载波频率准确度:1×10-3; d.载波频率稳定度:1×10-3; e.已调波输出电压幅度:VP-P=1V±0.2V; f.调制系数:mA=30%。 (2) 采用功率合成技术设计并制作13.6MHz 高效高频功率放大器。 a.输出波形对称且无明显失真; b.-3dB 带宽:500kHz ± 50 kHz; c.输出功率:在单电源12V 时,50 负载电阻上的输出功率≥40 mW; d.功率放大器的效率:≥30%。 二、发挥部分: (1) 提高功率放大器的输出功率和效率:50 纯阻负载时输出功率≥60mW,效 率≥50%。 (2) 在不改变参数条件下,负载为容性负载(50 纯阻,串联47pF电容)时, 其纯阻上的功率≥60mW,效率≥50%。 (3) 实时数字显示功率放大器的输出功率和效率。 (4) 其它。 说明 1、功率管集电极与直流电源间,应有便于测量直流电流的测试点。 2、纯阻负载和容性负载用跳线K 转换,其示意图如图2 所示。


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