黑龙江省电子设计大赛题目.docx
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黑龙江省电子设计大赛题目
A题:
双相信号发生器(本科组)
一、任务
设计、制作一个双相信号发生器,在特定的频率范围内输出正弦波,信号的幅度和相位差可以程控设置,也可以输出矩形波和方波。
作品电路中不得使用任何DAC芯片、DDS芯片或微处理器的DAC功能。
数字逻辑系统推荐使用EXCD-1SOC开发板,信号发生器的工作电源可外置。
二、要求
1.基本要求
(1)两路信号均可输出正弦波、方波、矩形波;
(2)两路信号输出最大幅度不低于3V,幅度可调,设置分辨率不低于10bit;
(3)信号频率范围从9.5kHz到10.5kHz可调,步进值不大于100Hz,频率准确度不低于0.1%;
(4)正弦波信号在整个频率设置范围内,波形失真度不大于2%;
(5)两路信号的相位差可以在0—359度内可调,设置分辨力不大于1度;
(6)矩形波占空比在0.1%—99.9%范围内可调,设置分辨率不低于0.1%;
2.发挥部分
(1)两路信号输出最大幅度不低于3.5V,幅度可调,设置分辨率不低于12bit;
(2)正弦信号频率从8kHz到12kHz变化,信号平坦度优于90%;
(3)正弦信号频率从8kHz到12kHz变化,信号失真度不大于2%;
(4)两路正弦信号的相位差可以在0—359.9度内可调,设置分辨力不大于0.1度;
(5)两路均可产生FSK调制波,内调制信号的频率不大于10Hz,上边频为12kHz,下边频8kHz;
(6)两路均可产生ASK调制波,内调制信号的频率不大于10Hz,载波频率为10kHz,调制率为100%;
(7)其他。
三、说明
1.微处理器系统板、工作电源可用成品,也可自制,必须自备。
2.设计报告正文中应包括系统总体框图、波形发生原理、数字逻辑原理框图、主要的测试结果。
详细电路原理图、HDL程序或电路图、测试结果用附件给出。
3.题目中所有准确度及分辨率指标必须是电路原理及器件硬件所保证,报告中需要有理论计算。
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
4
理论分析与计算
频率设置,相位设置
幅度设置、占空比设置
正弦波发生
8
电路与程序设计
可编程逻辑电路
模拟电路
程序设计
8
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
6
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
4
总分
30
基本
要求
完成第
(1)项
10
完成第
(2)项
10
完成第(3)项
8
完成第(4)项
6
完成第(5)项
8
完成第(6)项
8
总分
50
发挥
部分
完成第
(1)项
10
完成第
(2)项
10
完成第(3)项
6
完成第(4)项
8
完成第(5)项
6
完成第(6)项
6
其他
4
总分
50
】
B题:
通用可变增益放大器(本科组)
一、任务
设计、制作一个通用可变增益放大器,放大器的增益可手动数字设置或程控设置,无调节电位器。
该放大器的增益变化范围、信号输入及输出范围、信号有效频段及幅频特性等具有较高的技术经济指标。
二、要求
1.基本要求
(1)放大器的低频及直流最大不失真输入、输出信号幅度不低于±3V;
(2)放大器的电压增益可设为三档:
0.10—1.00,1.0—10.0,10—100,放大器在同一档位时增益线性度不低于1%,分辨力不低于1%;
(4)增益为100时,在DC—1MHz带宽范围内,输出大信号幅度波动不超过5%;
(5)增益为100时、输入端短路,输出端电压值不超过±5mV;
(5)输入端阻抗可开关设置为大于10M或50,并有过压保护能力;
(6)放大器输出端阻抗可开关设置为50或0。
2.发挥部分
(1)放大器的低频及直流最大不失真输入、输出信号幅度不低于±8V;
(2)放大器的增益可设为四档:
0.100—1.000,1.00—10.00,10.0—100.0,100.0—1000,放大器在同一档位时线性度不低于0.5%,分辨力不低于0.1%;
(3)增益为1000,在DC—5MHz带宽范围内,输出大信号幅度波动不超过5%;
(4)放大器输出端阻抗为50,外接负载50,在DC—5MHz频段内,大信号输出时波形失真度小于2%;
(5)增益为1000时、输入端短路,输出端电压值不超过±20mV;
(6)整体电路成本低,电路工艺简单;
(7)其他。
三、说明
1.工作电源可用成品,也可自制。
2.设计报告正文中应包括系统总体框图,可变增益发生器工作原理,幅度、频段、增益变化区间、器件选择方法,主要的测试结果。
详细电路原理图以附件形式给出。
3.题目中所有技术参数电路原理及器件硬件指标所能保证,需要有分析说明。
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
4
理论分析与计算
程控放大,程控衰减
幅度范围,频段上限
增益范围,零点误差
10
电路与程序设计
硬件电路原理图
语言程序设计清单
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
6
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
4
总分
30
基本
部分
完成第
(1)项
6
完成第
(2)项
18
完成第(3)项
12
完成第(4)项
6
完成第(5)项
5
完成第(6)项
3
总分
50
发挥
部分
完成第
(1)项
10
完成第
(2)项
14
完成第(3)项
8
完成第(4)项
6
完成第(5)项
6
完成第(6)项
3
其他
3
总分
50
C题:
水温控制系统(本科组)
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。
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
设计
报告
项目
应包括的主要内容
分数
系统方案
比较与选择
方案描述
4
理论分析与计算
温度控制算法
控制误差
温度控制速度
10
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
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
总分
30
基本要求
完成第
(1)项
5
完成第
(2)项
5
完成第(3)项
10
完成第(4)项
30
总分
50
发挥
部分
完成第
(1)项
20
完成第
(2)项
10
完成第(3)项
15
其他
5
总分
50
D题:
自动搬运机器人(本科)
一、任务
设计并制作一个能自动行驶在起始位置与终点库房间的搬运机器人。
允许用玩具汽车改装,可运用图像、光电、声波、超声波等无线自动导航识别技术,将场地内放置的3个木质正立方体由堆放位置搬运到库房内。
搬运场地面积1.2×1.2米,表面为白色,可贴白纸,终点库房设与地面垂直的╚╝形档板,其长宽高为20×20×10cm,在起始点处有2 cm宽的黑线,搬运场地如图所示。
二、要求
1.基本要求
⑴ 机器人从起始线出发(出发前,机器人任何部分不得超出起跑线,后端不限),自动将木块逐一运送到库房内(允许倒车)。
运行的时间应力求最短(从合上电源开关开始计时)。
⑵ 木块运送到达库房时,应能堆放到库房档板20cm线以内;如果不能全部运入库房,记录木块距离20cm线的最大距离,根据此距离将分档扣分。
⑶ 用秒表记录整个搬运时间。
2.发挥部分
⑴ 自动记录、显示每一次往返的时间(记录显示装置要求安装在机器人上)和总的行驶时间。
⑵ 木块运送到达终点库房时,应能够整齐排列堆放到库房挡板10cm线以内,3个木块的左右边线应尽量对齐,记录偏差尺寸。
⑶ 其它特色与创新。
三、说明
(1)木质正立方体的尺寸为5×5×5cm,误差不得超过-0.1cm,木块间距为5cm。
(2)搬运机器人前端可安装机械手,其形状、功能自定。
搬运木块的方式自定,但不得采用磁铁吸附。
木块上可涂抹颜色或符号,不得安装其他附件。
⑶在木块堆放的起点和库房侧可设有自动无线引导信号源,类型自定(禁用地面引导线)。
(4)应选用能够直角转弯的车辆,车辆启动后不能用人工控制(包括有线和无线遥控)。
四、评分标准
设计
报告
项目
主要内容
分数
系统方案
实现方法,方案论证
系统设计,结构框图
6
理论分析与计算
控制方法,理论计算
7
电路与程序设计
检测与驱动电路设计
总体电路图
软件设计与工作流程图
7
结果分析
创新发挥,结果分析
5
设计报告结构
及规范性
摘要
设计报告结构
图表的规范性
5
总分
30
基本
要求
放入20cm库区
每块12分
36
在库区外的最大尺寸
搬运时间
14
总分
50
发挥
部分
第1项
单次运行时间显示
有
4
总运行时间显示
有
5
第2项
放入10cm库区
每块12分
36
其他
5
总分
50
E题:
LED照明用恒流电源变换器(本科组)
一、任务
设计并制作LED照明用具有直流恒流输出特性的隔离型电源变换器,为串联的10个LED(单管额定功率1W)供电,结构如下图所示。
二、要求
1.基本要求
(1)负载条件下,电源变换器为直流恒流输出特性,且输出电流IO可在150mA~350mA范围内可调;
(2)电压调整率Su≤1%:
负载为10个LED,调整U1,使U2在32V
40V范围内变化时,IO变化不超过±1%;
(3)负载调整率SL≤1%:
U2=36V,负载由5个LED增加至10个,IO变化不超过±1%;
(4)效率
≥70%:
U2=36V、负载为10个LED、IO=300mA,电源变换器效率
≥70%;
(5)具有输出过压保护功能,动作电压为UO=(
)V。
2.发挥部分
(1)使变换器具有恒流限压特性:
UO小于36V时为恒流输出;UO达到36V后为恒压输出,将UO稳定在(
)V;待UO降至36V以下则恢复恒流输出;
(2)在电源变换器交流输入侧加入功率因数校正电路,使其功率因数不低于0.95;
(3)LED亮度可随环境光线增强而自动降低:
暗环境,负载为10个LED、IO=300mA条件下,环境变亮后IO减小至不大于200mA以下;
(4)具有输出电流的步进调整和测量、显示功能:
步进值10mA,测量精度优于2%;
(5)具有交流侧开机冲击电流和EMI抑制功能;
(6)其他。
三、说明
1.不得采用各种电源产品改制。
整个作品由一路交流电源供电,不得使用任何其它电源为控制电路或驱动环节供电。
电源变换器为隔离型,即交流供电侧与直流输出侧具有电气隔离,但不得再使用工频变压器。
2.制作时考虑测试方便,须合理设置测试点。
10支LED应安装在通用板(或PCB)上,做串联连接,并可方便改变接入个数(10个或5个)。
3.电源变换器效率指直流输出功率与交流输入(U2处)有功功率之比。
4.如果能完成发挥部分
(1),基本要求(5)不必做自然得分。
在做基本要求(5)或发挥部分
(1)测试时,建议使用滑线变阻器作为负载。
4.在发挥部分(3)中,只需改变对光敏元件的照度,自行设置明、暗两种照度即可。
四、评分标准
项目
主要内容
满分
设计
报告
方案论证
比较与选择,方案描述(含总体框图)
4
电路与程序设计
电源变换器主回路与器件选择
控制电路或控制程序设计
保护电路设计
功率因数校正电路设计
自动调光电路设计,开机冲击电流和EMI
抑制电路设计
9
理论分析与计算
恒流控制方法与参数计算
隔离变压器的设计、计算
提高效率的方法
滤波参数计算
9
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
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
3
总分
30
基本要求
完成第
(1)项
6
完成第
(2)项
12
完成第(3)项
12
完成第(4)项
15
完成第(5)项
5
总分
50
发挥
部分
完成第
(1)项
8
完成第
(2)项
15
完成第(3)项
8
完成第(4)项
8
完成第(5)项
6
其他
5
总分
50
F题:
无线通信信号分析与测量装置(本科组)
1、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100µV,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。
四、评分标准
项目
满分
基本要求
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
30
实际完成情况
50
发挥部分
完成第
(1)项
6
完成第
(2)项
10
完成第(3)项
20
完成第(4)项
8
完成第(5)项
6
合计
50
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