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信号频谱分析仪

一、任务

设计并制作一个信号频谱分析仪，其结构可参考如下图

二、要求

1.基本要求

a.能对单个连续波形信号进行分析，最高信号频率为10mhz，测频精度不低于1KHz。

b.能对2个连续波形信号进行分析，最高信号频率为10MHz，频率分辨率不低于10KHz

c.能对调幅、调频信号进行分析，信号中心频率可到10MHz，最大带宽可到1MHz，频率分辨率不低于10KHz，

d.可以设置频率分析范围和频率分辨率

e.频谱分析结构用图形在显示器上显示

2.发挥部分

a.将最高频率扩展到20MHz，分辨率可达1KHz

b.图形显示器上有可以走动的光标，能显示光标位置的频率和幅度值

c.光标可以跟踪频点极大值，能从一个极大值点跳到另一个极大值点，并显该点频率和幅度

d.光标可以跟踪最大频点，显示该频点频率和幅度

e.可以将该频谱通过DA变换器变换，在示波器上显示。

f.其它

三、说明

控制和显示不得用PC机实现

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

信号频率测量仪

一、任务

设计并制作一个信号频率测量仪，示意图如图2如示。

图2频率测量仪

二、具体指标与分值（理论设计满分100分）

任务

要求

分值

基本部分

自制被测信号源，可以输出正弦波、方波、三角波

50

频率测量范围：

1kHz～100kHz，测量误差≤1%

具有十进制数字显示功能

发挥部分

扩展频率测量范围：

1Hz～1MHz，测量误差≤0.1%

20

具有周期测量功能

20

其它有益附加功能

10

三、说明

1.设计方案中不能使用单片机、可编程逻辑器件等可编程器件；

2.设计报告中应给出主要设计过程及各元器件参数及型号；

3.理论设计部分成绩由设计报告和现场答辩综合评定。

四、设计报告格式

1.设计报告统一使用A4纸张纵向打印。

页边距除上边取3厘米外，其它使用Word的约定值（即下边2.54厘米，左右各3.17厘米）。

装订位置在报告上方，装订线距设计报告上端约1.5厘米处。

2.设计报告章、节标题使用黑体小三号字体，正文使用宋体小四号字体。

行距设单倍行距。

每页右下角标注页码。

3.设计报告封面应写明竞赛题目、参赛学院、参赛队号和队员姓名。

4.设计报告的图文篇幅限制为15页以内（封面不计，单面打印）。

设计报告第一页应为设计题目、300字以内的中文设计摘要，关键词3～6个。

设计报告内容格式通常应包括下述内容：

（1）引言：

叙述对题目的理解，以及设计思路和特点。

（2）方案设计：

叙述设计思路，总体方案组成和说明，通常要提出两个方案，并对两个方案进行比较，说明采用其中一个方案的理由。

（3）对各个组成部分作详细说明及参数计算，给出框图、电路原理图、软件流程图。

（4）结论：

叙述完成情况、未完成的原因、心得体会、存在的问题、进一步努力的方向。

（5）附件：

包括完整电路图、元器件清单列表、源程序清单等。

全自动交流调压器

一、任务

在一些供电比较紧张地区，交流市电电压经常在180~240V间上下波动，供电不稳，对一些用电电器造成损害，要求设计并制作一个全自动的交流调压器，要求调压器容量为20KVA，系统框图如图4：

图4系统框图

二、具体指标与分值（理论设计满分100分）

任务

要求

分值

基本部分

输入电压在180~220V间上下波动，经调压器稳压后输出电压可稳定在220（±10%）V。

50

具有电压、电流显示功能

电压稳定时间在100ms~1s之内

效率>95%

发挥部分

实现调压器电压输出可调

20

输出电压精度控制在5%

10

电流检测值误差控制在1%

10

短路保护功能

5

其他扩展功能

5

三、说明

1.设计方案中不能使用单片机、可编程逻辑器件等可编程器件；

2.设计报告中应给出主要设计过程及各元器件参数及型号；

3.理论设计部分成绩由设计报告和现场答辩综合评定。

四、设计报告格式

1.设计报告统一使用A4纸张纵向打印。

页边距除上边取3厘米外，其它使用Word的约定值（即下边2.54厘米，左右各3.17厘米）。

装订位置在报告上方，装订线距设计报告上端约1.5厘米处。

2.设计报告章、节标题使用黑体小三号字体，正文使用宋体小四号字体。

行距设单倍行距。

每页右下角标注页码。

3.设计报告封面应写明竞赛题目、参赛学院、参赛队号和队员姓名。

4.设计报告的图文篇幅限制为15页以内（封面不计，单面打印）。

设计报告第一页应为设计题目、300字以内的中文设计摘要，关键词3～6个。

设计报告内容格式通常应包括下述内容：

（1）引言：

叙述对题目的理解，以及设计思路和特点。

（2）方案设计：

叙述设计思路，总体方案组成和说明，通常要提出两个方案，并对两个方案进行比较，说明采用其中一个方案的理由。

（3）对各个组成部分作详细说明及参数计算，给出框图、电路原理图、软件流程图。

（4）结论：

叙述完成情况、未完成的原因、心得体会、存在的问题、进一步努力的方向。

（5）附件：

包括完整电路图、元器件清单列表、源程序清单等。

12V/220V逆变电源（E题）

一、设计任务

设计一个12V/220V逆变电源的电路。

二、设计要求

1、基本要求

用仿真软件对电路进行验证，其满足的要求如下所示：

1）       输入12VDC；

2）       额定输出电压：

Vo=220VAC；

3）       额定输出功率≥200W；

4）       输出有过压保护；

5）       输入有过压保护和过热保护；

2、发挥部分

制作一个12V/36V逆变电源的实物，使其完成以下功能：

1）       输入12VDC（可用汽车蓄电池提供）；

2）       额定输出电压：

Vo=36VAC；

3）       额定输出功率≥30W；

4）       输出有过压保护；

5）       有输入过压保护和过热保护；

三、说明

1．设计报告必须包括建模仿真结果，发挥部分可以选作。

2．因为有的竞赛题目不易进行建模仿真，参赛者可以针对两道不同题目分别进行建模仿真与实物制作，评分时，仿真结果与实物制作各自的得分相加，作为参赛者的最后总分。

此时，只需要提交针对仿真结果的设计报告。

单相正弦波变频电源（A）

一、任务

设计并制作一个单相正弦波变频电源，输出电压有效值为15～36V可调，最大负载电流有效值为1A，负载为电阻负载。

变频电源框图如下图所示。

显示

二、要求

1.基本要求

（1）输出频率范围为20Hz～100Hz，且输出电压有效值为15V～36V可调的单相交流电；

（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0.5～1A时，输出电压有效值应保持在15V，误差的绝对值小于5%；

（4）具有过流保护（输出电流有效值达1.5A时动作），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0.5～1A时，输出电压有效值应保持在15V，误差的绝对值小于2%；

（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）其它。

三、说明

1.不能使用产生SPWM（正弦波脉宽调制）波形的专用芯片；

2.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；可用滑动变阻器或电阻箱模拟负载；

3.输出功率可通过电流、电压的测量值计算。

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

50

实际完成情况

50

发挥部分

完成第

（1）项

20

完成第

（2）项

24

程控高增益选频放大器设计（E）

一、任务

1.设计一个程控高增益选频放大器。

2.自制一个幅度按指数规律衰减的正弦波信号源。

二、要求

1.基本要求

（1）增益：

80dB～100dB程控，调整步长：

6dB

（2）中心频率调整范围：

1.3KHz～3.1KHz

（3）中心频率调整步长：

不大于50Hz

（4）通频带宽度：

不大于100Hz

（5）增益与中心频率程控方法：

键盘输入增益（dB）与中心频率（Hz），同时显示之。

2.发挥部分

（1）增益：

有较大改进（大于10dB）

（2）中心频率调整步长：

1Hz

（3）自制信号源——衰减正弦波如下图所示：

正弦波频率1KHz～4KHz可调；调整步长1Hz；初始相位为零；幅度按指数规律衰减；手动触发一次发出一个衰减正弦波；衰减到初始幅度的10%需延续时间100ms～1000ms。

（4）注意电磁兼容。

（5）其它。

三、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。

50

实际制作完成情况

50

发挥部分

完成

（1）项

6

完成

（2）项

6

完成（3）项

25

完成（4）项

5

其它

8

三角波斜率测量仪（H）

一、任务

（1）设计占空比可调（即图2中AO/AB可调）的三角波发生器，作为三角波测量仪的信号输入。

（2）设计三角波测量电路，能够完成三角波幅度、频率、斜率的测量。

（3）设计显示电路，能够完成波形和测量数据的显示。

（4）能够测量由外部信号发生器产生的任意波形。

系统框图见图1所示。

外接信号发生器

示波器

图1

二、要求

1．基本要求

（1）自行设计三角波发生器电路。

要求频率、占空比、幅度连续可调。

变化范围要求如下：

频率范围10KHz～100KHz；

占空比范围（即图2中AO/OB）30％～60％；

幅度范围（即图2中OC）0.5V到4V。

（2）三角波幅度测试：

要求测试电路完成三角波幅度的测量并显示出测量结果。

测量误差不大于10%；

（3）三角波频率测试:

要求测试电路完成三角波频率的测量并显示出测量结果。

测量误差不大于10%；

（4）三角波斜率测试:

要求测试电路完成三角波斜率的测量（即CO/AO）并显示出测量结果。

测量误差不大于10%。

2．发挥部分

（1）三角波发生器电路的频率范围可以扩展到1KHz～300KHz；

占空比变化范围（即图2中AO/OB）可以扩展到20％～80％。

（2）将三角波测量电路的频率误差减小到不大于5%；

（3）将三角波测量电路的斜率误差减小到不大于5%；

（4）将三角波测量电路的幅度误差减小到不大于5%；

（5）可测量其它波形及相应参数。

三、说明

三角波测量电路与三角波发生电路的连接只允许存在信号线与地线，不允许在两个模块之间存在其他连线。

四、评分标准

项目

得分

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

50

实际完成情况

50

发挥部分

完成第

（1）项

15

完成第

（2）项

10

完成第（3）项

10

完成第（4）项

10

完成第（5）项

5

正弦波功率输出装置

一、任务

设计并制作一个正弦波功率输出装置。

二、要求

1、基本要求

①输入为单相市电；

②输出频率范围为20Hz～100Hz的交流电，输出电压有效值为36V，负载为阻性负载；

③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；

④当输入电压为198V～242V，负载电流有效值为0.1～2A时，输出电压有效值应保持在36V，误差的绝对值小于5%；

⑤具有过流保护（输出电流有效值大于3A时动作），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、显示该装置输出电压、电流、频率和功率的电路，测量误差的绝对值小于5%；

③其它。

数字显示交流毫伏表

一、任务

设计并制作一个简易数字显示的交流毫伏表      

二、要求

1、基本要求

（1）电压测量

a、测量电压的频率范围100Hz～500KHz。

b、测量电压范围100mV～100V（可分多档量程）。

c、要求被测电压数字显示。

d、电压测量误差±5%±2个字。

e、输入阻抗≥1MΩ，输入电容≤50pF（本项可不做测试，在电路设计中给予保证）

f、具有超量程自动闪烁功能。

（2）输出

a、输出正弦波电压，电压值1Vrms，波形无明显失真。

b、输出电压值误差≤±10%。

c、输出电压频率范围10Hz～200KHz。

d、输出电压频率可预置。

e、输出电压频率误差≤±5%。

（3）设计并制作该仪表所需要的直流稳压电源。

2、发挥部分

（1）将测量电压的频率范围扩展为10Hz～1MHz。

（2）将测量电压的范围扩展到10mV～200V。

（3）交流毫伏表具有自动量程转换功能。

（4）电压输出频率可步进调节，频率步进值可预置为1Hz、10Hz、100Hz、1KHz。

电信号测量仪

一、设计任务

设计并制作一台数字显示的多功能电信号测量仪。

二、要求

1、基本要求

（1）频率测量：

可测量方波、正弦波；频率：

0.1Hz～64KHz,测量误差≤0.1%。

（2）幅值测量：

可测量方波、正弦波；幅度（峰值）：

0.1V～5V；测量误差≤0.1%。

（3）采用LED或LCD显示十进制数字，可同时显示幅值和频率。

2、提高部分

频率和幅值测量：

可测量方波、正弦波、锯齿波、三角波。

（1）扩展频率测量范围为0.1Hz～4GHz，测量误差≤0.1%

（2）扩展幅值（峰值）测量范围为0.1V～10V，测量误差≤0.1%

（3）测量误差降低为0.05%。

（4）实现6路信号测量。

（5）具有校正功能，可带键盘进行频率和幅值的校正。

三、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

5

理论分析与计算

信号调理电路的设计

测量方法

测量范围的确定

15

电路与程序设计

电路设计

程序设计

10

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

12

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

8

总分

50

基本

要求

能实现在要求范围内的频率测量并显示

25

能实现在要求范围内的幅值测量并显示

25

提高

部分（高级组要求）

完成第

（1）项

15

完成第

（2）项

10

完成第（3）项

10

完成第（4）项

5

完成第（5）项

5

其他

5

总分

50

手持数字示波器

一、任务

设计并制作一台手持数字示波器。

示意图如下：

二、要求

1、基本要求

（1）示波器为电池供电，便于携带。

（2）示波器的屏幕能显示输入信号的曲线及相关的参数。

键盘能进行相关参数的调节。

屏幕的水平刻度为10Div，垂直刻度为8Div。

（3）触发方式：

自动。

触发边沿：

上升。

（4）信号电压范围：

+/-50V。

最高实时取样率：

1M点/秒，精度8Bit。

（5）模拟频带宽度：

0~1MHz。

（6）输入阻抗：

1MΩ。

耦合方式：

DC/AC，

2、发挥部分

（1）示波器显示的曲线可以进行水平、垂直的移动。

（2）垂直灵敏度：

100mV/Div~5V/Div（按1-2-5方式递进）。

（3）水平时基范围：

5μs/Div-50mS/Div（按1-2-5方式递进）。

（4）增加示波器与PC机的接口，可以把采集的数据上传到PC机，并显示。

三、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

5

理论分析与计算

放大器设计

信号调理电路设计

测量方法

15

电路与程序设计

电路设计

程序设计

10

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

12

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

8

总分

50

基本

要求

能实现基本测量显示信号

30

多功能电子万年历

一、设计任务

设计一个具有多种功能的电子万年历。

二、要求

1、基本要求

（1）能显示阳历年、月、日、星期、小时、分、秒

（2）显示模块采用LCD液晶显示，要求能用按键调整时间。

（3）能显示阴历月、日，在显示阴历时间时能标明是否为闰年。

（4）具有定时报警功能，能够进行整点和半点语音报时。

2、发挥部分

（1）掉电存储功能，可存储掉电前用户定时设置。

（2）具有日程管理，可以设定指定日期的日程，可以设置日程的提醒时间，并可用语音进行提示。

（3）可以保存30个日程设定，每个日程的提醒采用音乐提醒，至少有5首歌曲进行选择播放，提示音乐具有重复播放功能。

三、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

5

理论分析与计算

逻辑控制电路设计

日程设定和日期计算方法

15

电路与程序设计

电路设计

程序设计