全国大学生电子设计大赛本科类及高职类信号处理部分试题.docx
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全国大学生电子设计大赛本科类及高职类信号处理部分试题
音频信号分析仪(A题)
【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。
三、说明
1.电源可用成品,必须自备,亦可自制。
2.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、和完整的测试结果用附件给出。
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。
图1无线识别装置方框图
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±0.5cm(可用直径6.6cm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。
三、说明
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。
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1MΩ,显示屏的刻度为8div×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、100ns/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≥1MΩ时),频率误差≤5%。
(5)其他。
三、说明
1.A/D转换器最高采样速率限定为1MSa/s,并要求设计独立的取样保持电路。
为了方便检测,要求在A/D转换器和取样保持电路之间设置测试端子TP。
2.显示部分可采用通用示波器,也可采用液晶显示器。
3.等效采样的概念可参考蒋焕文等编著的《电子测量》一书中取样示波器的内容,或陈尚松等编著的《电子测量与仪器》等相关资料。
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、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。
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=1kΩ。
(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=1kΩ。
(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。
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UO可调范围:
30V~36V;
(2)最大输出电流IOmax:
2A;
(3)U2从15V变到21V时,电压调整率SU≤2%(IO=2A);
(4)IO从0变到2A时,负载调整率SI≤5%(U2=18V);
(5)输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V(U2=18V,UO=36V,IO=2A);
(6)DC-DC变换器的效率
≥70%(U2=18V,UO=36V,IO=2A);
(7)具有过流保护功能,动作电流IO(th)=2.5±0.2A;
2.发挥部分
(1)进一步提高电压调整率,使SU≤0.2%(IO=2A);
(2)进一步提高负载调整率,使SI≤0.5%(U2=18V);
(3)进一步提高效率,使
≥85%(U2=18V,UO=36V,IO=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。
三、说明
(1)DC-DC变换器不允许使用成品模块,但可使用开关电源控制芯片。
(2)U2可通过交流调压器改变U1来调整。
DC-DC变换器(含控制电路)只能由UIN端口供电,不得另加辅助电源。
(3)本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分,要求用带宽不小于20MHz模拟示波器(AC耦合、扫描速度20ms/div)测量UOPP。
(4)本题中电压调整率SU指U2在指定范围内变化时,输出电压UO的变化率;负载调整率SI指IO在指定范围内变化时,输出电压UO的变化率;DC-DC变换器效率η=PO/PIN,其中PO=UOIO,PIN=UINIIN。
(5)电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间(测试期间,不能出现过热等故障)。
(6)制作时应考虑方便测试,合理设置测试点(参考图1)。
(7)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、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。
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:
≥1MΩ
(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
三、说明
在电路中应有可测得积分波形的测试点。
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1kΩ负载条件下,输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp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50Ω负载条件下,输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp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。
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
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- 全国大学生 电子设计 大赛 本科 高职 信号 处理 部分 试题
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