簡(jiǎn)易倒立擺裝置

1、題目 1 雙相信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)、 制作一個(gè)雙相信號(hào)發(fā)生器， 在特定的頻率范圍內(nèi)輸出正弦波， 信號(hào)的幅度和相位差可以程控設(shè)置，也可以輸出矩形波和方波。數(shù)字邏輯系統(tǒng)推薦使用basis開發(fā)板（可到212實(shí)驗(yàn)室借），外圍電路自行設(shè)計(jì)，信號(hào)發(fā)生器的工作電源可外置。ill, 、-二、要求1基本要求（1）兩路信號(hào)均可輸出正弦波、方波、矩形波；（2 ）兩路信號(hào)輸出最大幅度不低于3V，幅度可調(diào)，設(shè)置分辨率不低于10bit ；（3）信號(hào)頻率范圍從 1kHz 到 10kHz 可調(diào)，步進(jìn)值不大于 1 00Hz ，頻率準(zhǔn)確度不低于 0.1%； （ 4）正弦波信號(hào)在整個(gè)頻率設(shè)置范圍內(nèi)，波形失真度不大于2%；（5） 兩路信號(hào)

2、的相位差可以在0359 度內(nèi)可調(diào)，設(shè)置分辨力不大于 1 度；（6） 矩形波占空比在 0.1%99.9%范圍內(nèi)可調(diào)，設(shè)置分辨率不低于0.1%；2發(fā)揮部分（1） 信號(hào)可調(diào)頻率范圍擴(kuò)展到1MHz；（2） 兩路均可產(chǎn)生 FSK調(diào)制波，內(nèi)調(diào)制信號(hào)的頻率不大于10Hz,上邊頻為12kHz，下邊 頻 8kHz；（3） 兩路均可產(chǎn)生 ASK調(diào)制波，內(nèi)調(diào)制信號(hào)的頻率不大于10Hz，載波頻率為10kHz，調(diào) 制率為 100%；題目2手持?jǐn)?shù)字示波器、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)手持?jǐn)?shù)字示波器。示意圖如下:一、要求1. 基本要求(1) 示波器為電池供電，便于攜帶。(2) 示波器的屏幕能顯示輸入信號(hào)的曲線及相關(guān)的參數(shù)。鍵盤能進(jìn)行

3、相關(guān)參數(shù) 的調(diào)節(jié)。屏幕的水平刻度為10Div,垂直刻度為8Div。(3) 觸發(fā)方式：自動(dòng)。觸發(fā)邊沿：上升。(4) 信號(hào)電壓范圍：+/-50V。最高實(shí)時(shí)取樣率：1M點(diǎn)/秒，精度8Bit。(5) 模擬頻帶寬度：01MHz。(6) 輸入阻抗：1MQ。耦合方式：DC/AC,2. 發(fā)揮部分(1) 示波器顯示的曲線可以進(jìn)行水平、垂直的移動(dòng)。(2) 垂直靈敏度：100mV/Div 5V/Div(按1-2-5方式遞進(jìn))。(3) 水平時(shí)基范圍:5卩s/Div- 50mS/Div (按1-2-5方式遞進(jìn))。(4) 增加最高實(shí)時(shí)采樣率為10M點(diǎn)/秒，精度8Bit o(4)增加示波器與PC機(jī)的接口，可以把采集的數(shù)據(jù)上

4、傳到 PC機(jī)，并顯示題目3簡(jiǎn)易倒立擺裝置設(shè)計(jì)并制作一套簡(jiǎn)易旋轉(zhuǎn)倒立擺及其控制裝置。旋轉(zhuǎn)倒立擺的結(jié)構(gòu)如圖1所示。電機(jī)固定在底座上，通過轉(zhuǎn)軸、聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)擺臂在豎直平面上旋轉(zhuǎn)。擺臂頂端利用一自由轉(zhuǎn)軸連接擺桿，自由軸與電機(jī)軸平行。 擺臂在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下可做左右往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)擺桿在豎直平面上作自由旋轉(zhuǎn)。擺臂豎直向上時(shí)為0。位，豎直向下為180。位。擺桿擺臂一、要求1基本要求(1 )擺臂處于0°位左右一定分為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，擺桿從處于自然下垂?fàn)顟B(tài)(擺角0。開始，繞自由軸擺動(dòng)，并盡快使擺角達(dá)到或超過-60 +60。(2 )擺臂處于0。位，從擺桿處于自然下垂?fàn)顟B(tài)開始，盡快增大擺桿的擺動(dòng)幅度，直至完成 圓周

5、運(yùn)動(dòng)；(3 )擺臂處于0。位，在擺桿處于自然下垂?fàn)顟B(tài)下，外力拉起擺桿至接近倒立狀態(tài)，外力撤 除同時(shí)，啟動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)臂使擺桿保持倒立狀態(tài)時(shí)間不少于5s。2 發(fā)揮部分(1 )擺臂處于0。位，從擺桿處于自然下垂?fàn)顟B(tài)開始，控制旋轉(zhuǎn)臂作往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，盡快使 擺桿擺起倒立，保持倒立狀態(tài)時(shí)間不少于10s；(2) 擺臂處于0。位，在擺桿保持倒立狀態(tài)下，施加干擾后擺桿能繼續(xù)保持倒立或2s內(nèi)恢復(fù)倒立狀態(tài)；(3 )擺臂處于180。位，在擺桿保持倒立狀態(tài)下，施加干擾后擺桿能繼續(xù)保持倒立或2s內(nèi)恢復(fù)倒立狀態(tài)；(4) 其他。三、說明1 旋轉(zhuǎn)倒立擺機(jī)械部分可以自制，也可以購(gòu)買，自制結(jié)構(gòu)建議：結(jié)構(gòu)整體不宜過大；擺桿 不宜過長(zhǎng)，

6、且質(zhì)量盡可能輕，但應(yīng)能夠避免空氣流動(dòng)的影響；擺臂長(zhǎng)度適中，當(dāng)須具備足夠強(qiáng)度；聯(lián)軸器建議采用法蘭聯(lián)軸器，避免聯(lián)軸器和擺臂、擺桿發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。2擺桿要能夠在垂直平面靈活旋轉(zhuǎn)，檢驗(yàn)方法如下：將擺桿拉起至水平位置后松開，擺桿 至少能夠自由擺動(dòng) 3個(gè)來回。3除電動(dòng)機(jī) A 之外，裝置中不得有其他動(dòng)力部件。4擺桿倒立時(shí)施加干擾的方法是，以15cm 長(zhǎng)細(xì)繩栓一只 5克砝碼，在擺桿上方將砝碼拉起15 45 °釋放后用砝碼沿?cái)[桿擺動(dòng)的切線方向撞擊擺桿上端12cm處；以抗擾動(dòng)能力強(qiáng)弱判定成績(jī)。5擺桿角度位置的檢測(cè)可采用旋轉(zhuǎn)編碼器、電阻式（電位器式）角度傳感器或在擺桿上安 裝陀螺儀等方案。題目4風(fēng)力小球位置

7、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作一套利用風(fēng)力控制小球位置的裝置，機(jī)械部分結(jié)構(gòu)如圖所示。圖中小球安放在一個(gè)1m長(zhǎng)的導(dǎo)軌上，兩端各安裝一個(gè)相對(duì)出風(fēng)的風(fēng)機(jī)。利用控制器檢測(cè)小球的位置，并根 據(jù)設(shè)定位置與實(shí)際位置的偏差控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行，吹動(dòng)小球向目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)。一、要求1. 基本要求(1 )人工將小球任意放置在導(dǎo)軌上，利用顯示器顯示小球當(dāng)前位置，給出坐標(biāo)數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)0點(diǎn)位于距左端15cm處。(2 )小球放置在左端起始區(qū)，啟動(dòng)左側(cè)風(fēng)機(jī)吹動(dòng)小球運(yùn)動(dòng)，直至進(jìn)入并停在右端起始區(qū)，穩(wěn)定停止3s后啟動(dòng)右側(cè)風(fēng)機(jī)吹動(dòng)小球返回并停在左端起始區(qū)。2. 發(fā)揮部分(1 )小球放置在左端起始區(qū)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)吹動(dòng)小球在軌道上以最快速度作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即從左端起始

8、區(qū)運(yùn)動(dòng)至右端起始區(qū)，不做停留立即返回左端起始區(qū)，并不斷重復(fù)。期間小球不得碰撞兩端邊界(風(fēng)機(jī))(2)小球放置在左端起始區(qū)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)吹動(dòng)小球運(yùn)動(dòng)至軌道中央，標(biāo)尺35cm處，并穩(wěn)定停止3s以上。(3 )人工將小球任意放置在導(dǎo)軌上，人工設(shè)置小球目標(biāo)位置，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)控制小球運(yùn)動(dòng)至指 定位置，并穩(wěn)定停止 3s以上。(4)人為墊高軌道右端約 3cm，使軌道出現(xiàn)約1°2°的傾斜，完成上述發(fā)揮部分要求( 2)。三、說明1小球建議使用乒乓球，軌道可使用任意材質(zhì)，建議采用內(nèi)徑合適的PVC管材縱向剖開。2. 軌道上應(yīng)標(biāo)明起始區(qū)和中部的標(biāo)尺，所有任務(wù)的完成精度以軌道上的標(biāo)記為準(zhǔn)，小球在 軌道中的位置須

9、便于觀察。3. 小球進(jìn)入起始區(qū)以球中心點(diǎn)通過起始區(qū)邊界為準(zhǔn)，停留在某一點(diǎn)時(shí)目標(biāo)點(diǎn)處于小球邊界 內(nèi)即可。4小球位置檢測(cè)建議采用攝像頭實(shí)現(xiàn)，軌道及其背景顏色可自由設(shè)置，小球可染成任意方 便的顏色。5兩端風(fēng)機(jī)建議采用涵道風(fēng)機(jī)，其功率、出風(fēng)量應(yīng)與小球質(zhì)量、尺寸匹配。企業(yè)題:題目5簡(jiǎn)易NPN型BJT特性圖示儀一、任務(wù)設(shè)計(jì)制作一臺(tái)簡(jiǎn)易BJT特性圖示儀，結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D示。儀器利用單片機(jī)控制BJT基極電流和集電極-發(fā)射極電壓，檢測(cè)集電極或發(fā)射極電流和基極-發(fā)射極電壓，并利用液晶屏顯示BJT的輸出特性和輸入特性。、要求1基本要求(1 )輸出一定BJT基極電流，檢測(cè)基極-發(fā)射極電壓，并顯示電壓值，誤差小于1mV ;(

10、2) 輸出一定BJT基極電流和集電極-發(fā)射極電壓，檢測(cè)集電極或發(fā)射極電流，并計(jì)算兩電流之比，并顯示 BJT的電流放大倍數(shù) 3°2.發(fā)揮部分(1 )在一定范圍內(nèi)循環(huán)輸出連續(xù)的BJT基極電流，檢測(cè)基極-發(fā)射極電壓，繪制 BJT的輸入特性曲線。(2) 在一定范圍內(nèi)循環(huán)輸出BJT基極階梯電流和連續(xù)的集電極 -發(fā)射極電壓，繪制 BJT輸出特性曲線，每個(gè)基極電流階梯值對(duì)應(yīng)一條曲線，BJT基極電流階梯不少于 5級(jí)。(3) 自動(dòng)判斷BJT是否接入，并給出提示信息。(4) 同時(shí)完成上述發(fā)揮部分三項(xiàng)要求，在一個(gè)屏幕內(nèi)顯示兩條特性曲線。三、說明1作品忽略集電極電流與發(fā)射極電流的差異，認(rèn)為兩者近似相等，因此

11、，兩電流任測(cè)其一 即可。2.作品至少應(yīng)能夠測(cè)試三種型號(hào)的NPN型BJT管，并根據(jù)不同特性的器件自動(dòng)調(diào)整基極電流等參數(shù)，具體被測(cè)元件有學(xué)生自備，特性差異大者加分。3特性測(cè)試過程用時(shí)，即從接入被測(cè)元件至完成曲線繪制時(shí)間，不得超過1分鐘。4作品方案建議利用單片機(jī)利用DAC控制基極電流和集電極-發(fā)射極電壓，針對(duì)不同特性的被測(cè)元件選擇不同的激勵(lì)信號(hào)大小。同時(shí)利用ADC檢測(cè)基極-發(fā)射極電壓、集電極-發(fā)射極電壓、基極電流和集電極或發(fā)射極電流。題目6開關(guān)穩(wěn)壓(恒流)電源電源框圖Rl設(shè)計(jì)并制作如圖所示的開關(guān)穩(wěn)壓電源。o 電Ui= 220VAC源。箱、要求在電阻負(fù)載條件下，使電源滿足下述要求：1 基本要求1 (所

12、有參賽者)(1 )輸出電壓U?？烧{(diào)范圍：2V10V ;(2) 最大輸出電流lomax： 2A ；(3) Uin 從 15V 變到 24V 時(shí)，電壓調(diào)整率 Su<5% (Uo=5V , Io=2A);(4) Io從 0 變到 2A 時(shí)，負(fù)載調(diào)整率 S|<5% (Uin=20V , Uo=5V);(5) 輸出噪聲紋波電壓峰 -峰值 Uopp500mV ( Uin=20V , Uo=5V , Io=2A )；(6) DC-DC 變換器的效率 n%0% (Uin=24V, Uo=10V , Io=2A );(7) 具有過流保護(hù)功能，動(dòng)作電流lo(th)=2.5 ± 0.2A ;2

13、 基本要求2 (三年級(jí)及以上參賽者)(1) 具有恒流輸出功能，電流輸出可調(diào)范圍：200mA2A。(2) 恒流輸出時(shí)電壓變化范圍210V (可以低于2V，不得超過10V，即最高10V恒壓輸 出)；3 發(fā)揮部分(1 )進(jìn)一步提高電壓調(diào)整率，使Su<1% ( Uo=5V , I O=2A );(2)進(jìn)一步提高負(fù)載調(diào)整率，使S|<1% ( Uin=20V , Uo=5V );(3 )進(jìn)一步提高效率，使n%5% ( U|n=24V , Uo=10V, lo=2A);(4 )排除過流故障后，電源能自動(dòng)恢復(fù)為正常狀態(tài)；(5) 能對(duì)輸出電壓或電流進(jìn)行鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，步進(jìn)值0.1V或0.1A，同

14、時(shí)具有輸出電壓、電流的測(cè)量和數(shù)字顯示功能。(6) 其他。三、說明1. DC-DC變換器不允許使用成品模塊(輔助電源可以使用)，但可使用開關(guān)電源控制芯片。2. Uin可通過調(diào)節(jié)電源箱輸出來調(diào)整。DC-DC變換器(含控制電路)只能由 Uin端口供電， 不得另加輔助電源。3 本題中的輸出噪聲紋波電壓是指輸出電壓中的所有非直流成分，要求用帶寬不小于20MHz模擬示波器(AC耦合、掃描速度20ms/div)測(cè)量Uopp。4本題中電壓調(diào)整率 Su指Uin在指定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓Uo的變化率；負(fù)載調(diào)整率S指I。在指定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓Uo的變化率；DC-DC變換器效率H=P。/ Pin，其中Po =

15、 Uolo, pin = uinIIN。LED5恒流輸出測(cè)試時(shí)， 提供導(dǎo)通電壓約為 3V 、6V 和 9V 的 LED 燈板，要求在測(cè)試過程中 燈板沒有明顯閃爍。6電源在最大輸出功率下應(yīng)能連續(xù)安全工作足夠長(zhǎng)的時(shí)間（測(cè)試期間，不能出現(xiàn)過熱等故 障）。7制作時(shí)應(yīng)考慮方便測(cè)試，合理設(shè)置測(cè)試點(diǎn)（參考圖1）。8設(shè)計(jì)報(bào)告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、 核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測(cè)試結(jié)果。 完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測(cè)試結(jié)果用附件給出。題目 7 無線測(cè)溫模塊 (企業(yè)題 )設(shè)計(jì)、制作一個(gè)無線測(cè)溫模塊，應(yīng)用于電力 220VAC 母線附近溫度測(cè)量。ill, 、-二、要求1基本要求(1)整個(gè)模塊無源，實(shí)現(xiàn)自取電，能夠滿足自身功耗，且能輸出5V ， 50mA ；(2) 測(cè)溫范圍：-25C +120C;(3) 測(cè)溫精度：±C;( 4)數(shù)據(jù)刷新速率： 10 次 /min;( 5 )增加模塊狀態(tài)指示，表征模塊正常工作;( 6) WIFI 接口與 PC 通信，實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警;( 7)根據(jù)當(dāng)前溫升趨勢(shì)，進(jìn)行預(yù)測(cè)未來超限報(bào)警時(shí)間;( 8 )具備過壓保護(hù)。2發(fā)揮部分( 1 )擴(kuò)展 CAN 通信接口;( 2)具備遠(yuǎn)程喚醒和休眠控制功能;( 3)具備浪涌抑制功能。應(yīng)變片題目8簡(jiǎn)易電子秤(企業(yè)題)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)以電阻應(yīng)變片為稱重傳感器的簡(jiǎn)易電子 秤，電子秤的結(jié)構(gòu)如右圖所示。如右