_全國大學生電子設(shè)計競賽試題

1、2011 年全國大學生電子設(shè)計競賽試題參賽注意事項（1）2011 年8 月31 日8:00 競賽正式開始。本科組參賽隊只能在【本科組】題目中任選一題；高職高專組參賽隊在【高職高專組】題目中任選一題，也可以選擇【本科組】題目。（2）參賽隊認真填寫登記表內(nèi)容，填寫好的登記表交賽場巡視員暫時保存。（3）參賽者必須是有正式學籍的全日制在校本、?？茖W生，應(yīng)出示能夠證明參賽者學生身份的有效證件（如學生證）隨時備查。（4）每隊嚴格限制3 人，開賽后不得中途更換隊員。（5）參賽隊必須在學校指定的競賽場地內(nèi)進行獨立設(shè)計和制作，不得以任何方式與他人交流，包括教師在內(nèi)的非參賽隊員必須迴避，對違紀參賽隊取消評審資格。

2、（6）2011 年9 月3 日20:00 競賽結(jié)束，上交設(shè)計報告、制作實物及登記表，由專人封存。開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)（A 題）【本科組】一、任務(wù)設(shè)計并制作一個由兩個額定輸出功率均為16W 的8V DC/DC 模塊構(gòu)成的并聯(lián)供電系統(tǒng)（見圖1）。圖 1 兩個DC/DC 模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)主電路示意圖二、 要求1.基本要求（1）調(diào)整負載電阻至額定輸出功率工作狀態(tài)，供電系統(tǒng)的直流輸出電壓UO=8.0±0.4V。（2）額定輸出功率工作狀態(tài)下，供電系統(tǒng)的效率不低于60% 。（3）調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓UO=8.0±0.4V，使兩個模塊輸出電流之和IO =1.0A 且按I1:I2=

3、1:1 模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差絕對值不大于5%。（4）調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓UO=8.0±0.4V，使兩個模塊輸出電流之和IO =1.5A 且按I1:I2= 1:2 模式自動分配電流，每個模塊輸出電流的相對誤差絕對值不大于5%。2. 發(fā)揮部分（1）調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓UO=8.0±0.4V，使負載電流IO 在1.53.5A之間變化時，兩個模塊的輸出電流可在（0.52.0）范圍內(nèi)按指定的比例自動分配，每個模塊的輸出電流相對誤差的絕對值不大于2%。（2）調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓UO=8.0±0.4V，使兩個模塊輸出電流之和IO =4

4、.0A 且按I1:I2=1:1 模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差的絕對值不大于2%。（3）額定輸出功率工作狀態(tài)下，進一步提高供電系統(tǒng)效率。（4）具有負載短路保護及自動恢復(fù)功能，保護閾值電流為4.5A（調(diào)試時允許有±0.2A 的偏差）。（5）其他。三、 評分標準四、 說明（1）不允許使用線性電源及成品的DC/DC 模塊。A-3（2）供電系統(tǒng)含測控電路并由UIN 供電，其能耗納入系統(tǒng)效率計算。（3）除負載電阻為手動調(diào)整以及發(fā)揮部分（1）由手動設(shè)定電流比例外，其他功能的測試過程均不允許手動干預(yù)。（4）供電系統(tǒng)應(yīng)留出UIN、UO、IIN 、IO、I1、I2 參數(shù)的測試端子，供測

5、試時使用。（5）每項測量須在5 秒鐘內(nèi)給出穩(wěn)定讀數(shù)。（6）設(shè)計制作時，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)散熱問題，保證測試過程中系統(tǒng)能連續(xù)安全工作?；谧杂蓴[的平板控制系統(tǒng)（B 題）【本科組】一、任務(wù)設(shè)計并制作一個自由擺上的平板控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。擺桿的一端通過轉(zhuǎn)軸固定在一支架上，另一端固定安裝一臺電機，平板固定在電機轉(zhuǎn)軸上；當擺桿如圖2 擺動時，驅(qū)動電機可以控制平板轉(zhuǎn)動。二、要求1基本要求（1）控制電機使平板可以隨著擺桿的擺動而旋轉(zhuǎn)（35 周），擺桿擺一個周期，平板旋轉(zhuǎn)一周（360º），偏差絕對值不大于45°。（2）在平板上粘貼一張畫有一組間距為1cm 平行線的打印紙。用手推動擺桿

6、至一個角度（在30º45º間），調(diào)整平板角度，在平板中心穩(wěn)定放置一枚1 元硬幣（人民幣）；啟動后放開擺桿讓其自由擺動。在擺桿擺動過程中，要求控制平板狀態(tài)，使硬幣在5 個擺動周期中不從平板上滑落，并盡量少滑離平板的中心位置。（3）用手推動擺桿至一個角度（在45º60º間），調(diào)整平板角度，在平板中心穩(wěn)定疊放8 枚1 元硬幣，見圖2；啟動后放開擺桿讓其自由擺動。在擺桿擺動過程中，要求控制平板狀態(tài)使硬幣在擺桿的5 個擺動周期中不從平板上滑落，并保持疊放狀態(tài)。根據(jù)平板上非保持疊放狀態(tài)及滑落的硬幣數(shù)計算成績。2發(fā)揮部分（1）如圖3 所示，在平板上固定一激光筆，光斑照

7、射在距擺桿150cm 距離處垂直放置的靶子上。擺桿垂直靜止且平板處于水平時，調(diào)節(jié)靶子高度，使光斑照射在靶紙的某一條線上，標識此線為中心線。用手推動擺桿至一個角度（在30º60º間），啟動后，系統(tǒng)應(yīng)在15 秒鐘內(nèi)控制平板盡量使激光筆照射在中心線上（偏差絕對值1cm），完成時以LED 指示。根據(jù)光斑偏離中心線的距離計算成績，超時則視為失敗。（2）在上述過程完成后，調(diào)整平板，使激光筆照射到中心線上（可人工協(xié)助）。啟動后放開讓擺桿自由擺動；擺動過程中盡量使激光筆光斑始終瞄準照射在靶紙的中心線上，根據(jù)光斑偏離中心線的距離計算成績。（3）其他。三、說明1擺桿可以采用木質(zhì)、金屬、塑料等硬

8、質(zhì)材料；擺桿長度（固定轉(zhuǎn)軸至電機軸的距離）為100 cm±5cm；擺桿通過轉(zhuǎn)軸固定在支架或橫梁上，并能夠靈活擺動；將擺桿推起至=30º處釋放后,擺桿至少可以自由擺動7 個周期以上。擺桿不得受重力以外的任何外力控制。2平板的狀態(tài)只能受電機控制。平板的長寬尺寸為10cm×6cm，可以采用較輕的硬質(zhì)材料；不得有磁性；表面必須為光滑的硬質(zhì)平面；不得有凸起的邊沿；傾斜一定角度時硬幣須能滑落。平板承載重量不小于100g。3擺動周期的定義：擺桿被釋放至下一次擺動到同側(cè)最高點。 4擺桿與平板部分電路可以用軟質(zhì)導(dǎo)線連接，但必須不影響擺桿的自由擺動。5在完成基本要求部分工作時，需在平

9、板上鋪設(shè)一張如圖4 所示畫有一組間距為1cm 平行線的打印紙（10cm×6cm），平行線與電機轉(zhuǎn)軸平行。6非保持疊放狀態(tài)硬幣數(shù)為接觸平板硬幣數(shù)減1。接觸平板硬幣數(shù)的定義參見圖5。圖5-1 中接觸平板硬幣數(shù)為1；圖5-2 中接觸平板硬幣數(shù)為2；圖5-3 中接觸平板硬幣數(shù)為3。7 在完成發(fā)揮部分工作時，需要在平板上固定安裝一激光筆。激光筆的照射方向垂直于電機轉(zhuǎn)軸。激光筆的光斑直徑不大于5mm。需在距擺桿150cm處設(shè)置一高度可以調(diào)整的目標靶子，靶子上粘貼靶紙（A4 打印紙），靶紙上畫一組間距為1cm 的水平平行線。測試現(xiàn)場提供靶子，也可自帶。8題目要求的各項工作中，凡涉及推動擺桿至某一位

10、置并準備開始擺動時，允許手動操作啟動工作，亦可自動啟動工作。一旦擺桿開始自由擺動，不得再人為干預(yù)系統(tǒng)運行。9設(shè)計報告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果用附件給出。四、評分標準智能小車（C 題）【本科題】一、任務(wù)甲車車頭緊靠起點標志線,乙車車尾緊靠邊界,甲、乙兩輛小車同時起動，先后通過起點標志線，在行車道同向而行，實現(xiàn)兩車交替超車領(lǐng)跑功能。跑道如圖1 所示。二、要求1. 基本要求（1）甲車和乙車分別從起點標志線開始，在行車道各正常行駛一圈。（2）甲、乙兩車按圖1 所示位置同時起動，乙車通過超車標志線后在超車區(qū)內(nèi)實現(xiàn)超

11、車功能，并先于甲車到達終點標志線，即第一圈實現(xiàn)乙車超過甲車。（3）甲、乙兩車在完成(2)時的行駛時間要盡可能的短。2. 發(fā)揮部分（1）在完成基本要求(2)后,甲、乙兩車繼續(xù)行駛第二圈，要求甲車通過超車標志線后要實現(xiàn)超車功能，并先于乙車到達終點標志線，即第二圈完成甲車超過乙車，實現(xiàn)了交替領(lǐng)跑。甲、乙兩車在第二圈行駛的時間要盡可能的短。（2）甲、乙兩車繼續(xù)行駛第三圈和第四圈，并交替領(lǐng)跑；兩車行駛的時間要盡可能的短。（3）在完成上述功能后，重新設(shè)定甲車起始位置（在離起點標志線前進方向40cm 范圍內(nèi)任意設(shè)定），實現(xiàn)甲、乙兩車四圈交替領(lǐng)跑功能，行駛時間要盡可能的短。三、評分標準四、說明：1.賽車場地由

12、2 塊細木工板（長244cm，寬122cm，厚度自選）拼接而成，C-3離地面高度不小于6cm(可將墊高物放在木工板下面，但不得外露)。板上邊界線由約2cm 寬的黑膠帶構(gòu)成；虛線由2cm 寬、長度為10cm、間隔為10cm 的黑膠帶構(gòu)成；起點/終點標志線、轉(zhuǎn)彎標志線和超車標志區(qū)線段由1cm 寬黑膠帶構(gòu)成。圖1 中斜線所畫部分應(yīng)鋸掉。2.車體（含附加物）的長度、寬度均不超過40cm，高度不限，采用電池供電，不能外接電源。3.測試中甲、乙兩車均應(yīng)正常行駛，行車道與超車區(qū)的寬度只允許一輛車行駛，車輛只能在超車區(qū)進行超車（車輛先從行車道到達超車區(qū)，實現(xiàn)超車后必須返回行車道）。甲乙兩車應(yīng)有明顯標記，便于區(qū)

13、分。4.甲乙兩車不得發(fā)生任何碰撞，不能出邊界掉到地面。5.不得使用小車以外的任何設(shè)備對車輛進行控制，不能增設(shè)其它路標或標記。6.測試過程中不得更換電池。7.評測時不得借用其他隊的小車。LC 諧振放大器（D 題）【本科組】一、任務(wù)設(shè)計并制作一個LC 諧振放大器。二、要求設(shè)計并制作一個低壓、低功耗LC 諧振放大器；為便于測試，在放大器的輸入端插入一個40dB 固定衰減器。電路框圖見圖1。1基本要求（1）衰減器指標：衰減量40±2dB，特性阻抗50，頻帶與放大器相適應(yīng)。（2）放大器指標：a） 諧振頻率：f0 =15MHz；允許偏差±100kHz；b） 增益：不小于60dB；c）3

14、dB 帶寬：2f0.7 =300kHz；帶內(nèi)波動不大于2dB；d） 輸入電阻：Rin=50；e） 失真：負載電阻為200，輸出電壓1V 時，波形無明顯失真。（3）放大器使用3.6V 穩(wěn)壓電源供電（電源自備）。最大不允許超過360mW，盡可能減小功耗。2發(fā)揮部分（1）在-3dB 帶寬不變條件下，提高放大器增益到大于等于80dB。（2）在最大增益情況下，盡可能減小矩形系數(shù)Kr0.1。（3）設(shè)計一個自動增益控制（AGC）電路。AGC 控制范圍大于40 dB。AGC 控制范圍為20log(Vomin/Vimin)20log(Vomax/Vimax)（dB）。（4）其他。三、說明1. 圖2 是LC 諧振

15、放大器的典型特性曲線，矩形系數(shù)Kr0.1=2. 放大器幅頻特性應(yīng)在衰減器輸入端信號小于5mV 時測試（這時諧振放大器的輸入Vi<50V）。所有項目均在放大器輸出接200 負載電阻條件下測量。3功耗的測試：應(yīng)在輸出電壓為1V 時測量。4. 文中所有電壓值均為有效值。四、評分標準簡易數(shù)字信號傳輸性能分析儀（E 題）【本科組】一、任務(wù)設(shè)計一個簡易數(shù)字信號傳輸性能分析儀，實現(xiàn)數(shù)字信號傳輸性能測試；同時，設(shè)計三個低通濾波器和一個偽隨機信號發(fā)生器用來模擬傳輸信道。簡易數(shù)字信號傳輸性能分析儀的框圖如圖 1 所示。圖中，V1 和 V1-clock 是數(shù)字信號發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)字信號和相應(yīng)的時鐘信號；V2 是

16、經(jīng)過濾波器濾波后的輸出信號；V3 是偽隨機信號發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機信號；V2a 是V2 信號與經(jīng)過電容C的V3 信號之和，作為數(shù)字信號分析電路的輸入信號； V4 和V4-syn 是數(shù)字信號分析電路輸出的信號和提取的同步信號。二、要求1基本要求（1）設(shè)計并制作一個數(shù)字信號發(fā)生器：a）數(shù)字信號V1 為 的m 序列，其時鐘信號為V1-clock；b）數(shù)據(jù)率為10100kbps，按10kbps 步進可調(diào)。數(shù)據(jù)率誤差絕對值不大于1；c）輸出信號為TTL 電平。（2）設(shè)計三個低通濾波器，用來模擬傳輸信道的幅頻特性：a）每個濾波器帶外衰減不少于40dB/十倍頻程；b）三個濾波器的截止頻率分別為100kHz、2

17、00kHz、500kHz，截止頻率誤差絕對值不大于10；c）濾波器的通帶增益AF 在0.24.0 范圍內(nèi)可調(diào)。（3）設(shè)計一個偽隨機信號發(fā)生器用來模擬信道噪聲：a）偽隨機信號V3 為 的m序列；b）數(shù)據(jù)率為10Mbps，誤差絕對值不大于1；c）輸出信號峰峰值為100mV，誤差絕對值不大于10% 。（4）利用數(shù)字信號發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘信號V1-clock 進行同步，顯示數(shù)字信號V2a 的信號眼圖，并測試眼幅度。2發(fā)揮部分（1）要求數(shù)字信號發(fā)生器輸出的V1 采用曼徹斯特編碼。（2）要求數(shù)字信號分析電路能從V2a 中提取同步信號V4-syn 并輸出；同時，利用所提取的同步信號V4-syn 進行同步，正確

18、顯示數(shù)字信號V2a 的信號眼圖。（3）要求偽隨機信號發(fā)生器輸出信號V3 幅度可調(diào)，V3 的峰峰值范圍為100mVTTL 電平。（4）改進數(shù)字信號分析電路，在盡量低的信噪比下能從V2a 中提取同步信號V4-syn，并正確顯示V2a 的信號眼圖。（5）其他。三、說明1、在完成基本要求時，數(shù)字信號發(fā)生器的時鐘信號V1-clock 送給數(shù)字信號分析電路（圖1 中開關(guān)S 閉合）；而在完成發(fā)揮部分時，V1-clock 不允許送給數(shù)字信號分析電路（開關(guān)S 斷開）。2、要求數(shù)字信號發(fā)生器和數(shù)字信號分析電路各自制作一塊電路板。3、要求V1、V1-clock、V2、V2a、V3 和 V4-syn 信號預(yù)留測試端口

19、。4、基本要求（1）和（3）中的兩個m 序列，根據(jù)所給定的特征多項式1f (x)和2f (x)，采用線性移位寄存器發(fā)生器來產(chǎn)生。5、基本要求（2）的低通濾波器要求使用模擬電路實現(xiàn)。6、眼圖顯示可以使用示波器，也可以使用自制的顯示裝置。E-37、發(fā)揮部分（4）要求的“盡量低的信噪比”，即在保證能正確提取同步信號V4-syn 前提下，盡量提高偽隨機信號V3 的峰峰值，使其達到最大，此時數(shù)字信號分析電路的輸入信號V2a 信噪比為允許的最低信噪比。四、評分標準帆板控制系統(tǒng)（F 題）【高職高專組】一、任務(wù)設(shè)計并制作一個帆板控制系統(tǒng)，通過對風扇轉(zhuǎn)速的控制，調(diào)節(jié)風力大小，改變帆板轉(zhuǎn)角，如圖1 所示。二、要求

20、1、基本要求（1）用手轉(zhuǎn)動帆板時，能夠數(shù)字顯示帆板的轉(zhuǎn)角。顯示范圍為060°，分辨力為2°，絕對誤差5°。（2）當間距d=10cm 時，通過操作鍵盤控制風力大小，使帆板轉(zhuǎn)角能夠在060°范圍內(nèi)變化，并要求實時顯示。（3）當間距d=10cm 時，通過操作鍵盤控制風力大小，使帆板轉(zhuǎn)角穩(wěn)定在 45°±5°范圍內(nèi)。要求控制過程在10 秒內(nèi)完成，實時顯示，并由聲光提示，以便進行測試。2、發(fā)揮部分（1） 當間距d=10cm 時，通過鍵盤設(shè)定帆板轉(zhuǎn)角，其范圍為060°。要求在5 秒內(nèi)達到設(shè)定值，并實時顯示。最大誤差的絕對值不超過

21、5°。（2） 間距d 在715cm 范圍內(nèi)任意選擇，通過鍵盤設(shè)定帆板轉(zhuǎn)角，范圍為060°。要求在5 秒內(nèi)達到設(shè)定值，并實時顯示。最大誤差的絕對值不超過5°。（3） 其他。三、說明（1） 調(diào)速裝置自制。（2） 風扇選用臺式計算機散熱風扇或其他形式的直流供電軸流風扇，但不能選用帶有自動調(diào)速功能的風扇。（3） 帆板的材料和厚度自定，固定軸應(yīng)足夠靈活，不阻礙帆板運動。帆板形式及具體制作尺寸如圖2 所示。四、評分標準簡易自動電阻測試儀（G 題）【高職高專組】一、任務(wù)設(shè)計并制作一臺簡易自動電阻測試儀。二、要求1基本要求（1）測量量程為100、1k、10k、10M四檔。測量準確

22、度為±（1%讀數(shù)2 字）。（2）3 位數(shù)字顯示（最大顯示數(shù)必須為999），能自動顯示小數(shù)點和單位,測量速率大于5 次/秒。（3）100、1k、10k三檔量程具有自動量程轉(zhuǎn)換功能。2發(fā)揮部分（1）具有自動電阻篩選功能。即在進行電阻篩選測量時，用戶通過鍵盤輸入要求的電阻值和篩選的誤差值；測量時，儀器能在顯示被測電阻阻值的同時，給出該電阻是否符合篩選要求的指示。（2）設(shè)計并制作一個能自動測量和顯示電位器阻值隨旋轉(zhuǎn)角度變化曲線的輔助裝置，要求曲線各點的測量準確度為±（5%讀數(shù)2 字）,全程測量時間不大于10 秒,測量點不少于15 點。輔助裝置連接的示意圖如圖1 所示。（3）其他三、說明1在輔助裝