遼寧省TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽題

1、2014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽題 B題：金屬物體探測定位器 1.任務(wù)設(shè)計并制作一個可自主移動的金屬物體探測定位器（以下簡稱探測器），可探測置于玻璃板下的金屬物體并給出定位指示。該探測器需采用TI公司無色透明普通玻璃板或有機玻璃板玻璃板下 金屬物體LDC1000電感/數(shù)字轉(zhuǎn)換器評估板（AY-LDC1000作為金屬物體探頭，探頭上應(yīng) 有定位指針，以給出明顯定位指示。探頭可在水平放置的玻璃板上移動。用直 徑2 （mrm的鐵絲圍成約50cnriX 50cm的正方形閉合框作為探測區(qū)邊界置于玻 璃板下，示意圖見圖1。/ 、玻璃板下50cmX 50cmI鐵絲方框圖1金屬物體探測環(huán)境示意圖2 .要求（1）

2、在探測區(qū)域內(nèi)某處（距探測邊界 5cmi）玻璃下放置一枚直徑約 19mm 的鍍鍥鋼芯1角硬幣（第五套人民幣的1角硬幣）。探頭能從“探頭進 入?yún)^(qū)” 一側(cè)任意指定位置和方向自行進入探測區(qū)（鐵絲框包圍區(qū)域）。通過探測，定位指針應(yīng)指在硬幣邊沿之內(nèi)，探測定位速度越快越好， 且探測定位總時間應(yīng)不超過 2分鐘。完成定位時給出聲-光指示，此后 探頭不得再移動。（30分）（2）將1角硬幣更換成直徑約25mm勺鍍鍥鋼芯1元硬幣（第五套人民幣1 元硬幣），重復(fù)要求（1）的探測過程。定位完成后，定位指針與硬幣 圓心之間的定位誤差應(yīng)控制在 5mm以；探測定位速度越快越好，探測 定位總時間不應(yīng)超過2分鐘。完成定位時給出聲-

3、光指示，此后探頭不 得再移動。（30分）（3）將硬幣改為自制圓鐵環(huán)（用 2鐵絲繞制），鐵環(huán)外直徑4cm,重復(fù)要 求（1）的探測過程，應(yīng)使定位指針盡可能指向鐵環(huán)圓心，定位誤差應(yīng) 控制在5mm內(nèi)；完成定位時給出聲-光指示，此后探頭不得再移動， 探測定位總時間應(yīng)不超過3分鐘。（30分）（4）其他自主發(fā)揮功能。（10分）(5)設(shè)計報告。(20分)項目主要內(nèi)容分?jǐn)?shù)系統(tǒng)力條系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、方案比較與選擇4理論分析與計算探測器組成方案與工作原理分析、檢 測與控制算法6電路與程序設(shè)計電路設(shè)計，程序結(jié)構(gòu)與設(shè)計t 5測試方案與測試結(jié)果測試結(jié)果及分析3設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范 性摘要，設(shè)計報告正文的結(jié)構(gòu)，公式、 圖表的規(guī)范性2

4、總分203 .說明(1) 金屬物體探測定位裝置探頭采用 AY-LDC100版(由TI公司提供)， 可直接用AY-LDC1000板上的覆銅線圈，也可自制線圈；不得安裝其 他傳感與攝像裝置。探測開始后，不得手動或遙控探測器。(2) 玻璃板可采用普通無色玻璃(玻璃邊沿需貼上膠帶以防劃傷)，也可用無色透明有機玻璃板；玻璃板長寬尺寸應(yīng)大于50cmi厚度約3mm(3) 探頭從“探頭進入?yún)^(qū)” 一側(cè)進入時探頭的起始位置和擺放方向，以及 探測區(qū)域內(nèi)的被測金屬物體擺放位置均由測試專家在現(xiàn)場指定。信號通道圖1鎖定放大器基本組成結(jié)構(gòu)框圖鎖定放大器n(t)S(t)x(t)2014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽題C題：鎖定放

5、大器的設(shè)計1 .任務(wù)設(shè)計制作一個用來檢測微弱信號的鎖定放大器(LIA)。鎖定放大器基本組成框圖見圖1。2 .要求(1)外接信號源提供頻率為1kHz的正弦波信號，幅度自定，輸入至參考信號R(t)端。R(t)通過自制電阻分壓網(wǎng)絡(luò)降壓接至被測信號S(t)端，S(t)幅度有效值為10 pV1mV (5分)(2)參考通道的輸出r(t)為方波信號，r(t)的相位相對參考信號 R(t)可連 續(xù)或步進移相180度，步進間距小于10度。(20分)(3)信號通道的3dB頻帶范圍為900Hz1100Hz誤差小于20% (10分)(4)在鎖定放大器輸出端，設(shè)計一個能測量顯示被測信號S(t)幅度有效值的電路。測量顯示值

6、與S(t)有效值的誤差小于10% (15分)(5)在鎖定放大器信號 S(t)輸入端增加一個運放構(gòu)成的加法器電路，實現(xiàn) S(t)與干擾信號n(t)的1:1疊加，如圖2所示。(5分)圖2鎖定放大器疊加噪聲電路圖(6)用另一信號源產(chǎn)生一個頻率為10502100Hz的正弦波信號，作為 n(t)疊加在鎖定放大器的輸入端，信號幅度等于S(t)o n(t)亦可由與獲得S(t)同樣結(jié)構(gòu)的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)得到。鎖定放大器應(yīng)盡量降低n(t)對S(t)信號有效值測量的影響，測量誤差小于 10% (20分)(7)增加n(t)幅度，使之等于10S(t),鎖定放大器對S(t)信號有效值的測 量誤差小于10% (20分)(8)

7、其他自主發(fā)揮。(5分)(9)設(shè)計報告。(20分)項目主要內(nèi)容滿分系統(tǒng)力條總體力泵設(shè)計4理論分析與計算鎖定放大器各部分指標(biāo)分析與計算6電路與程序設(shè)計總體電路圖，程序設(shè)計4測試方案與測試結(jié) 果測試數(shù)據(jù)完整性，測試結(jié)果分析4設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī) 范性摘要，設(shè)計才艮告正文的結(jié)構(gòu)、圖表的 規(guī)范性2總分203 .說明(1)各信號輸入、輸出端子必須預(yù)留測量端子，以便于測量。(2)要求(1)和(6)中的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的分壓比例自定。由于仙 V級信號 常規(guī)儀器難以測量，可通過適合加大輸入信號幅度的方法，測量并標(biāo) 定其分壓比。(2)關(guān)于鎖定放大器的原理可參考微弱信號檢測。高晉占編著，清華大學(xué)出版社2004年。2014年

8、TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽D題：帶嘯叫檢測與抑制的音頻功率放大器1 .任務(wù)基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1設(shè)計并制作一個帶嘯叫檢測與抑制 功能的音頻放大器，完成對臺式麥克風(fēng)音頻信號進行放大，通過功率放大電路 送喇叭輸出。電路示意圖如圖1所示。2 .要求（1）設(shè)計并制作圖1中所示的“拾音電路”和“功率放大電路”，構(gòu)成一個基本的音頻功率放大器。要求：（25分）a）在輸入音頻信號有效值為20mV時，功率放大器的最大不失真功率（僅考慮限幅失真）為5W誤差小于10%；b）在輸入音頻信號有效值為 20mV時，可以程控設(shè)置功率放大器的輸出 功率，功率范圍為50mW5VVc）功率放大器的頻率響應(yīng)范圍為

9、 200Hz 10kHz。（2）系統(tǒng)采用12V直流單電源供電，所需其他電源應(yīng)自行制作。（10分）（3）在功率放大器輸出功率為5W寸，電路整體效率80%（10分）（4）將臺式麥克風(fēng)與喇叭相隔1m背靠背放置，見圖2 （a）,使用電腦播 放音樂作為音頻信號源。音頻功率放大器能通過麥克風(fēng)采集信號，經(jīng)功率放大電路送喇叭輸出，輸出的音頻信號清晰。（5分）（5）設(shè)計并制作圖1所示的嘯叫檢測電路和嘯叫抑制電路，完善音頻功率放大器。要求：（15分）a）在不進行嘯叫抑制時（圖1的選擇開關(guān)K1連接A端，K2連接C端）, 將麥克風(fēng)與喇叭相隔1m面對面放置，見圖2 （b）,從小到大調(diào)整功 率放大器的輸出功率，直到產(chǎn)生嘯

10、叫時停止；b）嘯叫檢測電路能實時監(jiān)測所產(chǎn)生嘯叫，并計算嘯叫的頻率。實時顯 示嘯叫頻率和相應(yīng)的功率放大器輸出功率；c）啟動嘯叫抑制電路（圖1的選擇開關(guān)K1連接B端，K2連接D端）， 音頻功率放大器應(yīng)能有效抑制嘯叫，并正常播放音頻信號。（6）進一步改進嘯叫抑制電路。在保障無嘯叫的前提下，盡量提高音頻功率放大器的輸出功率；如果輸出功率達到 5W功率，嘯叫抑制電路仍能正常工作，可以進一步縮短面對面放置的麥克風(fēng)與喇叭之間的距離。（30分）（7）其他。（5分）（8）設(shè)計報告（20分）項目主要內(nèi)容滿分力榮論證比較與選擇，方案描述3理論分析與計算系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)計5電路與程序設(shè)計系統(tǒng)組成，原理框圖與各部分的電路

11、 圖，系統(tǒng)軟件與流程圖5測試方案與測試結(jié)果測試結(jié)果完整性，測試結(jié)果分析5設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范 性摘要，正文結(jié)構(gòu)規(guī)范，圖表的完整與 準(zhǔn)確性2總分203.說明（1） 作品使用的麥克風(fēng)應(yīng)為臺式全向麥克風(fēng)，其靈敏度要大于45dBV/P,插頭直徑為3.5mm輸出阻抗為1k 2.2k。關(guān)于麥克風(fēng)靈敏度的定義是饋給1Pa (94dB)的聲壓時，麥克風(fēng)輸出端的電壓(dBV。有些麥克 風(fēng)給出的靈敏度單位為dB/Bar,注意之間的轉(zhuǎn)換。(2) 作品使用的喇叭應(yīng)為組合紙盆方式的電動式喇叭，額定功率為5W額定阻抗為8 o(3) 麥克風(fēng)和喇叭可以直接購買，在設(shè)計報告中必須附有所購買的麥克風(fēng)和喇叭的產(chǎn)品說明書或性能參數(shù)。(

12、4) 作品要求拾音電路的輸入接口，以及功率放大電路連接到喇叭的接口必須外露，可方便進行連接，以便測試時使用。(5) 作品評測由賽區(qū)統(tǒng)一準(zhǔn)備測試平臺，并統(tǒng)一使用由測試專家準(zhǔn)備的臺式麥克風(fēng)和喇叭進行測試。(6) 作品要求(1)、(2)和(3)的指標(biāo)測試，使用音頻信號源外加正弦信號和外加8純電阻負載的方式進行測試。要求 TPA3112D1的功率放大電 路帶有LC濾波，輸出的正弦信號無明顯失真。 作品要求(4)、(5)和(6)的指標(biāo)測試，使用電腦 USB剌叭(功 率不超過1VV播放音樂作為信號源，放置在距麥克風(fēng) 20cm的位置。具體測試 的框圖如圖2所示。(a)作品基本部分(4)的測試(b)作品發(fā)揮部

13、分的測試圖2:嘯叫抑制性能測試框圖2014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽題H題：自動增益控制放大器（高職）4.任務(wù)設(shè)計一個可以根據(jù)輸入信號及環(huán)境噪聲幅度自動調(diào)節(jié)音量的自動增益控制 音響放大器5.要求（6）放大器可以從 mp3或信號源輸入音頻（100Hz50kHz信號，可以帶 600。負載或驅(qū)動8Q喇叭（25。（20分）（7）當(dāng)輸入信號幅度在10mV5V句變化時，放大器輸出默認值保持在 2V± 0.2V內(nèi)，波動越小越好。（30分）（8）能夠顯示輸入信號幅度大小及頻率高低。（10分）（9）能夠在1V3V范圍內(nèi)步進式調(diào)節(jié)放大器輸出幅度，步距 0.2V。（15分）（10）能夠根據(jù)環(huán)境噪聲調(diào)整自動

14、調(diào)節(jié)放大器輸出幅度。（15分）（11）其他自主發(fā)揮設(shè)計。（10分）（12）設(shè)計報告。（20分）項目主要內(nèi)容分?jǐn)?shù)系統(tǒng)力條方案比較，方案描述5設(shè)計與論證自動增益控制實現(xiàn)方法 電路設(shè)計及參數(shù)計算8測試測試方法與測試結(jié)果5設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范 性摘要，正文結(jié)構(gòu)完整性、內(nèi)容規(guī) 范性2小計206 .說明AfniB10cmC10CIDD旌接涉風(fēng)機音響放大器的輸出可以在600Q電阻及喇叭間切換2014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽題 G題：簡易風(fēng)洞及控制系統(tǒng)（高職）7 .任務(wù)設(shè)計制作一簡易風(fēng)洞及其控制系統(tǒng)。風(fēng)洞由圓管、連接部與直流風(fēng)機構(gòu)成， 如右所示。圓管豎直放置，長度約 40cm,內(nèi)徑大于4cm且內(nèi)壁平滑，小球（

15、直 徑4cm黃色乒乓球）可在其中上下運動；管體外壁應(yīng)有 A、B、C、D等長標(biāo)志線， BC段有1cm間隔的短標(biāo)志線；可從圓管外部觀察管內(nèi)小球的位置；連接部實現(xiàn) 風(fēng)機與圓管的氣密性連接，圓管底部應(yīng)有防止小球落入連接部的格柵?？刂葡?統(tǒng)通過調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)小球在風(fēng)洞中的位置控制。8 .要求（13）小球置于圓管底部，啟動后 5秒內(nèi)控制小球向上到達BC段，并維持5 秒以上。（20分）（14）當(dāng)小球維持在BC段時，用長形紙板（寬度為風(fēng)機直徑的三分之一）遮 擋風(fēng)機的進風(fēng)口，小球繼續(xù)維持在 BCo （10分）（15）以C點的坐標(biāo)為0cmi B點的坐標(biāo)為10cm；用鍵盤設(shè)定小球的高度位 置（單位：cmj）,

16、啟動后使小球穩(wěn)定地處于指定的高度 3秒以上，上下 波動不超過± 1cmi （10分）（16）以適當(dāng)?shù)姆绞綄崟r顯示小球的高度位置及小球維持狀態(tài)的計時。（10分）（17）小球置于圓管底部，啟動后 5秒內(nèi)控制小球向上到達圓管頂部處 A端, 且不跳離，維持5秒以上。（10分）（18）小球置于圓管底部，啟動后 30秒內(nèi)控制小球完成如下運動：向上到達AB段并維持35秒，再向下到達CD段并維持35;再向上到達AB段 并維持35,再向下到達CD段并維持35;再向上沖出圓管（可以落 到管外）。（20分）（19）風(fēng)機停止時用手將小球從 A端放入風(fēng)洞，小球進入風(fēng)洞后系統(tǒng)自動啟動，控制小球的下落不超過 D點

17、，然后維持在BC段5秒以上。（10分）（20）其他自主發(fā)揮設(shè)計。（10分）（21）設(shè)計報告。（20分）項目主要內(nèi)容分?jǐn)?shù)系統(tǒng)力條方案比較，方案描述5設(shè)計與論證風(fēng)洞控制實現(xiàn)方法 電路設(shè)計及參數(shù)計算8測試測試方法與測試結(jié)果5設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范 性摘要，正文結(jié)構(gòu)完整性、內(nèi)容規(guī) 范性2小計209.說明(1)題中“到達XX段”是指，小球的整體全部進入該段內(nèi)；(2)題中“維持”是指，在維持過程中小球整體全部不越過該段的端線；(3)小球的位置以其中心點為準(zhǔn)(即小球的上沿切線向下移2cmi或下沿切線向上移2cmm ;(4)直流風(fēng)機的供電電壓不得超過 24V,注意防止風(fēng)機葉片旋轉(zhuǎn)可能造成 的傷害；可在圓管及其周圍

18、設(shè)置傳感器檢測管內(nèi)小球的位置；可將 圓管、連接部與直流風(fēng)機安裝在硬質(zhì)板或支架上，以便于使圓管保 持豎直狀態(tài)，并保持風(fēng)洞氣流通暢。(5)每一個項目最多進行三次測試；對于任何測試項目，測試專家可要 求進行重復(fù)測試。(6)風(fēng)洞制作方法參考：圓管長度約40mm可以選用透明的有機玻璃(或亞克力材料)圓管， 也可以選用不透明的 PVC圓管。圓管的內(nèi)直徑必須大于 40mm保證小球 (直徑為40mmm勺乒乓球)在管內(nèi)能夠自由運動。如果選用不透明的PVC圓管，為了能夠方便直觀地觀察管內(nèi)小球的 位置，可以在管臂上沿軸線方向開鑿寬度約5mm的長條形槽孔，再用寬的透明膠帶貼在槽孔上，保證圓管的氣密性。開鑿長條形槽孔后，應(yīng)清 除管壁內(nèi)的殘屑，以免影響小球的運動。為了防