遼寧省TI杯大學生電子設計競賽題

1、2014年TI杯大學生電子設計競賽題 B題：金屬物體探測定位器 1.任務設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)字轉換器評估板（AY-LDC1000作為金屬物體探頭，探頭上應 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，定位指針應指在硬幣邊沿之內，探測定位速度越快越好， 且探測定位總時間應不超過 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控制在 5mm以；探測定位速度越快越好，探測 定位總時間不應超過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,重復要 求（1）的探測過程，應使定位指針盡可能指向鐵環(huán)圓心，定位誤差應 控制在5mm內；完成定位時給出聲-光指示，此后探頭不得再移動， 探測定位總時間應不超過3分鐘。（30分）（4）其他自主發(fā)揮功能。（10分）(5)設計報告。(20分)項目主要內容分數(shù)系統(tǒng)力條系統(tǒng)結構、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電路與程序設計電路設計，程序結構與設計t 5測試方案與測試結果測試結果及分析3設計報告結構及規(guī)范 性摘要，設計報告正文的結構，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；玻璃板長寬尺寸應大于50cmi厚度約3mm(3) 探頭從“探頭進入?yún)^(qū)” 一側進入時探頭的起始位置和擺放方向，以及 探測區(qū)域內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構框圖鎖定放大器n(t)S(t)x(t)2014年TI杯大學生電子設計競賽題C題：鎖定放

5、大器的設計1 .任務設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)同樣結構的電阻分壓網(wǎng)絡得到。鎖定放大器應盡量降低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)設計報告。(20分)項目主要內容滿分系統(tǒng)力條總體力泵設計4理論分析與計算鎖定放大器各部分指標分析與計算6電路與程序設計總體電路圖，程序設計4測試方案與測試結 果測試數(shù)據(jù)完整性，測試結果分析4設計報告結構及規(guī) 范性摘要，設計才艮告正文的結構、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 定其分壓比。(2)關于鎖定放大器的原理可參考微弱信號檢測。高晉占編著，清華大學出版社2004年。2014年

8、TI杯大學生電子設計競賽D題：帶嘯叫檢測與抑制的音頻功率放大器1 .任務基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1設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）設計并制作圖1中所示的“拾音電路”和“功率放大電路”，構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K1連接A端，K2連接C端）, 將麥克風與喇叭相隔1m面對面放置，見圖2 （b）,從小到大調整功 率放大器的輸出功率，直到產生嘯

10、叫時停止；b）嘯叫檢測電路能實時監(jiān)測所產生嘯叫，并計算嘯叫的頻率。實時顯 示嘯叫頻率和相應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K1連接B端，K2連接D端）， 音頻功率放大器應能有效抑制嘯叫，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與喇叭之間的距離。（30分）（7）其他。（5分）（8）設計報告（20分）項目主要內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)相關參數(shù)設計5電路與程序設計系統(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測試方案與測試結果測試結果完整性，測試結果分析5設計報告結構及規(guī)范 性摘要，正文結構規(guī)范，圖表的完整與 準確性2總分203.說明（1） 作品使用的麥克風應為臺式全向麥克風，其靈敏度要大于45dBV/P,插頭直徑為3.5mm輸出阻抗為1k 2.2k。關于麥克風靈敏度的定義是饋給1Pa (94dB)的聲壓時，麥克風輸出端的電壓(dBV。有些麥克 風給出的靈敏度單位為dB/Bar,注意之間的轉換。(2) 作品使用的喇叭應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) 麥克風和喇叭可以直接購買，在設計報告中必須附有所購買的麥克風和喇叭的產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)一準備測試平臺，并統(tǒng)一使用由測試專家準備的臺式麥克風和喇叭進行測試。(6) 作品要求(1)、(2)和(3)的指標測試，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 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杯大學生電子設計競賽題H題：自動增益控制放大器（高職）4.任務設計一個可以根據(jù)輸入信號及環(huán)境噪聲幅度自動調節(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。負載或驅動8Q喇叭（25。（20分）（7）當輸入信號幅度在10mV5V句變化時，放大器輸出默認值保持在 2V± 0.2V內，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范圍內步進式調節(jié)放大器輸出幅度，步距 0.2V。（15分）（10）能夠根據(jù)環(huán)境噪聲調整自動

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

15、直 徑4cm黃色乒乓球）可在其中上下運動；管體外壁應有 A、B、C、D等長標志線， BC段有1cm間隔的短標志線；可從圓管外部觀察管內小球的位置；連接部實現(xiàn) 風機與圓管的氣密性連接，圓管底部應有防止小球落入連接部的格柵?？刂葡?統(tǒng)通過調節(jié)風機的轉速，實現(xiàn)小球在風洞中的位置控制。8 .要求（13）小球置于圓管底部，啟動后 5秒內控制小球向上到達BC段，并維持5 秒以上。（20分）（14）當小球維持在BC段時，用長形紙板（寬度為風機直徑的三分之一）遮 擋風機的進風口，小球繼續(xù)維持在 BCo （10分）（15）以C點的坐標為0cmi B點的坐標為10cm；用鍵盤設定小球的高度位 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?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）風機停止時用手將小球從 A端放入風洞，小球進入風洞后系統(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)揮設計。（10分）（21）設計報告。（20分）項目主要內容分數(shù)系統(tǒng)力條方案比較，方案描述5設計與論證風洞控制實現(xiàn)方法 電路設計及參數(shù)計算8測試測試方法與測試結果5設計報告結構及規(guī)范 性摘要，正文結構完整性、內容規(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；(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(即小球的上沿切線向下移2cmi或下沿切線向上移2cmm ;(4)直流風機的供電電壓不得超過 24V,注意防止風機葉片旋轉可能造成 的傷害；可在圓管及其周圍

18、設置傳感器檢測管內小球的位置；可將 圓管、連接部與直流風機安裝在硬質板或支架上，以便于使圓管保 持豎直狀態(tài)，并保持風洞氣流通暢。(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 求進行重復測試。(6)風洞制作方法參考：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。圓管的內直徑必須大于 40mm保證小球 (直徑為40mmm勺乒乓球)在管內能夠自由運動。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，應清 除管壁內的殘屑，以免影響小球的運動。為了防