2021年年全国大学生电子设计竞赛试题.docx

年大学生电子设计竞赛试题
参赛注意事项
（1） 年8 月31 日8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；
高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选取【本科组】题目。
（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好《登记表》交赛场巡视员暂时保存。
（3）参赛者必要是有正式学籍全日制在校本、专科学生，应出示可以证明参赛者学生身份
有效证件（如学生证）随时备查。
（4）每队严格限制3 人，开赛后不得半途更换队员。
（5）参赛队必要在学校指定竞赛场地内进行独立设计和制作，不得以任何方式与她人交流，
涉及教师在内非参赛队员必要迴避，对违纪参赛队取消评审资格。
（6） 年9 月3 日20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。
开关电源模块并联供电系统（A 题）
【本科组】
一、任务
设计并制作一种由两个额定输出功率均为16W 8V DC/DC 模块构成并
联供电系统（见图1）。

图 1 两个DC/DC 模块并联供电系统主电路示意图
二、规定
1.基本规定
（1）调节负载电阻至额定输出功率工作状态，供电系统直流输出电压
UO=8.0±0.4V。
（2）额定输出功率工作状态下，供电系统效率不低于60% 。
（3）调节负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之
和IO =1.0A 且按I1:I2=1:1 模式自动分派电流，每个模块输出电流相对
误差绝对值不不不大于5%。
（4）调节负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之
和IO =1.5A 且按I1:I2= 1:2 模式自动分派电流，每个模块输出电流相对误
差绝对值不不不大于5%。
2. 发挥某些
（1）调节负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使负载电流IO 在1.5~3.5A
之间变化时，两个模块输出电流可在（0.5~2.0）范畴内按指定比例自动
分派，每个模块输出电流相对误差绝对值不不不大于2%。
（2）调节负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之
和IO =4.0A 且按I1:I2=1:1 模式自动分派电流，每个模块输出电流相对误
差绝对值不不不大于2%。
（3）额定输出功率工作状态下，进一步提高供电系统效率。
（4）具备负载短路保护及自动恢复功能，保护阈值电流为4.5A（调试时允
许有±0.2A 偏差）。
（5）其她。
三、评分原则
四、阐明
（1）不容许使用线性电源及成品DC/DC 模块。
A-3
（2）供电系统含测控电路并由UIN 供电，其能耗纳入系统效率计算。
（3）除负载电阻为手动调节以及发挥某些（1）由手动设定电流比例外，其
她功能测试过程均不容许手动干预。
（4）供电系统应留出UIN、UO、IIN 、IO、I1、I2 参数测试端子，供测试
时使用。
（5）每项测量须在5 秒钟内给出稳定读数。
（6）设计制作时，应充分考虑系统散热问题，保证测试过程中系统能持续
安全工作。

基于自由摆平板控制系统（B 题）
【本科组】
一、任务
设计并制作一种自由摆上平板控制系统，其构造如图1 所示。
摆杆一端通过转轴固定在一支架上，另一端固定安装一台电机，平板固定
在电机转轴上；当摆杆如图2 摆动时，驱动电机可以控制平板转动。

二、规定
1．基本规定
（1）控制电机使平板可以随着摆杆摆动而旋转（3~5 周），摆杆摆一种周
期，平板旋转一周（360º），偏差绝对值不不不大于45°。
（2）在平板上粘贴一张画有一组间距为1cm 平行线打印纸。用手推动摆
杆至一种角度θ（θ在30º～45º间），调节平板角度，在平板中心稳
定放置一枚1 元硬币（人民币）；启动后放开摆杆让其自由摆动。在摆
杆摆动过程中，规定控制平板状态，使硬币在5 个摆动周期中不从平
板上滑落，并尽量少滑离平板中心位置。
（3）用手推动摆杆至一种角度θ（θ在45º～60º间），调节平板角度，在
平板中心稳定叠放8 枚1 元硬币，见图2；启动后放开摆杆让其自由
摆动。在摆杆摆动过程中，规定控制平板状态使硬币在摆杆5 个摆
动周期中不从平板上滑落，并保持叠放状态。依照平板上非保持叠放
状态及滑落硬币数计算成绩。
2．发挥某些
（1）如图3 所示，在平板上固定一激光笔，光斑照射在距摆杆150cm 距离
处垂直放置靶子上。摆杆垂直静止且平板处在水平时，调节靶子高
度，使光斑照射在靶纸某一条线上，标记此线为中心线。用手推动
摆杆至一种角度θ（θ在30º～60º间），启动后，系统应在15 秒钟内
控制平板尽量使激光笔照射在中心线上（偏差绝对值＜1cm），完毕时
以LED 批示。依照光斑偏离中心线距离计算成绩，超时则视为失败。
（2）在上述过程完毕后，调节平板，使激光笔照射到中心线上（可人工协
助）。启动后放开让摆杆自由摆动；摆动过程中尽量使激光笔光斑始终
瞄准照射在靶纸中心线上，依照光斑偏离中心线距离计算成绩。
（3）其她。
三、阐明
1．摆杆可以采用木质、金属、塑料等硬质材料；摆杆长度（固定转轴至电机
轴距离）为100 cm±5cm；摆杆通过转轴固定在支架或横梁上，并可以
灵活摆动；将摆杆推起至θ=30º处释放后,摆杆至少可以自由摆动7 个周期
以上。摆杆不得受重力以外任何外力控制。

2．平板状态只能受电机控制。平板长宽尺寸为10cm×6cm，可以采用较
轻硬质材料；不得有磁性；表面必要为光滑硬质平面；不得有凸起边沿；倾斜一定角度时硬币须能滑落。平板承载重量不不大于100g。
3．摆动周期定义：摆杆被释放至下一次摆动到同侧最高点。
4．摆杆与平板某些电路可以用软质导线连接，但必要不影响摆杆自由摆动。
5．在完毕基本规定某些工作时，需在平板上铺设一张如图4 所示画有一组间
距为1cm 平行线打印纸（10cm×6cm），平行线与电机转轴平行。
6．非保持叠放状态硬币数为接触平板硬币数减1。接触平板硬币数定义参
见图5。
图5-1 中接触平板硬币数为1；图5-2 中接触平板硬币数为2；图5-3 中接
触平板硬币数为3。
7． 在完毕发挥某些工作时，需要在平板上固定安装一激光笔。激光笔照射
方向垂直于电机转轴。激光笔光斑直径不不不大于5mm。需在距摆杆150cm
处设立一高度可以调节目的靶子，靶子上粘贴靶纸（A4 打印纸），靶纸
上画一组间距为1cm 水平平行线。测试现场提供靶子，也可自带。
8．题目规定各项工作中，凡涉及推动摆杆至某一位置并准备开始摆动时，
容许手动操作启动工作，亦可自动启动工作。一旦摆杆开始自由摆动，不
得再人为干预系统运营。
9．设计报告正文中应涉及系统总体框图、核心电路原理图、重要流程图、主
要测试成果。完整电路原理图、重要源程序和完整测试成果用附件
给出。
四、评分原则

智能小车（C 题）
【本科题】
一、任务
甲车车头紧靠起点标志线,乙车车尾紧靠边界,甲、乙两辆小车同步起动，先
后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑功能。跑道如图
1 所示。
二、规定
1. 基本规定
（1）甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈。
（2）甲、乙两车按图1 所示位置同步起动，乙车通过超车标志线后在超车
区内实现超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈实现乙车超过甲车。
（3）甲、乙两车在完毕(2)时行驶时间要尽量短。
2. 发挥某些
（1）在完毕基本规定(2)后,甲、乙两车继续行驶第二圈，规定甲车通过超
车标志线后要实现超车功能，并先于乙车到达终点标志线，即第二圈完毕甲车超
过乙车，实现了交替领跑。甲、乙两车在第二圈行驶时间要尽量短。
（2）甲、乙两车继续行驶第三圈和第四圈，并交替领跑；两车行驶时间
要尽量短。
（3）在完毕上述功能后，重新设定甲车起始位置（在离起点标志线迈进方
向40cm 范畴内任意设定），实现甲、乙两车四圈交替领跑功能，行驶时间要尽可
能短。
三、评分原则
四、阐明：
1.赛车场地由2 块细木工板（长244cm，宽122cm，厚度自选）拼接而成，
C-3
离地面高度不不大于6cm(可将垫高物放在木工板下面，但不得外露)。板上边界线
由约2cm 宽黑胶带构成；虚线由2cm 宽、长度为10cm、间隔为10cm 黑胶带
构成；起点/终点标志线、转弯标志线和超车标志区线段由1cm 宽黑胶带构成。
图1 中斜线所画某些应锯掉。
2.车体（含附加物）长度、宽度均不超过40cm，高度不限，采用电池供
电，不能外接电源。
3.测试中甲、乙两车均应正常行驶，行车道与超车区宽度只容许一辆车行
驶，车辆只能在超车区进行超车（车辆先从行车道到达超车区，实现超车后必要
返回行车道）。甲乙两车应有明显标记，便于区别。
4.甲乙两车不得发生任何碰撞，不能出边界掉到地面。
5.不得使用小车以外任何设备对车辆进行控制，不能增设其他路标或标
记。
6.测试过程中不得更换电池。
7.评测时不得借用其她队小车。

LC 谐振放大器（D 题）
【本科组】
一、任务
设计并制作一种LC 谐振放大器。
二、规定
设计并制作一种低压、低功耗LC 谐振放大器；为便于测试，在放大器输
入端插入一种40dB 固定衰减器。电路框图见图1。

1．基本规定
（1）衰减器指标：衰减量40±2dB，特性阻抗50Ω，频带与放大器相适应。
（2）放大器指标：
a） 谐振频率：f0 =15MHz；容许偏差±100kHz；
b） 增益：不不大于60dB；
c）−3dB 带宽：2Δf0.7 =300kHz；带内波动不不不大于2dB；
d） 输入电阻：Rin=50Ω；
e） 失真：负载电阻为200Ω，输出电压1V 时，波形无明显失真。
（3）放大器使用3.6V 稳压电源供电（电源自备）。最大不容许超过360mW，
尽量减小功耗。
2．发挥某些
（1）在-3dB 带宽不变条件下，提高放大器增益到不不大于等于80dB。
（2）在最大增益状况下，尽量减小矩形系数Kr0.1。
（3）设计一种自动增益控制（AGC）电路。AGC 控制范畴不不大于40 dB。
AGC 控制范畴为20log(Vomin/Vimin)－20log(Vomax/Vimax)（dB）。
（4）其她。
三、阐明
1. 图2 是LC 谐振放大器典型特性曲线，矩形系数Kr0.1=

2. 放大器幅频特性应在衰减器输入端信号不大于5mV 时测试（这时谐振放大器
输入Vi<50μV）。所有项目均在放大器输出接200Ω 负载电阻条件下测量。
3．功耗测试：应在输出电压为1V 时测量。
4. 文中所有电压值均为有效值。
四、评分原则

简易数字信号传播性能分析仪（E 题）
【本科组】
一、任务
设计一种简易数字信号传播性能分析仪，实现数字信号传播性能测试；同步，
设计三个低通滤波器和一种伪随机信号发生器用来模仿传播信道。
简易数字信号传播性能分析仪框图如图 1 所示。图中，V1 和 V1-clock 是数
字信号发生器产生数字信号和相应时钟信号；V2 是通过滤波器滤波后输
出信号；V3 是伪随机信号发生器产生伪随机信号；V2a 是V2 信号与通过电容C
V3 信号之和，作为数字信号分析电路输入信号； V4 和V4-syn 是数字信号分
析电路输出信号和提取同步信号。
二、规定
1．基本规定
（1）设计并制作一种数字信号发生器：
a）数字信号V1 为 m 序列，其时钟信号为V1-clock；
b）数据率为10~100kbps，按10kbps 步进可调。数据率误差绝对值不不不大于1％；
c）输出信号为TTL 电平。
（2）设计三个低通滤波器，用来模仿传播信道幅频特性：
a）每个滤波器带外衰减不少于40dB/十倍频程；
b）三个滤波器截止频率分别为100kHz、200kHz、500kHz，截止频率误差绝对值不不不大于10％；
c）滤波器通带增益AF 在0.2~4.0 范畴内可调。
（3）设计一种伪随机信号发生器用来模仿信道噪声：
a）伪随机信号V3 为 m序列；
b）数据率为10Mbps，误差绝对值不不不大于1％；
c）输出信号峰峰值为100mV，误差绝对值不不不大于10% 。
（4）运用数字信号发生器产生时钟信号V1-clock 进行同步，显示数字信号V2a 信号眼图，并测试眼幅度。
2．发挥某些
（1）规定数字信号发生器输出V1 采用曼彻斯特编码。
（2）规定数字信号分析电路能从V2a 中提取同步信号V4-syn 并输出；同步，
运用所提取同步信号V4-syn 进行同步，对的显示数字信号V2a 信号
眼图。
（3）规定伪随机信号发生器输出信号V3 幅度可调，V3 峰峰值范畴为
100mV~TTL 电平。
（4）改进数字信号分析电路，在尽量低信噪比下能从V2a 中提取同步信
号V4-syn，并对的显示V2a 信号眼图。
（5）其她。
三、阐明
1、在完毕基本规定期，数字信号发生器时钟信号V1-clock 送给数字信号分
析电路（图1 中开关S 闭合）；而在完毕发挥某些时，V1-clock 不容许送给
数字信号分析电路（开关S 断开）。
2、规定数字信号发生器和数字信号分析电路各自制作一块电路板。
3、规定V1、V1-clock、V2、V2a、V3 和 V4-syn 信号预留测试端口。
4、基本规定（1）和（3）中两个m 序列，依照所给定特性多项式1f (x)
和2f (x)，采用线性移位寄存器发生器来产生。
5、基本规定（2）低通滤波器规定使用模仿电路实现。
6、眼图显示可以使用示波器，也可以使用自制显示装置。
E-3
7、发挥某些（4）规定“尽量低信噪比”，即在保证能对的提取同步信
号V4-syn 前提下，尽量提高伪随机信号V3 峰峰值，使其达到最大，此
时数字信号分析电路输入信号V2a 信噪比为容许最低信噪比。
四、评分原则

帆板控制系统（F 题）
【高职高专组】
一、任务
设计并制作一种帆板控制系统，通过对电扇转速控制，调节风力大小，改
变帆板转角θ，如图1 所示。
二、规定
1、基本规定
（1）用手转动帆板时，可以数字显示帆板转角θ。显示范畴为0~60°，
辨别力为2°，绝对误差≤5°。
（2）当间距d=10cm 时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角θ可以
在0~60°范畴内变化，并规定实时显示θ。
（3）当间距d=10cm 时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角θ稳定
在 45°±5°范畴内。规定控制过程在10 秒内完毕，实时显示θ，并由声
光提示，以便进行测试。
2、发挥某些
（1） 当间距d=10cm 时，通过键盘设定帆板转角，其范畴为0~60°。规定
θ在5 秒内达到设定值，并实时显示θ。最大误差绝对值不超过
5°。
（2） 间距d 在7~15cm 范畴内任意选取，通过键盘设定帆板转角，范畴为
0~60°。规定θ在5 秒内达到设定值，并实时显示θ。最大误差绝
对值不超过5°。
（3） 其她。
三、阐明
（1） 调速装置自制。
（2） 电扇选用台式计算机散热电扇或其她形式直流供电轴流电扇，但不
能选用带有自动调速功能电扇。
（3） 帆板材料和厚度自定，固定轴应足够灵活，不阻碍帆板运动。帆板
形式及详细制作尺寸如图2 所示。

四、评分原则

简易自动电阻测试仪（G 题）
【高职高专组】
一、任务
设计并制作一台简易自动电阻测试仪。
二、规定
1．基本规定
（1）测量量程为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档。测量精确度为±（1%读
数＋2 字）。
（2）3 位数字显示（最大显示数必要为999），能自动显示小数点和单位,
测量速率不不大于5 次/秒。
（3）100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程具备自动量程转换功能。
2．发挥某些
（1）具备自动电阻筛选功能。即在进行电阻筛选测量时，顾客通过键盘输
入规定电阻值和筛选误差值；测量时，仪器能在显示被测电阻阻值同步，
给出该电阻与否符合筛选规定批示。
（2）设计并制作一种能自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化曲线
辅助装置，规定曲线各点测量精确度为±（5%读数＋2 字）,全程测量时间不
不不大于10 秒,测量点不少于15 点。辅助装置连接示意图如图1 所示。
（3）其她
三、阐明
1．在辅助装置中，规定电位器为4.7kΩ 旋转式单圈电位器，并规定采用线
性电位器。
2．规定电位器三个端子作为测试端子引出。
四、评分原则

波形采集、存储与回放系统(H 题)
【高职高专组】
一、任务
设计并制作一种波形采集、存储与回放系统，示意图如图1 所示。该系统能同步采集两
路周期信号波形，规定系统断电恢复后，能持续回放已采集信号，显示在示波器上。
二、规定
1．基本规定
（1）能完毕对A 通道单极性信号（高电平约4V、低电平接近0V）、频率约1kHz 信号采集、存储与持续回放。规定系统输入阻抗不不大于10 kΩ，输出阻抗不不不大于1kΩ。
（2）采集、回放时能测量并显示信号高电平、低电平和信号周期。原信号与回放信号电平之差绝对值≤50 mV，周期之差绝对值≤5%。
（3）系统功耗≤50mW，尽量减少系统功耗，系统内不容许使用电池。
2. 发挥某些
（1）增长B 通道对双极性、电压峰峰值为100mV、频率为10Hz~10kHz 信号采集。可同步采集、存储与持续回放A、B 两路信号，并分别测量和显示A、B 两路信号周期。B 通道原信号与回放信号幅度峰峰值之差绝对值≤10 mV，周期之差绝对值≤5%。
（2）A、B 两路信号周期不相似时，以两信号最小公倍周期持续回放信号。
（3）可以存储两次采集信号，回放时用按键或开关选取显示指定信号波形。
（4）其她。
三、阐明
1．本系统解决正弦波信号频率范畴限定在10Hz~10kHz，三角波信号频率范畴限定在
10Hz ~2kHz，方波信号频率范畴限定在10Hz ~1kHz。
2．预留电源电流测试点。
3．采集与回放时采用示波器监视。
4．采集、回放时显示周期和幅度应是信号实际测量值，规定采用十进制数字显示，
周期以“ms”为单位，幅度以“mV”为单位。
四、评分原则