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=8.00.4V。（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=8.00.4V，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=8.00.4V，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=8.00.4V，使负载电流IO 在1.53.5A之间变化时，两个模块输出电流可在（0.52.0）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=8.00.4V，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（35 周），摆杆摆一种周期，平板旋转一周（360），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（在3045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（在4560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（在3060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 cm5cm；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=30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10cm6cm，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（10cm6cm），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402dB，特性阻抗50，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：2f0.7 =300kHz；带内波动不不不大于2dB；d） 输入电阻：Rin=50；e） 失真：负载电阻为200，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Vi50V）。所有项目均在放大器输出接200 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CV3 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10100kbps，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0.24.0 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100mVTTL 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-37、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，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。显示范畴为060，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，使帆板转角可以在060范畴内变化，并规定实时显示。（3）当间距d=10cm 时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角稳定在 455范畴内。规定控制过程在10 秒内完毕，实时显示，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060。规定在5 秒内达到设定值，并实时显示。最大误差绝对值不超过5。（2） 间距d 在715cm 范畴内任意选取，通过键盘设定帆板转角，范畴为060。规定在5 秒内达到设定值，并实时显示。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100、1k、10k、10M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）100、1k、10k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4.7k 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 k，输出阻抗不不不大于1k。（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10Hz10kHz 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10Hz10kHz，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