全国大学生电子竞赛练习题.doc

1 正弦波功率输出装置
一、任务
设计并制作一个正弦波功率输出装置。
二、要求
1、基本要求
①输入为单相市电；
②输出频率范围为20Hz～100Hz的交流电，输出电压有效值为36V，负载为阻性负载；
③输出电压波形应尽量接近正弦波，用示波器观察无明显失真；
④当输入电压为198V～242V，负载电流有效值为0.1～2A时，输出电压有效值应保持在36V，误差的绝对值小于5%；
⑤具有过流保护(输出电流有效值大于3A时动作)，保护时自动切断输入交流电源。
2、发挥部分
①当输入电压为198V～242V，负载电流有效值为0.5～3A时，输出电压有效值应保持在36V，误差的绝对值小于1%；
②设计制作具有测量、显示该装置输出电压、电流、频率和功率的电路，测量误差的绝对值小于5%；
③其它。
2 程控交流电压源
1、 基本要求
（1） 单、三相电压均可独立可调，每相输出电压30-150V程控连续可调，步进1V；
（2） 输出频率200-800Hz程控连续可调，步进1Hz；
（3） 每相输出功率不小于10W；
（4） 输出电压精度：±0.5V，输出频率精度：±1Hz；
（5） 波形失真度：<1%；
（6） 显示电压、频率精确到小数点后一位；
（7） 通讯方式自选。
2、 发挥部分
（1） 三相交流程控电压源输出电压范围：5V-180V；
（2） 三相交流程控电压源每相输出功率：不小于20W；
（3） 三相交流程控电压源输出电压精度：±0.1V；
（4） 其它。
3 智能搬运小车
一、设计任务
设计并制作一个能自动搬运货物的智能电动车，其工作示意图如下。图中，左边为停车区、货物存储区A 和货物存储区B，并有两个对应的射灯光源；距右边线30 cm 处共放置3 片白色或黑色的薄铁片，铁片之间的距离大于20cm。

二、要求
1、基本要求
（1）智能车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），在无障碍物的情况下，可寻找并搬取铁片，按照不同颜色分送不同存储区，即在光源A 的引导下将黑色铁片搬运到货物存储区A 存放，或在光源B 的引导下将白色铁片搬运到存储区B 存放（装载方式不限制）。
（2） 智能车能准确找到铁片的位置。
2、提高部分
（1） 搬运铁片的过程中，一次只允许搬运1 片，且必须搬运到存储区域内。
（2） 要求智能车在8 分钟之内能取走全部铁片，并能返回车库，否则就地停车。
（3） 智能车检测到铁片时能发出声光信息，并实时显示铁片数目。
（4） 距右边线90cm 处设有障碍线，线上任意位置放有两个障碍物，在有障碍物的情况下，完成基本要求（1）、（2）中的相关操作，且不得与障碍物碰撞。
（5） 停车后，能准确显示智能车全程行驶的时间，显示误差的绝对值应小于10 秒。
（6） 其它。
三、说明
1、 测试时共放置3 片铁片，每片的厚度为<=2.0mm，面积为2cm×2cm，黑、白铁片的比例任意给定、初始位置任意给定。
2、 两个障碍物的大小分别为24cm×6cm×12cm 和12cm×6cm×12cm，建议用白纸包砖代替。
3、示意图中所有粗黑线段宽度均为5 cm，制作时可以涂墨或粘黑色胶带。图中的虚线和尺寸标注线不要绘制在白纸上。
4、 智能车允许用玩具车改装，但不能由人工遥控。
5、 光源A、B 均采用40W~60W 射灯，其底部距地面10cm 左右，摆放位置如图所示，测试前，射灯的照射方向允许微调。
4 电信号测量仪
一、设计任务
设计并制作一台数字显示的多功能电信号测量仪。
二、要求
1、基本要求
（1）频率测量：可测量方波、正弦波；频率：0.1Hz～64KHz,测量误差≤0.1%。
（2）幅值测量：可测量方波、正弦波；幅度（峰值）： 0.1V～5V；测量误差≤0.1%。
（3）采用LED或LCD显示十进制数字，可同时显示幅值和频率。
2、提高部分
频率和幅值测量：可测量方波、正弦波、锯齿波、三角波。
（1）扩展频率测量范围为0.1Hz～4GHz，测量误差≤0.1%
（2）扩展幅值（峰值）测量范围为0.1V～10V，测量误差≤0.1%
（3）测量误差降低为0.05%。
（4）实现6路信号测量。
（5）具有校正功能，可带键盘进行频率和幅值的校正。
5 DC-DC 稳压电源
一、设计任务
设计并制作一个直流稳压电源。
二、要求
1、基本要求
在输入直流电压变化范围+7V~+12V 的条件下 ：
（1）第1 路输出
a. 输出电压：+5V/DC，误差的绝对值小于1%。
b. 最大输出电流：1A。
c. 电压调整率小于1%（输入电压变化范围+7V~+12V，满载）。
d. 负载调整率小于1%（输入电压为+9V，负载电流变化范围0.1A~1A）。
e. 纹波电压（峰-峰值）小于输出电压的0.5%（满载时）。
（2）第2 路输出
a. 输出电压：+15V/DC。
b. 最大输出电流：1A。
c. 电压调整率小于1%（输入电压变化范围+7V~+12V，满载）。
d. 负载调整率小于1%（输入电压为+9V，负载电流变化范围0.1A~1A）。
e. 纹波电压（峰-峰值）小于输出电压的0.5%（满载时）。
（3）电路效率大于70%（满载时）。
（4）有指示功能
2、发挥部分
（1）第2 路输出
a. 输出电压：+9V~+15V/DC，连续可调。
b. 最大输出电流：1A。
c. 电压调整率小于1%（输入电压变化范围+7V~+12V，满载）。
d. 负载调整率小于1%（输入电压为+9V，负载电流变化范围0.1A~1A）。
e.电路效率大于85%，纹波电压（峰-峰值）小于输出电压的0.2%。
（2）增加输出过载（大于1.2A）、输入过压（大于+13V）、欠压（小于+6V）保护功能，并报警指示。
（3）有数字指示功能，设计并制作一个输出电压、输出电流的测量电路，并能实时显示测量值，要求测量误差的绝对值小于1%。
（4）设计并制作一个电子负载，用于测试上述电源的负载调整率，电子负载恒定电流可设定的范围为0.1A~1.2A，设定值能以0.1A 步进。
（5）其它。
三、说明
输出电压、输出电流的测量电路单独供电，计算电路效率时不考虑该测量电路所消耗的功率。
6 手持数字示波器
一、任务
设计并制作一台手持数字示波器。示意图如下：

二、要求
1、基本要求
（1）示波器为电池供电，便于携带。
（2）示波器的屏幕能显示输入信号的曲线及相关的参数。键盘能进行相关参数的调节。屏幕的水平刻度为10Div，垂直刻度为8Div。
（3）触发方式：自动。触发边沿：上升。
（4）信号电压范围：+/-50V。最高实时取样率：1M点/秒，精度8Bit。
（5）模拟频带宽度： 0~1MHz。
（6）输入阻抗：1MΩ。耦合方式：DC/AC，
2、发挥部分
（1）示波器显示的曲线可以进行水平、垂直的移动。
（2）垂直灵敏度：100mV/Div~ 5V/Div(按1-2-5 方式递进)。
（3）水平时基范围： 5μs/Div - 50mS/Div (按1-2-5 方式递进)。
（4）增加示波器与PC机的接口，可以把采集的数据上传到PC机，并显示。
7 程控音频OCL功率放大器
一、任务
设计一个功率可程控、有输出功率显示的OCL音频功率放大器电路。后级OCL功率放大部分用分立元件制作，供电电源为±15V，输入信号电压幅度为(10~1000)mVrms，负载为为8欧电阻。其结构框图如下图所示。

二、要求
1．基本要求
用仿真软件对电路进行验证，使其满足以下要求：
失真度≤3%时，输出功率P0≥7.5W；
频率响应为(20~22000)Hz；
在信号源的幅度和频率固定为某一值时，可以设置输出功率，并实时测量、显示输出功率，显示的输出功率(Ps)与设定功率(Pg)的相对误差；
2．发挥部分
制作一个正弦波信号发生器的实物，使其完成以下功能：
（1）失真度≤10%时，输出功率P0≥6W；
（2）频率响应为(30~10000)Hz；
（3）在输入端交流短路接地时，输出端交流信号≤20mVpp；
（4）在信号源的幅度和频率固定为某一值时，可以设置输出功率，并实时测量、显示输出功率。
三、说明
1．设计报告必须包括建模仿真结果，发挥部分可以选作。
2．因为有的竞赛题目不易进行建模仿真，参赛者可以针对两道不同题目分别进行建模仿真与实物制作，评分时，仿真结果与实物制作各自的得分相加，作为参赛者的最后总分。此时，只需要提交针对仿真结果的设计报告。
8 程控高增益选频放大器设计
一、任务
1.设计一个程控高增益选频放大器。
2.自制一个幅度按指数规律衰减的正弦波信号源。
二、要求
1．基本要求
(1)增益：80dB～100dB程控，调整步长：6dB
(2)中心频率调整范围：1.3KHz～3.1 KHz
(3)中心频率调整步长：不大于50Hz
(4)通频带宽度：不大于100 Hz
(5)增益与中心频率程控方法：键盘输入增益（dB）与中心频率（Hz），同时显示之。
2．发挥部分
(1)增益：有较大改进(大于10dB)
(2)中心频率调整步长：1Hz
(3)自制信号源——衰减正弦波如下图所示：

正弦波频率1KHz～4 KHz可调；调整步长1Hz；初始相位为零；幅度按指数规律衰减；手动触发一次发出一个衰减正弦波；衰减到初始幅度的10%需延续时间100ms~1000 ms。
（4）注意电磁兼容。
（5）其它。
9 信号频谱分析仪
一、任务
设计并制作一个信号频谱分析仪，其结构可参考如下图。

二、要求
1．基本要求
（1）能对单个连续波形信号进行分析，最高信号频率为10mhz，测频精度不低于1KHz。
（2）能对2个连续波形信号进行分析，最高信号频率为10MHz，频率分辨率不低于10KHz
（3）能对调幅、调频信号进行分析，信号中心频率可到10MHz，最大带宽可到1MHz，频率分辨率不低于10KHz，
（4）可以设置频率分析范围和频率分辨率
（5）频谱分析结构用图形在显示器上显示
2．发挥部分
（1）将最高频率扩展到20MHz，分辨率可达1KHz
（2）图形显示器上有可以走动的光标，能显示光标位置的频率和幅度值
（3）光标可以跟踪频点极大值，能从一个极大值点跳到另一个极大值点，并显该点频率和幅度
（4）光标可以跟踪最大频点，显示该频点频率和幅度
（5）可以将该频谱通过DA变换器变换，在示波器上显示。
（6）其它
三、说明
控制和显示不得用PC机实现
10 直流电子负载
一、任务
电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。设计并制作一台电子负载，有恒流和恒压两种方式，可手动切换。恒流方式时要求不论输入电压如何变化（在一定的范围内），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。工作于恒压方式时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，流入电子负载的电流随被测直流电源的电压变化而变化。
二、要求
1．基本要求
（1）负载工作模式：恒压（CV）、恒流（CC）两种模式可选择
（2）电压设置及读出范围：1.00V-20.0V
（3）电流设置及读出范围：100mA-3.00A
（4）显示分辨率及误差：至少具有三位数，相对误差小于5%
2．发挥部分
（1）增加恒阻模式（CR）模式
（2）扩大负载参数的设置及读出范围
（3）具有自动过载保护设计
三、说明
（1）负载参数可调节设置，人工预置或数字程控皆可
（2）负载参数可数字化显示，两种负载参数（CV\CC）同时显示
（3）实现原理可参考如下图

11 双相信号发生器
一、任务
设计、制作一个双相信号发生器，在特定的频率范围内输出正弦波，信号的幅度和相位差可以程控设置，也可以输出矩形波和方波。作品电路中不得使用任何DAC芯片、DDS芯片或微处理器的DAC功能。数字逻辑系统推荐使用EXCD-1 SOC开发板，信号发生器的工作电源可外置。
二、要求
1．基本要求
（1）两路信号均可输出正弦波、方波、矩形波；
（2）两路信号输出最大幅度不低于3V，幅度可调，设置分辨率不低于10bit；
（3）信号频率范围从9.5kHz到10.5kHz可调，步进值不大于100Hz，频率准确度不低于0.1%；
（4）正弦波信号在整个频率设置范围内，波形失真度不大于2%；
（5）两路信号的相位差可以在0—359度内可调，设置分辨力不大于1度；
（6）矩形波占空比在0.1%—99.9%范围内可调，设置分辨率不低于0.1%；
2．发挥部分
（1）两路信号输出最大幅度不低于3.5V，幅度可调，设置分辨率不低于12bit；
（2）正弦信号频率从8kHz到12kHz变化，信号平坦度优于90%；
（3）正弦信号频率从8kHz到12kHz变化，信号失真度不大于2%；
（4）两路正弦信号的相位差可以在0—359.9度内可调，设置分辨力不大于0.1度；
（5）两路均可产生FSK调制波，内调制信号的频率不大于10Hz，上边频为12kHz，下边频8kHz；
（6）两路均可产生ASK调制波，内调制信号的频率不大于10Hz，载波频率为10kHz，调制率为100%；
（7）其他。
三、说明
1．微处理器系统板、工作电源可用成品，也可自制，必须自备。
2．设计报告正文中应包括系统总体框图、波形发生原理、数字逻辑原理框图、主要的测试结果。详细电路原理图、HDL程序或电路图、测试结果用附件给出。
3．题目中所有准确度及分辨率指标必须是电路原理及器件硬件所保证，报告中需要有理论计算。
12 通用可变增益放大器
一、任务
设计、制作一个通用可变增益放大器，放大器的增益可手动数字设置或程控设置，无调节电位器。该放大器的增益变化范围、信号输入及输出范围、信号有效频段及幅频特性等具有较高的技术经济指标。
二、要求
1．基本要求
（1）放大器的低频及直流最大不失真输入、输出信号幅度不低于±3V；
（2）放大器的电压增益可设为三档：0.10—1.00，1.0—10.0，10—100，放大器在同一档位时增益线性度不低于1%，分辨力不低于1%；
（3）增益为100时，在DC—1MHz带宽范围内，输出大信号幅度波动不超过5%；
（4）增益为100时、输入端短路，输出端电压值不超过±5mV；
（5）输入端阻抗可开关设置为大于10MW或50W，并有过压保护能力；
（6）放大器输出端阻抗可开关设置为50W或0。
2．发挥部分
（1）放大器的低频及直流最大不失真输入、输出信号幅度不低于±8V；
（2）放大器的增益可设为四档：0.100—1.000，1.00—10.00，10.0—100.0，100.0—1000，放大器在同一档位时线性度不低于0.5%，分辨力不低于0.1%；
（3）增益为1000，在DC—5MHz带宽范围内，输出大信号幅度波动不超过5%；
（4）放大器输出端阻抗为50W，外接负载50W，在DC—5MHz频段内，大信号输出时波形失真度小于2%；
（5）增益为1000时、输入端短路，输出端电压值不超过±20mV；
（6）整体电路成本低，电路工艺简单；
（7）其他。
三、说明
1．工作电源可用成品，也可自制。
2．设计报告正文中应包括系统总体框图，可变增益发生器工作原理，幅度、频段、增益变化区间、器件选择方法，主要的测试结果。详细电路原理图以附件形式给出。
3．题目中所有技术参数电路原理及器件硬件指标所能保证，需要有分析说明。
13 LED照明用恒流电源变换器
一、任务
设计并制作LED照明用具有直流恒流输出特性的隔离型电源变换器，为串联的10个LED（单管额定功率1W）供电，结构如下图所示。

二、要求
1．基本要求
（1）负载条件下，电源变换器为直流恒流输出特性，且输出电流IO可在150mA~350mA范围内可调；
（2）电压调整率Su≤1%：负载为10个LED，调整U1，使U2在32V~40V范围内变化时，IO变化不超过±1%；
（3）负载调整率SL≤1%：U2=36V，负载由5个LED增加至10个，IO变化不超过±1%；
（4）效率≥70%：U2=36V、负载为10个LED、IO=300mA，电源变换器效率≥70%；
（5）具有输出过压保护功能，动作电压为UO=（）V。
2．发挥部分
（1）使变换器具有恒流限压特性：UO小于36V时为恒流输出；UO达到36V后为恒压输出，将UO稳定在（）V；待UO降至36V以下则恢复恒流输出；
（2）在电源变换器交流输入侧加入功率因数校正电路，使其功率因数不低于0.95；
（3）LED亮度可随环境光线增强而自动降低：暗环境，负载为10个LED、IO=300mA条件下，环境变亮后IO减小至不大于200mA以下；
（4）具有输出电流的步进调整和测量、显示功能：步进值10mA，测量精度优于2%；
（5）具有交流侧开机冲击电流和EMI抑制功能；
（6）其他。
三、说明
1．不得采用各种电源产品改制。整个作品由一路交流电源供电，不得使用任何其它电源为控制电路或驱动环节供电。电源变换器为隔离型，即交流供电侧与直流输出侧具有电气隔离，但不得再使用工频变压器。
2．制作时考虑测试方便，须合理设置测试点。10支LED应安装在通用板（或PCB）上，做串联连接，并可方便改变接入个数（10个或5个）。
3．电源变换器效率指直流输出功率与交流输入（U2处）有功功率之比。
4．如果能完成发挥部分（1），基本要求（5）不必做自然得分。在做基本要求（5）或发挥部分（1）测试时，建议使用滑线变阻器作为负载。
5．在发挥部分（3）中，只需改变对光敏元件的照度，自行设置明、暗两种照度即可。
14 简易数字集成电路参数测试仪
一、任务：
设计制作一个74系列中小规模数字集成电路参数测试仪。
二、要求：
1．基本要求：
（1）能对74系列中小规模数字集成电路的VIH(min)、VIL(max)、VOH、VOL、IIL、IOL等参数指标进行单项自动测试。
（2）测量参数项目及指标要求（VCC=5V）：
 A、VIH(min)、VOH 测量范围为0~5V，误差<1%读数±1个字；
 B、VIL(max)、VOL 测量范围为0~1V，误差<1%读数±1个字；
 C、IIL（短路电流），IOL （RL=300Ω）测量范围为0~20mA，误差<1%读数±1个字；
（3）测试项目有对应的指示；
（4）具有自动识别74系列数字集成电路型号功能。检测芯片有：00/02/03/08/ 10/20/32/48/74/76/83/125/138/139/148/151/153/190/273/386(任选5种)。
2．发挥部分：
（1）能连续自动循环测量，并显示；
（2）能有选择地调阅最后一次测量的任一项参数；
（3）能设置集成电路参数标准值，并判断所测参数是否达标；
（4）测试数字集成电路的电压传输特性，能显示完整的传输特性曲线；从屏幕上读出的指标（如输出高、低电平和开、关门电平）要求精度优于20%；
（5）其他。 
15 非接触供电系统
一、 任务
在不采用专用器件（芯片）的前提下，设计一个非接触供电系统的电路，使其实现对小型电器供电或充电等功能。
二、 要求
1．基本要求
满足以下功能：
1) 供电部分输入36V以下的直流电压，具有向多台电器设备非接触供电的功能。
2) 在输出功率≥1W的条件下，转换效率≥15%
3) 最大输出功率≥5W。
2．发挥部分
1) 供电部分输入36V以下的直流电压，具有向至少一台电器设备非接触供电的功能。
2) 在输出功率≥1W的条件下，转换效率≥10%
16 简单汉字自动书写笔
一、 任务
设计一个系统，让一支笔自动在A4白纸上写汉字。
二、 要求
1．基本要求
设计的系统能实现以下参数要求：
1)   能够以指定的大小写指定的汉字；
2)   字的内容、字体、字的大小和个数等参数可以预置；
3)   具有换页功能，写完一张后的可将纸移动到其它位置；
4)   换页之后，在另一张A4白纸的中间位置上继续写字；
5)   字体工整、匀称、美观，大小和笔划粗细协调，纸面整洁。
2．发挥部分
1)   笔可以抬起和放；
2)   书写笔一旦启动，不再允许人工控制。
3)   在一张A4白纸的中间位置写“电子”两个汉字，A4白纸上不能有任何标记；
4)   汉字字体大小要求大于二号字体；
5)   字体工整、匀称、美观，大小和笔划粗细协调，纸面整洁。