电赛校内赛.docx

2016年全国大学生电子设计大赛

A题：金属物体探测定位器 2
B题：开关电源模块并联供电系统（DC-DC） 4
C题：光伏并网发电模拟装置（DC-AC） 6
D题：带啸叫检测与抑制的音频功率放大器 8
E题：数字频率计 11
F题：双向DC-DC变换器 13
G题：锁定放大器的设计 15
H题：自选题 17

A题：金属物体探测定位器
（1）
项 目
主要内容
分数
系统方案
系统结构、方案比较与选择
4
理论分析与计算
探测器组成方案与工作原理分析、检测与控制算法
6
电路与程序设计
电路设计，程序结构与设计
5
测试方案与测试结果
测试结果及分析
3
设计报告结构及规范性
摘要，设计报告正文的结构，公式、图表的规范性
2
总分
20
B题：开关电源模块并联供电系统（DC-DC）
一、任务 

二、要求 
三、说明C题：光伏并网发电模拟装置（DC-AC）
一、 任务

二、要求 
Ud= 1/2US=三、说明 
1．本题中所有交流量除特别说明外均为有效值。 
2．US采用实验室可调直流稳压电源，不需自制。 
3．控制电路允许另加辅助电源，但应尽量减少路数和损耗。 
4．DC-AC变换器效率η=Po/Pd，其中Po=Uo1• I o1，Pd=Ud·Id 。 
5．基本要求（1）、（2）和发挥部分（3）要求从给定或条件发生变化到电路
达到稳态的时间不大于1s。 
6．装置应能连续安全工作足够长时间，测试期间不能出现过热等故障。 
7．制作时应合理设置测试点（参考图1），以方便测试。 
8．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。 

D题：带啸叫检测与抑制的音频功率放大器
1．任务
基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1，设计并制作一个带啸叫检测与抑制功能的音频放大器，完成对台式麦克风音频信号进行放大，通过功率放大电路送喇叭输出。电路示意图如图1所示。
啸叫检测
啸叫抑制

拾音电路
接信号源
功率放大电路
A
B
K1
音频功率放大器
K2
D
C
RL
8W
Vo

图1 电路示意图
2．要求
（1）设计并制作图1中所示的“拾音电路”和“功率放大电路”，构成一个基本
的音频功率放大器。要求： （25分）
a）在输入音频信号有效值为20mV时，功率放大器的最大不失真功率（仅考虑限幅失真）为5W，误差小于10％；
b）在输入音频信号有效值为20mV时，可以程控设置功率放大器的输出功率，功率范围为50mW～5W；
c）功率放大器的频率响应范围为200Hz ~ 10kHz。
（2）系统采用12V直流单电源供电，所需其他电源应自行制作。 （10分）
（3）在功率放大器输出功率为5W时，电路整体效率≥80%。 （10分）
（4）将台式麦克风与喇叭相隔1m背靠背放置，见图2（a），使用电脑播放音乐作为音频信号源。音频功率放大器能通过麦克风采集信号，经功率放大电路送喇叭输出，输出的音频信号清晰。 （5分）
（5）设计并制作图1所示的啸叫检测电路和啸叫抑制电路，完善音频功率放大器。要求： （15分）
a）在不进行啸叫抑制时（图1的选择开关K1连接A端，K2连接C端），将麦克风与喇叭相隔1m面对面放置，见图2（b），从小到大调整功率放大器的输出功率，直到产生啸叫时停止；
b）啸叫检测电路能实时监测所产生啸叫，并计算啸叫的频率。实时显示啸叫频率和相应的功率放大器输出功率；
c）启动啸叫抑制电路（图1的选择开关K1连接B端，K2连接D端），音频功率放大器应能有效抑制啸叫，并正常播放音频信号。
（6）进一步改进啸叫抑制电路。在保障无啸叫的前提下，尽量提高音频功率放大器的输出功率；如果输出功率达到5W功率，啸叫抑制电路仍能正常工作，可以进一步缩短面对面放置的麦克风与喇叭之间的距离。 （30分）
（7）其他。 （5分）
（8）设计报告 （20分）
项 目
主要内容
满分
方案论证
比较与选择,方案描述
3
理论分析与计算
系统相关参数设计
5
电路与程序设计
系统组成，原理框图与各部分的电路图，系统软件与流程图
5
测试方案与测试结果
测试结果完整性，测试结果分析
5
设计报告结构及规范性
摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性
2
总 分
20

3．说明
（1） 作品使用的麦克风应为台式全向麦克风，其灵敏度要大于 -45dBV/P，插头直径为3.5mm，输出阻抗为1kW ~ 2.2kW。关于麦克风灵敏度的定义是馈给1Pa（94dB）的声压时，麦克风输出端的电压（dBV）。有些麦克风给出的灵敏度单位为dB/Bar，注意之间的转换。
（2） 作品使用的喇叭应为组合纸盆方式的电动式喇叭，额定功率为5W，额定阻抗为8W。
（3） 麦克风和喇叭可以直接购买，在设计报告中必须附有所购买的麦克风和喇叭的产品说明书或性能参数。
（4） 作品要求拾音电路的输入接口，以及功率放大电路连接到喇叭的接口必须外露，可方便进行连接，以便测试时使用。
（5） 作品评测由赛区统一准备测试平台，并统一使用由测试专家准备的台式麦克风和喇叭进行测试。
（6） 作品要求（1）、（2）和（3）的指标测试，使用音频信号源外加正弦信号和外加8W纯电阻负载的方式进行测试。要求TPA3112D1的功率放大电路带有LC滤波，输出的正弦信号无明显失真。
（7） 作品要求（4）、（5）和（6）的指标测试，使用电脑USB喇叭（功率不超过1W）播放音乐作为信号源，放置在距麦克风20cm的位置。具体测试的框图如图2所示。
电脑喇叭
20cm
100cm
功放喇叭

电脑喇叭
20cm
80cm
功放喇叭
（a） 作品基本部分（4）的测试

（b）作品发挥部分的测试
图2：啸叫抑制性能测试框图
E题：数字频率计

1. 评分标准
项 目
主要内容
分数
系统方案

3
理论分析与计算

8
电路与程序设计
电路设计，程序设计
4
测试方案与测试结果

3
设计报告结构及规范性

2
总分
20

分值

F题：双向DC-DC变换器
一、

G题：锁定放大器的设计
设计制作一个用来检测微弱信号的锁定放大器（LIA）。锁定放大器基本组成框图见图1。
图1 锁定放大器基本组成结构框图
交流
放大器
相敏
检波器
直流
放大器
低通
滤波器
带通
滤波器
触发
整形
移相器
方波
驱动
参考
输出
r(t)

信号
x(t)
信号通道
参考通道
S(t)
显示
R(t)

2．要求
（1）外接信号源提供频率为1kHz的正弦波信号，幅度自定，输入至参考信号R(t)端。R(t)通过自制电阻分压网络降压接至被测信号S(t)端，S(t)幅度有效值为 10μV~1mV。（5分）
（2）参考通道的输出r(t)为方波信号，r(t)的相位相对参考信号R(t)可连续或步进移相180度，步进间距小于10度。（20分）
（3）信号通道的3dB频带范围为900Hz~1100Hz。误差小于20%。（10分）
（4）在锁定放大器输出端，设计一个能测量显示被测信号S(t)幅度有效值的电路。测量显示值与S(t)有效值的误差小于10%。（15分）
（5）在锁定放大器信号S(t)输入端增加一个运放构成的加法器电路，实现S(t)与干扰信号n(t)的1:1叠加，如图2所示。（5分）
交流放大器
带通滤波器
信号
x(t)
锁定放大器
图2 锁定放大器叠加噪声电路图
S(t)
加法器
n(t)
n(t)
S(t)+n(t)
n(t)

（6）用另一信号源产生一个频率为1050~2100Hz的正弦波信号，作为n(t)叠加在锁定放大器的输入端，信号幅度等于S(t)。n(t)亦可由与获得S(t)同样结构的电阻分压网络得到。锁定放大器应尽量降低n(t)对S(t)信号有效值测量的影响，测量误差小于10%。（20分）
（7）增加n(t)幅度，使之等于10S(t)，锁定放大器对S(t)信号有效值的测量误差小于10%。（20分）
（8）其他自主发挥。（5分）
（9）设计报告。（20分）
项 目
主要内容
满分
系统方案
总体方案设计
4
理论分析与计算
锁定放大器各部分指标分析与计算
6
电路与程序设计
总体电路图,程序设计
4
测试方案与测试结果
测试数据完整性,测试结果分析
4
设计报告结构及规范性
摘要,设计报告正文的结构、图表的规范性
2
总分
20
3．说明
（1）各信号输入、输出端子必须预留测量端子，以便于测量。
（2）要求（1）和（6）中的电阻分压网络的分压比例自定。由于μV级信号常规仪器难以测量，可通过适合加大输入信号幅度的方法，测量并标定其分压比。
（2）关于锁定放大器的原理可参考《微弱信号检测》。高晋占编著，清华大学出版社2004年。
H题：自选题