第七屆（2005年）全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目

參賽注意事項(xiàng)

（1）2005年9月7日8:00競(jìng)賽正式開始，每支參賽隊(duì)限定在提供的A、B、C、D、E、F、G題中任選一題；認(rèn)真填寫《登記表》各欄目?jī)?nèi)容，填寫好的《登記表》由賽場(chǎng)巡視員暫時(shí)保存。
（2）參賽者必須是有正式學(xué)籍的全日制在校本、?？茖W(xué)生，應(yīng)出示能夠證明參賽者學(xué)生身份的有效證件（如學(xué)生證）隨時(shí)備查。
（3）每隊(duì)嚴(yán)格限制3人，開賽后不得中途更換隊(duì)員。
（4）競(jìng)賽期間，可使用各種圖書資料和網(wǎng)絡(luò)資源，但不得在學(xué)校指定競(jìng)賽場(chǎng)地外進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，不得以任何方式與他人交流，包括教師在內(nèi)的非參賽隊(duì)員必須迴避，對(duì)違紀(jì)參賽隊(duì)取消評(píng)審資格。
（5）2005年9月10日20:00競(jìng)賽結(jié)束，上交設(shè)計(jì)報(bào)告、制作實(shí)物及《登記表》，由專人封存。

正弦信號(hào)發(fā)生器（A題）

一、任務(wù)

設(shè)計(jì)制作一個(gè)正弦信號(hào)發(fā)生器。

二、要求

1、基本要求

（1）正弦波輸出頻率范圍：1kHz～10MHz；
（2）具有頻率設(shè)置功能，頻率步進(jìn)：100Hz；
（3）輸出信號(hào)頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于10-4；
（4）輸出電壓幅度：在 負(fù)載電阻上的電壓峰-峰值Vopp≥1V；
（5）失真度：用示波器觀察時(shí)無(wú)明顯失真。

2、發(fā)揮部分

在完成基本要求任務(wù)的基礎(chǔ)上，增加如下功能：

（1）增加輸出電壓幅度：在頻率范圍內(nèi) 負(fù)載電阻上正弦信號(hào)輸出電壓的峰-峰值Vopp=6V±1V；
（2）產(chǎn)生模擬幅度調(diào)制(AM)信號(hào)：在1MHz~10MHz范圍內(nèi)調(diào)制度ma可在10%～100%之間程控調(diào)節(jié)，步進(jìn)量10%，正弦調(diào)制信號(hào)頻率為1kHz，調(diào)制信號(hào)自行產(chǎn)生；
（3）產(chǎn)生模擬頻率調(diào)制(FM)信號(hào)：在100kHz~10MHz頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生10kHz最大頻偏，且最大頻偏可分為5kHz/10kHz二級(jí)程控調(diào)節(jié)，正弦調(diào)制信號(hào)頻率為1kHz，調(diào)制信號(hào)自行產(chǎn)生；
（4）產(chǎn)生二進(jìn)制PSK、ASK信號(hào)：在100kHz固定頻率載波進(jìn)行二進(jìn)制鍵控，二進(jìn)制基帶序列碼速率固定為10kbps，二進(jìn)制基帶序列信號(hào)自行產(chǎn)生；
（5）其他。

三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

集成運(yùn)放參數(shù)測(cè)試儀（B題）

一、任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)能測(cè)試通用型集成運(yùn)算放大器參數(shù)的測(cè)試儀，示意圖如圖1所示。

二、要求

1、基本要求

（1） 能測(cè)試VIO(輸入失調(diào)電壓)、IIO(輸入失調(diào)電流)、AVD (交流差模開環(huán)電壓增益)和KCMR (交流共模抑制比)四項(xiàng)基本參數(shù)，顯示器最大顯示數(shù)為 3999；
（2）各項(xiàng)被測(cè)參數(shù)的測(cè)量范圍及精度如下(被測(cè)運(yùn)放的工作電壓為±15V)：
VIO：測(cè)量范圍為0～40mV（量程為4mV和40mV），誤差絕對(duì)值小于3%讀數(shù)+1個(gè)字；
IIO：測(cè)量范圍為0～4μA（量程為0.4μA和4μA），誤差絕對(duì)值小于3%讀數(shù)+1個(gè)字；
AVD：測(cè)量范圍為 60dB～120dB，測(cè)試誤差絕對(duì)值小于3dB；
KCMR：測(cè)量范圍為 60dB～120dB，測(cè)試誤差絕對(duì)值小于3dB；
（3）測(cè)試儀中的信號(hào)源(自制)用于AVD、KCMR參數(shù)的測(cè)量，要求信號(hào)源能輸出頻率為5Hz、輸出電壓有效值為4 V的正弦波信號(hào)，頻率與電壓值誤差絕對(duì)值均小于1%；
（4）按照本題附錄提供的符合GB3442-82的測(cè)試原理圖(見圖2~圖4)，再制作一組符合該標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試VIO、IIO、AVD 和KCMR參數(shù)的測(cè)試電路，以此測(cè)試電路的測(cè)試結(jié)果作為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)制作的運(yùn)放參數(shù)測(cè)試儀進(jìn)行標(biāo)定。

2、發(fā)揮部分

（1）增加電壓模運(yùn)放BWG (單位增益帶寬)參數(shù)測(cè)量功能，要求測(cè)量頻率范圍為
100kHz～3.5MHz，測(cè)量時(shí)間≤10秒，頻率分辨力為1kHz；
為此設(shè)計(jì)并制作一個(gè)掃頻信號(hào)源，要求輸出頻率范圍為 40kHz～4MHz，頻率誤差絕對(duì)值小于1%；輸出電壓的有效值為2V±0.2 V；
（2）增加自動(dòng)測(cè)量(含自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換)功能。該功能啟動(dòng)后，能自動(dòng)按VIO、IIO、AVD 、KCMR 和BWG的順序測(cè)量、顯示并打印以上5個(gè)參數(shù)測(cè)量結(jié)果；
（3）其他。

三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)



四、說(shuō)明

1、為了制作方便，被測(cè)運(yùn)放的型號(hào)選定為8引腳雙列直插的電壓模運(yùn)放F741 (LM741、μA741、F007等)通用型運(yùn)算放大器；
2、為了測(cè)試方便，自制的信號(hào)源應(yīng)預(yù)留測(cè)量端子；
3、測(cè)試時(shí)用到的打印機(jī)自帶。

附錄：

參照GB3442-82標(biāo)準(zhǔn)，VIO、IIO、AVD 和KCMR參數(shù)的測(cè)試原理圖分別如圖2、圖3和圖4所示。圖3和圖4中的信號(hào)源可采用現(xiàn)成的信號(hào)源。為了保證測(cè)試精度，外接測(cè)試儀表（信號(hào)源和數(shù)字電壓表）的精度應(yīng)比自制的運(yùn)放參數(shù)測(cè)試儀的精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

（1）VIO、IIO電參數(shù)測(cè)試原理圖

① 在K1、K2閉合時(shí)，測(cè)得輔助運(yùn)放的輸出電壓記為VL0 ，則有：
② 在K1、K2閉合時(shí)，測(cè)得輔助運(yùn)放的輸出電壓記為VL0 ；在K1、K2斷開時(shí)，測(cè)得輔助運(yùn)放的輸出電壓記為VL1，則有：

（2）AVD電參數(shù)的測(cè)試原理與測(cè)試原理圖

設(shè)信號(hào)源輸出電壓為VS，測(cè)得輔助運(yùn)放輸出電壓為VL0，則有

（3）KCMR電參數(shù)的測(cè)試原理與測(cè)試原理圖

設(shè)信號(hào)源輸出電壓為VS，測(cè)得輔助運(yùn)放輸出電壓為VL0，則有
附錄說(shuō)明

1、測(cè)試采用了輔助放大器測(cè)試方法。要求輔助運(yùn)放的開環(huán)增益大于60dB，輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流值??；
2、為了保證測(cè)試精度，要求對(duì)R、Ri、Rf的阻值準(zhǔn)確測(cè)量，R1、R2的阻值盡可能一致；IIO與R的乘積遠(yuǎn)大于VIO； IIO與Ri // Rf的乘積應(yīng)遠(yuǎn)小于VIO。測(cè)試電路中的電阻值建議?。篟i =100Ω、Rf =20 kW～100kW、R1 = R2=30kW、RL=10 kΩ、R=1MΩ；
3、建議圖3、4中使用的信號(hào)源輸出為正弦波信號(hào)，頻率為5Hz、輸出電壓有效值為4 V。

簡(jiǎn)易頻譜分析儀（C題）

一、任務(wù)

采用外差原理設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)頻譜分析儀，其參考原理框圖如下圖所示。

二、要求

1、基本要求

（1）頻率測(cè)量范圍為10MHz~30MHz；
（2）頻率分辨力為10kHz，輸入信號(hào)電壓有效值為20mV±5mV，輸入阻抗為50Ω；
（3）可設(shè)置中心頻率和掃頻寬度；
（4）借助示波器顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜圖，并在示波器上標(biāo)出間隔為1MHz的頻標(biāo)。

2、發(fā)揮部分

（1）頻率測(cè)量范圍擴(kuò)展至1MHz~30MHz；
（2）具有識(shí)別調(diào)幅、調(diào)頻和等幅波信號(hào)及測(cè)定其中心頻率的功能，采用信號(hào)發(fā)生器輸出的調(diào)幅、調(diào)頻和等幅波信號(hào)作為外差式頻譜分析儀的輸入信號(hào)，載波可選擇在頻率測(cè)量范圍內(nèi)的任意頻率值，調(diào)幅波調(diào)制度ma=30%，調(diào)制信號(hào)頻率為20kHz；調(diào)頻波頻偏為20kHz，調(diào)制信號(hào)頻率為1kHz；
（3）其他。

三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)


四、說(shuō)明

1、原理框圖中虛線框內(nèi)的“信號(hào)處理電路”和“顯示電路”兩模塊適用于發(fā)揮部分(2)，可以采用模擬或數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)；
2、制作與測(cè)試過程中，該頻譜分析儀對(duì)電壓值的標(biāo)定采用對(duì)比法，即首先輸入幅度為已知的正弦信號(hào)(如：電壓有效值為20mV，頻率為10MHz的正弦信號(hào))，以其在原理框圖中示波器縱軸顯示的高度確定該頻譜分析儀的電壓標(biāo)尺。

單工無(wú)線呼叫系統(tǒng)（D題）

一、任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作一個(gè)單工無(wú)線呼叫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主站至從站間的單工語(yǔ)音及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。

二、要求

1、基本要求

（1）設(shè)計(jì)并制作一個(gè)主站，傳送一路語(yǔ)音信號(hào)，其發(fā)射頻率在30MHz~40MHz之間自行選擇，發(fā)射峰值功率不大于20mW(50W假負(fù)載電阻上測(cè)定)，射頻信號(hào)帶寬及調(diào)制方式自定，主站傳送信號(hào)的輸入采用話筒和線路輸入兩種方式；
（2）設(shè)計(jì)并制作一個(gè)從站，其接收頻率與主站相對(duì)應(yīng)，從站必須采用電池組供電，用耳機(jī)收聽語(yǔ)音信號(hào)；
（3）當(dāng)傳送信號(hào)為300Hz~3400Hz的正弦波時(shí)，去掉收、發(fā)天線，用一個(gè)功率衰減20dB左右的衰減器連接主、從站天線端子，通過示波器觀察從站耳機(jī)兩端的接收波形，波形應(yīng)無(wú)明顯失真；
（4）主、從站室內(nèi)通信距離不小于5米，題目中的通信距離是指主、從站兩設(shè)備(含天線)間的最近距離；
（5）主、從站收發(fā)天線采用拉桿天線或?qū)Ь€，長(zhǎng)度小于等于1米。

2、發(fā)揮部分

（1）從站數(shù)量擴(kuò)展至8個(gè)(實(shí)際制作1個(gè)從站)，構(gòu)成一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的單工無(wú)線呼叫系統(tǒng)。要求從站號(hào)碼可任意改變，主站具有撥號(hào)選呼和群呼功能；
（2）增加英文短信的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)主站英文短信的輸入發(fā)送和從站英文短信的接收顯示功能；
（3）當(dāng)發(fā)射峰值功率不大于20mW時(shí)，盡可能地加大主、從站間的通信距離。
（4）其他。

三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)



四、說(shuō)明

1、主站需留出末級(jí)功率放大器發(fā)射功率的測(cè)量端，用于接入50W假負(fù)載電阻，以測(cè)試發(fā)射功率；
2、為測(cè)試方便，作品中使用的衰減器（可以自制），應(yīng)與作品一起封裝上交。

懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（E題）

一、任務(wù)

設(shè)計(jì)一電機(jī)控制系統(tǒng)，控制物體在傾斜（仰角≤100度）的板上運(yùn)動(dòng)。
在一白色底板上固定兩個(gè)滑輪，兩只電機(jī)（固定在板上）通過穿過滑輪的吊繩控制一物體在板上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)范圍為80cm×100cm。物體的形狀不限，質(zhì)量大于100克。物體上固定有淺色畫筆，以便運(yùn)動(dòng)時(shí)能在板上畫出運(yùn)動(dòng)軌跡。板上標(biāo)有間距為1cm的淺色坐標(biāo)線（不同于畫筆顏色），左下角為直角坐標(biāo)原點(diǎn), 示意圖如下。

二、要求

1、基本要求：

（1）控制系統(tǒng)能夠通過鍵盤或其他方式任意設(shè)定坐標(biāo)點(diǎn)參數(shù)；
（2）控制物體在80cm×100cm的范圍內(nèi)作自行設(shè)定的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)度不小于100cm，物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠在板上畫出運(yùn)動(dòng)軌跡，限300秒內(nèi)完成；
（3）控制物體作圓心可任意設(shè)定、直徑為50cm的圓周運(yùn)動(dòng)，限300秒內(nèi)完成；
（4）物體從左下角坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)，在150秒內(nèi)到達(dá)設(shè)定的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(兩點(diǎn)間直線距離不小于40cm)。

2、發(fā)揮部分

（1）能夠顯示物體中畫筆所在位置的坐標(biāo)；
（2）控制物體沿板上標(biāo)出的任意曲線運(yùn)動(dòng)(見示意圖)，曲線在測(cè)試時(shí)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)出，線寬1.5cm～1.8cm，總長(zhǎng)度約50cm，顏色為黑色；曲線的前一部分是連續(xù)的，長(zhǎng)約30cm；后一部分是兩段總長(zhǎng)約20cm的間斷線段，間斷距離不大于1cm；沿連續(xù)曲線運(yùn)動(dòng)限定在200秒內(nèi)完成，沿間斷曲線運(yùn)動(dòng)限定在300秒內(nèi)完成；
（3）其他。

三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)



四、說(shuō)明

1、物體的運(yùn)動(dòng)軌跡以畫筆畫出的痕跡為準(zhǔn)，應(yīng)盡量使物體運(yùn)動(dòng)軌跡與預(yù)期軌跡吻合，同時(shí)盡量縮短運(yùn)動(dòng)時(shí)間；
2、若在某項(xiàng)測(cè)試中運(yùn)動(dòng)超過限定的時(shí)間，該項(xiàng)目不得分；
3、運(yùn)動(dòng)軌跡與預(yù)期軌跡之間的偏差超過4cm時(shí)，該項(xiàng)目不得分；
4、在基本要求(3)、(4)和發(fā)揮部分(2)中，物體開始運(yùn)動(dòng)前，允許手動(dòng)將物體定位；開始運(yùn)動(dòng)后，不能再人為干預(yù)物體運(yùn)動(dòng)；
5、競(jìng)賽結(jié)束時(shí)，控制系統(tǒng)封存上交賽區(qū)組委會(huì)，測(cè)試用板(板上含空白坐標(biāo)紙) 測(cè)試時(shí)自帶。

數(shù)控直流電流源（F題）

一、任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作數(shù)控直流電流源。輸入交流200～240V，50Hz；輸出直流電壓≤10V。其原理示意圖如下所示。

二、要求

1、基本要求

（1）輸出電流范圍：200mA～2000mA；
（2）可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對(duì)值≤給定值的
1％+10 mA；
（3）具有“+”、“-”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)≤10mA；
（4）改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對(duì)值≤輸出電流值的1％+10 mA；
（5）紋波電流≤2mA；
（6）自制電源。

2、發(fā)揮部分

（1）輸出電流范圍為20mA～2000mA，步進(jìn)1mA；
（2）設(shè)計(jì)、制作測(cè)量并顯示輸出電流的裝置 (可同時(shí)或交替顯示電流的給定值和實(shí)測(cè)值)，測(cè)量誤差的絕對(duì)值≤測(cè)量值的0.1％+3個(gè)字；
（3）改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對(duì)值≤輸出電流值的0.1％+1 mA；
（4）紋波電流≤0.2mA；
（5）其他。

三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

四、說(shuō)明

1、需留出輸出電流和電壓測(cè)量端子；
2、輸出電流可用高精度電流表測(cè)量；如果沒有高精度電流表，可在采樣電阻上測(cè)量電壓換算成電流；
3、紋波電流的測(cè)量可用低頻毫伏表測(cè)量輸出紋波電壓，換算成紋波電流。

三相正弦波變頻電源（G題）

一、任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作一個(gè)三相正弦波變頻電源，輸出線電壓有效值為36V，最大負(fù)載電流有效值為3A，負(fù)載為三相對(duì)稱阻性負(fù)載(Y接法)。變頻電源框圖如下圖所示。

二、要求

1、基本要求

（1）輸出頻率范圍為20Hz～100Hz的三相對(duì)稱交流電，各相電壓有效值之差小于0.5V；
（2）輸出電壓波形應(yīng)盡量接近正弦波，用示波器觀察無(wú)明顯失真；
（3）當(dāng)輸入電壓為198V～242V，負(fù)載電流有效值為0.5～3A時(shí)，輸出線電壓有效值應(yīng)保持在36V，誤差的絕對(duì)值小于5%；
（4）具有過流保護(hù)(輸出電流有效值達(dá)3.6A時(shí)動(dòng)作)、負(fù)載缺相保護(hù)及負(fù)載不對(duì)稱保護(hù)(三相電流中任意兩相電流之差大于0.5A時(shí)動(dòng)作)功能，保護(hù)時(shí)自動(dòng)切斷輸入交流電源。

2、發(fā)揮部分

（1）當(dāng)輸入電壓為198V～242V，負(fù)載電流有效值為0.5～3A時(shí)，輸出線電壓有效值應(yīng)保持在36V，誤差的絕對(duì)值小于1%；
（2）設(shè)計(jì)制作具有測(cè)量、顯示該變頻電源輸出電壓、電流、頻率和功率的電路，測(cè)量誤差的絕對(duì)值小于5%；
（3）變頻電源輸出頻率在50Hz以上時(shí)，輸出相電壓的失真度小于5%；
（4）其他。

三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

四、說(shuō)明

1、在調(diào)試過程中，要注意安全；
2、不能使用產(chǎn)生SPWM（正弦波脈寬調(diào)制）波形的專用芯片；
3、必要時(shí)，可以在隔離變壓器前使用自耦變壓器調(diào)整輸入電壓，可用三相電阻箱模擬負(fù)載；
4、測(cè)量失真度時(shí)，應(yīng)注意輸入信號(hào)的衰減以及與失真度儀的隔離等問題；
5、輸出功率可通過電流、電壓的測(cè)量值計(jì)算。