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1、-年全国大学生电子设计竞赛试题-第 15 页2011 年全国大学生电子设计竞赛试题参赛注意事项（1）2011 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，也可以选择【本科组】题目。（2）参赛队认真填写登记表内容，填写好的登记表交赛场巡视员暂时保存。（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。（4）每队严格限制3 人，开赛后不得中途更换队员。（5）参赛队必须在学校指定的竞赛场地内进行独立设计和制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非
2、参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。（6）2011 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、任务设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W 的8V DC/DC 模块构成的并联供电系统（见图1）。图 1 两个DC/DC 模块并联供电系统主电路示意图二、 要求1.基本要求（1）调整负载电阻至额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压UO=8.00.4V。（2）额定输出功率工作状态下，供电系统的效率不低于60% 。（3）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.00.4V，使两个模块输出电流之和IO =1.0
3、A 且按I1:I2=1:1 模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差绝对值不大于5%。（4）调整负载电阻，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 模式自动分配电流，每个模块输出电流的相对误差绝对值不大于5%。2. 发挥部分（1）调整负载电阻，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，两个模块的输出电流可在（0.52.0）范围内按指定的比例自动分配，每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于2%。（2）调整负载电阻，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
4、:I2=1:1 模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差的绝对值不大于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）具有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 的偏差）。（5）其他。三、 评分标准四、 说明（1）不允许使用线性电源及成品的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整以及发挥部分（1）由手动设定电流比例外，其他功能的测试过程均不允许手动干预。（4）供电系统应留出UIN、UO、IIN 、IO、I1、I2 参数的测试端子，供测试时使用。（5）每项测量须在
5、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连续安全工作。基于自由摆的平板控制系统（B 题）【本科组】一、任务设计并制作一个自由摆上的平板控制系统，其结构如图1 所示。摆杆的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、要求1基本要求（1）控制电机使平板可以随着摆杆的摆动而旋转（35 周），摆杆摆一个周期，平板旋转一周（360），偏差绝对值不大于45。（2）在平板上粘贴一张画有一组间距为1cm 平行线的打印纸。用手推动摆杆至一个角度（在3045间），调整平板角度，在平板中心
6、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，要求控制平板状态，使硬币在5 个摆动周期中不从平板上滑落，并尽量少滑离平板的中心位置。（3）用手推动摆杆至一个角度（在4560间），调整平板角度，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，要求控制平板状态使硬币在摆杆的5 个摆动周期中不从平板上滑落，并保持叠放状态。根据平板上非保持叠放状态及滑落的硬币数计算成绩。2发挥部分（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 距离处垂直放置的靶子上。摆杆垂直静止且平板处于水平时，调节靶子高度，使光斑照射
7、在靶纸的某一条线上，标识此线为中心线。用手推动摆杆至一个角度（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），完成时以LED 指示。根据光斑偏离中心线的距离计算成绩，超时则视为失败。（2）在上述过程完成后，调整平板，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的中心线上，根据光斑偏离中心线的距离计算成绩。（3）其他。三、说明1摆杆可以采用木质、金属、塑料等硬质材料；摆杆长度（固定转轴至电机轴的距离）为100 cm5cm；摆杆通过转轴固定在支架或横梁上，并能够灵活摆动；将摆杆推起至
8、=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的任何外力控制。2平板的状态只能受电机控制。平板的长宽尺寸为10cm6cm，可以采用较轻的硬质材料；不得有磁性；表面必须为光滑的硬质平面；不得有凸起的边沿；倾斜一定角度时硬币须能滑落。平板承载重量不小于100g。3摆动周期的定义：摆杆被释放至下一次摆动到同侧最高点。 4摆杆与平板部分电路可以用软质导线连接，但必须不影响摆杆的自由摆动。5在完成基本要求部分工作时，需在平板上铺设一张如图4 所示画有一组间距为1cm 平行线的打印纸（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
9、的定义参见图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 在完成发挥部分工作时，需要在平板上固定安装一激光笔。激光笔的照射方向垂直于电机转轴。激光笔的光斑直径不大于5mm。需在距摆杆150cm处设置一高度可以调整的目标靶子，靶子上粘贴靶纸（A4 打印纸），靶纸上画一组间距为1cm 的水平平行线。测试现场提供靶子，也可自带。8题目要求的各项工作中，凡涉及推动摆杆至某一位置并准备开始摆动时，允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行。9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
10、要测试结果。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。四、评分标准智能小车（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、乙两辆小车同时起动，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、要求1. 基本要求（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 所示位置同时起动，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、乙两车在完成(2)时的行驶时间要尽可能的短。2. 发挥部分（1）在完成基本要求(2)后,甲、乙两车继续
11、行驶第二圈，要求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，即第二圈完成甲车超过乙车，实现了交替领跑。甲、乙两车在第二圈行驶的时间要尽可能的短。（2）甲、乙两车继续行驶第三圈和第四圈，并交替领跑；两车行驶的时间要尽可能的短。（3）在完成上述功能后，重新设定甲车起始位置（在离起点标志线前进方向40cm 范围内任意设定），实现甲、乙两车四圈交替领跑功能，行驶时间要尽可能的短。三、评分标准四、说明：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离地面高度不小于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 宽的黑胶带构成；
12、虚线由2cm 宽、长度为10cm、间隔为10cm 的黑胶带构成；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 中斜线所画部分应锯掉。2.车体（含附加物）的长度、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，行车道与超车区的宽度只允许一辆车行驶，车辆只能在超车区进行超车（车辆先从行车道到达超车区，实现超车后必须返回行车道）。甲乙两车应有明显标记，便于区分。4.甲乙两车不得发生任何碰撞，不能出边界掉到地面。5.不得使用小车以外的任何设备对车辆进行控制，不能增设其它路标或标记。6.测试过程中不得更换电池。7.评测时不得借用其
13、他队的小车。LC 谐振放大器（D 题）【本科组】一、任务设计并制作一个LC 谐振放大器。二、要求设计并制作一个低压、低功耗LC 谐振放大器；为便于测试，在放大器的输入端插入一个40dB 固定衰减器。电路框图见图1。1基本要求（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；允许偏差100kHz；b） 增益：不小于60dB；c）3dB 带宽：2f0.7 =300kHz；带内波动不大于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（
14、电源自备）。最大不允许超过360mW，尽可能减小功耗。2发挥部分（1）在-3dB 带宽不变条件下，提高放大器增益到大于等于80dB。（2）在最大增益情况下，尽可能减小矩形系数Kr0.1。（3）设计一个自动增益控制（AGC）电路。AGC 控制范围大于40 dB。AGC 控制范围为20log(Vomin/Vimin)20log(Vomax/Vimax)（dB）。（4）其他。三、说明1. 图2 是LC 谐振放大器的典型特性曲线，矩形系数Kr0.1=2. 放大器幅频特性应在衰减器输入端信号小于5mV 时测试（这时谐振放大器的输入Vi50V）。所有项目均在放大器输出接200 负载电阻条件下测量。3功耗的
15、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、评分标准简易数字信号传输性能分析仪（E 题）【本科组】一、任务设计一个简易数字信号传输性能分析仪，实现数字信号传输性能测试；同时，设计三个低通滤波器和一个伪随机信号发生器用来模拟传输信道。简易数字信号传输性能分析仪的框图如图 1 所示。图中，V1 和 V1-clock 是数字信号发生器产生的数字信号和相应的时钟信号；V2 是经过滤波器滤波后的输出信号；V3 是伪随机信号发生器产生的伪随机信号；V2a 是V2 信号与经过电容C的V3 信号之和，作为数字信号分析电路的输入信号； V4 和V4-syn 是数字信号分析电路输出的信号
16、和提取的同步信号。二、要求1基本要求（1）设计并制作一个数字信号发生器：a）数字信号V1 为 的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，用来模拟传输信道的幅频特性：a）每个滤波器带外衰减不少于40dB/十倍频程；b）三个滤波器的截止频率分别为100kHz、200kHz、500kHz，截止频率误差绝对值不大于10；c）滤波器的通带增益AF 在0.24.0 范围内可调。（3）设计一个伪随机信号发生器用来模拟信道噪声：a）伪随机信号V3 为 的m序列；b）数据率为
17、10Mbps，误差绝对值不大于1；c）输出信号峰峰值为100mV，误差绝对值不大于10% 。（4）利用数字信号发生器产生的时钟信号V1-clock 进行同步，显示数字信号V2a 的信号眼图，并测试眼幅度。2发挥部分（1）要求数字信号发生器输出的V1 采用曼彻斯特编码。（2）要求数字信号分析电路能从V2a 中提取同步信号V4-syn 并输出；同时，利用所提取的同步信号V4-syn 进行同步，正确显示数字信号V2a 的信号眼图。（3）要求伪随机信号发生器输出信号V3 幅度可调，V3 的峰峰值范围为100mVTTL 电平。（4）改进数字信号分析电路，在尽量低的信噪比下能从V2a 中提取同步信号V4-
18、syn，并正确显示V2a 的信号眼图。（5）其他。三、说明1、在完成基本要求时，数字信号发生器的时钟信号V1-clock 送给数字信号分析电路（图1 中开关S 闭合）；而在完成发挥部分时，V1-clock 不允许送给数字信号分析电路（开关S 断开）。2、要求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、要求V1、V1-clock、V2、V2a、V3 和 V4-syn 信号预留测试端口。4、基本要求（1）和（3）中的两个m 序列，根据所给定的特征多项式1f (x)和2f (x)，采用线性移位寄存器发生器来产生。5、基本要求（2）的低通滤波器要求使用模拟电路实现。6、眼图显示可以使用示波
19、器，也可以使用自制的显示装置。E-37、发挥部分（4）要求的“尽量低的信噪比”，即在保证能正确提取同步信号V4-syn 前提下，尽量提高伪随机信号V3 的峰峰值，使其达到最大，此时数字信号分析电路的输入信号V2a 信噪比为允许的最低信噪比。四、评分标准帆板控制系统（F 题）【高职高专组】一、任务设计并制作一个帆板控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变帆板转角，如图1 所示。二、要求1、基本要求（1）用手转动帆板时，能够数字显示帆板的转角。显示范围为060，分辨力为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，使帆板转角能够在060范围内变化，并要求实时显示
20、。（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范围内。要求控制过程在10 秒内完成，实时显示，并由声光提示，以便进行测试。2、发挥部分（1） 当间距d=10cm 时，通过键盘设定帆板转角，其范围为060。要求在5 秒内达到设定值，并实时显示。最大误差的绝对值不超过5。（2） 间距d 在715cm 范围内任意选择，通过键盘设定帆板转角，范围为060。要求在5 秒内达到设定值，并实时显示。最大误差的绝对值不超过5。（3） 其他。三、说明（1） 调速装置自制。（2） 风扇选用台式计算机散热风扇或其他形式的直流供电轴流风扇，但不能选用带有自动调速功能的风扇。（3）
21、帆板的材料和厚度自定，固定轴应足够灵活，不阻碍帆板运动。帆板形式及具体制作尺寸如图2 所示。四、评分标准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、要求1基本要求（1）测量量程为100、1k、10k、10M四档。测量准确度为（1%读数2 字）。（2）3 位数字显示（最大显示数必须为999），能自动显示小数点和单位,测量速率大于5 次/秒。（3）100、1k、10k三档量程具有自动量程转换功能。2发挥部分（1）具有自动电阻筛选功能。即在进行电阻筛选测量时，用户通过键盘输入要求的电阻值和筛选的误差值；测量时，仪器能在显示被测电阻阻值的同时，给出该电阻是否
22、符合筛选要求的指示。（2）设计并制作一个能自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化曲线的辅助装置，要求曲线各点的测量准确度为（5%读数2 字）,全程测量时间不大于10 秒,测量点不少于15 点。辅助装置连接的示意图如图1 所示。（3）其他三、说明1在辅助装置中，要求电位器为4.7k 旋转式单圈电位器, 并规定采用线性电位器。2要求电位器的三个端子作为测试端子引出。四、评分标准波形采集、存储与回放系统(H 题)【高职高专组】一、任务设计并制作一个波形采集、存储与回放系统，示意图如图1 所示。该系统能同时采集两路周期信号波形，要求系统断电恢复后，能连续回放已采集的信号，显示在示波器上。二、要求1基本
23、要求（1）能完成对A 通道单极性信号（高电平约4V、低电平接近0V）、频率约1kHz 信号的采集、存储与连续回放。要求系统输入阻抗不小于10 k，输出阻抗不大于1k。（2）采集、回放时能测量并显示信号的高电平、低电平和信号的周期。原信号与回放信号电平之差的绝对值50 mV，周期之差的绝对值5%。（3）系统功耗50mW，尽量降低系统功耗，系统内不允许使用电池。2. 发挥部分（1）增加B 通道对双极性、电压峰峰值为100mV、频率为10Hz10kHz 信号的采集。可同时采集、存储与连续回放A、B 两路信号，并分别测量和显示A、B 两路信号的周期。B 通道原信号与回放信号幅度峰峰值之差的绝对值10 mV，周期之差的绝对值5%。（2）A、B 两路信号的周期不相同时，以两信号最小公倍周期连续回放信号。（3）可以存储两次采集的信号，回放时用按键或开关选择显示指定的信号波形。（4）其他。三、说明1本系统处理的正弦波信号频率范围限定在10Hz10kHz，三角波信号频率范围限定在10Hz 2kHz，方波信号频率范围限定在10Hz 1kHz。2预留电源电流的测试点。3采集与回放时采用示波器监视。4采集、回放时显示的周期和幅度应是信号的实际测量值，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、评分标准