全国大学生电子竞赛题库1.docx
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全国大学生电子竞赛题库1
全国大学生电子竞赛题库
难度等级：
A简单
题目编号：
001
倒计时器
一、功能介绍
利用八位数码管显示出倒计时时间，并有蜂鸣器提示功能。
通过键盘可以设定倒计时时间。
二、设计要求
1．通过单片机的定时器完成倒计时的功能。
2．通过八位数码管显示出倒计时时间，精确到0.1秒。
3．当剩余10秒时，每秒用蜂鸣器短响进行提示，最后一秒蜂鸣器长响以示倒计时结束。
4．利用键盘可以设定倒计时时间，最大可设定60分钟的倒计时。
三、参考方案设计
1．硬件结构图见图1。
图1倒计时硬件结构
2．制作思路
（1）利用单片机定时器完成定时功能，选择定时模式1，定时时间设定为50ms,每经过0.1秒，可在数码管相应的位置上减一。
（2）利用八位数码管驱动芯片）MAX7219控制八位数码管进行显示。
分、秒、毫秒位用“—”隔开。
（3）蜂鸣器发出响声的长短可通过单片机延时时间的长短来实现。
3．设计注意地方
（1）MAX7219控制数码管的电路以及驱动程序可参考MAX7219的数据手册。
（2）写程序时要注意分、秒以及毫秒位的进位规则，避免显示混乱。
（3）单片机控制蜂鸣器时要加一个三极管驱动电路。
难度等级：
A简单
题目编号：
002
烟雾自动排风控制器
一、功能介绍
现在很多公共场合都禁止吸烟，但还是有很多不自觉的人，本产品可以安装在公共场合，当有人吸烟时可以自动打开排风机，同时点亮“请勿吸烟”警示灯，提醒人们不要吸烟。
二、设计要求
1．利用QM-N5将烟雾浓度转化为电压信号，单片机通过AD0804将电压信号转化为烟雾浓度值。
2.烟雾浓度超过报警所设定的浓度时，装置自动打开排风机，蜂鸣器发出提示响声，同时点亮LE灯，照亮“请勿吸烟”警示牌。
3．可通过键盘设定烟雾报警浓度，同时可通过液晶或数码管进行显示。
三、参考方案设计
1．电路原理图：
烟雾自动排风控制器电路见图所示，控制器由电源电路、QM-N5气
敏器件、TWH8778功率开关集成电路等组成。
系统硬件结构图见图1。
图1烟雾自动排风控制器硬件结构
2．制作思路
（1）在正常情况下，气敏器件A-K极间呈高电阻，随着室内烟雾浓度的不同，A-K两端呈现的电阻值不同，通过实验做出烟雾浓度与电阻值的关系，并与QM-N5技术手册所给的曲线关系进行对比。
（2）通过AD采集A-K两端电压值得到烟雾浓度的大小。
（3）利用键盘给单片机设定浓度报警数值，当采集到的烟雾浓度大于报警浓度时，单片机控制TWH8778开启K1继电器，使排风机、警示牌工作。
（4）TWH8778第5脚门限电压为1．6V，二极管VD5导通压降为0．65V。
（5）单片机控制蜂鸣须器使用三极管驱动电路，显示电路可使用数码管动态扫描或液晶显示等方式。
难度等级：
A简单
题目编号：
003
电子秤
一、功能介绍
设计一个可以测量物体重量的装置，利用四位八段数码管显示示数。
二、设计要求：
1．通过单片机控制AD采样。
2．可用某些传感器。
3．通过四位八段数码管显示当前重量。
4．量程0-1Kg，精确到5g
三、参考方案设计
1．硬件结构方框图见图1。
单片机A/D传感器
数码管显示部分外部机械部分
图1电子秤硬件结构方框图
2．制作思路
（1）AD可采用ADC0804，如果要做成提拉式电子秤，传感器可选位移传感器。
根据传感器的不同型号来确定换算公式。
（2）单片机控制数码管显示，数码管显示以g为单位。
（3）AD实时采样，数码管示数随物重变化而变化。
3．设计注意的地方
（1）一定要清楚地了解所用传感器的特性，可根据传感器与精度要求确定AD。
（2）ADC0804的芯片资料参考ADC0804的技术手册。
（3）写程序时，对于AD一定要严格按照它的时序来写，延时不能长也不能短。
（4）数码管显示时使用动态扫描不要闪的太厉害，以人眼看不出闪屏为好。
难度等级：
A简单
题目编号：
004
基于单片机控制密码锁
一、功能介绍
通过按键进行密码输入，功能控制。
可进行密码长度修改，密码修改，语音报错，安全锁定等功能。
采用1602液晶显示数据输入和功能操作。
二、设计要求
1．利用单片机制做密码输入系统。
2．用1602液晶作为密码输入显示器。
3．密码长度可修改；密码可修改；密码输入结果进行语音提示，正确时提示“密码输入正确”错误时提示“密码输入错误”。
4．密码输入三次错误锁定键盘，30秒后解锁。
三、参考方案设计
1．硬件结构图方框图见图1。
图1基于单片机控制的密码锁硬件结构方框图
2．制作思路
当单片上电复位,开始进行初始化,然后接进行键盘扫描,判断是否有键按下，然后判是什么键，把键码存到显示地址，当你把密码输入后再按下比较键，当密码与设值密码符合时，单片机就会给发光二极管一个高电平使它发光表示开锁，发光二极管发光七秒钟后会自动息灭，同时单片机控制语音芯片发出“密码输入正确”的提示。
如果输入的三次的密码不正确，就锁定按键3秒钟，同时发出语音报警。
直到没有按键按下3种后，才打开按键锁定功能；否则在3秒钟内仍有按键按下，就重新锁定按键3秒时间并报警。
当你的密码被别人知后，你可以在第一时间输入正确密码。
你将可以修改你的密码。
可通过1602显示数据输入和操作过程。
语音提示功能可通过语音收录芯片实现。
3．设计注意地方
（1）注意得采用AT24C02为掉电存储器的芯片。
防止密码丢失。
（2）1602要接背光，将VO管脚直接接地或者通过一个电位器来调节背光。
难度等级：
A简单
题目编号：
005
金属探测器
一、功能介绍
该装置结构设计简单，是一种专门用来探测金属的仪器，除了用于探测有金属外壳或金属部件物体之外，还可以用来探测隐蔽在墙壁内的电线、埋在地下的水管和电缆，发现埋藏在地下的金属物体。
二、设计要求
能够实现20cm范围内探测金属物体。
能显示物体距离，误差小于10%
三、参考方案设计
1．硬件结构图见图1。
图1金属探测器硬件结构方框图
2．制作思路
在L未探测到金属物体时，探测振荡器的工作频率与基频振荡器的工作频率相同，扬声器无声音。
当L探测到金属物体后，探测振荡器的工作频率将变高，有音频信号输入到音频放大器，经放大后，驱动扬声器。
3．设计注意地方
需要音频放大器驱动扬声器，音频放大器可采用LM386。
难度等级：
A简单
题目编号：
006
脉冲振幅鉴别器
一、功能介绍
该作品通过放大由信号源提供频率为100HZ~1KHZ的mv级方波或脉冲信号，然后经过比较器进行比较，最后输出峰峰值为5V的单片机所能识别的标准信号。
二、设计要求
1．待放大信号频率100HZ~1K,幅度0.1mv~1mv
2．信号经过处理后幅度为5V
三、参考方案设计
1．硬件结构图见图1。
IN放大器比较器OUT
图1脉冲振幅鉴别器硬件结构方框图
2．制作思路
（1）由于待放大的信号为mv级，而输出要能够达到v级，所以放大器的放大倍数要达到千倍，而利用三极管进行放大，要达到千倍很难做到，采用型号为NE5532运放级联的方式进行放大。
（2）所提供的电源为单电源，而NE5532为双极性，所以在电源部分要进行处理，提供一个偏置。
同时由一个单运放放大千倍也很困难，所以需要进行二级放大，而两级级联时由与放大倍数大，所以容易产生自激震荡，所以在级联之间加一个由运放组成的射随电路，NE5532为双运放，所以一级放大，一级设随，只需两片NE5532即可。
（3）放大后的信号与LM339组成的比较器之间加一个同上的射随电路进行隔离，同时在LM339的比较电压地方利用一个电位器进行比较电压调节，使得最后输出一个峰峰值为5V的标准信号。
3．设计注意地方
（1）第一级运放放大倍数在50倍左右，放大倍数由图中R10，R11，R12决定，改变参数即可改变放大倍数，后级运放组成射随电路。
（2）第二片NE5532的一级放大同第一片一级放大一样设计，放大倍数自己设计，参数自己通过计算得到，设随也一样设计。
（3）比较器的设计，比较电压部分加一个电位器进行电压调节，使最终输出符合要求，同时比较器为5V供电。
难度等级：
A简单
题目编号：
007
调制与解调电路的设计
一、功能介绍
该作品通过信号源输入一路单极性方波信号与载频为4MHz的信号（有源晶振提供）进行与门调制，然后经过单二极管解调电路，最后通过比较器进行比较，恢复出方波信号。
二、设计要求
1．输入信号频率100HZ~10KHz
2．输入信号幅度3V~5V
3．最终输出信号幅度为5V
4．调制方式为调幅
三、参考方案设计
1．硬件结构图见图1。
图1调制与解调电路硬件结构方框图
2．制作思路
（1）由于载频为4M,输入信号为1KHZ的方波，要进行调幅设计，用一与门（74F08）即可进行调制，但与门必须为高速的，否则载频不能通过。
（2）调制后的信号为一调幅信号，要解调出信号，只需一单二极管检波电路即可，但要根据载频与基带信号的频率计算出检波电路中电容与电阻的取值，在检波电路中，利用检波管1N60，其导通电压小，检波效果好。
（3）检波出来的信号不一定是一标准的方波，所以经过比较器（LM339）电路进行比较，通过调节比较电压的大小使输出信号最为标准
3．设计注意地方
（1）调制电路中输入端在没信号输入时，由于74F08管脚在悬空时为高电平，所以可以不接一上拉电阻。
（2）解调电路中R,C值的选取根据电容充放电的时间常数来选取。
（3）检波出来的信号送给比较器进行比较，通过观察输入输出的信号调节比较电压，使输出与输入一样。
难度等级：
A简单
题目编号：
008
简单计算器的制作
一、功能介绍
该作品通过4*4键盘输入计算的数字以及要进行的计算操作，利用单片机控制液晶显示，然后进行简单的加减乘除计算，最终将结果显示在1602液晶上，同时能够存储前次计算结果。
二、设计要求
1．至少能进行简单的加减乘除、取倒数、开平方，n次方等运算
2．计算结果正确率≥90%
3．能够存储某一次计算结果并在需要时能够调用出来显示
三、参考方案设计（按键不够可以自己加按键或使用PS2键盘）
1．硬件结构图见图1。
图1简单计算器硬件结构方框图
2．制作思路
（1）4*4按键输入要进行计算操作的数字和要进行的何种操作，然后通过单片机进行计算。
（2）单片机通过读出按键的输入将其显示在1602液晶上，并将结果显示在上面。
（3）4*4按键程序可利用线翻转法进行编写，通过行列扫描确定按键的值。
（4）1602液晶要严格按照时序编写程序。
（5）E2PROM24C02采用I2C协议编写程序
3．设计注意地方
（1）单片机通过调用库函数来进行相应的计算来算出最终结果。
（2）1602要接背光，将VO管脚直接接地或者通过一个电位器来调节背光。
难度等级：
A简单
题目编号：
009
数字电压表
一、功能介绍
该作品通过单片机控制AD采集电压大小为0-5V的直流电压，然后通过数码管显示出采集的电压大小。
二、设计要求
1．电压测量范围：
0-5V
2．测量误差小于0.02V
3．电压测量路数：
4路。
4．对测量的电压值进行数字显示。
三、参考方案设计
1．硬件结构图见图1。
图1数字电压表硬件结构方框图
2．制作思路
（1）利用单片机控制ADC0804进行电压采集，将采集得到的数据送给单片机进行处理，计算出电压大小。
（2）ADC0804所采集的电压由8个电位器通过调节分压比进行得到。
（3）单片机控制1602液晶显示八路采样电压大小。
3．设计注意地方
（1）ADC0804所用到的基准电压可直接由电源电压处理后得到。
（2）控制ADC0804的时序程序要严格按照数据手册的时序进行编写。
难度等级：
A简单
题目编号：
010
温度显示报警装置
一、功能介绍
该作品通过温度传感器DS18B20进行测量室温，并且通过三位一体数码管显示出当前温度，并且具有温度报警提示，报警温度大小可设定。
二、设计要求
1.测量温度范围：
0-80℃
1.测量误差≤0.5℃
2.温度显示到小数点后一位
4.可通过键盘设定报警温度
3.温度高于报警温度时进行报警
三、参考方案设计
1．硬件结构图见图1。
图1温度显示报警装置硬件结构方框图
2．制作思路
（1）利用单片机控制温度传感器DS18B20进行温度采集，将采集得到的数据送给单片机进行处理，计算出当前温度。
（2）单片机将当前所测温度与报警温度进行比较，如果当前温度高于报警温度则控制蜂鸣器发声，如果不高于报警温度则不进行操作，继续采集温度。
（3）单片机控制数码管显示温度，利用三位一体数码管进行显示，采用动态扫描的方法实时显示出当前所测的温度。
3.设计注意地方
（1）DS18B20的数据脚应接上一个上拉电阻。
（2）数码管的位选与段选不要接错，由于单片机的IO口驱动能力不够，所以在接数码管的时候应加一个驱动电路，三极管驱动电路即可。
（3）单片机控制蜂鸣器时也要加一个三极管驱动电路。
（4）DS18B20的控制时序要严格按照手册上写。
难度等级：
A简单
题目编号：
011
用三极管代替MAX232进行串口通信
一、功能介绍
该作品通过利用两个三极管来替代max232电平转换芯片，来实现单片机与pc机之间进行低速的串口通信。
二、设计要求
1．波特率≤19200bit/s
2．准确率≥95%
三、参考方案设计
1．232电平转换电路图见图1。
图1用三极管代替MAX232进行串口通信硬件电路图
2．制作思路
（1）单片机与PC机由于电气特性不同，所以需要进行电平转换从而使两者之间达到一样的电气特性，进行低速数据传输。
在进行数据传输时，两者必须共地。
（2）单片机的晶振选取要合适，否则单片机设置计算出来的波特率与实际传送波特率有一定的误差，影响数据的正确传送。
（3）用两个三极管代替的max232所进行的通信速率不能过高，否则影响数据传送。
（4）利用串口助手软件来显示单片机发送给pc机的数据，同时利用助手发送0~f到单片机，单片机控制数码管显示出来。
3．设计注意地方
（1）通信速率不能过高，否则影响传输的正确率。
（2）单片机与pc机要共地。
（3）显示pc机发给单片机的数码管要接上限流电阻。
（4）串口助手波特率要设置成与单片机发送接收数据波特率一致。
难度等级：
A简单
题目编号：
012
简易IC卡刷卡器
一、功能介绍
设计并制作自制的简易IC卡及简易IC卡阅读器。
简易IC卡使用废弃的200卡，包月卡等硬质不透明卡片制作而成，每张卡片使用打孔的方式进行不同编号。
阅读器部分需要制作相应的IC卡插槽，并通过红外检测识别卡号，单片机将检测到的卡号通过数码管显示出来。
二、设计要求
1．要求可编码卡数大于8个；
2．数码管可显示的状态有：
无卡插入、无效卡、显示卡号、该卡已刷过；
3．要求单片机具有卡号存储掉电不丢失、一键刷新等功能；
4．识别错误率＜1/100。
三、参考方案设计
单片机使用普通51单片机，显示使用六位数码管，即可显示时间，又可显示卡号。
红外检测部分可参考图1，数码管连接可参考图2。
图2数码管连接部分部分电路图
图1红外线检测部分电路图
难度等级：
A简单
题目编号：
013
简易电子时钟
一、功能介绍
该作品只利用单片机的最小系统板、一块时钟芯片和一块1602的液晶实现年、月、日、时、分、秒的显示及设定，最好有闹钟的功能。
二、设计要求
1．时间显示误差小于3s
2．能够设置时间及具有闹钟报警功能。
三、参考方案设计
1．原理框图见图1。
图1红外线检测部分电路图
2．制作思路
（1）本作品可以有两种方案，一是直接用单片机的定时器；二是用一块时钟芯片实现时钟的控制；
（2）本作品主要分为两大部分来调试，一是时钟芯片的调试，二是显示器的调试；
（3）该作品集趣味性、实用性于一体，能很好的激发同学们的兴趣；
3．设计注意的地方
图2PCF8563时钟芯片的原理图
难度等级：
A简单
题目编号：
014
红外无线耳机
一、功能介绍
利用红外对管不经调制解调而直接利用红外线把电视机等发出的音频信号发送接受。
二、设计要求
1．红外收发距离大于1米。
2．传输音频信号无明显失真。
三、参考方案设计
1．原理框图如下：
图1红外无线耳机的发射部分
图2红外无线耳机的接收部分
2．制作思路
（1）本作品没有单片机，只是硬件电路构成。
（2）本作品做的难度不是很大，主要是红外部分和放大部分的调试。
（3）该系统的电压要选好，不要用交流电，最好用电池。
（4）还有传输距离，红外的我们这个是小型的距离可能不是很远，但是不能少于1cm。
3．设计原理分析
电视机传来的模拟音频信号传输到发射部分，通过NPN型三极管9013对音频信号进行放大，采用红外法发射管把信号发射出去；接受部分的红外接收管结束到音频信号后经过滤波和LM386放大后输入到耳机中。
两部分均采用9伏纽扣电池进行供电。
由于感应式无线耳机的发射电路必须固定安装在房间的墙壁或天花板上，故无法在室外使用，这是感应式无线耳机的主要缺点。
而红外无线耳机则不然，由于它的信号发射采用小巧的红外发射电路，既可在室内用于电化教学、家庭电视和音响设备的音频信号无线接收，也能在户外使用便携式录音机、CD、VCD及MP3时，方便地去掉耳机线，实现名副其实的无线“随身听”。
红外无线耳机的发射电路如图（a）所示。
使用时将插头XP插入电视机、收录机的耳机插座内，音频信号通过XP经电容Cl耦合、三极管VTl放大，再由红外发射二极管VDl和VD2向外发射载有音频电波的红外线。
电路装成后适当调节偏置电阻R2，使流过VDl和VD2的静态电流为l0mA即可。
图（b）为红外无线耳机的接收电路。
红外接收管VD3～VD5接收到发射电路发出的红外线信号后，将其转换为音频信号，再由三极管VT2放大送入集成运放ICl作功率放大，最后由耳机BE输出。
电路中使用3只红外接收管是为了能全方位接收信号。
调试时，先用手触摸红外接收管的正极，调节电阻R4、R5使耳机BE输出的交流声最响，然后再接通发射电路，适当调节电视机或收录机的音量大小，直到耳机传出的声音大且清晰为止。
难度等级：
A简单
题目编号：
015
电机转速检测仪
一、功能介绍
该作品通过计数电路、时钟电路、静态显示等功能电路实现了对电机转速和频率的测量以及静态显示。
二、设计要求
1．用四位数码管显示电机转速，显示单位：
转/秒
2．转速测量误差小于1转/秒。
三、参考方案设计
1．原理框图见图1。
图1电机转速检测仪硬件结构方框图
2．制作思路
（1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一圆盘，
在圆盘上挖一小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一
圈既光电管导通一次，利用此信号做为脉冲计数所需。
（2）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每一秒种都必须对计
数器清零一次，因为电路实行秒更新，所以计数器到译码电路之间有锁存电
路，在计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示，这样做不仅
解决了数码显示的逻辑混乱，而且避免了数码显示的闪烁问题。
（3）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。
测周电路的测量精度主要受电路系统
的脉冲产生电路的影响，对于低频率信号，其精度较高。
测频电路其对于正
负一的信号差比较敏感，对于低频率信号的测量误差较大，但是本电路仍然
采用测频方式，原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低，本电路还有
升级为频率计使用，而测频方式对高频的精度还是很高的。
（4）显示电路采用静态显示方法，由于静态显示易于制作和调试，原理也较简单
所需元易于购买。
（5）电路时钟是整个电路的关键，他是整个电路有效工作的核心，负责电路的锁
存和清零。
其基本思路是：
产生频率一秒是时钟，当秒时钟到来时，既上升沿
到来时，对锁存电路进行锁存，锁存以后才能对计数器进行清零，锁存和清零
间隔要充分小，否则就影响电路的计数准确度。
鉴于此，对锁存集成必须采用
边沿触发形式的集成，并且计数器应该与锁存同步工作，既都在秒时钟的上升
沿触发工作。
（6）时钟实现方法很多，本电路采用晶振电路，已求得高精度的时钟需求。
3．设计，原理分析
（1）信号拾取与整形
信号拾取基本原理图如下：
电路核心由一个光电开关管组成，平时电机转轮静止，发光二极管所发出的光被轮子挡住，所以接收管处于截止状态，1端为高电平。
当电机转动一圈，会使接收管导通一次，1端输出一个低电平，
1端波形为：
波形处理电路有一个施密特触发器组成，本施密特触发器选用40106，如上图。
当输入电压逐步升高时，致使VI>施密特上VT+，内部触发器发生翻转。
当VI逐步下降时，致使VIVT-。
所以只要VIVT+电路就稳定在高电平，这样就有效的防止了杂波的干扰，并使输出得到矩形脉冲，符合了下级计数的需求。
典型的施密特其工作波形如下：
（2）计数电路
本电路采用四个同步计数器接成串行工作方式，查数字电路产品资料后，准备采用CD4518
电路设计如下：
（3）锁存电路
采用8D锁存器74LS324，电路设计如图：
（4）时钟电路及波形设计
根据以上各电路功能模块的需求，时钟电路总共需要产生两路输出信号，一路是频率为1秒的标准矩形脉冲，利用其上沿对锁存器进行锁存，另一路是计数器的清零脉冲，要求脉冲宽度≥250ns才可以有效得将计数器清零，频率仍然是1秒。
而且在锁存以后才可以对计数器进行清零，考虑到锁存在25ns之内完成工作，所以只要电路调试得当，无须再加延时电路，而且从上面设计的方框图可知，矩形脉冲经过一个单稳态电路以后才产生清零脉冲，单稳态集成也存在不可人为的延时存在，所以电路可以正常工作。
难度等级：
B简单
题目编号：
016
基于Freescale单片机的电子指南针系统
一、功能介绍
利用Freescale单片机的最小系统板、一块液晶显示板和一个指南针模组，使用图形和文字显示当前方向、方向校正、显示日期、时间和闹钟。
二、设计要求
1．图形和文字显示当前方向；
2．方向校正；
3．时钟功能：
日期、时间、闹钟、秒表等。
三、参考方案设计
1．原理框图如下图：
2．制作思路
（1）本作品主要是完成对单片机I/O端口的使用。
（2）该作品能运行的花样越多，难度越大，当然得的分也越多。
（3）该作品使用Freescale单片机，8位、16位不限，单片机最小系统可制作，也可以使用51或AVR单片机，指南针模组可制作。
（4）该作品中的指南针
可以选用磁性传感器。
3．设计原理分析
右图是指南针显示画面：
这是指南针模组电路：
这是Freescale单片机的最小系统电路：
难度等级：
B简单
题目编号：
017
基于凌阳单片机的音乐播放系统
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