全国大学生电子设计大赛本科类及高职类信号处理部分试题1Word格式.docx

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（1）扩大输入信号动态范围，提高灵敏度。

（2）输入信号包含的频率成分范围：

20Hz～10kHz。

（3）增加频率分辨力20Hz档。

（4）判断输入信号的周期性，并测量其周期。

（5）测量被测正弦信号的失真度。

（6）其他。

三、说明

1．电源可用成品，必须自备，亦可自制。

2．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。

无线识别装置（B题）

设计制作一套无线识别装置。

该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成，其方框图参见图1。

阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。

外接

单电源

图1无线识别装置方框图

装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能，频率和调制方式自由选定。

不得使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片。

装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。

线圈直径为6.6±

0.5cm（可用直径6.6cm左右的易拉罐作为骨架，绕好取下，用绝缘胶带固定即可）。

线圈间的介质为空气。

两个耦合线圈最接近部分的间距定义为D。

阅读器、应答器不得使用其他耦合方式。

（1）应答器采用两节1.5V干电池供电，阅读器用外接单电源供电。

阅读器采用发光二极管显示识别结果，能在D尽可能大的情况下，识别应答器的有无。

识别正确率≥80%，识别时间≤5秒，耦合线圈间距D≥5cm。

（2）应答器增加编码预置功能，可以用开关预置四位二进制编码。

阅读器能正确识别并显示应答器的预置编码。

显示正确率≥80%，响应时间≤5秒，耦合线圈间距D≥5cm。

（1）应答器所需电源能量全部从耦合线圈获得（通过对耦合到的信号进行整流滤波得到能量），不允许使用电池及内部含有电池的集成电路。

阅读器能正确读出并显示应答器上预置的四位二进制编码。

（2）阅读器采用单电源供电，在识别状态时，电源供给功率≤2W。

在显示编码正确率≥80%、响应时间≤5秒的条件下，尽可能增加耦合线圈间距D。

（3）应答器增加信息存储功能，其存储容量大于等于两个四位二进制数。

装置断电后，应答器存储的信息不丢失。

无线识别装置具有在阅读器端写入、读出应答器存储信息的功能。

（4）其他。

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、重要的源程序用附件给出。

数字示波器（C题）

设计并制作一台具有实时采样方式和等效采样方式的数字示波器，示意图如图1所示。

图1数字示波器示意图

（1）被测周期信号的频率范围为10Hz～10MHz，仪器输入阻抗为1M，显示屏的刻度为8div×

10div，垂直分辨率为8bits，水平显示分辨率≥20点/div。

（2）垂直灵敏度要求含1V/div、0.1V/div两档。

电压测量误差≤5%。

（3）实时采样速率≤1MSa/s，等效采样速率≥200MSa/s；

扫描速度要求含20ms/div、2μs/div、100ns/div三档，波形周期测量误差≤5%。

（4）仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发，触发电平可调。

（5）被测信号的显示波形应无明显失真。

（1）提高仪器垂直灵敏度，要求增加2mV/div档，其电压测量误差≤5%，输入短路时的输出噪声峰-峰值小于2mV。

（2）增加存储/调出功能，即按动一次“存储”键，仪器即可存储当前波形，并能在需要时调出存储的波形予以显示。

（3）增加单次触发功能，即按动一次“单次触发”键，仪器能对满足触发条件的信号进行一次采集与存储（被测信号的频率范围限定为10Hz～50kHz）。

（4）能提供频率为100kHz的方波校准信号，要求幅度值为0.3V±

5%（负载电阻≥1M时），频率误差≤5%。

（5）其他。

1．A/D转换器最高采样速率限定为1MSa/s，并要求设计独立的取样保持电路。

为了方便检测，要求在A/D转换器和取样保持电路之间设置测试端子TP。

2．显示部分可采用通用示波器，也可采用液晶显示器。

3．等效采样的概念可参考蒋焕文等编著的《电子测量》一书中取样示波器的内容，或陈尚松等编著的《电子测量与仪器》等相关资料。

4．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可用附件给出。

程控滤波器（D题）

一、任务

设计并制作程控滤波器，其组成如图1所示。

放大器增益可设置；

低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。

图1程控滤波器组成框图

1.基本要求

（1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电压增益为40dB，增益10dB步进可调，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真。

（2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1k。

（3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1k。

（4）电压增益与截止频率的误差均不大于10%。

（5）有设置参数显示功能。

2.发挥部分

（1）放大器电压增益为60dB，输入信号电压振幅为10mV；

增益10dB步进可调，电压增益误差不大于5%。

（2）制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB通带为50kHz，要求放大器与低通滤波器在200kHz处的总电压增益小于5dB，-3dB通带误差不大于5%。

（3）制作一个简易幅频特性测试仪，其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz～200kHz，频率步进10kHz。

设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图和主要的测试结果。

开关稳压电源（E题）

设计并制作如图1所示的开关稳压电源。

图1电源框图

在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：

（1）输出电压UO可调范围：

30V～36V；

（2）最大输出电流IOmax：

2A；

（3）U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%（IO=2A）；

（4）IO从0变到2A时，负载调整率SI≤5%（U2=18V）；

（5）输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；

（6）DC-DC变换器的效率

≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；

（7）具有过流保护功能，动作电流IO（th）=2.5±

0.2A；

（1）进一步提高电压调整率，使SU≤0.2%（IO=2A）；

（2）进一步提高负载调整率，使SI≤0.5%（U2=18V）；

（3）进一步提高效率，使

≥85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；

（4）排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态；

（5）能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值1V，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。

（6）其他。

（1）DC-DC变换器不允许使用成品模块，但可使用开关电源控制芯片。

（2）U2可通过交流调压器改变U1来调整。

DC-DC变换器（含控制电路）只能由UIN端口供电，不得另加辅助电源。

（3）本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分，要求用带宽不小于20MHz模拟示波器（AC耦合、扫描速度20ms/div）测量UOPP。

（4）本题中电压调整率SU指U2在指定范围内变化时，输出电压UO的变化率；

负载调整率SI指IO在指定范围内变化时，输出电压UO的变化率；

DC-DC变换器效率=PO/PIN，其中PO＝UOIO，PIN＝UINIIN。

（5）电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间（测试期间，不能出现过热等故障）。

（6）制作时应考虑方便测试，合理设置测试点（参考图1）。

（7）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。

积分式直流数字电压表（G题）

【高职高专组】

在不采用专用A/D转换器芯片的前提下，设计并制作积分型直流数字电压表。

（1）测量范围：

10mV～2V

（2）量程：

200mV，2V

（3）显示范围：

十进制数0～1999

（4）测量分辨率：

1mV（2V档）

（5）测量误差：

≤±

0.5％±

5个字

（6）采样速率：

≥2次/秒

（7）输入电阻：

≥1M

（8）具有抑制工频干扰功能

1mV～2V

十进制数0～19999

0.1mV（2V档）

0.05％±

（6）具有自动校零功能

（7）具有自动量程转换功能

（8）其他

在电路中应有可测得积分波形的测试点。

信号发生器（H题）

设计并制作一台信号发生器，使之能产生正弦波、方波和三角波信号，其系统框图如图1所示。

输出信号

图1信号发生器系统框图

（1）信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形；

（2）输出信号频率在100Hz～100kHz范围内可调,输出信号频率稳定度优于10-3；

（3）在1k负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调；

（4）输出信号波形无明显失真；

（5）自制稳压电源。

（1）将输出信号频率范围扩展为10Hz～1MHz，输出信号频率可分段调节：

在10Hz～1kHz范围内步进间隔为10Hz；

在1kHz～1MHz范围内步进间隔为1kHz。

输出信号频率值可通过键盘进行设置；

（2）在50负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调，调节步进间隔为0.1V，输出信号的电压值可通过键盘进行设置；

（3）可实时显示输出信号的类型、幅度、频率和频率步进值；

可控放大器（I题）

设计并制作一个可控放大器，其组成框图如图1所示。

放大器的增益可设置；

低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器的通带、截止频率等参数可设置。

图1可控放大器组成框图

（1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电压增益为40dB，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真。

（2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1k。

（4）截止频率的误差不大于10%。

2、发挥部分

电动车跷跷板（F题）

设计并制作一个电动车跷跷板，在跷跷板起始端A一侧装有可移动的配重。

配重的位置可以在从始端开始的200mm～600mm范围内调整，调整步长不大于50mm；

配重可拆卸。

电动车从起始端A出发，可以自动在跷跷板上行驶。

电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图1和图2所示。

1.基本要求

在不加配重的情况下，电动车完成以下运动：

（1）电动车从起始端A出发，在30秒钟内行驶到中心点C附近；

（2）60秒钟之内，电动车在中心点C附近使跷跷板处于平衡状态，保持平衡5秒钟，并给出明显的平衡指示；

（3）电动车从

（2）中的平衡点出发，30秒钟内行驶到跷跷板末端B处（车头距跷跷板末端B不大于50mm）；

（4）电动车在B点停止5秒后，1分钟内倒退回起始端A，完成整个行程；

（5）在整个行驶过程中，电动车始终在跷跷板上，并分阶段实时显示电动车行驶所用的时间。

2.发挥部分

将配重固定在可调整范围内任一指定位置，电动车完成以下运动：

（1）将电动车放置在地面距离跷跷板起始端A点300mm以外、90°

扇形区域内某一指定位置（车头朝向跷跷板），电动车能够自动驶上跷跷板，如图3所示：

（2）电动车在跷跷板上取得平衡，给出明显的平衡指示，保持平衡5秒钟以上；

（3）将另一块质量为电动车质量10％～20％的块状配重放置在A至C间指定的位置，电动车能够重新取得平衡，给出明显的平衡指示，保持平衡5秒钟以上；

（4）电动车在3分钟之内完成

（1）～（3）全过程。

（1）跷跷板长1600mm、宽300mm，为便于携带也可将跷跷板制成折叠形式。

（2）跷跷板中心固定在直径不大于50mm的半圆轴上，轴两端支撑在支架上，并保证与支架圆滑接触，能灵活转动。

（3）测试中，使用参赛队自制的跷跷板装置。

（4）允许在跷跷板和地面上采取引导措施，但不得影响跷跷板面和地面平整。

（5）电动车（含加在车体上的其它装置）外形尺寸规定为：

长≤300mm，宽≤200mm。

（6）平衡的定义为A、B两端与地面的距离差d=∣dA-dB∣不大于40mm。

（7）整个行程约为1600mm减去车长。

（8）测试过程中不允许人为控制电动车运动。

（9）基本要求

（2）不能完成时，可以跳过，但不能得分；

发挥部分

（1）不能完成时，可以直接从

（2）项开始，但是

（1）项不得分。

（1）放大器电压增益为60dB，输入正弦信号电压振幅为10mV，增益10dB步进可调，通频带为100Hz～100kHz。

（2）制作一个带通滤波器，中心频率50kHz，通频带10kHz，在40kHz和60kHz频率处，要求放大器与带通滤波器的总电压增益不大于45dB。

（3）上述带通滤波器中心频率可设置，设置范围40kHz～60kHz，步进为2kHz。

（4）电压增益、截止频率误差均不大于5%。

1.正弦输入信号由信号源提供。

2.放大器输出端应留测试端子。

3.设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图和主要的测试结果。