第七屆（2005年）全國大學(xué)生電子設計競賽題目

參賽注意事項

（1）2005年9月7日8:00競賽正式開(kāi)始，每支參賽隊限定在提供的A、B、C、D、E、F、G題中任選一題；認真填寫(xiě)《登記表》各欄目?jì)热?，填?xiě)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、專(zhuān)科學(xué)生，應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）每隊嚴格限制3人，開(kāi)賽后不得中途更換隊員。
（4）競賽期間，可使用各種圖書(shū)資料和網(wǎng)絡(luò )資源，但不得在學(xué)校指定競賽場(chǎng)地外進(jìn)行設計制作，不得以任何方式與他人交流，包括教師在內的非參賽隊員必須迴避，對違紀參賽隊取消評審資格。
（5）2005年9月10日20:00競賽結束，上交設計報告、制作實(shí)物及《登記表》，由專(zhuān)人封存。

正弦信號發(fā)生器（A題）

一、任務(wù)

設計制作一個(gè)正弦信號發(fā)生器。

二、要求

1、基本要求

（1）正弦波輸出頻率范圍：1kHz～10MHz；
（2）具有頻率設置功能，頻率步進(jìn)：100Hz；
（3）輸出信號頻率穩定度：優(yōu)于10-4；
（4）輸出電壓幅度：在 負載電阻上的電壓峰-峰值Vopp≥1V；
（5）失真度：用示波器觀(guān)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)的基礎上，增加如下功能：

（1）增加輸出電壓幅度：在頻率范圍內 負載電阻上正弦信號輸出電壓的峰-峰值Vopp=6V±1V；
（2）產(chǎn)生模擬幅度調制(AM)信號：在1MHz~10MHz范圍內調制度ma可在10%～100%之間程控調節，步進(jìn)量10%，正弦調制信號頻率為1kHz，調制信號自行產(chǎn)生；
（3）產(chǎn)生模擬頻率調制(FM)信號：在100kHz~10MHz頻率范圍內產(chǎn)生10kHz最大頻偏，且最大頻偏可分為5kHz/10kHz二級程控調節，正弦調制信號頻率為1kHz，調制信號自行產(chǎn)生；
（4）產(chǎn)生二進(jìn)制PSK、ASK信號：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)制基帶序列信號自行產(chǎn)生；
（5）其他。

三、評分標準

集成運放參數測試儀（B題）

一、任務(wù)

設計并制作一臺能測試通用型集成運算放大器參數的測試儀，示意圖如圖1所示。

二、要求

1、基本要求

（1） 能測試VIO(輸入失調電壓)、IIO(輸入失調電流)、AVD (交流差模開(kāi)環(huán)電壓增益)和KCMR (交流共模抑制比)四項基本參數，顯示器最大顯示數為 3999；
（2）各項被測參數的測量范圍及精度如下(被測運放的工作電壓為±15V)：
VIO：測量范圍為0～40mV（量程為4mV和40mV），誤差絕對值小于3%讀數+1個(gè)字；
IIO：測量范圍為0～4μA（量程為0.4μA和4μA），誤差絕對值小于3%讀數+1個(gè)字；
AVD：測量范圍為 60dB～120dB，測試誤差絕對值小于3dB；
KCMR：測量范圍為 60dB～120dB，測試誤差絕對值小于3dB；
（3）測試儀中的信號源(自制)用于A(yíng)VD、KCMR參數的測量，要求信號源能輸出頻率為5Hz、輸出電壓有效值為4 V的正弦波信號，頻率與電壓值誤差絕對值均小于1%；
（4）按照本題附錄提供的符合GB3442-82的測試原理圖(見(jiàn)圖2~圖4)，再制作一組符合該標準的測試VIO、IIO、AVD 和KCMR參數的測試電路，以此測試電路的測試結果作為測試標準，對制作的運放參數測試儀進(jìn)行標定。

2、發(fā)揮部分

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

三、評分標準



四、說(shuō)明

1、為了制作方便，被測運放的型號選定為8引腳雙列直插的電壓模運放F741 (LM741、μA741、F007等)通用型運算放大器；
2、為了測試方便，自制的信號源應預留測量端子；
3、測試時(shí)用到的打印機自帶。

附錄：

參照GB3442-82標準，VIO、IIO、AVD 和KCMR參數的測試原理圖分別如圖2、圖3和圖4所示。圖3和圖4中的信號源可采用現成的信號源。為了保證測試精度，外接測試儀表（信號源和數字電壓表）的精度應比自制的運放參數測試儀的精度高一個(gè)數量級。

（1）VIO、IIO電參數測試原理圖

① 在K1、K2閉合時(shí)，測得輔助運放的輸出電壓記為VL0 ，則有：
② 在K1、K2閉合時(shí)，測得輔助運放的輸出電壓記為VL0 ；在K1、K2斷開(kāi)時(shí)，測得輔助運放的輸出電壓記為VL1，則有：

（2）AVD電參數的測試原理與測試原理圖

設信號源輸出電壓為VS，測得輔助運放輸出電壓為VL0，則有

（3）KCMR電參數的測試原理與測試原理圖

設信號源輸出電壓為VS，測得輔助運放輸出電壓為VL0，則有
附錄說(shuō)明

1、測試采用了輔助放大器測試方法。要求輔助運放的開(kāi)環(huán)增益大于60dB，輸入失調電壓和失調電流值??；
2、為了保證測試精度，要求對R、Ri、Rf的阻值準確測量，R1、R2的阻值盡可能一致；IIO與R的乘積遠大于VIO； IIO與Ri // Rf的乘積應遠小于VIO。測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中使用的信號源輸出為正弦波信號，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)

采用外差原理設計并實(shí)現頻譜分析儀，其參考原理框圖如下圖所示。

二、要求

1、基本要求

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

2、發(fā)揮部分

（1）頻率測量范圍擴展至1MHz~30MHz；
（2）具有識別調幅、調頻和等幅波信號及測定其中心頻率的功能，采用信號發(fā)生器輸出的調幅、調頻和等幅波信號作為外差式頻譜分析儀的輸入信號，載波可選擇在頻率測量范圍內的任意頻率值，調幅波調制度ma=30%，調制信號頻率為20kHz；調頻波頻偏為20kHz，調制信號頻率為1kHz；
（3）其他。

三、評分標準


四、說(shuō)明

1、原理框圖中虛線(xiàn)框內的“信號處理電路”和“顯示電路”兩模塊適用于發(fā)揮部分(2)，可以采用模擬或數字方式實(shí)現；
2、制作與測試過(guò)程中，該頻譜分析儀對電壓值的標定采用對比法，即首先輸入幅度為已知的正弦信號(如：電壓有效值為20mV，頻率為10MHz的正弦信號)，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尺。

單工無(wú)線(xiàn)呼叫系統（D題）

一、任務(wù)

設計并制作一個(gè)單工無(wú)線(xiàn)呼叫系統，實(shí)現主站至從站間的單工語(yǔ)音及數據傳輸業(yè)務(wù)。

二、要求

1、基本要求

（1）設計并制作一個(gè)主站，傳送一路語(yǔ)音信號，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假負載電阻上測定)，射頻信號帶寬及調制方式自定，主站傳送信號的輸入采用話(huà)筒和線(xiàn)路輸入兩種方式；
（2）設計并制作一個(gè)從站，其接收頻率與主站相對應，從站必須采用電池組供電，用耳機收聽(tīng)語(yǔ)音信號；
（3）當傳送信號為300Hz~3400Hz的正弦波時(shí)，去掉收、發(fā)天線(xiàn)，用一個(gè)功率衰減20dB左右的衰減器連接主、從站天線(xiàn)端子，通過(guò)示波器觀(guān)察從站耳機兩端的接收波形，波形應無(wú)明顯失真；
（4）主、從站室內通信距離不小于5米，題目中的通信距離是指主、從站兩設備(含天線(xiàn))間的最近距離；
（5）主、從站收發(fā)天線(xiàn)采用拉桿天線(xiàn)或導線(xiàn)，長(cháng)度小于等于1米。

2、發(fā)揮部分

（1）從站數量擴展至8個(gè)(實(shí)際制作1個(gè)從站)，構成一點(diǎn)對多點(diǎn)的單工無(wú)線(xiàn)呼叫系統。要求從站號碼可任意改變，主站具有撥號選呼和群呼功能；
（2）增加英文短信的數據傳輸業(yè)務(wù)，實(shí)現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、評分標準



四、說(shuō)明

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

懸掛運動(dòng)控制系統（E題）

一、任務(wù)

設計一電機控制系統，控制物體在傾斜（仰角≤100度）的板上運動(dòng)。
在一白色底板上固定兩個(gè)滑輪，兩只電機（固定在板上）通過(guò)穿過(guò)滑輪的吊繩控制一物體在板上運動(dòng)，運動(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(huà)筆，以便運動(dòng)時(shí)能在板上畫(huà)出運動(dòng)軌跡。板上標有間距為1cm的淺色坐標線(xiàn)（不同于畫(huà)筆顏色），左下角為直角坐標原點(diǎn), 示意圖如下。

二、要求

1、基本要求：

（1）控制系統能夠通過(guò)鍵盤(pán)或其他方式任意設定坐標點(diǎn)參數；
（2）控制物體在80cm×100cm的范圍內作自行設定的運動(dòng)，運動(dòng)軌跡長(cháng)度不小于100cm，物體在運動(dòng)時(shí)能夠在板上畫(huà)出運動(dòng)軌跡，限300秒內完成；
（3）控制物體作圓心可任意設定、直徑為50cm的圓周運動(dòng)，限300秒內完成；
（4）物體從左下角坐標原點(diǎn)出發(fā)，在150秒內到達設定的一個(gè)坐標點(diǎn)(兩點(diǎn)間直線(xiàn)距離不小于40cm)。

2、發(fā)揮部分

（1）能夠顯示物體中畫(huà)筆所在位置的坐標；
（2）控制物體沿板上標出的任意曲線(xiàn)運動(dòng)(見(jiàn)示意圖)，曲線(xiàn)在測試時(shí)現場(chǎng)標出，線(xiàn)寬1.5cm～1.8cm，總長(cháng)度約50cm，顏色為黑色；曲線(xiàn)的前一部分是連續的，長(cháng)約30cm；后一部分是兩段總長(cháng)約20cm的間斷線(xiàn)段，間斷距離不大于1cm；沿連續曲線(xiàn)運動(dòng)限定在200秒內完成，沿間斷曲線(xiàn)運動(dòng)限定在300秒內完成；
（3）其他。

三、評分標準



四、說(shuō)明

1、物體的運動(dòng)軌跡以畫(huà)筆畫(huà)出的痕跡為準，應盡量使物體運動(dòng)軌跡與預期軌跡吻合，同時(shí)盡量縮短運動(dòng)時(shí)間；
2、若在某項測試中運動(dòng)超過(guò)限定的時(shí)間，該項目不得分；
3、運動(dòng)軌跡與預期軌跡之間的偏差超過(guò)4cm時(shí)，該項目不得分；
4、在基本要求(3)、(4)和發(fā)揮部分(2)中，物體開(kāi)始運動(dòng)前，允許手動(dòng)將物體定位；開(kāi)始運動(dòng)后，不能再人為干預物體運動(dòng)；
5、競賽結束時(shí)，控制系統封存上交賽區組委會(huì )，測試用板(板上含空白坐標紙) 測試時(shí)自帶。

數控直流電流源（F題）

一、任務(wù)

設計并制作數控直流電流源。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值≤給定值的
1％+10 mA；
（3）具有“+”、“-”步進(jìn)調整功能，步進(jìn)≤10mA；
（4）改變負載電阻，輸出電壓在10V以?xún)茸兓瘯r(shí)，要求輸出電流變化的絕對值≤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）設計、制作測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)測值)，測量誤差的絕對值≤測量值的0.1％+3個(gè)字；
（3）改變負載電阻，輸出電壓在10V以?xún)茸兓瘯r(shí)，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的0.1％+1 mA；
（4）紋波電流≤0.2mA；
（5）其他。

三、評分標準

四、說(shuō)明

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

三相正弦波變頻電源（G題）

一、任務(wù)

設計并制作一個(gè)三相正弦波變頻電源，輸出線(xiàn)電壓有效值為36V，最大負載電流有效值為3A，負載為三相對稱(chēng)阻性負載(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的三相對稱(chēng)交流電，各相電壓有效值之差小于0.5V；
（2）輸出電壓波形應盡量接近正弦波，用示波器觀(guān)察無(wú)明顯失真；
（3）當輸入電壓為198V～242V，負載電流有效值為0.5～3A時(shí)，輸出線(xiàn)電壓有效值應保持在36V，誤差的絕對值小于5%；
（4）具有過(guò)流保護(輸出電流有效值達3.6A時(shí)動(dòng)作)、負載缺相保護及負載不對稱(chēng)保護(三相電流中任意兩相電流之差大于0.5A時(shí)動(dòng)作)功能，保護時(shí)自動(dòng)切斷輸入交流電源。

2、發(fā)揮部分

（1）當輸入電壓為198V～242V，負載電流有效值為0.5～3A時(shí)，輸出線(xiàn)電壓有效值應保持在36V，誤差的絕對值小于1%；
（2）設計制作具有測量、顯示該變頻電源輸出電壓、電流、頻率和功率的電路，測量誤差的絕對值小于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、評分標準

四、說(shuō)明

1、在調試過(guò)程中，要注意安全；
2、不能使用產(chǎn)生SPWM（正弦波脈寬調制）波形的專(zhuān)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整輸入電壓，可用三相電阻箱模擬負載；
4、測量失真度時(shí)，應注意輸入信號的衰減以及與失真度儀的隔離等問(wèn)題；
5、輸出功率可通過(guò)電流、電壓的測量值計算。