最新全国大学生电子设计竞赛题目与分析PPT课件.ppt

第6章全国大学生电子设计竞赛题目与分析 信息工程学院 2 理论学时 6学时教学目标 1 介绍全国大学生电子设计竞赛的基本情况2 竞赛命题原则及要求3 题目分析教学重点 对试题的分析 掌握电子设计竞赛试题的特点与要求 信息工程学院 3 6 1全国大学生电子设计竞赛简介1 指导思想与目的全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一 是面向大学生的群众性科技活动 目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革 有助于高等学校实施素质教育 培养大学生的实践创新意识与基本能力 团队协作的人文精神和理论联系实际的学风 有助于学生工程实践素质的培养 提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力 有助于吸引 鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动 为优秀人才的脱颖而出创造条件 信息工程学院 4 2 竞赛特点与特色全国大学生电子设计竞赛的特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合 以推动其课程教学 教学改革和实验室建设工作 竞赛的特色是与理论联系实际学风建设紧密结合 竞赛内容既有理论设计 又有实际制作 以全面检验和加强参赛学生的理论基础和实践创新能力 信息工程学院 5 3 组织运行模式全国大学生电子设计竞赛的组织运行模式为 政府主办 专家主导 学生主体 社会参与 十六字方针 以充分调动各方面的参与积极性 信息工程学院 6 4 领导全国大学生电子设计竞赛由教育部高等教育司和信息产业部人事司共同主办 负责领导全国范围内的竞赛工作 各地竞赛事宜由地方教委 厅 局 统一领导 为保证竞赛顺利开展 组建全国及各赛区竞赛组织委员会和专家组 信息工程学院 7 5 组织委员会 1 全国竞赛组织委员会由教育部 信息产业部 部分参赛省市教育主管部门负责人或有关学校专家组成 组委会成员由教育部高等教育司以文函形式任命 每届全国竞赛组织委员会和赛区组委会任期四年 全国竞赛组委会设立秘书处 设秘书长一人 常务副秘书长一人 副秘书长若干人 主持全国大学生电子设计竞赛的日常工作 信息工程学院 8 2 各赛区竞赛组委会由省 自治区 直辖市教委 厅 局 高校代表及电子类专家 企事业代表组成 负责本赛区的竞赛组织领导工作 3 原则上以省 自治区 直辖市独立组成一个赛区 若参赛学校少于3所或参赛队少于20个队时 可与邻近省市联合组成一个赛区 信息工程学院 9 6 专家组 1 全国只组建一个全国专家组 主要由来自高等学校电子及其相关专业的专家组成 全国专家组由责任专家 专家和专家库成员三个人员层面构成 全国竞赛的命题和评审工作以责任专家为主体 2 各赛区成立赛区专家组 由赛区内高校电子及其相关专业的专家组成 负责本赛区的竞赛征题 评审工作 信息工程学院 10 7 参赛单位以高等学校为基本参赛单位 参赛学校应成立电子竞赛工作领导小组 负责本校学生的参赛事宜 包括组队 报名 赛前准备 赛期管理和赛后总结等 8 参赛队和参赛学生每支参赛队由三名学生组成 具有正式学籍的全日制在校本 专科生均有资格报名参赛 信息工程学院 11 6 2竞赛命题原则及要求1 竞赛内容 1 以电子电路 含模拟和数字电路 应用设计为主要内容 可以涉及模 数混合电路 单片机 可编程器件 EDA软件工具和PC机 主要用于开发 的应用 题目包括 理论设计 和 实际制作与调试 两部分 竞赛题目应具有实际意义和应用背景 并考虑到目前教学的基本内容和新技术的应用趋势 同时对教学内容和课程体系改革起一定的引导作用 信息工程学院 12 2 题目着重考核学生综合运用基础知识进行理论设计的能力 考核学生的创新精神和独立工作能力 考核学生的实验技能 制作 调试 3 题目在难易程度方面 既要考虑使一般参赛学生能在规定的时间内完成基本要求 又能使优秀学生有发挥与创新的余地 信息工程学院 13 2 竞赛题目竞赛题目是保证竞赛工作顺利开展的关键 应由全国专家组制定命题原则 赛前发至各赛区 全国竞赛命题应在广泛开展赛区征题的基础上由全国竞赛命题专家统一进行命题 全国竞赛命题专家组以责任专家为主体 并与部分全国专家组专家和高职高专学校专家组合而成 信息工程学院 14 全国竞赛采用两套题目 即本科生组题目和高职高专学生组题目 参赛的本科生只能选本科生组题目 高职高专学生原则上选择高职高专学生组题目 但也可选择本科生组题目 并按本科生组题目的标准进行评审 只要参赛队中有本科生 该队只能选择本科生组题目 并按本科生组题目的标准进行评审 凡不符合上述选题规定的作品均视为无效 赛区不予以评审 信息工程学院 15 6 3电子设计竞赛的题目分析 1 电源类简易数控直流电源 第一届 直流稳压电源 第三届 2 信号源类实用信号源的设计和制作 第二届 波形发生器 第五届 电压控制LC振荡器 A题 第六届 信息工程学院 16 3 高频无线电类简易无线电遥控系统 第二届 调幅广播收音机 第三届 短波调频接收机 第四届 调频收音机 第五届 4 放大器类实用低频功率放大器 第二届 高效率音频功率放大器 第五届 宽带放大器 B题 第六届 信息工程学院 17 5 仪器仪表类简易电阻 电容和电感测试仪 第二届 简易数字频率计 第三届 频率特性测试仪 第四届 数字式工频有效值多用表 第四届 简易数字存储示波器 第五届 低频数字式相位测量仪 C题 第六届 简易逻辑分析仪 D题 第六届 信息工程学院 18 6 数据采集与处理类多路数据采集系统 第一届 数字化语音存储与回放系统 第四届 数据采集与传输系统 第五届 7 控制类水温控制系统采集系统 第三届 自动往返电动小气车 第五届 简易智能电动车 E题 第六届 液体点滴速度监控装置 F题 第六届 信息工程学院 19 电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛也不仅仅是实验竞赛 而是由一个参赛队共同设计 制作完成一个特定工程背景的题目的优劣与快慢的竞赛 它既强调理论设计 更强调系统实现 它考核了学生综合运用基础知识的能力 更注重考察学生的创新意识 题目涉及的内容是一个课程群 而非单一的一门课程 因此 竞赛的形式与内容基本上符合面向21世纪人才培养的目标和需求 是对传统教学方法的一个挑战 同时 竞赛成绩也能从一个侧面反映了这个课程群的教学水平和教学改革的成败 信息工程学院 20 6 1 1电源类题目分析电源类题目有 简易数控直流电源 第一届 1994年 和 直流稳压电源 第三届 2019年 简易数控直流电源 要求设计制作一个输出电压数控可调直流稳压电源 涉及到的基础知识与制作能力包含 交流电源降压和整流 直流电压稳压和调节 单片机 数字显示与控制等 信息工程学院 21 直流稳压电源 要求设计制作一个交流变换为直流的稳定电源 涉及到的基础知识与制作能力包含 交流电源降压和整流 直流电压稳压和调节 恒流电流源 DC DC变换器 单片机 数字显示与控制等 各题目具体要求如下 信息工程学院 22 1 简易数控直流电源 一 设计任务设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源 其原理示意图如下 信息工程学院 23 二 设计要求1 基本要求 1 输出电压 范围0 9 9V 步进0 1V 纹波不大于10mV 2 输出电流 500mA 3 输出电压值由数码管显示 4 由 两键分别控制输出电压步进增减 5 为实现上述几部件工作 自制一稳压直流电源 输出 15V 5V 信息工程学院 24 2 发挥部分 1 输出电压可预置在0 9 9V之间的任意一个值 2 用自动扫描代替人工按键 实现输出电压变化 步进0 1V不变 3 扩展输出电压种类 比如三角波等 信息工程学院 25 2 直流稳定电源 一 任务设计并制作交流变换为直流的稳定电源 二 要求1 基本要求 1 稳压电源在输入电压220V 50Hz 电压变化范围 15 20 条件下 a 输出电压可调范围为 9V 12Vb 最大输出电流为1 5Ac 电压调整率 0 2 输入电压220V变化范围 15 20 下 空载到满载 信息工程学院 26 d 负载调整率 1 最低输入电压下 满载 e 纹波电压 峰 峰值 5mV 最低输入电压下 满载 f 效率 40 输出电压9V 输入电压220V下 满载 g 具有过流及短路保护功能 信息工程学院 27 2 稳流电源在输入电压固定为 12V的条件下 a 输出电流 4 20mA可调b 负载调整率 1 输入电压 12V 负载电阻由200 300 变化时 输出电流为20mA时的相对变化率 3 DC DC变换器在输入电压为 9V 12V条件下 信息工程学院 28 a 输出电压为 100V 输出电流为10mAb 电压调整率 1 输入电压变化范围 9V 12V c 负载调整率 1 输入电压 12V下 空载到满载 d 纹波电压 峰 峰值 100mV 输入电压 9V下 满载 信息工程学院 29 2 发挥部分 1 扩充功能a 排除短路故障后 自动恢复为正常状态b 过热保护c 防止开 关机时产生的 过冲 2 提高稳压电源的技术指标a 提高电压调整率和负载调整率b 扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值 3 改善DC DC变换器a 提高效率 在100V 100mA下 b 提高输出电压 4 用数字显示输出电压和输出电流 信息工程学院 30 3 例 简易数控直流电源 1 采用单片机的简易数控直流电源设计方案采用单片机作为控制器的简易数控直流数控直流电源设计方案如图6 3 1所示 设计方案中采用8031单片机完成整个数控个部分的功能 采用8279作为键盘 显示器接口控制器 不仅简化接口引线 而且减小了软件对键盘 显示器的查询时间 提高了8031单片机的利用率 信息工程学院 31 输出部分采用D A0832及运算放大器OP07输出电压波形与D A变换输出波形相同 不仅可以输出直流电平 而且只要预先生成波形的量化数据 就可以产生多种波形输出 显示部分采用3位半的数字电压表 DVM 直接对输出电压进行采样并显示输出实际电压值 一旦系统工作异常 出现预置值与输出值偏差过大 用户可以根据该信息予以处理 信息工程学院 32 图6 3 1采用单片机的简易数控直流电源设计方案 信息工程学院 33 2 采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案如图6 3 2所示 系统由数字控制部分 D A变换部分及可调稳压部分三部分组成 除了上述的三大部分之外 还包括一些附加的功能电路 如电压显示 控制 防止误操作 波形发生器电路等 信息工程学院 34 系统中数字控制部分用 按键控制产生可增加或减少BCD码 BCD码输入到D A变换 变换成相应的电压 此电压通过放大到合适的电平后加到可调稳压部分 控制输出电压以手动0 1V的电压步进或步减 或自动连续步进 减 或直接变化到某一设定的电压值 信息工程学院 35 图6 3 2采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案 信息工程学院 36 6 3 2信号源题目分析 信号源类有 实用信号源的设计和制作 第二届 2019年 波形发生器 第五届 2019年 和 电压控制LC振荡器 第六届 2019年 实用信号源的设计和制作 要求设计制作一个正弦波和脉冲波信号源 频率范围20Hz 20kHz 低频信号源 涉及到得基础知识与制作能力包含 RC振荡器 脉冲振荡器 数字可调点位器 单片机 数字显示与控制等 信息工程学院 37 波形发生器 要求设计制作一个能产生正弦波 方波 三角波和由用户编辑的特定形状波形的波形发生器 频率范围100Hz 20kHz 低频信号源 涉及到的基础知识与制作能力包含 单片机或者可编程逻辑器件 存储器 数字显示与控制 滤波器等 电压控制LC振荡器 要求设计制作一个电压控制LC振荡器 频率范围15MHz 35MHz 高频信号源 涉及到的基础知识与制作能力包含 单片机或者可编程逻辑器件 PLL LC振荡器 数字显示与控制 滤波器 高频功率放大器等 各题目具体要求如下 信息工程学院 38 1 实用信号源的设计和制作 一 任务在给定 15V电源电压条件下 设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源 二 要求1 基本要求 1 正弦波信号源 信号频率 20Hz 20kHz步进调整 步长为5Hz 频率稳定度 优于10 4 非线性失真系数 3 信息工程学院 39 2 脉冲波信号源 信号频率 20Hz 20kHz步进调整 步长为5Hz 上升时间和下降时间 1 s 平顶斜降 5 脉冲占空比 2 98 步进可调 步长为2 3 上述两个信号源公共要求 频率可预置 在负载为600 时 输出幅度为3V 完成5位频率的数字显示 2019 12 20 40 可编辑 信息工程学院 41 2 发挥部分 1 正弦波和脉冲波频率步长改为1Hz 2 正弦波和脉冲波幅度可步进调整 调整范围为100mV 3V 步长为100mV 3 正弦波和脉冲波频率可自动步进 步长为1Hz 4 降低正弦波非线性失真系数 信息工程学院 42 2 波形发生器 一 任务设计制作一个波形发生器 该波形发生器能产生正弦波 方波 三角波和由用户编辑的特定形状波形 示意图如下 信息工程学院 43 二 要求1 基本要求 1 具有产生正弦波 方波 三角波三种周期性波形的功能 2 用键盘输入编辑生成上述三种波形 同周期 的线性组合波形 以及由基波及其谐波 5次以下 线性组合的波形 3 具有波形存储功能 信息工程学院 44 4 输出波形的频率范围为100Hz 20kHz 非正弦波频率按10次谐波计算 重复频率可调 频率步进间隔 100Hz 5 输出波形幅度范围0 5V 峰 峰值 可按步进0 1V 峰 峰值 调整 6 具有显示输出波形的类型 重复频率 周期 和幅度的功能 信息工程学院 45 2 发挥部分 1 输出波形频率范围扩展至100Hz 200kHz 2 用键盘或其他输入装置产生任意波形 3 增加稳幅输出功能 当负载变化时 输出电压幅度变化不大于 3 负载电阻变化范围 100 4 具有掉电存储功能 可存储掉电前用户编辑的波形和设置 5 可产生单次或多次 1000次以下 特定波形 如产生1个半周期三角波输出 6 其它 如增加频谱分析 失真度分析 频率扩展 200kHz 扫频输出等功能 信息工程学院 46 1 基于单片机和FPGA的波形发生器基于单片机和FPGA的波形发生器 方案1 方框图如图6 3 6所示 系统以单片机89C52位核心 89C52完成处理键盘数据 生成波形表存储于双口RAM中 控制LED显示 控制DAC0832进行幅值转换 传送频率控制字K值给FPGA处理等功能 双口RAM的使用减少了单片机和FPGA之间的的通信 从而节省了单片机的资源 也使系统更为可靠 信息工程学院 47 FPGA主要用于实现DDFS技术中累加器的功能 一方面在很大程度上提高了系统的速度 另一方面可以将单片机的外围芯片74LS377 74TH373 74LS138 74IS02都集成在FPGA内 既充分利用了FPGA的资源 又减少了单片机与外部的接口 提高了系统的可靠性 双口RAM中传输出的数据经DAC08完成数 模转换 由DAC032内部的电阻分压网络实现幅度控制 继而经过二阶巴特沃思低通滤波器进行滤波 经过运放和三极管进行扩流 从而得到任意一种具有一定带载能力的所需波形 信息工程学院 48 EEPROM 双口RAM 单片机89C52 显示 FPGA 数 模转换 幅度控制 低通滤波扩流 键盘 输出 图6 3 3基于单片机和FPGA的波形发生器 信息工程学院 49 6 3 4放大器题目类型 放大器类的题目有 实用低频率放大器 第二届 2019年 测量放大器 第四届 2019年 高效率音频功率放大器 第五届 2019年 和 宽带放大器 第六届 2019 实用低频功率放大器 要求设计制作一个具有弱信号放大能力的低频功率放大器 额定输出功率Por 10W 带宽BW 50 10000 HZ 涉及到的基础知识包含有 电源整流和稳压 方波信号发生器 低频功率放大器等 信息工程学院 50 测量放大器 要求设计制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源 差模电压放大倍数AVD 1 500 涉及到的基础知识包含有 电源整流和稳压 信号变换放大器 测量放大器等 高效率音频功率放大器 要求设计制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量 显示安装 3dB通频带为300HZ 3400HZ 信息工程学院 51 最大不失真输出功率 1W 涉及到的基础知识包含有 电源整流和稳压 音频功率放大器等 宽带放大器 要求设计并制作一个3dB通频带10KHZ 6MHZ 最大增益 40dB的宽带放大器 涉及到的基础知识包含有 电源整流和稳压 AGC 宽带放大器等 各题目具体要求如下 信息工程学院 52 1 实用低频功率放大器 一 任务设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器 其原理示意图如下 信息工程学院 53 二 要求1 基本要求 1 在放大通道的正弦信号输入电压幅度为 5 700 mV 等效负载电阻RL为8 下 放大通道应满足 额定输出功率POR 10W 带宽BW 50 10000 Hz 在POR下和BW内的非线性失真系数 3 在POR下的效率 55 在前置放大级输入端交流短接到地时 RL 8 上的交流声功率 10mW 2 自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源 信息工程学院 54 2 发挥部分 1 放大器的时间响应 方波产生 由外供正弦信号源经变换电路产生正 负极性的对称方波 频率为1000Hz 上升时间 1 s 峰 峰值电压为200mVpp 用上述方波激励放大通道时 在RL 8 下 放大通道应满足 额定输出功率POR 10W 带宽BW 50 10000 Hz 在POR下输出波形上升时间和下降时间 12 s 在POR下输出波形顶部斜降 2 在POR下输出波形过冲量 5 2 放大通道性能指标的提高和实用功能的扩展 例如提高效率 减小非线性失真等 信息工程学院 55 2 宽带放大器 一 任务设计并制作一个宽带放大器 二 要求1 基本要求 1 输入阻抗 1k 单端输入 单端输出 放大器负载电阻 2 3dB通频带10kHz 6MHz 在20kHz 5MHz频带内增益起伏 1dB 信息工程学院 56 3 最大增益 40dB 增益调节范围10dB 40dB 增益值6级可调 步进间隔6dB 增益预置值与实测值误差的绝对值 2dB 需显示预置增益值 4 最大输出电压有效值 3V 数字显示输出正弦电压有效值 5 自制放大器所需的稳压电源 信息工程学院 57 2 发挥部分 1 最大输出电压有效值 6V 2 最大增益 58dB 3dB通频带10kHz 6MHz 在20kHz 5MHz频带内增益起伏 1dB 增益调节范围10dB 58dB 增益值9级可调 步进间隔6dB 增益预置值与实测值误差的绝对值 2dB 需显示预置增益值 信息工程学院 58 3 增加自动增益控制 AGC 功能 AGC范围 20dB 在AGC稳定范围内输出电压有效值应稳定在4 5V Vo 5 5V内 详见说明4 4 输出噪声电压峰 峰值VoN 0 5V 5 进一步扩展通频带 提高增益 提高输出电压幅度 扩大AGC范围 减小增益调节步进间隔 6 其它 信息工程学院 59 3 例 测量放大器 1 测量放大器 方案1 测量放大器 方案1 方框如图6 3 4所示 系统由前级高共模抑制比仪器放大器 AD7520衰减器和单片机键盘显示处理模块3个模块电路组成 在前级高共模抑制比仪器放大器中还将输出共模电压反馈到正负电源的公共端 使运算放大器电源电压随共模输入电压浮动 各级偏置电压都跟踪共模输入电压 从而提高了共模抑制比 由4片运放构成的前级高共模输入的仪表差带动放大器 信息工程学院 60 对不同的差模输入信号电压进行不同倍数的放大 再经后级数控衰减器得到要求放大倍数的输出信号 AD7520衰减器利用电阻网络的可编程性 实现衰减器衰减率的数字编程 单片机键盘显示处理模块除可以对8279进行实时监控外 还可进行数字处理和对继电器及AD7520的控制 8位LED显示电路显示提示符及放大倍数 单独设置的 键 实现步进 信息工程学院 61 图6 3 4测量放大器 方案1 方框图 信息工程学院 62 图6 3 5测量放大器 方案2 方框图 信息工程学院 63 6 3 4仪器仪表类题目分析 仪器仪表类有 简易电阻 电容和电感测试仪 第二届 2019年 简易数字频率计 第三届 2019年 频率特性测试仪 第四届 2019年 数字式工频有效值多用表 第四届 2019年 简易数字存储示波器 第五届 2019 低频数字式相位测量仪 第六届 2019年 简易逻辑分析仪 第六届 2019年 信息工程学院 64 1 简易电阻 电容和电感测试仪 一 任务设计并制作一台数字显示的电阻 电容和电感参数测试仪 示意框图如下 信息工程学院 65 二 要求1 基本要求 1 测量范围 电阻100 1M 电容100pF 10000pF 电感100 H 10mH 2 测量精度 5 3 制作4位数码管显示器 显示测量数值 并用发光二极管分别指示所测元件的类型和单位 信息工程学院 66 2 发挥部分 1 扩大测量范围 2 提高测量精度 3 测量量程自动转换 信息工程学院 67 2 简易数字频率计 一 任务设计并制作一台数字显示的简易频率计 二 要求1 基本要求 1 频率测量a 测量范围信号 方波 正弦波 幅度 0 5V 5V 频率 1Hz 1MHzb 测量误差 0 1 2 周期测量a 测量范围信号 方波 正弦波 幅度 0 5V 5V 频率 1Hz 1MHzb 测量误差 0 1 信息工程学院 68 3 脉冲宽度测量a 测量范围信号 脉冲波 幅度 0 5V 5V 脉冲宽度 100 sb 测量误差 1 4 显示器十进制数字显示 显示刷新时间1 10秒连续可调 对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示 5 具有自校功能 时标信号频率为1MHz 6 自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源 信息工程学院 69 2 发挥部分 1 扩展频率测量范围为0 1Hz 10MHz 信号幅度0 5V 5V 测量误差降低为0