X年电子大赛初选测试题.doc

安徽师范大学物理与电子信息学院2014年安徽省大学生电子设计大赛初选测试题在初赛非制作实物的任务中，重点考察：1. 学生对系统的功能分析和模块划分能力。2. 学生对相关资料搜集和整理能力。3. 学生对工具软件的使用能力（包括编程软件，电子电路仿真，PCB制作能力）。报告中要求能具备对系统进行功能分解、功能模块设计（原理图和PCB）、原理说明、仿真分析等。系统功能不要求全部完成，但应尽可能地发挥，以便脱颖而出。要求：1. 每队只选做其中一项。2. 时间： 2014年5月24日5月31日。3. 形式：电子裆发给陶文海老师（）;做好汇报（最好是PPT）和答辩的准备工作（时间另行通知）。1 实用音频放大器一、任务设计并制作低频功率放大器。其原理示意图如下：、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（5700）mVpp，采用双电源供电，不大于20V；等效负载电阻RL为8下，放大器应满足：（功率放大部分单独供电）. 最大不失真输出功率POR15W；（失真度小于5%）. 带宽BW（4020000）Hz；（功放部分）. 在POR下的效率50%；在前置放大级输入端交流短接到地时，RL=8上的交流声VPP400mV。. 前置放大器具有低音、中音、高音调节功能。. 具有音量调节功能。（前置放大器只能用常规运放或三极管不得采用专用前置集成电路、功放部分只采用分立元件不得采用专用集成功放）2发挥部分. 制作数字音量控制电路（不可使用专用音响音量控制集成电路，可用通用数字电路及单片机控制电路实现），用两只轻触开关分别实现音量的加减，控制等级不小于8级。. 制作四路音源选择电路，用轻触开关（单只或四只）实现音源转换。. 功能显示：音源选择显示，音量等级显示。.自制放大器所需的电源（电源变压器可购成品）。. 其它。2 程控滤波器一、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二、要求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100Hz40kHz，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1kHz20kHz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=1kW。（3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz20kHz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=1kW。（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100Hz200kHz，频率步进10kHz。（4）其他。三、说明 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。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。四、评分标准项 目满分设计报告系统方案15理论分析与计算15电路与程序设计5测试方案与测试结果 10设计报告结构及规范性5总分50基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项14完成第（2）项16完成第（3）项15其他5总分503 触摸控制式线性直流稳压电源一、任务 设计一个直流稳压电源，用触摸的方式调节输出电压值。二、要求：采用220V市电供电1、基本要求 （1）输出电压1.25V6V；（2）用手触摸实现电压增减调节，电压步进0.2V；（3）纹波200kHz、扫频输出等功能）。三、评分标准项 目满分基本要求设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。50实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项10完成第（4）项5完成第（5）项5完成第（6）项108简易混合信号示波器一、任务设计并制作一台简易混合信号示波器（MSO），其组成框图如图1所示：数字通道模拟通道输入调理模拟信号ADC存储、处理与控制系统混合信号波形显示触发电路信号采集数字信号48数字信号发生器图1 简易混合信号示波器框图4二、要求1基本要求（1）被测信号要求：类型：正弦波；频率：100Hzf500KHz；幅度（峰峰值）：0.1VVp-p10V。（2）仪器能对被测信号进行采集、存储与显示，显示波形无明显失真，显示信号幅度无明显变化。（3）垂直灵敏度分为0.05V/div、0.5V/div、1V/div和2V/div共四档（手动调整）；触发方式为自动；电压误差5%。（4）水平显示分辨率20点/ div，设置1ms/div、0.1ms /div、10s /div、1s /div共四档扫描速度（手动调整）。（5）输字信号发生器循环输出4路数字信号，其波特率为10Mb/s，码长为16位，码型有加计数、减计数两种固定码型。（6）在示波器同一液晶屏上显示输出信号的码型示意波形。2发挥部分（1）增加垂直灵敏度档位，使被测信号幅度达到：0.05VVp-p20V。（2）增加扫描速度挡位，使被测信号频率达到：10Hzf5MHz。（3）信号发生器的码率可变(10Mb/s，20Mb/s，30Mb/s)，通过键盘能任意设置码型，并输出相应波特率和码型的4路数字信号。三、说明1. 示波器所测试的模拟信号和数字信号应同时显示在同一液晶屏上。2. 不限制数字信号发生器输出信号的逻辑电平。四、评分标准项目基本内容分数设计报告设计报告结构4设计报告格式2设计报告正文14小计20基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项15完成第（2）项15完成第（3）项15其他5小计50总分1209 简易光控智能小车一、任务设计并制作一个光控智能小车，小车能通过光引导自动从出发区走到车库。二、要求1.基本要求（1）电动小车在出发区（车体不能超出出发区，按起动键后不能对小车进行操作），能自动把车头对准光源，对准后发出声或光提示，并且停15秒钟；（2）完成基本要求（1）后，小车自动起动，小车能通过光引导自动从出发区走到车库；（3）电动小车在行驶过程中遇到A、B、C线分别发出声或光提示；（4）电动小车在行驶过程中任何部位不能超出场地；（5）电动小车从出发区出发到车库停车的时间不超过90秒；2.发挥部分（1）电动小车能预装2枚一元的硬币；（2）在基本要求（1）停车的15秒钟内能识别光源发出的指令信号（指令信号见说明），接收到指令后发出声或光提示；（3）接收到指令一信号，小车行驶到A线上时停车5秒；（4）接收到指令二信号，小车行驶到A线上时停车5秒，并且在线上放下一枚硬币；（5）接收到指令三信号，小车行驶到B线上时停车5秒，并且线上放下一枚硬币；（6）到达车库并且在车库中心放下一枚硬币，小车停在车库中停车后发出声或光提示；（7）其他。三、 说明1、场地大小为200cm*100cm，在地面上铺设白纸，可用两张A0纸制作。 2、场地的A、B、C线宽度1.5-2cm，可以涂墨或粘黑色胶带。示意图中的和尺寸标注线不要绘制在白纸上，出发区、边框和车库用签字笔细线标注。 3、光源用50w的白炽灯作为引导和发信号光源，光源在不发信号时保持常亮，光源发光点离地面20cm。4、手动控制50w白炽灯开关使等产生亮灭信号，信号只在基本要求（1）停15秒时间内发一次信号；信号一：在3秒内灭一次；信号二：在3秒内灭两次；信号三：在3秒内灭三次；5、电动车允许用玩具车改装，但不能由人工遥控，其外围尺寸（含车体上附加装置）的限制为：长度25cm，宽度20cm。 6、要求在电动车顶部明显标出电动车的中心点位置，即横向与纵向两条中心线的交点。 7、电动车在出发区内的起动位置和方向由测评专家指定。10坦克打靶一、任务 设计并制作一个可以寻迹的简易坦克车，并在其上安装由电动机驱动的可以自由旋转的炮塔，在炮塔上安装激光笔以代替火炮。本题的任务是控制坦克沿靶场中预先设置的轨迹，快速寻迹行进，并同时以光电方式瞄准光靶，实现激光打靶。本题仅考核在水平面上跟踪轨迹的精确性、在水平面上打靶的精确性以及完成任务的速度。靶场如图1所示（测试现场不得自带靶场，光靶刻度板可以自带）：25cm光源检测刻度线正立面水平面4m1.5m起点引导轨迹例子终点位置测试时临时定光靶刻度板炮击点间距1.5m靶场光靶中心线 图1 靶场及光靶示意图二、要求1基本要求（1）要求坦克从起点出发，沿引导轨迹快速到达终点。坦克上应自行标示一醒目的检测基准。在寻迹跟踪的全过程中，其检测基准偏离引导轨迹边缘距离应2cm，一旦不满足该要求，坦克应自动给出声光报警；同时全程行驶时间不能大于60 s，时间越短越好。行驶时间达到60 s时，必须立即自动停车并停止炮击的动作并给予声光报警。（2）在引导轨迹适当位置设置有4条“炮击点”黑色短线，坦克检测到“炮击点”黑色短线时需立即发出声光指示信息，并停车，在检测到“炮击点”标志1s内瞄准炮击。炮击全过程必须以激光指示弹着点并伴随声光指示，持续时间2s，以便确切检测激光炮击点刻度位置，记录该过程中最大偏差值。2发挥部分 完成本部份，炮塔增加不少于250g的转动惯量配重，低于220g发挥部分不测试。（1）全程行驶时间不能大于40 s，其余要求同“基本要求”第（1）条。（2）坦克在行进过程中可以动态瞄准目标，当检测到“炮击点”黑色短线时立即炮击。炮击过程必须伴随声光指示，时间持续2s。炮击过程中不能停车，也不允许有明显降低坦克行进速度的情况发生，全程行驶时间不能大于40 s。（3）坦克每瞄准炮击一次，炮塔应自动复位，当检测到“炮击点”标志时需在2s内瞄准炮击且不允许停车，全程行驶时间不能大于60 s。其余要求同发挥部分第（2）条。复位位置为火炮指向车头正前方位置，自动复位到位应当有声光指示信息。（4）其它。 三、说明 1在白纸上绘制或粘贴引导轨迹。 2引导轨迹宽度2cm，可以涂墨或粘黑色胶带，引导轨迹形状在竞赛时临时指定。轨迹曲率半径不小于30 cm。“炮击点”黑色短线长35cm。3坦克行进及打靶不允许采用人工遥控，坦克外围尺寸：长度35cm，宽度25cm；坦克采用电池供电。竞赛测试过程中允许自带多套备用电池。4炮塔电机体积不大于555cm3。5配重体轴向厚度不大于2 cm，并便于取下称量检查。6光靶采用电压12V、功率15W的小汽车灯泡，灯泡中心距地面25cm。竞赛时可以自备。7光靶刻度板长约50cm，每间隔1cm刻一条竖线，光靶中心线两侧各25条。每5条做一标记，如1、5、10、15、20、25。炮击点规定在灯泡以下便于观察位置。8发挥部分中的“其它”项指与本题目密切相关的内容。四、评分标准 项目主要内容满分设计报告（本科30分）报告内容：(1)方案比较、设计与论证；(2)理论分析与计算；(3)电路图及有关设计文件；(4)测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。基本要求（50分）完成第（1）项 25 完成第（2）项 25 发挥部分（50分）完成第（1）项10完成第（2）项15完成第（3）项17其它811电动车跷跷板一、任务 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200mm600mm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。二、要求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1020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。（5）其他。三、说明（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。四、评分标准设计报告项 目主要内容分数系统方案实现方法方案论证系统设计结构框图12理论分析与计算测量与控制方法理论计算13电路与程序设计检测与驱动电路设计总体电路图软件设计与工作流程图12结果分析创新发挥结果分析8设计报告结构及规范性摘要设计报告结构图表的规范性5总分50基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项15完成第（3）项10完成第（4）项5其他10总分5012水温控制系统一、任务设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内设定，并能实现在1070量程范围内对每一点温度的自动控制，以保持设定的温度基本保持不变。二、要求1 基本要求（1）可键盘设定控制温度值，并能用液晶显示，显示最小区分度为0.1；（2）可以测量并显示水的实际温度，实现温度数据的连续显示曲线。温度测量误差在0.5 内；（3）水温控制系统应具有全量程（1070）内的升温、降温功能（降温可用半导体制冷片、升温用800W以内的电加热器）；（4）在全量程内任意设定一个温度值（例如起始温度15内），控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。控制的最大动态误差4，静态误差1，系统达到稳态的时间15min（最少两个波动周期）。2 发挥部分（1）当设定温度突变（温度变化20）时，控制的最大动态误差2，系统达到稳态的时间8min（最少两个波动周期）； （2）温度控制的静态误差0.2（在最小稳态时间内）；（3）在设定温度发生突变（温度变化20）时，用液晶屏显示水温随时间变化的实时曲线（最少显示两个波动周期）；（4）其他。三、说明（1）允许使用单片机最小系统；（2）升温和降温驱动电路自行设计制作，不允许使用成品模块；（3）电路制作注意节能低功耗；（4）为了测试的方便，测量水温时要求在容器内自行给定一个位置，测试时放置玻璃水银温度计，作为标准温度计；（5）避免测试过程出现烧伤现象，注意做好保护措施。四、评分标准设计报告项 目应包括的主要内容分数系统方案比较与选择方案描述4理论分析与计算温度控制算法控制误差温度控制速度10电路与程序设计电路设计程序设计6测试方案与测试结果测试方案及测试条件测试结果完整性测试结果分析5设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构图表的规范性5总分30基本要求完成第（1）项5完成第（2）项5完成第（3）项10完成第（4）项30总分50发挥部分完成第（1）项20完成第（2）项10完成第（3）项15特色与创新：增加远程遥控测量功能，遥测遥控距离10米。5总分5013 无线通信信号分析与测量装置1、 任务设计并制作一个能接收、分析、记录和显示无线电信号特征的通信信号分析与测量装置。其原理示意图如下：二、要求1、基本要求（1） 信号分析装置能从高频信号发生器获取信号，并自动扫描、捕捉、分析和识别通信信号，载波工作频率范围：15MHz25MHz； （2） 自动测量通信信号的输入信号载波频率，测量值的准确度优于5%；（3） 自动判别射频信号的调制方式：无调制载波信号、AM、FM、ASK、FSK；（4） 用液晶屏显示（2）和（3）要求的各项参数；（5） 正常识别条件下，接收机灵敏度1mV；（6） 高频放大器输入阻抗为50。2、发挥部分（1） 装置正常工作时，接收机灵敏度优于100V,载波频率测量值的准确度优于1%；（2） 具有键控预置和自动扫描测量通信信号功能，并能够存储、查询测量结果（以时间先后排序，保存不少于5组数据）；（3） 设计制作一个中心频率为20MHz的高频功率放大器，与输岀电阻为50、输岀电压VP300mV的高频信号发生器组成发射机。发射机的负载为50鞭状天线，天线长度不大于。要求高频功率放大器的输岀功率20mW（在负载电阻50上）, 效率40%，在天线间距离1时能实现与接收机的无线正常通信，能够完成基本要求（2）和（3）；（4） 扩展信号载波频率范围至15MHz35MHz；（5） 其他。三、说明1. 中频频率自选；2. 可选用接收机专用集成电路自行设计与装调，不允许用成品接收机；3. 为便于测量电路的性能指标，应留出相关的测量端口；4. 高频放大器用特性阻抗为50的插座作为信号输入端，高频信号源的输出电阻为50，输出端口为通用标准插座。测试时需自备，信号源至高频放大器的电缆线及标准插头（50）； 5. AM波调制信号频率0.51kHz, 调幅度为0.3；FM波调制信号频率0.51kHz, 最大频偏20kHz；ASK波的码元速率为0.51kHz；FSK 波的码元速率为0.51kHz, 两载频差为0.1MHz；6. 测试前应完成整机调整，测试中不允许对整机进行任何手动调节以及软件更改。分析与识别结果应在显示屏上正确显示。7.四、评分标准项 目满分基本要求设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析30实际完成情况50发挥部分完成第（1）项6完成第（2）项10完成第（3）项20完成第（4）项8完成第（5）项6合计5014无线环境监测模拟装置一、任务设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。二、要求1基本要求（1）制作2个探测节点。探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B11111111B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0100，绝对误差小于2；光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用两节1.5V干电池串联，单电源供电。探测节点A探测节点B监测终端D图1 探测节点分布示意图（2）制作1个监测终端，用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图1所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。（3）无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10cm。在010cm距离内，各探测节点与监测终端应能正常通信。 2发挥部分（1）每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。探测节点A探测节点B监测终端DD1图2 节点转发功能示意图（2）在监测终端电源供给功率1W，无线环境监测模拟装置探测时延不大于5s的条件下，使探测距离D+D1达到50cm。（3）尽量降低各探测节点的功耗，以延长干电池的供电时间。各探测节点应预留干电池供电电流的测试端子。（4）其他。三、说明1监测终端和探测节点所用天线为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕5圈制成。线圈直径为（3.40.3）cm（可用一号电池作骨架）。天线线圈间的介质为空气。无线传输载波频率低于30MHz，调制方式自定。监测终端和探测节点不得使用除规定天线外的其他耦合方式。无线收发电路需自制，不得采用无线收、发成品模块。光照有无的变化