一电子设计与制作大赛题目

湖北民族学院第二届大学生信息科技创新大赛电子设计与制作竞赛试题 参赛注意事项（1）2012年5月6日12:00竞赛正式开始。专业组参赛队只能A、B、C题目中任选一题；非专业组参赛队原则上在D、E题中任选一题，也可以选择专业组题目。（2）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。（3）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源。（4）2012年6月1日10:00竞赛结束，上交设计报告和制作实物，由专人封存。便携式集成运放参数测试仪（A题）【专业组】一、任务设计并制作一台便携式通用型集成运算放大器参数测试仪，示意图如图A-1 所示。 图A-1 二、要求1基本要求（1）系统采用6V或者9V电池供电，测试仪电源部分必须包含DC-DC转换电路，为各单元电路供电，同时考虑系统节能降耗；（2）采用键盘或者红外遥控输入控制，实现频率、幅度以及相关参数设置；（3）能测试(输入失调电压) 、(输入失调电流) 、 (交流差模开环电压增益)和 (交流共模抑制比) 四项基本参数，显示器最大显示数为3999； （4）各项被测参数的测量范围及精度如下(被测运放的工作电压为15V)： ：测量范围为040mV（量程为4mV和40mV ），误差绝对值小于3%读数+1 个字； ：测量范围为04A（量程为0.4A和4A ），误差绝对值小于3%读数+1 个字； ：测量范围为 60dB120dB，测试误差绝对值小于3dB； ：测量范围为 60dB120dB，测试误差绝对值小于3dB； （5）测试仪中的信号源( 自制)用于、参数的测量，要求信号源能输出频率为5Hz、输出电压有效值为4 V 的正弦波信号，频率与电压值误差绝对值均小于1%；2发挥部分（1）按照本题附录提供的符合GB3442-82 的测试原理图(见图A-2图A-4) ，再制作一组符合该标准的测试、和参数的测试电路，以此测试电路的测试结果作为测试标准，对制作的运放参数测试仪进行标定。（2）增加自动测量(含自动量程转换)功能。该功能启动后，能自动按、和的顺序测量、并用LCD显示以上4 个参数测量结果；（3 ）其他。三、说明设计报告正文应包括系统总体框图、理论分析和计算、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5理论分析与计算5电路与程序设计5测试方案与测试结果 3设计报告结构及规范性2总分20基本要求实际制作完成情况（含制作工艺）40发挥部分完成第（1）项12完成第（2）项15完成第（3）项3总分30答辩情况对问题的分析能力，语言表达水平等10五、说明1、为了制作方便，被测运放的型号选定为8 引脚双列直插的电压模运放F741 (LM741、A741、F007 等)通用型运算放大器； 2、为了测试方便，自制的信号源应预留测量端子。附录： 参照GB3442-82 标准，、和参数的测试原理图分别如图2 、图3 和图4 所示。图3 和图4中的信号源可采用自制的信号源。为了保证测试精度，外接测试仪表（信号源和数字电压表）的精度应比自制的运放参数测试仪的精度高一个数量级。 （1）、 电参数测试原理图 图A-2 在K1、K2闭合时，测得辅助运放的输出电压记为，则有： 在K1、K2闭合时，测得辅助运放的输出电压记为；在K1、K2断开时，测得辅助运放的输出电压记为，则有：（2 ） 电参数的测试原理与测试原理图图A-3 设信号源输出电压为，测得辅助运放输出电压为，则有 （3）电参数的测试原理与测试原理图图A-4 设信号源输出电压为，测得辅助运放输出电压为，则有附录说明 1、测试采用了辅助放大器测试方法。要求辅助运放的开环增益大于60dB，输入失调电压和失调电流值小； 2、为了保证测试精度，要求对R、的阻值准确测量，、的阻值尽可能一致；与R 的乘积远大于 ；与的乘积应远小于。测试电路中的电阻值建议取：=100、=20k100k、=30k、=10 k、R=1M； 3、建议图3、4 中使用的信号源输出为正弦波信号，频率为5Hz、输出电压有效值为4 V 。 开关电源设计（B题）【专业组】一、任务设计制作如图B-1所示开关稳压电源。图B-1 电路框图二、要求1基本要求（1）输出电压可调范围：25V30Vdc；（2）最大输出电流IOmax：2A；（3）U2从15V变到20V时，电压调整率SU2%（IO=2A）；（4）输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP1V（U2=18V，UO=30V，IO=2A）；（5）DC-DC变换器的效率60%（U2=18V，UO=30V，IO=2A）。2发挥部分（1）能对输出电压进行步进调整，步进值为0.1V；同时可显示输出电压、电流，电压示数分辨率0.1V，电流示数分辨率0.01A。（2）DC/DC变换器（含控制显示电路）效率70%（U2=18V，UO=30V，IO=2A）。（3）有过流保护功能，动作电流。（4）其他。三、说明设计报告正文应包括系统总体框图、理论分析和计算、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5理论分析与计算5电路与程序设计5测试方案与测试结果 3设计报告结构及规范性2总分20基本要求实际制作完成情况（含制作工艺）40发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项8完成第（3）项10完成第（4）项2总分30答辩情况对问题的分析能力，语言表达水平等10简易灭火机器人（C题）【专业组】一、任务设计并制作一个简易灭火机器人，其结构示意图如图C-1所示，包括执行机器人和监控台两部分，采用无线通信。搜索区域平面图如图C-2所示，其中地面为白色，边框为宽度3cm的黑线，A、B区域为模拟房间，采用高度30cm，厚度1cm的木板搭建，表面为白色，C区为走廊，D区为房间外的空地。图C-1 灭火机器人结构示意图图C-2搜索区域平面图说明：机器人长度小于25cm，宽度小于20cm，高度小于20cm，可以用玩具小车改装。二、要求1基本要求（1）机器人能和监控台实现无线通信，通讯距离达到15m。（2）初始状态的机器人在D区任何位置，在监控台的控制下，机器人能进行自行搜索，进入到A、B任何一个房间。（3）在3分钟时间内，机器人能自动找到B房间中的一个火源（高约10-15cm的蜡烛），发出声光报警，同时向监控台发出灭火请求，监控台收到灭火请求后，发出灭火命令（可以手动），机器人完成灭火任务后1分钟内自动回到D区。（4）监控台能实时显示机器人的运动速度，搜索到一个火源的结果。2发挥部分（1）机器人和监控台无线通信距离达到20m。（2）在5分钟时间内，机器人能自主找到A、B房间中的两个火源（每个房间一个火源），发出声光报警，同时向监控台发出灭火请求，监控台收到灭火请求后，发出灭火命令（可以手动），机器人完成所有灭火任务后1分钟内自动回到D区。能实现此功能可不测试基础部分（3）。（3）在3分钟时间内，机器人能找到B房间中的2-3个火源，发出声光报警，将火源个数信息报告给监控台并请求灭火，收到监控台发出的灭火命令后自动完成灭火任务；执行所有任务后 30秒钟内自动返回D区。（4）其他。三、说明设计报告正文应包括系统总体框图、理论分析和计算、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5理论分析与计算5电路与程序设计5测试方案与测试结果 3设计报告结构及规范性2总分20基本要求实际制作完成情况（含制作工艺）40发挥部分完成第（1）项5完成第（2）项13完成第（3）项10完成第（4）项2总分30答辩情况对问题的分析能力，语言表达水平等10低频信号发生器（D题）【非专业组】一、任务设计并制作一个低频信号发生器，其组成如图D-1所示。比较器积分电路文氏电桥RC正弦波振荡器三角波正弦波矩形波图D-1 低频信号发生器组成框图二、要求（1）设计一个低频信号发生器，要求能输出正弦波、矩形波、三角波；（2）信号输出频率为100Hz-100kHz。分为三段可调即100-1k、1k-10k、10k-100kHz，每段内可以连续调节；（3）正弦波输出峰峰值大于1V，矩形波输出峰峰值不大于24V，三角波输出等于Vp-p=6V；（4）波形特性：矩形波 tr1us（1kHz，最大输出时），三角波2%，正弦波5%；（5）采用万用板制作，连线、焊接规范，预留测试点。三、说明设计报告正文应包括系统总体框图、电路原理图、测试结果。四、评分标准项 目满分设计报告系统方案5电路设计5测试方案与测试结果5设计报告结构及规范性5总分20作品现场测试完成第（1）项10完成第（2）项15完成第（3）项15完成第（4）项20完成第（5）项10总分70答辩情况对问题的分析能力，语言表达水平等10十字路口交通灯控制系统（E题）【非专业组】一、任务设计并制作十字路口交通灯控制电路，其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。示意图如图E-1 所示。图E-1 二、要求（1）设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR，NSY，NSG；东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR，EWY，EWG，则满足工作流程并且可以并行工作：NSG（EWR）NSR（EWG），黄灯用于闪烁提示绿灯变为红灯；（2）满足两个方向的工作时序：东西方向红灯亮的时间应等于南北方向黄、绿灯亮的时间之和；南北方向红灯亮的时间应等于东西方向黄、绿灯亮的时间之和。时序工作流程见图E-2所示：图E-2 交通灯顺序工作流程图E-3 交通灯时序工作流程图E-3中，假设每个单位时间为2秒，则南北、东西方向的绿、黄、红灯亮的时间分别为10秒、2秒、12秒，一次循环为24秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和。（3）十字路口要有数字显示装置，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体要求为：当某方向绿灯亮时，置计数器为某一个数值，然后以每秒减1的计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，进入另一个方向的工作循环。例如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为12，并使数显计数器开始减“1”计数，当减法计数到绿灯灭而黄灯亮时，数码管显示的数值应为2，当减法计数到“0”时，黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数码管的显示为12。（4）可以手动调整脉冲时间，夜间为黄灯闪耀。三、说明设计报告正文应包括系统总体框图、电路原理图、测试结果。四、评分标准项 目满分设计报告系统方案5电路设计5测试方案与测试结果5设计报告结构及规范性5总分20作品现场测试完成第（1）项20完成第（2）项20完成第（3）项20完成第（4）项10总分70答辩情况对问题的分析能力，语言表达水平等10五、设计方案提示根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图E-1，设计方案可以从以下几部分进行考虑。1.1Hz标准脉冲和分频器因十字路口每个方向绿、黄、红灯亮时间比例分别为5：1：6，所以，如果选4秒（也可以任意）为一单位时间，则计数器每计数4秒输出一个脉冲。这一电路用D触发器（或由其他触发器构成的D类型触发器）即可实现。2.交通灯控制器由波形图可知，计数器每工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。计数可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里可以选用中规模74LS164 八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。扭环形计数器的状态表如表1所示。根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式： 南北方向东西方向红 黄 绿 由于黄灯要求闪耀几次，所以用1Hz的标准脉冲和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。表E-1 状态表T 计 数 器 输 出南 北 方 向东 西 方 向Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5NSG NSY NSREWG EWY EWR 00 0 0 0 0 01 0 00 0 111 0 0 0 0 01 0 00 0 121 1 0 0 0 01 0 00 0 131 1 1 0 0 01 0 00 0 141 1 1 1 0 01 0 00 0 151 1 1 1 1 00 00 0 161 1 1 1 1 10 0 11 0 070 1 1 1 1 10 0 11 0 080 0 1 1 1 10 0 11 0 090 0 0 1 1 10 0 11 0 0100 0 0 0 1 10 0 11 0 0110 0 0 0 0 10 0 10 0 3. 显示控制部分显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”停止。译码显示可用74LS47 驱动BCD码七段译码器，计数器采用可预制加、减计数器，如74LS168、74LS190、74LS193等。4. 脉冲选择控制，夜间控制这部