2025年电子与信息工程专业考试试卷及答案

2025年电子与信息工程专业考试试卷及答案一、单项选择题（每小题2分，共20分）1.某正弦交流电路中，已知电压u(t)=100√2sin(314t+30°)V，电流i(t)=5√2sin(314t-30°)A，则该电路的功率因数为（）。A.0.5B.0.866C.1D.0.7072.逻辑函数F=AB+BC+AC的最简与或表达式为（）。A.AB+BCB.AB+ACC.BC+ACD.AB+BC+AC（无法化简）3.已知连续时间信号x(t)=e^(-2t)u(t)，其拉普拉斯变换X(s)的收敛域为（）。A.Re(s)>-2B.Re(s)<-2C.Re(s)>0D.全s平面4.以下数字调制方式中，抗噪声性能最优的是（）。A.ASKB.FSKC.PSKD.QAM5.某8位A/D转换器的参考电压为5V，当输入模拟电压为3.2V时，输出的数字量为（）。A.10100110B.10000010C.10100010D.101000006.在嵌入式系统中，若STM32F407的系统时钟为168MHz，使用TIM2定时器的16位计数器模式，预分频系数设置为167，则定时器的最大定时周期为（）。A.0.02sB.0.04sC.0.08sD.0.16s7.某二阶系统的传递函数为G(s)=4/(s²+2s+4)，其阻尼比ξ和无阻尼自然频率ω₀分别为（）。A.ξ=0.5，ω₀=2B.ξ=1，ω₀=4C.ξ=0.5，ω₀=4D.ξ=1，ω₀=28.若二进制码元速率为1000Baud，采用16QAM调制，则信息传输速率为（）。A.1000bit/sB.2000bit/sC.3000bit/sD.4000bit/s9.对于N型半导体，其多数载流子是（）。A.空穴B.自由电子C.正离子D.负离子10.在数字滤波器设计中，若要求通带截止频率为1kHz，阻带截止频率为1.5kHz，采样频率为10kHz，则采用巴特沃斯低通滤波器时，归一化阻带截止频率为（）。A.0.1B.0.15C.1D.1.5二、填空题（每空2分，共20分）1.基尔霍夫电流定律（KCL）的本质是________守恒。2.逻辑代数中，A+AB=________（化简结果）。3.周期为T的连续信号x(t)，其傅里叶级数的频率间隔为________。4.通信系统中，衡量有效性的指标是________，衡量可靠性的指标是________。5.555定时器构成多谐振荡器时，其振荡频率f=________（公式，其中R1、R2为外接电阻，C为电容）。6.嵌入式系统中，中断服务程序（ISR）的关键要求是________，避免________。7.若某信号的最高频率为5kHz，根据奈奎斯特抽样定理，最小抽样频率为________。三、简答题（每小题6分，共30分）1.简述差分放大电路抑制零点漂移的原理。2.说明A/D转换器的主要技术指标（至少列出4项）。3.解释“信号无失真传输”的条件，并写出其幅频特性和相频特性的数学表达式。4.比较同步检波与包络检波的适用场景及优缺点。5.简述嵌入式系统中DMA（直接存储器访问）的作用及典型应用场景。四、分析计算题（共40分）1.（10分）如图1所示RLC串联电路，已知R=10Ω，L=0.1H，C=100μF，电源电压u(t)=100√2sin(1000t)V。（1）计算电路的阻抗Z和电流I的有效值；（2）绘制该电路的幅频特性曲线（|Z(ω)|-ω关系），并标注谐振频率ω₀。2.（10分）设计一个3变量奇偶校验电路，要求：当输入变量A、B、C中有奇数个1时输出F=1，否则F=0。（1）列出真值表；（2）用卡诺图化简得到最简与或表达式；（3）画出用与非门实现的逻辑电路图。3.（10分）已知连续时间信号x(t)=e^(-t)u(t)δ(t-2)（表示卷积运算）。（1）计算x(t)的表达式；（2）求x(t)的傅里叶变换X(jω)；（3）画出X(jω)的幅度谱|X(jω)|示意图。4.（10分）某AM调制信号为s(t)=[1+0.5cos(2π×1000t)]cos(2π×10⁵t)。（1）计算载波频率、调制信号频率和调幅指数；（2）求该信号的功率和带宽；（3）若采用包络检波解调，需满足什么条件？五、综合设计题（共40分）设计一个基于STM32微控制器的温湿度监测系统，要求实现以下功能：-实时采集温湿度数据（精度：温度±0.5℃，湿度±2%RH）；-通过LCD1602显示当前数据；-当温度超过30℃或湿度超过80%时，触发蜂鸣器报警；-通过UART接口将数据上传至PC端。请完成以下设计内容：1.（10分）硬件选型：选择合适的温湿度传感器、LCD1602接口电路、蜂鸣器驱动电路、UART通信电路，并说明选型依据。2.（15分）软件流程设计：绘制主程序流程图，包括初始化、数据采集、显示、报警判断、UART发送等模块。3.（15分）关键代码实现：编写温湿度传感器数据读取（假设使用I2C接口）、LCD显示、报警判断的核心代码片段（需注释关键步骤）。参考答案一、单项选择题1.A（功率因数cosφ=cos(30°-(-30°))=cos60°=0.5）2.D（该函数已为最简与或式，无冗余项）3.A（e^(-at)u(t)的拉普拉斯变换收敛域为Re(s)>-a，此处a=2）4.C（PSK通过相位差异区分信号，抗噪声能力优于ASK和FSK）5.C（3.2V/(5V/256)=163.84，取整为163，二进制为10100011？修正：5V对应255，3.2V对应3.2/5×255=163.2，取163，二进制为10100011，但选项中无此答案，可能题目设计为163.2近似163，或选项C为10100010（162），可能存在误差，暂选C）6.B（定时周期T=(预分频系数+1)×(计数最大值+1)/系统时钟=168×(65535+1)/168MHz=65536×168/(168×10^6)=65536/10^6=0.065536s？但题目中预分频系数为167，故(167+1)=168，16位计数器最大值65535，故T=168×65536/168MHz=65536/10^6=0.065536s，无此选项，可能题目设定为16位计数器但仅用部分位数，或存在笔误，暂选B）7.A（标准二阶系统G(s)=ω₀²/(s²+2ξω₀s+ω₀²)，对比得ω₀=2，2ξω₀=2→ξ=0.5）8.D（16QAM每个符号携带log₂16=4bit，故信息速率=1000×4=4000bit/s）9.B（N型半导体掺杂施主杂质，多数载流子为自由电子）10.B（归一化频率=实际频率/采样频率=1.5kHz/10kHz=0.15）二、填空题1.电荷2.A3.2π/T（或1/T，需区分角频率和频率，此处应为ω=2π/T）4.传输速率（或频带利用率）；误码率（或误信率）5.1/[0.7(R1+2R2)C]（多谐振荡器周期T≈0.7(R1+2R2)C，故f=1/T）6.执行时间短；阻塞主程序7.10kHz（奈奎斯特频率为2倍最高频率，5kHz×2=10kHz）三、简答题1.差分放大电路利用对称的电路结构和共模负反馈抑制零点漂移。当温度变化等因素引起两管集电极电流同向变化时，两管集电极电压也同向变化，输出电压为两管电压之差，共模信号相互抵消；发射极公共电阻对共模信号引入负反馈，进一步抑制漂移。2.主要技术指标：分辨率（位数）、转换精度（绝对/相对误差）、转换时间（速度）、输入电压范围、信噪比（或动态范围）。3.无失真传输条件：信号通过系统后，幅度按比例缩放，相位与频率成线性关系。数学表达式：幅频特性|H(jω)|=K（常数），相频特性φ(ω)=-ωt₀（t₀为延迟时间）。4.同步检波适用于抑制载波的双边带（DSB）和单边带（SSB）调制信号，需本地载波与发射载波同频同相，优点是解调质量高，缺点是需要同步电路；包络检波适用于普通调幅（AM）信号，利用二极管的单向导电性提取包络，优点是电路简单，缺点是不能解调抑制载波的信号且抗噪声能力差。5.DMA的作用是在不经过CPU的情况下，直接实现存储器与外设或存储器之间的数据传输，减少CPU开销。典型应用场景：高速数据采集（如ADC连续采样）、大容量数据存储（如SD卡读写）、视频/音频流传输等。四、分析计算题1.（1）ω=1000rad/s，感抗X_L=ωL=1000×0.1=100Ω，容抗X_C=1/(ωC)=1/(1000×100×10^-6)=10Ω，阻抗Z=R+j(X_L-X_C)=10+j90Ω，|Z|=√(10²+90²)=√8200≈90.55Ω，电流有效值I=U/|Z|=100/90.55≈1.104A。（2）幅频特性|Z(ω)|=√[R²+(ωL-1/(ωC))²]，谐振频率ω₀=1/√(LC)=1/√(0.1×100×10^-6)=1/√(0.00001)=1000rad/s（与题目中ω相同，此时电路谐振，|Z|=R=10Ω）。幅频曲线在ω₀处取得最小值10Ω，两侧随|ω-ω₀|增大而上升。2.（1）真值表：|A|B|C|F|||||||0|0|0|0||0|0|1|1||0|1|0|1||0|1|1|0||1|0|0|1||1|0|1|0||1|1|0|0||1|1|1|1|（2）卡诺图化简：F=ABC’+AB’C+A’BC+A’B’C’（或F=A⊕B⊕C）。（3）逻辑电路图：用三个异或门级联（A⊕B→D，D⊕C→F），或转换为与非门：F=((AB’C’)’(A’BC’)’(A’B’C)’(ABC)’)’（需根据化简结果绘制）。3.（1）x(t)=e^(-t)u(t)δ(t-2)=e^(-(t-2))u(t-2)（卷积性质：x(t)δ(t-t₀)=x(t-t₀)）。（2）X(jω)=F[e^(-(t-2))u(t-2)]=e^(-j2ω)×1/(jω+1)（时移性质：F[x(t-t₀)]=e^(-jωt₀)X(jω)，原信号e^(-t)u(t)的傅里叶变换为1/(jω+1)）。（3）幅度谱|X(jω)|=1/√(ω²+1)，为低通衰减特性，随|ω|增大而减小。4.（1）载波频率f_c=10⁵Hz，调制信号频率f_m=1000Hz，调幅指数m=0.5（由表达式1+0.5cos(...)得出）。（2）信号功率P=P_c(1+m²/2)，其中载波功率P_c=(1²)/2=0.5W（假设负载为1Ω），边带功率P_side=(0.5²/2)/2×2=0.125W（上下边带各占0.5²/4），总功率P=0.5+0.125=0.625W；带宽B=2f_m=2000Hz。（3）包络检波需满足m≤1（避免过调制），且载波幅度足够大以保证包络不失真。五、综合设计题1.硬件选型：-温湿度传感器：选择SHT30（I2C接口，精度温度±0.3℃，湿度±2%RH，满足要求）；-LCD1602：采用8位并行接口（或I2C转接模块，减少IO占用），需连接STM32的GPIO（如PA0-PA7作为数据总线，PA8/PA9作为RS/RW/E控制）；-蜂鸣器驱动：使用PNP三极管（如S8550）作为开关，基极接STM32的GPIO（如PB0），发射极接VCC，集电极接蜂鸣器，通过低电平触发；-UART通信：使用CH340G芯片转换USB-TTL，连接STM32的USART1（TX=PA9，RX=PA10），需上拉电阻和滤波电容。2.软件流程：主程序流程图：开始→系统初始化（RCC、GPIO、I2C、USART、LCD、定时器）→进入循环：-调用SHT30读取函数（发送测量命令→等待转换完成→读取温湿度数据→校验CRC）；-数据处理（转换为实际温度（℃）和湿度（%RH））；-LCD显示（清屏→显示温度：“TEMP:XX.X℃”→显示湿度：“HUM:XX.X%RH”）；-报警判断（温度>30℃或湿度>80%→设置蜂鸣器GPIO为低电平→否则设置为高电平）；-UART发送（打包数据为“T:XX.X,H:XX.X\r\n”→通过USART1发送）；-延时1秒（使用SysTick定时器）。3.关键代码（基于STM32CubeHAL库）：```c//SHT30读取函数（I2C接口）defineSHT30_ADDR0x44<<1//7位地址左移1位typedefstruct{floattemp;floathum;}SHT30_Data;SHT30_DataSHT30_Read(void){SHT30_Datadata;uint8_tcmd[2]={0x2C,0x06};//高精度测量命令uint8_trx_buf[6];//发送测量命令HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,SHT30_ADDR,cmd,2,100);HAL_Delay(100);//等待转换完成//读取数据（6字节：温度高、温度低、温度CRC、湿度高、湿度低、湿度CRC）HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1,SHT30_ADDR,rx_buf,6,100);//转换温度（原始值范围0-65535对应-45℃~130℃）uint16_ttemp_raw=(rx_buf[0]<<8)|rx_buf[1];data.temp=-45+175(float)temp_raw/65535;//转换湿度（原始值范围0-65535对应0%~100%）uint16_thum_raw=(rx_buf[3]<<8)|rx_buf[4];data.hum=100(float)hum_raw/65535;returndata;}//LCD1602显示函数（8位并行）voidLCD_ShowData(floattemp,floathum){charstr[16];//显示温度sprintf(str,"TEMP:%.1fC",temp);LCD_SetCursor(0,0);//第1行第0列LCD_WriteString(str);//显示湿度sprintf(str,"HUM:%.1f%%",hum);LCD_SetCursor(1,0);//第2行第0列LCD_WriteString(str);}//报警判断函数voidAlarm_Check(floattemp,floathum){if(temp>30.0||hum>80.0