2025年电子信息技术专业考试试题及答案

2025年电子信息技术专业考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在CMOS反相器电路中，当输入电压为0.5VDD（VDD为电源电压）时，PMOS管和NMOS管的工作状态分别为（）A.PMOS截止，NMOS饱和B.PMOS线性，NMOS饱和C.PMOS饱和，NMOS线性D.PMOS线性，NMOS线性2.下列关于5GNR（新空口）物理层的描述中，错误的是（）A.支持灵活的子载波间隔（15kHz、30kHz、60kHz等）B.采用OFDM调制时，循环前缀（CP）长度固定为7μsC.上行支持DFTsOFDM以降低峰均比（PAPR）D.引入了波束赋形（Beamforming）技术提升覆盖3.某ADC芯片的分辨率为12位，参考电压为3.3V，其最小量化间隔约为（）A.0.8mVB.1.6mVC.3.3mVD.6.6mV4.在ARMCortexM3内核中，NVIC（嵌套向量中断控制器）支持的最大中断优先级位数是（）A.2位B.4位C.8位D.16位5.关于IIR滤波器和FIR滤波器的对比，正确的是（）A.IIR滤波器一定是非线性相位，FIR滤波器可以实现线性相位B.IIR滤波器需要较少的系数即可达到相同性能，FIR滤波器需要更多系数C.IIR滤波器只能用递归结构实现，FIR滤波器只能用非递归结构实现D.IIR滤波器的单位冲激响应无限长，FIR滤波器的单位冲激响应有限长6.某通信系统采用QPSK调制，传输速率为10Mbps，其占用的最小理论带宽（奈奎斯特带宽）为（）A.5MHzB.10MHzC.20MHzD.40MHz7.在开关电源设计中，为了减小输出纹波，通常不采用的措施是（）A.增大输出滤波电容的容量B.减小电感的直流电阻（DCR）C.提高开关频率D.采用陶瓷电容替代电解电容8.以下关于CAN总线的描述，错误的是（）A.采用差分信号传输，抗干扰能力强B.支持多主通信，节点通过仲裁机制竞争总线C.最高通信速率可达1Mbps（总线长度≤40m时）D.节点故障时会自动退出总线（总线关闭状态）9.在数字图像处理中，若对256×256的灰度图像进行3×3均值滤波，处理后图像的尺寸为（）A.254×254B.256×256C.258×258D.取决于边界处理方式10.某嵌入式系统需要实时采集温度传感器（输出05V模拟信号），并通过LCD显示当前温度值（精度要求±0.1℃，温度传感器灵敏度为10mV/℃）。应选择的ADC分辨率至少为（）A.8位B.10位C.12位D.14位二、填空题（每空1分，共15分）1.模拟乘法器的主要应用包括________、________和频率调制/解调等。2.5GNR中，控制信道（PDCCH）的解调需要依赖________信号；数据信道（PDSCH）的解调需要依赖________信号。3.锁相环（PLL）的基本组成包括________、________和压控振荡器（VCO）。4.在数字电路中，施密特触发器的主要特性是________，常用于________和波形整形。5.ARMCortexM系列内核中，SCB（系统控制块）的主要功能包括________、________和系统异常管理。6.开关电源的拓扑结构中，________电路适用于输出电压高于输入电压的场景，________电路适用于输出电压低于输入电压的场景。7.I2C总线的两根信号线是________和________，其通信速率标准模式为100kbps，快速模式可达________。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述差分放大电路抑制共模信号的原理，并说明长尾电阻（或电流源）在其中的作用。2.比较FSK、PSK、QAM三种调制方式的优缺点，结合5G通信需求说明为何QAM被广泛采用。3.说明STM32单片机中DMA（直接存储器访问）的工作原理及典型应用场景。4.分析数字滤波器设计中“窗函数法”和“频率采样法”的基本步骤及各自特点。5.解释CAN总线的仲裁机制，说明为何ID号小的节点能优先获得总线控制权。四、综合分析题（共20分）某公司设计了一款基于STM32F407的工业温湿度监测设备，系统需求如下：温湿度传感器：SHT30（I2C接口，测量范围40℃~125℃，精度±0.3℃；湿度0%~100%RH，精度±2%RH）数据存储：需要存储最近7天的温湿度数据（每小时采样1次），每次存储温湿度各2字节通信接口：支持RS485（ModbusRTU协议）和WiFi（ESP8266模块，TCP/IP协议）显示：1.8寸TFTLCD（SPI接口，分辨率128×160）电源：5VDC输入，系统功耗≤500mW请回答以下问题：（1）计算数据存储模块所需的最小存储空间（单位：KB）。（2）设计I2C读取SHT30数据的软件流程（需包含起始条件、地址帧、读写位、应答信号、数据帧、停止条件等关键步骤）。（3）分析RS485和WiFi两种通信方式的适用场景，说明设备同时集成两种接口的意义。（4）提出降低系统功耗的3条具体措施（需结合硬件和软件设计）。五、设计题（共15分）设计一个基于FPGA的数字频率计，要求测量范围1Hz~100MHz，测量精度±0.1%（在100MHz时误差≤10kHz），输入信号幅度0.5V~5V（正弦波或方波）。请完成以下设计：（1）画出系统总体框图，标注各模块功能（如信号调理、测频核心、控制与显示等）。（2）说明测频核心模块的实现方法（需结合等精度测频原理，给出关键公式）。（3）设计信号调理电路的具体方案（包括放大/衰减、整形、限幅等环节）。答案及解析一、单项选择题1.B（当输入为0.5VDD时，PMOS管的VGS=0.5VDD（绝对值大于阈值），工作在线性区；NMOS管的VGS=0.5VDD（大于阈值），工作在饱和区）2.B（5GNR的CP长度可配置，包括常规CP和扩展CP）3.A（3.3V/(2^12)=3.3/4096≈0.8mV）4.B（CortexM3支持4位优先级，0~15级）5.D（IIR滤波器单位冲激响应无限长，FIR有限长；FIR可实现线性相位，IIR不一定；IIR可用递归或非递归结构）6.A（QPSK每个符号传输2bit，带宽=比特率/2=5MHz）7.B（减小电感DCR主要降低导通损耗，对纹波影响较小；增大电容、提高频率、使用低ESR电容可减小纹波）8.C（CAN总线在总线长度≤40m时最高速率为1Mbps，更长距离速率降低）9.D（均值滤波边界处理方式不同，如补零或镜像，结果可能保持原尺寸或缩小）10.C（温度精度0.1℃对应电压精度0.1×10mV=1mV；ADC最小分辨率需≤1mV，3.3V/2^N≤1mV→N≥12（3.3/4096≈0.8mV））二、填空题1.振幅调制、混频（或鉴相、倍频等）2.解调参考信号（DMRS）、信道状态信息参考信号（CSIRS）3.鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）4.回差特性（滞后特性）、消除噪声干扰（或脉冲整形）5.系统复位控制、中断优先级配置（或异常向量表管理）6.升压（Boost）、降压（Buck）7.SCL（时钟线）、SDA（数据线）、400kbps三、简答题1.差分放大电路通过对称的电路结构，使共模信号在两个差分对管中产生的电流变化相互抵消，输出端仅保留差模信号。长尾电阻（或电流源）为共模信号提供高阻抗负载，抑制共模电流的变化，从而提高共模抑制比（CMRR）。电流源替代长尾电阻可进一步提高CMRR，因为其交流阻抗远大于电阻。2.FSK抗噪声能力强，但频谱利用率低；PSK频谱利用率较高，但相位模糊问题需处理；QAM在相同带宽下可传输更多数据（通过幅度和相位联合调制），但对信噪比要求高。5G需要高数据速率（eMBB场景），QAM的高阶调制（如256QAM）能有效提升频谱效率，满足大带宽需求，因此被广泛采用。3.DMA通过硬件直接实现存储器与外设（或存储器之间）的数据传输，无需CPU干预。典型场景：ADC连续采样数据到内存、LCD显示数据批量刷新、串口接收大量数据缓存等。其优势是释放CPU资源，提高系统实时性。4.窗函数法步骤：①设计理想低通滤波器的单位冲激响应hd(n)；②选择窗函数w(n)并截断hd(n)得到h(n)；③计算H(e^jω)并验证性能。特点：简单直观，适用于低通、带通等滤波器，但过渡带较宽。频率采样法步骤：①在频域对理想频率响应等间隔采样；②通过IDFT得到h(n)；③优化采样点幅值。特点：过渡带可灵活控制，适合设计多通带滤波器，但可能出现吉布斯效应。5.CAN总线仲裁采用非破坏性位仲裁机制。所有节点同时发送数据，当总线上出现显性位（0）和隐性位（1）时，发送隐性位的节点检测到总线电平与自身发送电平不一致，立即退出仲裁。由于ID号小的节点在仲裁字段中包含更多显性位（低位ID通常定义为高优先级），因此能优先获得总线控制权。四、综合分析题（1）每天24次采样，7天共168次。每次存储温湿度各2字节，总数据量=168×4=672字节≈0.656KB（实际需考虑存储格式开销，如时间戳，若题目未要求则按672字节计算）。（2）软件流程：①发送I2C起始条件（SCL高→SDA低）；②发送SHT30从机地址（7位地址+写位0），等待ACK；③发送测量命令（如0x2C06，高精度测量），等待ACK；④延时等待测量完成（SHT30典型测量时间≤16ms）；⑤发送重复起始条件（SCL高→SDA低）；⑥发送从机地址+读位1，等待ACK；⑦读取温度高字节（MSB），主机发送ACK；⑧读取温度低字节（LSB），主机发送ACK；⑨读取温度CRC校验字节（可选，若需要则校验），主机发送NACK；⑩读取湿度高字节，主机发送ACK；⑪读取湿度低字节，主机发送NACK；⑫发送停止条件（SCL高→SDA高）。（3）RS485适用于工业现场长距离（≤1200m）、强干扰环境，支持总线式拓扑，适合设备与PLC、上位机的可靠通信；WiFi适用于短距离（≤100m）、需要无线接入或远程监控的场景（如手机APP查看数据）。同时集成两种接口可满足不同场景需求：工业现场通过RS485接入控制系统，远程通过WiFi上传云平台，提高设备灵活性。（4）降低功耗措施：①硬件：选用低功耗STM32型号（如STM32L系列），SHT30设置为低功耗模式（休眠电流<1μA），关闭未使用的外设时钟（如ADC、SPI）；②软件：采用睡眠模式（如停止模式），仅在采样时刻唤醒；优化I2C通信速率（降低时钟频率），减少总线活动时间；③电源管理：使用LDO替代开关电源（若负载电流小），或配置开关电源为轻载高效模式；LCD在非显示时段关闭背光灯。五、设计题（1）系统框图：输入信号→信号调理模块→测频核心模块→控制模块→显示模块信号调理模块：放大/衰减、整形（转为方波）、限幅保护；测频核心模块：等精度测频电路（包含闸门信号生成、计数器、频率计算）；控制模块：FPGA内部逻辑控制（闸门时间、数据锁存）；显示模块：数码管或LCD显示频率值。（2）等精度测频原理：设置一个标准频率信号fs（如10MHz晶振），在闸门时间T内同时对被测信号fx和标准信号fs计数，得到Nx（fx的周期数）和Ns（fs的周期数）。则fx=(Nx/Ns)×fs。关键公式：fx=(Nx×fs