2026年电子设计竞赛模拟试题与解析模拟试卷

2026年电子设计竞赛模拟试题与解析模拟试卷一、模拟试题（全国大学生电子设计竞赛命题标准）说明：竞赛时间为4天3夜，参赛队独立完成设计制作与报告撰写，参赛队四选一完成作答。A题高效率双向DC-DC变流器设计并制作一台高效率双向DC-DC变流器，实现低压储能侧与高压直流母线侧的双向能量流动，低压侧接4节串联锂电池，额定电压范围12V16.8V，高压侧接直流母线，电压范围36V48V，双向均可实现额定功率输出。基本要求升压模式（储能侧→母线侧）：输出电压稳定在48V，当输出电流从0.5A变化到2.5A时，输出电压纹波峰峰值≤50mV，电压调整率≤0.5%，负载调整率≤1%，额定输出（48V/2.5A）时变流器整体效率≥92%。降压模式（母线侧→储能侧）：输出电压稳定在14.4V，当输出电流从1A变化到8A时，输出电压纹波峰峰值≤100mV，额定输出（14.4V/8A）时变流器整体效率≥93%。过流保护功能：当输出电流超过额定电流10%时，10ms内触发保护，锁定输出，手动复位后恢复工作。双向工作模式可通过物理按键切换，工作状态与当前侧电压通过数码管显示，电压显示分辨率不低于0.1V。发挥部分升压模式额定输出时效率提升至≥95%，降压模式额定输出时效率提升至≥95%。实现自动工作模式：根据母线电压自动切换能量流向，当母线电压低于40V时储能侧放电升压，当母线电压高于44V时母线侧降压给储能充电，切换响应时间≤100ms。实时显示当前双向电压、电流、功率，功率显示误差≤2%。降低开路待机损耗，空载待机损耗≤0.2W。其他创新性设计。B题心电信号采集与心律失常分析装置设计并制作一台便携式单导联心电信号采集与分析装置，可完成微弱心电信号放大、滤波、波形显示与心律失常自动识别，人体体表心电输入信号幅度范围0.5mV5mV，有效频率范围0.05Hz100Hz。基本要求信号放大通道总增益为500倍±5%，输出范围适配3.3VADC输入，输入端等效输入噪声电压峰峰值≤100μV，整体共模抑制比≥60dB。带通滤波范围满足0.05Hz~100Hz，50Hz工频干扰衰减≥20dB。可通过液晶屏实时显示原始心电波形，刷新帧率≥10fps，波形无明显失真。可正确识别窦性心律与室性早搏，识别准确率≥85%，识别结果实时显示。

发挥部分输入端等效输入噪声峰峰值≤30μV，整体共模抑制比≥80dB，50Hz工频干扰衰减≥40dB。支持房颤、室性早搏、停搏三类心律失常识别，总体识别准确率≥90%。装置整体待机工作功耗≤10mW，采用5V移动电源供电时连续工作时间≥24小时。支持BLE蓝牙传输原始心电数据至上位机，有效传输距离≥5m，数据丢包率≤1%。其他创新性设计。C题基于机器视觉的球形靶标智能追踪云台设计并制作一套两轴智能追踪云台，可基于机器视觉识别追踪移动红色球形靶标（靶标直径10cm±0.5cm），云台输出轴最大承载重量≥500g，采用12V直流供电。基本要求云台水平转动范围0°180°，垂直转动范围-30°+30°，静态位置控制误差≤±1°。当靶标以10cm/s的速度在距离摄像头0.5m~2m范围内移动时，云台可连续追踪，单次脱靶时间≤0.5s，连续追踪1min内脱靶次数不超过3次。可实时显示靶标中心平面坐标与云台当前转动角度，1m距离处靶标坐标误差≤±2cm。云台静止状态下位置保持无明显抖动。发挥部分靶标移动速度提升至50cm/s时，单次脱靶时间≤0.2s，连续追踪1min内脱靶次数不超过1次。可同时识别追踪两个同规格红色球形靶标，支持按键切换追踪目标，切换响应时间≤1s。可估算靶标与摄像头的直线距离，0.5m~2m范围内距离测量误差≤±5%。从靶标位置移动到云台完成调整的总响应延迟≤100ms。其他创新性设计。D题无源超高频RFID标签读写装置设计并制作一台无源超高频（UHF，工作频段840MHz~960MHz）RFID标签读写装置，符合ISO/IEC18000-6C（Gen2）标准，可对符合标准的商用Gen2标签完成读写操作，采用5V直流供电。

基本要求

1.可正确识别距离读写天线10cm以上的单标签，连续测试100次识别成功率≥95%。可正确读取标签EPC编码，读取结果液晶屏显示，读取错误率≤1%。识别工作状态下装置总工作电流≤500mA（5V供电）。发挥部分单标签识别距离提升至≥50cm，连续测试100次识别成功率≥95%。可对用户区容量不超过128bit的标签完成写入操作，连续测试100次写入成功率≥90%。识别工作状态下总工作电流≤200mA，待机状态下总工作电流≤10mA。支持多标签识别，可同时正确识别5个以上同场分布的标签，总体识别准确率≥90%。其他创新性设计。试题解析（一）A题高效率双向DC-DC变流器解析核心拓扑选型：本题输入输出电压变比约1:3，功率等级120W，优先选择四开关非隔离双向Buck-Boost拓扑，相比隔离型拓扑元件数量少、导通损耗低，更容易满足高效率要求。若采用氮化镓（GaN）MOSFET替代传统硅MOSFET，可进一步降低开关损耗，满足发挥部分95%效率要求。核心参数计算：升压模式下，开关频率选择100kHz，电感电流纹波系数取0.3，根据电感计算公式L=Vi控制与保护设计：采用STM32G0系列MCU作为主控，实现PID闭环调压，ADC采样输入输出电压电流；过流保护采用LMV339硬件比较器触发，响应时间为微秒级，配合软件输出锁定，可满足10ms内触发保护的要求。双向模式切换通过GPIO控制MOS管驱动信号实现，自动模式下通过母线电压阈值判断流向，响应时间可控制在50ms以内，满足发挥部分要求。效率优化要点：为实现95%以上额定效率，核心优化方向包括：选用低导通电阻MOS管，要求Rds(on)≤10mΩ@Vgs=4.5V，GaN器件Rds(on)可低至5mΩ，大幅降低导通损耗；采用动态死区控制，减小体二极管反向导通损耗；轻载采用跳频控制，降低开关损耗，可实现空载待机损耗≤0.2W，满足发挥部分要求。

本题评分：基本要求50分，其中效率20分，纹波与调整率20分，保护与显示10分；发挥部分50分，效率20分，自动模式15分，其余指标15分，创新加分不超过5分。（二）B题心电信号采集与心律失常分析装置解析前端采集电路设计：心电信号为幅度仅毫伏级的微弱信号，第一级放大必须选用低噪声高共模抑制比的仪表放大器，优先选择ADIAD8232，芯片集成了基准源与右腿驱动电路，外围元件少、功耗低，适合单导联心电采集。增益分配为：第一级仪表放大器增益50倍，第二级有源滤波器增益10倍，总增益500倍，满足设计要求。右腿驱动电路可额外提升共模抑制比10dB以上，有效抑制工频共模干扰。滤波参数设计：高通滤波截止频率要求0.05Hz，设计为一阶高通，参数R=3.3MΩ，C=1μF，截止频率fc噪声参数验证：AD8232输入等效噪声密度约10nV/√Hz，通带带宽100Hz，总输出噪声峰峰值约为500×识别算法与低功耗设计：基本要求中窦性心律与室性早搏识别，采用差分阈值法提取R波位置，通过RR间期特征即可识别，准确率可达85%以上；发挥部分多类型心律失常识别，可采用轻量型CNN神经网络，模型参数压缩至100KB以内，可直接在STM32H系列MCU上运行，总体准确率可达90%以上。低功耗设计采用STM32L4系列低功耗MCU，搭配低功耗OLED显示，关闭空闲外设，整体功耗可控制在10mW以内，满足要求。

本题评分：基本要求50分，噪声与共模抑制比20分，滤波15分，显示与识别15分；发挥部分50分，噪声指标15分，识别准确率20分，低功耗10分，传输5分，创新加分不超过5分。（三）C题基于机器视觉的球形靶标智能追踪云台解析硬件架构选型：核心处理单元可选择STM32MP1（双核A7+M4架构），兼顾图像处理与实时控制，也可采用OpenMVH7Plus，内置成熟图像处理算法，开发周期短，适配四天三夜竞赛节奏，帧率可达30fps以上；摄像头选用OV5640，分辨率640×480满足识别要求；云台驱动可选用42步进电机，位置精度高，静止无抖动，位置误差可控制在±1°以内，满足要求。靶标识别算法：红色球形靶标识别流程为：RGB图像转HSV颜色空间分割红色区域，形态学去噪后轮廓检测，通过圆形度筛选（圆形度接近1即为目标）提取靶标中心坐标，该算法运算量小，可在30ms内完成一帧处理，满足实时要求；多目标识别时对轮廓按面积排序，即可输出多个靶标中心坐标，满足多目标追踪要求。距离估算基于针孔相机模型，靶标实际直径已知，像素直径与实际距离成反比，通过一次标定即可得到换算公式，误差可控制在5%以内，满足要求。云台控制算法：采用串级PID控制，内环为电机位置环，外环为图像误差环，将图像平面的靶标偏移量转换为云台转动角度，采用增量式PID，响应速度快、超调小。为降低延迟，加入运动预测算法，根据前几帧靶标运动速度预测下一帧位置，提前调整云台角度，可将总延迟控制在100ms以内，满足发挥部分要求，同时大幅降低高速运动靶标的脱靶概率。本题评分：基本要求50分，位置精度20分，追踪性能20分，显示与稳定性10分；发挥部分50分，高速追踪20分，多目标追踪12分，距离估算10分，延迟指标8分，创新加分不超过5分。（四）D题无源超高频RFID读写装置解析架构选型：开发难度较低的方案是选用集成Gen2读写芯片，如英飞凌R2600或ImpinjIndyR500，集成了PLL、调制解调、编解码功能，外围元件少，开发周期短；分立架构可实现更高的性能，发射端由PLL产生ASK调制载波，功率放大器放大后经天线发射，接收端接收标签反向散射信号，混频滤波后解调输出基带信号给MCU处理。核心参数设计：识别距离10cm需要发射功率≥10dBm，识别距离50cm需要发射功率约20dBm，符合我国UHFRFID发射功率规范。功率放大器选用SKY65111，增益20dB，最大输出功率22dBm，满足长距离识别要求；接收端前端加低噪声放大器，噪声系数≤1dB，提升接收灵敏度