第五屆（2001年）全國大學生電子設計競賽題目

eetech

A題波形發生器

一、任務
設計制作一個波形發生器，該波形發生器能產生正弦波、方波、三角波和由用戶編輯的特定形狀波形。示意圖如下：





二、要求

1．基本要求

（1）具有產生正弦波、方波、三角波三種周期性波形的功能。
（2）用鍵盤輸入編輯生成上述三種波形（同周期）的線性組合波形，以及由基波及其諧波（5次以下）線性組合的波形。
（3）具有波形存儲功能。
（4）輸出波形的頻率范圍為100Hz～20kHz（非正弦波頻率按10次諧波計算）；重復頻率可調，頻率步進間隔≤100Hz。
（5）輸出波形幅度范圍0～5V（峰-峰值），可按步進0.1V（峰-峰值）調整。
（6）具有顯示輸出波形的類型、重復頻率（周期）和幅度的功能。

2．發揮部分

（1）輸出波形頻率范圍擴展至100Hz～200kHz。
（2）用鍵盤或其他輸入裝置產生任意波形。
（3）增加穩幅輸出功能，當負載變化時，輸出電壓幅度變化不大于±3%（負載電阻變化范圍：100Ω～∞）。
（4）具有掉電存儲功能，可存儲掉電前用戶編輯的波形和設置。
（5）可產生單次或多次（1000次以下）特定波形（如產生1個半周期三角波輸出）。
（6）其它（如增加頻譜分析、失真度分析、頻率擴展＞200kHz、掃頻輸出等功能）。

三、評分標準







B題 簡易數字存儲示波器

一、任務

設計并制作一臺用普通示波器顯示被測波形的簡易數字存儲示波器，示意圖如下：







二、要求

1．基本要求

（1）要求儀器具有單次觸發存儲顯示方式，即每按動一次“單次觸發”鍵，儀器在滿足觸發條件時，能對被測周期信號或單次非周期信號進行一次采集與存儲，然后連續顯示。
（2）要求儀器的輸入阻抗大于100kΩ，垂直分辨率為32級/div，水平分辨率為20點/div；設示波器顯示屏水平刻度為10div，垂直刻度為8div。
（3）要求設置0.2s/div、0.2ms/div、20μs/div三檔掃描速度，儀器的頻率范圍為DC～50kHz，誤差≤5%。
（4）要求設置0.1V/div、1V/div二檔垂直靈敏度，誤差≤5%。
（5）儀器的觸發電路采用內觸發方式，要求上升沿觸發、觸發電平可調。
（6）觀測波形無明顯失真。

2．發揮部分
（1）增加連續觸發存儲顯示方式，在這種方式下，儀器能連續對信號進行采集、存儲并實時顯示，且具有鎖存（按“鎖存”鍵即可存儲當前波形）功能。
（2）增加雙蹤示波功能，能同時顯示兩路被測信號波形。
（3）增加水平移動擴展顯示功能，要求存儲深度增加一倍，并且能通過操作“移動” 鍵顯示被存儲信號波形的任一部分。
（4）垂直靈敏度增加0.01V/div檔，以提高儀器的垂直靈敏度，并盡力減小輸入短路時的輸出噪聲電壓。
（5）其它。

三、評分標準







四、說明

測試過程中，不能對普通示波器進行操作和調整。

C題 自動往返電動小汽車

一、任務

設計并制作一個能自動往返于起跑線與終點線間的小汽車。允許用玩具汽車改裝，但不能用人工遙控（包括有線和無線遙控）。







跑道寬度0.5m，表面貼有白紙，兩側有擋板，擋板與地面垂直，其高度不低于20cm。在跑道的B、C、D、E、F、G各點處畫有2cm寬的黑線，各段的長度如圖1所示。

二、要求

1．基本要求

（1）車輛從起跑線出發（出發前，車體不得超出起跑線），到達終點線后停留10秒，然后自動返回起跑線（允許倒車返回）。往返一次的時間應力求最短（從合上汽車電源開關開始計時）。
（2）到達終點線和返回起跑線時，停車位置離起跑線和終點線偏差應最小（以車輛中心點與終點線或起跑線中心線之間距離作為偏差的測量值）。
（3）D～E間為限速區，車輛往返均要求以低速通過，通過時間不得少于8秒，但不允許在限速區內停車。

2．發揮部分
（1）自動記錄、顯示一次往返時間（記錄顯示裝置要求安裝在車上）。
（2）自動記錄、顯示行駛距離（記錄顯示裝置要求安裝在車上）。
（3）其它特色與創新。

三、評分標準







四、說明

（1）不允許在跑道內外區域另外設置任何標志或檢測裝置。
（2）車輛（含在車體上附加的任何裝置）外圍尺寸的限制：長度≤35 cm，寬度≤15cm。
（3）必須在車身頂部明顯標出車輛中心點位置，即橫向與縱向兩條中心線的交點。

D題高效率音頻功率放大器

一、任務

設計并制作一個高效率音頻功率放大器及其參數的測量、顯示裝置。功率放大器的電源電壓為+5V（電路其他部分的電源電壓不限），負載為8Ω電阻。

二、要求

1． 基本要求

（1）功率放大器
　a．3dB通頻帶為300Hz～3400Hz，輸出正弦信號無明顯失真。
　b．最大不失真輸出功率≥1W。
　c．輸入阻抗＞10k，電壓放大倍數1～20連續可調。
　d．低頻噪聲電壓（20kHz以下）≤10mv，在電壓放大倍數為10，輸入端對地交流短路時測量。
　e．在輸出功率500mW時測量的功率放大器效率（輸出功率/放大器總功耗）≥50%。







（2）設計并制作一個放大倍數為1的信號變換電路，將功率放大器雙端輸出的信號轉換為單端輸出，經RC濾波供外接測試儀表用，如圖1所示。 圖1中，高效率功率放大器組成框圖可參見本題第四項“說明”。
（3）設計并制作一個測量放大器輸出功率的裝置，要求具有3位數字顯示，精度優于5%。

2．發揮部分

（1）3dB通頻帶擴展至300Hz～20kHz。
（2）輸出功率保持為200mW，盡量提高放大器效率。
（3）輸出功率保持為200mW，盡量降低放大器電源電壓。
（4）增加輸出短路保護功能。
（5）其它。

三、評分標準






四、說明







1．采用開關方式實現低頻功率放大（即D類放大）是提高效率的主要途徑之一， D類放大原理框圖如圖2。本設計中如果采用D類放大方式，不允許使用D類功率放大集成電路。
2． 效率計算中的放大器總功耗是指功率放大器部分的總電流乘以供電電壓（+5V），不包括“基本要求”中第（2）、（3）項涉及的電路部分功耗。制作時要注意便于效率測試。
3．在整個測試過程中，要求輸出波形無明顯失真。

E題 數據采集與傳輸系統

一、任務
設計制作一個用于8路模擬信號采集與單向傳輸系統。系統方框圖參見圖1。







二、要求

1．基本要求

（1）被測電壓為8路0～5V分別可調的直流電壓。系統具有在發送端設定8路順序循環采集與指定某一路采集的功能。
（2）采用8位A/D變換器。
（3）采用3dB帶寬為30kHz～50kHz的帶通濾波器（帶外衰減優于35dB/十倍頻程）作為模擬信道。
（4）調制器輸出的信號峰-峰值vsp-p為0～1V可變，碼元速率16k波特（碼元/秒）；制作一個時鐘頻率可變的測試碼發生器（如0101…碼等），用于測試傳輸速率。
（5）在接收端具有顯示功能，要求顯示被測路數和被測電壓值。

2．發揮部分

（1）設計制作一個用偽隨機碼形成的噪聲模擬發生器，偽隨機碼時鐘頻率為96kHz，周期為127位碼元，生成多項式采用

。其輸出峰-峰值

為0～1V連續可調。
（2）設計一個加法電路，將調制器輸出

與噪聲電壓

相加送入模擬信道。在解調器輸入端測量信號與噪聲峰-峰值之比（

），當其比值分別為1、3、5時，進行誤碼測試。測試方法：在8路順序循環采集模式下，監視某一路的顯示，檢查接收數據的誤碼情況，監視時間為1分鐘。
（3）在（

）=3時，盡量提高傳輸速率，用上述第（2）項的測試方法，檢查接收數據的誤碼情況。
（4）其它（如自制用來定量測量系統誤碼的簡易誤碼率測試儀，其方框圖見圖2）。






三、評分標準







F題 調頻收音機

一、任務

用SONY公司提供的FM/AM收音機集成芯片CXA1019和鎖相頻率合成調諧集成芯片BU2614，制作一臺調頻收音機。

二、要求

1． 基本要求

（1）接收FM信號頻率范圍88MHz～108MHz。
（2）調制信號頻率范圍100Hz～15000Hz，最大頻偏75kHz。
（3）最大不失真輸出功率≥100 mW（負載阻抗8Ω）。
（4）接收機靈敏度≤1 mV。
（5）鏡像抑制性能優于20dB。
（6）能夠正常收聽FM廣播。

2．發揮部分

（1）可實現多種自動程序頻率搜索（如全頻率范圍搜索、指定頻率范圍內搜索等）。
（2）能顯示接收頻率范圍內的調頻電臺載波頻率值，顯示載波頻率的誤差≤5kHz。
（3）進一步提高靈敏度。
（4）可存儲已搜索到的電臺，存儲電臺數不少于5個。
（5）其它（如3V單電源整機供電、節能供電、時鐘顯示等）。

三、評分標準







四、說明

1．本題提供一組SONY公司的集成芯片和元件，包括：
● FM/AM收音機集成芯片CXA1019；
● 鎖相頻率合成調諧集成芯片BU2614；
● RF輸入帶通濾波器；
● 10.7MHz陶瓷帶通濾波器CF-2；
● 10.7MHz陶瓷諧振器CF-3）；
● 可調電容器；
● 變容二極管；
● 鎖相環所用的75kHz晶體。
2．建議本振線圈與輸入回路線圈垂直安裝。