第六屆（2003年）全國大學生電子設計競賽題目

eetech

電壓控制LC振蕩器（A題）

一、任務

設計并制作一個電壓控制LC振蕩器。

二、要求

1、基本要求

（1）振蕩器輸出為正弦波，波形無明顯失真。
（2）輸出頻率范圍：15MHz～35MHz。
（3）輸出頻率穩定度：優于10-3。
（4）輸出電壓峰-峰值：Vp-p=1V±0.1V。
（5）實時測量并顯示振蕩器輸出電壓峰-峰值，精度優于10％。
（6）可實現輸出頻率步進，步進間隔為1MHz±100kHz。

2、發揮部分

（1）進一步擴大輸出頻率范圍。
（2）采用鎖相環進一步提高輸出頻率穩定度，輸出頻率步進間隔為100kHz。
（3）實時測量并顯示振蕩器的輸出頻率。
（4）制作一個功率放大器，放大LC振蕩器輸出的30MHz正弦信號，限定使用E=12V的單直流電源為功率放大器供電，要求在50Ω純電阻負載上的輸出功率≥20mW，盡可能提高功率放大器的效率。
（5）功率放大器負載改為50Ω電阻與20pF電容串聯，在此條件下50Ω電阻上的輸出功率≥20mW，盡可能提高放大器效率。
（6）其它。

三、評分標準






四、說明

1、需留出末級功率放大器電源電流IC0(或ID0)的測量端，用于測試功率放大器的效率。
寬帶放大器（B題）

一、任務

設計并制作一個寬帶放大器。

二、要求

1、基本要求

（1）輸入阻抗≥1kΩ；單端輸入，單端輸出；放大器負載電阻 。
（2）3dB通頻帶10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz頻帶內增益起伏≤1dB。
（3）最大增益≥40dB，增益調節范圍10dB～40dB（增益值6級可調，步進間隔6dB，增益預置值與實測值誤差的絕對值≤2dB），需顯示預置增益值。
（4）最大輸出電壓有效值≥3V，數字顯示輸出正弦電壓有效值。
（5）自制放大器所需的穩壓電源。

2、發揮部分

（1）最大輸出電壓有效值≥6V。
（2）最大增益≥58dB (3dB通頻帶10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz頻帶內增益起伏≤1dB)，增益調節范圍10dB～58dB（增益值9級可調，步進間隔6dB，增益預置值與實測值誤差的絕對值≤2dB），需顯示預置增益值。
（3）增加自動增益控制（AGC）功能，AGC范圍≥20dB，在AGC穩定范圍內輸出電壓有效值應穩定在 4.5V≤Vo≤5.5V內（詳見說明4）。
（4）輸出噪聲電壓峰-峰值VoN ≤0.5V。
（5）進一步擴展通頻帶、提高增益、提高輸出電壓幅度、擴大AGC范圍、減小增益調節步進間隔。
（6）其它。

三、評分標準







四、說明

1、基本要求部分第（3）項和發揮部分第（2）項的增益步進級數對照表如下：




2、發揮部分第（4）項的測試條件為：輸入交流短路，增益為58dB。
3、寬帶放大器幅頻特性測試框圖如下圖所示：






4、AGC電路常用在接收機的中頻或視頻放大器中，其作用是當輸入信號較強時，使放大器增益自動降低；當信號較弱時，又使其增益自動增高，從而保證在AGC作用范圍內輸出電壓的均勻性，故AGC電路實質是一個負反饋電路。

發揮部分第（4）項中涉及到的AGC功能的放大器的折線化傳輸特性示意圖如下所示；本題定義：

；要求輸出電壓有效值穩定在4.5V≤Vo≤5.5V范圍內，即VoL≥4.5V、VoH≤5.5V。






低頻數字式相位測量儀（C題）

一、任務

設計并制作一個低頻相位測量系統，包括相位測量儀、數字式移相信號發生器和移相網絡三部分，示意圖如下：






二、要求

1、基本要求

（1）設計并制作一個相位測量儀（參見圖1）
a．頻率范圍：20Hz～20kHz。
b．相位測量儀的輸入阻抗≥100k 。
c．允許兩路輸入正弦信號峰-峰值可分別在1V～5V范圍內變化。
d．相位測量絕對誤差≤2°。
e．具有頻率測量及數字顯示功能。
f． 相位差數字顯示：相位讀數為0o"359.9o，分辨力為0.1°。
（2）參考圖2制作一個移相網絡
a．輸入信號頻率：100Hz、1kHz、10kHz。
b．連續相移范圍：－45°～＋45°。
c．A＇、B＇輸出的正弦信號峰-峰值可分別在0.3V～5V范圍內變化。

2．發揮部分

（1）設計并制作一個數字式移相信號發生器（圖3），用以產生相位測量儀所需的輸入正弦信號，要求：

a．頻率范圍：20Hz～20kHz，頻率步進為20Hz，輸出頻率可預置。
b．A、B輸出的正弦信號峰-峰值可分別在0.3V～5V范圍內變化。
c．相位差范圍為0～359°，相位差步進為1°，相位差值可預置。
d．數字顯示預置的頻率、相位差值。
（2）在保持相位測量儀測量誤差和頻率范圍不變的條件下，擴展相位測量儀輸入正弦電壓峰-峰值至0.3V～5V范圍。
（3）用數字移相信號發生器校驗相位測量儀，自選幾個頻點、相位差值和不同幅度進行校驗。
（4）其它。

三、評分標準







四、說明

1、移相網絡的器件和元件參數自行選擇，也可以自行設計不同于圖2的移相網絡。
2、基本要求（2）項中，當輸入信號頻率不同時，允許切換移相網絡中的元件。
3、相位測量儀和數字移相信號發生器互相獨立，不允許共用控制與顯示電路。

簡易邏輯分析儀（D題）

一、任務

設計并制作一個8路數字信號發生器與簡易邏輯分析儀，其結構框圖如圖1所示：







二、要求

1、基本要求

（1）制作數字信號發生器

能產生8路可預置的循環移位邏輯信號序列，輸出信號為TTL電平，序列時鐘頻率為100Hz，并能夠重復輸出。邏輯信號序列示例如圖2所示。

（2）制作簡易邏輯分析儀

a．具有采集8路邏輯信號的功能，并可設置單級觸發字。信號采集的觸發條件為各路被測信號電平與觸發字所設定的邏輯狀態相同。在滿足觸發條件時，能對被測信號進行一次采集、存儲。
b．能利用模擬示波器清晰穩定地顯示所采集到的8路信號波形，并顯示觸發點位置。
c．8位輸入電路的輸入阻抗大于50kΩ，其邏輯信號門限電壓可在0.25"4V范圍內按16級變化，以適應各種輸入信號的邏輯電平。
d．每通道的存儲深度為20bit。







2．發揮部分

（1）能在示波器上顯示可移動的時間標志線，并采用LED或其它方式顯示時間標志線所對應時刻的8路輸入信號邏輯狀態。
（2）簡易邏輯分析儀應具備3級邏輯狀態分析觸發功能，即當連續依次捕捉到設定的3個觸發字時，開始對被測信號進行一次采集、存儲與顯示，并顯示觸發點位置。3級觸發字可任意設定（例如：在8路信號中指定連續依次捕捉到兩路信號11、01、00作為三級觸發狀態字）。
（3）觸發位置可調（即可選擇顯示觸發前、后所保存的邏輯狀態字數）。
（4）其它（如增加存儲深度后分頁顯示等）。

三、評分標準





四、說明

1、系統結構框圖中的跳接線必須采取可靈活改變的接插方式。
2、數字信號的采集時鐘可采用來自數字信號發生器的時鐘脈沖clock。
3、測試開始后，參賽者不能對示波器進行任何調整操作。
4、題中涉及的“字”均為多位邏輯狀態。如圖2中縱向第一個字為一個8位邏輯狀態字（00000101），而發揮部分中的3級觸發字為2位邏輯狀態。

簡易智能電動車（E題）

一、任務

設計并制作一個簡易智能電動車，其行駛路線示意圖如下：






二、要求

1、基本要求

（1）電動車從起跑線出發（車體不得超過起跑線），沿引導線到達B點。在“直道區”鋪設的白紙下沿引導線埋有1"3塊寬度為15cm、長度不等的薄鐵片。電動車檢測到薄鐵片時需立即發出聲光指示信息，并實時存儲、顯示在“直道區”檢測到的薄鐵片數目。
（2）電動車到達B點以后進入“彎道區”，沿圓弧引導線到達C點（也可脫離圓弧引導線到達C點）。C點下埋有邊長為15cm的正方形薄鐵片，要求電動車到達C點檢測到薄鐵片后在C點處停車5秒，停車期間發出斷續的聲光信息。
（3）電動車在光源的引導下，通過障礙區進入停車區并到達車庫。電動車必須在兩個障礙物之間通過且不得與其接觸。
（4）電動車完成上述任務后應立即停車，但全程行駛時間不能大于90秒，行駛時間達到90秒時必須立即自動停車。

2、發揮部分

（1）電動車在“直道區”行駛過程中，存儲并顯示每個薄鐵片（中心線）至起跑線間的距離。
（2）電動車進入停車區域后，能進一步準確駛入車庫中，要求電動車的車身完全進入車庫。
（3）停車后，能準確顯示電動車全程行駛時間。
（4）其它。

三、評分標準






四、說明

1、跑道上面鋪設白紙，薄鐵片置于紙下，鐵片厚度為0.5～1.0mm。
2、跑道邊線寬度5cm，引導線寬度2cm，可以涂墨或粘黑色膠帶。示意圖中的虛線和尺寸標注線不要繪制在白紙上。
3、障礙物1、2可由包有白紙的磚組成，其長、寬、高約為50cm 12cm 6cm，兩個障礙物分別放置在障礙區兩側的任意位置。
4、電動車允許用玩具車改裝，但不能由人工遙控，其外圍尺寸（含車體上附加裝置）的限制為：長度≤35cm，寬度≤15cm。
5、光源采用200W白熾燈，白熾燈泡底部距地面20cm，其位置如圖所示。
6、要求在電動車頂部明顯標出電動車的中心點位置，即橫向與縱向兩條中心線的交點。
液體點滴速度監控裝置（F題）

一、任務

設計并制作一個液體點滴速度監測與控制裝置，示意圖如右圖所示。







二、要求

1、基本要求

（1）在滴斗處檢測點滴速度，并制作一個數顯裝置，能動態顯示點滴速度（滴/分）。
（2）通過改變h2控制點滴速度，如右圖所示；也可以通過控制輸液軟管夾頭的松緊等其它方式來控制點滴速度。點滴速度可用鍵盤設定并顯示，設定范圍為20"150(滴/分)，控制誤差范圍為設定值 10% 1滴。
（3）調整時間≤3分鐘（從改變設定值起到點滴速度基本穩定，能人工讀出數據為止）。 （4）當h1降到警戒值（2"3cm）時，能發出報警信號。

2、發揮部分

設計并制作一個由主站控制16個從站的有線監控系統。16個從站中，只有一個從站是按基本要求制作的一套點滴速度監控裝置，其它從站為模擬從站 (僅要求制作一個模擬從站)。

（1）主站功能：
a．具有定點和巡回檢測兩種方式。
b．可顯示從站傳輸過來的從站號和點滴速度。
c．在巡回檢測時，主站能任意設定要查詢的從站數量、從站號和各從站的點滴速度。
d．收到從站發來的報警信號后，能聲光報警并顯示相應的從站號；可用手動方式解除報警狀態。
（2）從站功能：
a．能輸出從站號、點滴速度和報警信號；從站號和點滴速度可以任意設定。
b．接收主站設定的點滴速度信息并顯示。
c．對異常情況進行報警。
（3）主站和從站間的通信方式不限，通信協議自定，但應盡量減少信號傳輸線的數量。
（4）其它。

三、評分標準







四、說明

1、控制電機類型不限，其安裝位置及安裝方式自定。
2、儲液瓶用醫用250毫升注射液玻璃瓶（瓶中為無色透明液體）。
3、受液瓶用1.25升的飲料瓶。
4、點滴器采用針柄顏色為深藍色的醫用一次性輸液器（滴管滴出20點蒸餾水相當于1ml±0.1ml）。
5、賽區測試時，僅提供醫用移動式點滴支架，其高度約1.8m，也可自帶支架；測試所需其它設備自備。
6、滴速夾在測試開始后不允許調節。
7、發揮部分第（2）項從站功能中，c中的“異常情況”自行確定。