2010年山东省大学生“高教社&XILINX杯”电子设计竞赛一、本科组使用主要仪器设备：数字频率计; 标准电容箱（电容 10pF 10F ）;标准电阻箱（电阻 1 5M ）；标准电感组（电感 10 H 100mH ）。万用电桥；数字存储示波器；普通频率计；频谱分析仪RIGOL DSA1030;可编程线形直流电源RIGOL DP1308; 数字示波器RIGOL DS6102；三相高精度电压电流信号源（10A、精度：0.5级）；三相电能表（10A、精度：0.5级）；双通道数字示波器； 主要元器件：EXCD-1可编程片上系统开发板；烟雾收集瓶（代烟雾）； DDS集成芯片；烟雾传感器；热释电人体红外传感器；无线收发器； 二、高职高专组使用:主要仪器设备：低频信号发生器（1Hz1MHz）；高频信号发生器（1MHz40MHz）；单相自耦调压器（200W）；低频毫伏表；高频毫伏表；函数发生器；失真度测试仪。主要元器件：EXCD-1可编程片上系统开发板；AC SOURCE；5V蓄电池或锂电池；铅酸免维12V、1.2Ah两节蓄电池；小型电动车（最大尺寸300mm200mm，高度不限）；光电传感器；角度传感器；隔离变压器（150W，220V/18V）；注：本科组6题，高职高专组4题，每组选择其中的任一题。A题 瞬态响应测试仪【本科组】一、任务要求采用指定的FPGA实验平台（含EXCD-1开发板）设计一个二阶系统动态响应测试仪，系统组成框图如图1：图 1二、要求1.基本部分(1)设计并制作保证二阶系统正常工作所需要的一组12V直流电源及FPGA实验平台供电电源。(2)安装并调试好图2所示的二阶电路系统。(3)设计并制作输出1V的直流阶跃信号源，要求阶跃信号的上升时间小于0.5uS,输出直流信号电压的值在10.1V内。(4)当给该二阶系统加入1V的阶跃信号时，显示并测量二阶系统的动态响应峰值时间tp，测量误差小于5%。(5)显示并测量二阶系统的超调量p，测量误差小于5%。(6)显示并测量二阶系统的调节时间ts(取为2%)，测量误差小于5%。2.发挥部分(1)要求直流信号源输出0.5V1.5V步进可调，步进大小为0.1V。(2) 要求显示二阶系统瞬态响应曲线。（3）进一步提高测量二阶系统性能指标的精度。(4) 利用FPGA端口，设计一单脉冲信号源，要求脉冲宽度为0.1uS1000uS范围内可任意设置。（可不考虑脉冲源的带负载能力大小）(5) 利用FPGA设计一个频率为100kHz，要求误差小于2%；幅值为20.1V的三角波信号。(6)其他。三、评分标准项 目满分基本要求设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。50实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项5完成第（4）项 10完成第（5）项10完成第（6）项 5说明：1、有关二阶系统的知识请参阅有关教材内容。 2、实现该测试仪器必须采用组委会指定的EXCD1可编程片上系统开发板。 3、被测试的二阶系统的电路如图2所示。 图 2 4、关于二阶系统瞬态参数的定义：（1） 峰值时间tp：从施加阶跃信号开始，二阶系统输出到达最大值所需要的时间。（2）超调量p：二阶系统输出响应的最大峰值与稳态值之间的差。（3）调节时间ts：输出响应值与稳态值之间的差小于规定稳态值值百分数的时间。5、在制作二阶系统时，要留有方便更换电阻R的插孔或端子。6、允许外加必要的辅助测量电路。B题 电阻电容电感测试仪的设计与制作【本科组】一、任务设计、制作一个电阻、电容、电感测试仪和测试所用的信号发生器。（不准用现成仪表改制）。二、要求1 基本要求（ 1 ）自制一个测试用的正弦信号发生器，输出信号的频率范围1Hz1MHz ，峰值Vm5V，输出阻抗50。输出信号的频率和峰值都连续可调。（ 2 ）测量范围：电阻 1 5M ；电容 10pF 10F ；电感 10 H 100mH 。（ 3 ）测量误差：各档均 5%（ 4 ）显示部分可选用LED或LCD，但应能明确表示出项目和量纲，有效数字4位。可调出最近十次的测量结果显示，显示内容应包括测试的时间、元件类型、参数。2 发挥部分（ 1 ）测量并显示电感的Q值，Q值范围20300。同时显示测量频率。（ 2 ）能通过键盘设定信号频率、测试对象和量程。（ 3 ）测量量程手动或自动转换。（ 4 ）其它三、评分标准项目满分基本要求设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。50实际完成情况50发挥部分完成第(1)项20完成第(2)项15完成第(3)项10其它5C题 VGA显示的多通道数字示波器【本科组】一、任务 使用指定的FPGA实验平台（含EXCD-1开发板）设计多通道数字示波器，示波器显示使用普通的VGA显示器。二、要求1基本要求 （1）示波器实时采样频率为10MHz，A/D转换精度为10bits。 （2）模拟信号输入电压为-2.5V-+2.5V，频率为0-1MHz。 （3）两路数字信号输入。数字信号低电平为0V，高电平为3.3V，频率为0-1MHz。（4）显示采用普通的VGA显示器(分辨率640480即可)。显示方向和普通示波器方向相同(水平方向为时间，垂直方向为幅度),显示时间轴支持1us/div,1ms/div,1s/div。幅度支持10mv/div,100mv/div,1v/div。波形周期误差和幅度误差5%。（5）显示波形稳定，支持实时显示和存储显示。实时显示时可以暂停，存储显示时存储深度为显示器一屏的数据。支持波形的手动存储功能，手动存储的波形掉电不丢失。 （6）可以单独显示任意一个通道，也可以多通道同时显示，多通道同时显示时不同的通道要用不同的颜色进行区分。（7）数字信号要求参赛人员自行产生，A路要求占空比为50%，B路要求占空比为25%，并且要求B相比A相延时45。两路数字信号频率相同并且可以100KHz步进。要留出自行产生的数字信号的测试点。（8）模拟信号支持任意电平触发，数字信号支持上升沿和下降沿触发。2发挥部分 （1）自行产生的A路数字信号与与输入模拟信号同频同相。B路和A路的关系仍然保持不变。 （2）存储深度增加一倍，存储显示时支持图像的左移和右移。 （3）存储显示支持正延时，负延时。正负延时点数可以人为设定，设定方式步进和手动输入任选其一。 （4）显示器上有中文提示时间刻度，幅度刻度，通道对应的颜色。 （5）显示界面尽量贴近普通示波器。 （6）其他。 三、说明1VGA显示器使用普通的PC显示器即可，可以是液晶显示器，也可以是CRT显示器，无需自制。2本题示波器的存储显示功能通过检测按键的抖动波形进行测试，按键电路自制。3设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。四、评分标准设计报告项 目应包括的主要内容分数理论分析与计算垂直灵敏度；扫描速度10电路与程序设计电路设计；程序设计20测试方案与测试结果测试方案及测试条件测试结果完整性测试结果分析15设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构图表的规范性5总分50基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项5完成第（2）项10完成第（3）项15完成第（4）项10完成第（5）项5其他5总分50D题 RFID打卡器和射频卡设计【本科组】一、任务设计并制作一台RFID打卡器及射频卡，使打卡器能识别射频卡，识别后将射频卡输出的信号采集到并输出，射频卡可以做成IC卡样式，也可以采用电路方式实现，可采用集成电路，分立器件实现，其系统框图如图1所示。 图1 射频信号发生器系统框图二、要求1基本要求（1）射频卡以及打卡器工作频率13.56MHz；（2）最大识别距离不小于5cm；（3）当射频卡接近到打卡器可识别距离时，打卡器识别到射频卡，并发出声音提示，同时将射频卡发出的信号捕捉到并输出；（4）采用RIGOL DP1308/1116A稳压电源供电，也可自制。RFID系统指标要求工作频率13.56MH识别距离不小于5cm打卡器RF信号功率不小于1W用户接口蜂鸣器一个，工作以及电源指示灯个一个识别信号输出功率0 dBm识别信号信噪比50dB输出连接器和阻抗BNC; 50欧姆2发挥部分（1）增加数据操作功能，打卡器向射频卡发出询问信息和编号查询信息由按键控制发出信息的类型，射频卡返回相应信息，由数码或者液晶屏显示数据, 参考工作流程： 打卡器轮询“WHO”射频卡进入感应区接收到轮询信号射频卡应答“DS（电赛）”打卡器接收到应答，将应答信息解析出来并显示；打卡器轮询“NO”射频卡进入感应区接收到轮询信号射频卡应答“001（三位数字即可）”打卡器接收到应答，将应答信息解析出来并显示；（2）增加电脑控制功能，打卡器使用串口与电脑相连，自定义软件来使用电脑显示数据和控制打卡器，参考工作流程：使用RS232接口连接打卡器与电脑上位机发送询问信息打卡器发出蜂鸣声并返回编号001（三位数字即可）电脑软件显示编号；三、说明设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图和主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。 四、评分标准总分150分，采用RIGOL DSA1030频谱分析仪等仪器进行指标的测试，根据完成情况以及具体指标的偏差程度打分。设计报告项 目主要内容分数系统方案比较与选择；方案描述5理论分析与计算基准源设计；调制器设计发射天线设计；接收天线设计功率放大电路设计15电路与程序设计电路设计；程序设计10测试方案与测试结果测试方案及测试条件；测试结果完整性；测试结果分析15设计报告结构及规范性摘要；设计报告正文的结构；图表的规范性5总分50基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项25完成第（2）项25总分50注：射频卡以及打卡器的设计有实用意义，它符合ISO/IEC 14443 近耦合IC卡A类标准要求。E题 三相多功能电表【本科组】一、任务设计并制作一个能同时对三相工频交流电（频率波动范