海口经济学院信息工程学院海口经济学院信息工程学院海口经济学院信息工程学院海口经济学院信息工程学院电子综合设计与实训课程电子综合设计与实训课程第6章 全国大学生电子 设计竞赛题目与分析理论学时：理论学时：6学时学时教学目标：教学目标：1、介绍全国大学生电子设计竞赛的基本情况、介绍全国大学生电子设计竞赛的基本情况2、竞赛命题原则及要求、竞赛命题原则及要求3、题目分析、题目分析教学重点：教学重点：对试题的分析，掌握电子设计竞赛试题的特点对试题的分析，掌握电子设计竞赛试题的特点与要求。与要求。2 2信息工程学院信息工程学院6.1全国大学生电子设计竞赛简介全国大学生电子设计竞赛简介1指导思想与目的指导思想与目的全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一，是面向大学生的群众性科技活动，生学科竞赛之一，是面向大学生的群众性科技活动，目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容体系和课程内容的改革，有助于高等学校实施素质的改革，有助于高等学校实施素质教育，培养大学生的实践创新意识与基本能力、团教育，培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践素质的培养、提学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；有助于吸引、鼓励广大进行电子设计制作的能力；有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。颖而出创造条件。3 3信息工程学院信息工程学院2竞赛特点与特色竞赛特点与特色全国大学生电子设计竞赛的特点是全国大学生电子设计竞赛的特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合，以推动其课程教学、内容改革密切结合，以推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。竞赛的特教学改革和实验室建设工作。竞赛的特色是与理论色是与理论联系实际学风建设紧密结合，联系实际学风建设紧密结合，竞赛内容既有理论设计，又有实际制作，竞赛内容既有理论设计，又有实际制作，以全面检验和加强参赛学生的理论基础以全面检验和加强参赛学生的理论基础和实践创新能力。和实践创新能力。4 4信息工程学院信息工程学院3组织运行模式组织运行模式全国大学生电子设计竞赛的组织运全国大学生电子设计竞赛的组织运行模式为：行模式为：“政府主办、专家主导、学政府主办、专家主导、学生主体、社会参与生主体、社会参与”十六字方针，以充十六字方针，以充分调动各方面的参与积极性。分调动各方面的参与积极性。5 5信息工程学院信息工程学院4领导领导全国大学生电子设计竞赛由教育部全国大学生电子设计竞赛由教育部高等教育司和信息产业部人事司共同主办，高等教育司和信息产业部人事司共同主办，负责领导全国范围内的竞赛工作。各地竞负责领导全国范围内的竞赛工作。各地竞赛事宜由地方教委（厅、局）统一领导。赛事宜由地方教委（厅、局）统一领导。为保证竞赛顺利开展，组建全国及各赛区为保证竞赛顺利开展，组建全国及各赛区竞赛组织委员会和专家组。竞赛组织委员会和专家组。6 6信息工程学院信息工程学院5组织委员会组织委员会（1）全国竞赛组织委员会由教育部、信息产）全国竞赛组织委员会由教育部、信息产业部、部分参赛省市教育主管部门负责人或有业部、部分参赛省市教育主管部门负责人或有关学校专家组成，组委会成员由教育部高等教关学校专家组成，组委会成员由教育部高等教育司以文函形式任命，每届全国竞赛组织委员育司以文函形式任命，每届全国竞赛组织委员会和赛区组委会任期四年。会和赛区组委会任期四年。全国竞赛组委会设立秘书处，设秘书长一人，全国竞赛组委会设立秘书处，设秘书长一人，常务副秘书长一人，副秘书长若干人，主持全常务副秘书长一人，副秘书长若干人，主持全国大学生电子设计竞赛的日常工作。国大学生电子设计竞赛的日常工作。7 7信息工程学院信息工程学院（2）各赛区竞赛组委会由省（自治区）、）各赛区竞赛组委会由省（自治区）、直辖市教委（厅、局）、高校代表及电直辖市教委（厅、局）、高校代表及电子类专家、企事业代表组成，负责本赛子类专家、企事业代表组成，负责本赛区的竞赛组织领导工作。区的竞赛组织领导工作。（3）原则上以省（自治区）、直辖市独）原则上以省（自治区）、直辖市独立组成一个赛区。若参赛学校少于立组成一个赛区。若参赛学校少于3所或所或参赛队少于参赛队少于20个队时，可与邻近省市联个队时，可与邻近省市联合组成一个赛区。合组成一个赛区。8 8信息工程学院信息工程学院6专家组专家组（1）全国只组建一个全国专家组，主要由来）全国只组建一个全国专家组，主要由来自高等学校电子及其相关专业的专家组成，自高等学校电子及其相关专业的专家组成，全国专家组由责任专家、专家和专家库成员全国专家组由责任专家、专家和专家库成员三个人员层面构成，全国竞赛的命题和评审三个人员层面构成，全国竞赛的命题和评审工作以责任专家为主体。工作以责任专家为主体。（2）各赛区成立赛区专家组，由赛区内高校）各赛区成立赛区专家组，由赛区内高校电子及其相关专业的专家组成，负责本赛区电子及其相关专业的专家组成，负责本赛区的竞赛征题、评审工作。的竞赛征题、评审工作。9 9信息工程学院信息工程学院7参赛单位参赛单位以高等学校为基本参赛单位，参赛以高等学校为基本参赛单位，参赛学校应成立电子竞赛工作领导小组，负责学校应成立电子竞赛工作领导小组，负责本校学生的参赛事宜，包括组队、报名、本校学生的参赛事宜，包括组队、报名、赛前准备、赛期管理和赛后总结等。赛前准备、赛期管理和赛后总结等。8参赛队和参赛学生参赛队和参赛学生每支参赛队由三名学生组成，具有正每支参赛队由三名学生组成，具有正式学籍的全日制在校本、专科生均有资格式学籍的全日制在校本、专科生均有资格报名参赛。报名参赛。1010信息工程学院信息工程学院6.2 竞赛命题原则及要求1、竞赛内容、竞赛内容（1）以电子电路（含模拟和数字电路）应用）以电子电路（含模拟和数字电路）应用设计为主要内容，可以涉及模设计为主要内容，可以涉及模-数混合电路、单数混合电路、单片机、可编程器件、片机、可编程器件、EDA软件工具和软件工具和PC机机（主要用于开发）的应用。题目包括（主要用于开发）的应用。题目包括“理论设理论设计计”和和“实际制作与调试实际制作与调试”两部分。竞赛题目两部分。竞赛题目应具有实际意义和应用背景，并考虑到目前教应具有实际意义和应用背景，并考虑到目前教学的基本内容和新技术的应用趋势，同时对教学的基本内容和新技术的应用趋势，同时对教学内容和课程体系改革起一定的引导作用。学内容和课程体系改革起一定的引导作用。1111信息工程学院信息工程学院（2）题目着重考核学生综合运用基础）题目着重考核学生综合运用基础知识进行理论设计的能力，考核学生的知识进行理论设计的能力，考核学生的创新精神和独立工作能力，考核学生的创新精神和独立工作能力，考核学生的实验技能实验技能(制作、调试制作、调试)。（3）题目在难易程度方面，既要考虑）题目在难易程度方面，既要考虑使一般参赛学生能在规定的时间内完成使一般参赛学生能在规定的时间内完成基本要求，又能使优秀学生有发挥与创基本要求，又能使优秀学生有发挥与创新的余地。新的余地。1212信息工程学院信息工程学院2、竞赛题目、竞赛题目竞赛题目是保证竞赛工作顺利开展竞赛题目是保证竞赛工作顺利开展的关键，应由全国专家组制定命题原则，的关键，应由全国专家组制定命题原则，赛前发至各赛区。全国竞赛命题应在广赛前发至各赛区。全国竞赛命题应在广泛开展赛区征题的基础上由全国竞赛命泛开展赛区征题的基础上由全国竞赛命题专家统一进行命题。全国竞赛命题专题专家统一进行命题。全国竞赛命题专家组以责任专家为主体，并与部分全国家组以责任专家为主体，并与部分全国专家组专家和高职高专学校专家组合而专家组专家和高职高专学校专家组合而成。成。1313信息工程学院信息工程学院全国竞赛采用两套题目，即本科生全国竞赛采用两套题目，即本科生组题目和高职高专学生组题目，参赛的本组题目和高职高专学生组题目，参赛的本科生只能选本科生组题目；高职高专学生科生只能选本科生组题目；高职高专学生原则上选择高职高专学生组题目，但也可原则上选择高职高专学生组题目，但也可选择本选择本科生组题目，并按本科生组题目科生组题目，并按本科生组题目的标准进行评审。只要参赛队中有本科生，的标准进行评审。只要参赛队中有本科生，该队只能选择本科生组题目，并按本科生该队只能选择本科生组题目，并按本科生组题目的标准进行评审。凡不符合上述选组题目的标准进行评审。凡不符合上述选题规定题规定的作品均视为无效，赛区不予以的作品均视为无效，赛区不予以评审。评审。 1414信息工程学院信息工程学院6.3 电子设计竞赛的题目分析电子设计竞赛的题目分析n n（1）电源类）电源类简易数控直流电源简易数控直流电源(第一届第一届),直流直流稳压电源稳压电源(第三届第三届);n n(2)信号源类信号源类实用信号源的设计和制作实用信号源的设计和制作(第二届第二届),波形发生器波形发生器(第五届第五届),电压控制电压控制LC振荡器振荡器(A题题)(第六届第六届);1515信息工程学院信息工程学院n n (3)高频无线电类高频无线电类简易无线电遥控系统简易无线电遥控系统(第二届第二届),调幅广播调幅广播收音机收音机(第三届第三届),短波调频接收机短波调频接收机(第四届第四届),调频收音机调频收音机(第五届第五届);n(4)放大器类放大器类实用低频功率放大器实用低频功率放大器(第二届第二届),高效率音高效率音频功率放大器频功率放大器(第五届第五届),宽带放大器宽带放大器(B题题)(第第六届六届);1616信息工程学院信息工程学院n(5)仪器仪表类仪器仪表类简易电阻、电容和电感测试仪（第二简易电阻、电容和电感测试仪（第二届），简易数字频率计（第三届），频率届），简易数字频率计（第三届），频率特性测试仪（第四届），数字式工频有效特性测试仪（第四届），数字式工频有效值多用表（第四届），简易数字存储示波值多用表（第四届），简易数字存储示波器（第五届），低频数字式相位测量仪（器（第五届），低频数字式相位测量仪（C题）（第六届），简易逻辑分析仪（题）（第六届），简易逻辑分析仪（D题）题）（第六届）；（第六届）；1717信息工程学院信息工程学院n n（6）数据采集与处理类）数据采集与处理类多路数据采集系统（第一届）；数字多路数据采集系统（第一届）；数字化语音存储与回放系统（第四届），数据化语音存储与回放系统（第四届），数据采集与传输系统（第五届）。采集与传输系统（第五届）。n n（7）控制类）控制类水温控制系统采集系统（第三届），水温控制系统采集系统（第三届），自动往返电动小气车（第五届）；简易智自动往返电动小气车（第五届）；简易智能电动车（能电动车（E题）（第六届）；液体点滴题）（第六届）；液体点滴速度监控装置（速度监控装置（F题）（第六届）。题）（第六届）。1818信息工程学院信息工程学院电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛也不电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛也不仅仅是实验竞赛，而是由一个参赛队共同设计、制仅仅是实验竞赛，而是由一个参赛队共同设计、制作完成一个特定工程背景的题目的优劣与快慢的竞作完成一个特定工程背景的题目的优劣与快慢的竞赛。它既强调理论设计，更强调系统实现。它考核赛。它既强调理论设计，更强调系统实现。它考核了学生综合运用基础知识的能力，更注重考察学生了学生综合运用基础知识的能力，更注重考察学生的创新意识。题目涉及的内容是一个课程群，而非的创新意识。题目涉及的内容是一个课程群，而非单一的一门课程。因此，竞赛的形式与内容基本上单一的一门课程。因此，竞赛的形式与内容基本上符合面向符合面向21世纪人才培养的目标和需求，是对传统世纪人才培养的目标和需求，是对传统教学方法的一个挑战，同时，竞赛成绩也能从一个教学方法的一个挑战，同时，竞赛成绩也能从一个侧面反映了这个课程群的教学水平和教学改革的成侧面反映了这个课程群的教学水平和教学改革的成败。败。1919信息工程学院信息工程学院6.1.1电源类题目分析电源类题目分析电源类题目有电源类题目有“简易数控直流电源简易数控直流电源（第一届），（第一届），1994年）年）”和和“直流稳直流稳压电源（第三届，压电源（第三届，1997年）年）”。“简易数控直流电源简易数控直流电源”要求设计制作要求设计制作一个输出电压数控可调直流稳压电源。一个输出电压数控可调直流稳压电源。涉及到的基础知识与制作能力包含：交涉及到的基础知识与制作能力包含：交流电源降压和整流，直流电压稳压和调流电源降压和整流，直流电压稳压和调节，单片机，数字显示与控制等。节，单片机，数字显示与控制等。2020信息工程学院信息工程学院“直流稳压电源直流稳压电源”要求设计制作一个要求设计制作一个交流变换为直流的稳定电源。涉及到的交流变换为直流的稳定电源。涉及到的基础知识与制作能力包含：交流电源降基础知识与制作能力包含：交流电源降压和整流，直流电压稳压和调节，恒流压和整流，直流电压稳压和调节，恒流电流源，电流源，DCDC变换器，单片机，数变换器，单片机，数字显示与控制等。字显示与控制等。各题目具体要求如下。各题目具体要求如下。 2121信息工程学院信息工程学院1、简易数控直流电源、简易数控直流电源 n n一、设计任务一、设计任务设计出有一定输出电压范围和功能的数设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。其原理示意图如下：控电源。其原理示意图如下： 2222信息工程学院信息工程学院二、设计要求二、设计要求1基本要求基本要求（1）输出电压：范围）输出电压：范围09.9V，步进步进0.1V，纹波不大于纹波不大于10mV（2）输输出电流：出电流：500mA；（3）输出电压值由数码管显示；输出电压值由数码管显示；（4）由）由“”、“”两键分别控两键分别控制输出电压步进增减；制输出电压步进增减；（5）为实现上述几部件工作，自制）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出一稳压直流电源，输出15V，5V。；2323信息工程学院信息工程学院2发挥部分发挥部分（1）输出电压可预置在）输出电压可预置在09.9V之间的任意一个值；之间的任意一个值；（2）用自动扫描代替人工按键，实）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进现输出电压变化（步进0.1V不变）；不变）；（3）扩展输出电压种类（比如三角）扩展输出电压种类（比如三角波等）。波等）。2424信息工程学院信息工程学院2、直流稳定电源、直流稳定电源 n n一、任务一、任务设计并制作交流变换为直流的稳定电源。设计并制作交流变换为直流的稳定电源。n n二、要求二、要求1基本要求基本要求（1）稳压电源）稳压电源在输入电压在输入电压220V、50Hz、电压变化范围电压变化范围15%20%条件下：条件下：a输出电压可调范围为输出电压可调范围为+9V+12Vb最大输出电流为最大输出电流为1.5Ac电压调整率电压调整率0.2%（输入电压（输入电压220V变化范围变化范围15%20%下，空下，空载到满载）载到满载）2525信息工程学院信息工程学院d负载调整率负载调整率1%（最低输入电（最低输入电压下，满载）压下，满载）e纹波电压（峰纹波电压（峰-峰值）峰值）5mV（最低输入电压下，满载）最低输入电压下，满载）f效率效率40%（输出电压（输出电压9V、输输入电压入电压220V下，满载）下，满载）g具有过流及短路保护功能具有过流及短路保护功能 2626信息工程学院信息工程学院（2）稳流电源）稳流电源在输入电压固定为在输入电压固定为12V的条件下：的条件下：a输出电流：输出电流：420mA可调可调b负载调整率负载调整率1%（输入电压（输入电压12V、负载负载电阻由电阻由200300变化时，输出电流为变化时，输出电流为20mA时时的相对变化率）的相对变化率）（3）DC-DC变换器变换器在输入电压为在输入电压为+9V+12V条条件下：件下：2727信息工程学院信息工程学院a输出电压为输出电压为+100V，输出电流为输出电流为10mAb电压调整率电压调整率1%（输入电压变化范围（输入电压变化范围+9V+12V）c负载调整率负载调整率1%（输入电压（输入电压+12V下，下，空载到满载）空载到满载）d纹波电压（峰纹波电压（峰-峰值）峰值）100mV（输入输入电压电压+9V下，满载）下，满载） 2828信息工程学院信息工程学院2发挥部分发挥部分（1）扩充功能）扩充功能a排除短路故障后，自动恢复为正常状态排除短路故障后，自动恢复为正常状态b过热保护过热保护c防止开、关机时产生的防止开、关机时产生的“过冲过冲”（2）提高稳压电源的技术指标）提高稳压电源的技术指标a提高电压调整率和负载调整率提高电压调整率和负载调整率b扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值（3）改善）改善DC-DC变换器变换器a提高效率（在提高效率（在100V、100mA下）下）b提高输出电压提高输出电压（4）用数字显示输出电压和输出电流）用数字显示输出电压和输出电流2929信息工程学院信息工程学院3. 例：简易数控直流电源例：简易数控直流电源n n（1）采用单片机的简易数控直流电源设计）采用单片机的简易数控直流电源设计方案方案n n采用单片机作为控制器的简易数控直流数采用单片机作为控制器的简易数控直流数控直流电源设计方案如图控直流电源设计方案如图6.3.1所示。设计所示。设计方案中采用方案中采用8031单片机完成整个数控个部单片机完成整个数控个部分的功能。采用分的功能。采用8279作为键盘作为键盘/显示器接显示器接口控制器，不仅简化接口引线，而且减小口控制器，不仅简化接口引线，而且减小了软件对键盘了软件对键盘/显示器的查询时间，提高了显示器的查询时间，提高了8031单片机的利用率。单片机的利用率。 3030信息工程学院信息工程学院输出部分采用输出部分采用D/A0832及运算放及运算放大器大器OP07输出电压波形与输出电压波形与D/A变换输变换输出波形相同，不仅可以输出直流电平，而出波形相同，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出。显示部分采用产生多种波形输出。显示部分采用3位半位半的数字电压表的数字电压表(DVM)直接对输出电压进行直接对输出电压进行采样并显示输出实际电压值，一旦系统工采样并显示输出实际电压值，一旦系统工作异常，出现预置值与输出值偏差过大，作异常，出现预置值与输出值偏差过大，用户可以根据该信息予以处理。用户可以根据该信息予以处理。3131信息工程学院信息工程学院键盘键盘数码显示数码显示键盘键盘/显示器显示器接口接口8279电压电压预置预置8031基本基本系统系统DCA0832基准基准电压电压基准基准电压电压基准基准电压电压基准基准电压电压基准基准电压电压输出输出图图6.3.1采用单片机的简易数控直流电源设计方案采用单片机的简易数控直流电源设计方案3232信息工程学院信息工程学院（2）采用中小规模集成电路的简易数控）采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案直流电源设计方案采用中小规模集成电路的简易数控直采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案如图流电源设计方案如图6.3.2所示。系统由所示。系统由数字控制部分、数字控制部分、D/A变换部分及可调稳变换部分及可调稳压部分三部分组成。除了上述的三大部分压部分三部分组成。除了上述的三大部分之外，还包括一些附加的功能电路，如电之外，还包括一些附加的功能电路，如电压显示、控制、防止误操作、波形发生器压显示、控制、防止误操作、波形发生器电路等。电路等。3333信息工程学院信息工程学院系统中数字控制部分用系统中数字控制部分用+/-按键控制按键控制产生可增加或减少产生可增加或减少BCD码，码，BCD码输入码输入到到D/A变换，变换成相应的电压，此电压变换，变换成相应的电压，此电压通过放大到合适的电平后加到可调稳压部通过放大到合适的电平后加到可调稳压部分，控制输出电压以手动分，控制输出电压以手动0.1V的电压步的电压步进或步减，或自动连续步进（减），或直进或步减，或自动连续步进（减），或直接变化到某一设定的电压值。接变化到某一设定的电压值。3434信息工程学院信息工程学院电源电源单稳消颤单稳消颤频率源频率源CD4060显示电路显示电路CD4511数字控制数字控制D/A交换交换可调稳压可调稳压信号发生器信号发生器电压输出电压输出波形输出波形输出图图6.3.2采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案3535信息工程学院信息工程学院6.3.2 信号源题目分析信号源题目分析n n信号源类有信号源类有“实用信号源的设计和制作实用信号源的设计和制作（第二届，（第二届，1995年）年）”、“波形发生器波形发生器（第五届，（第五届，2001年）年）”和和“电压控制电压控制LC振荡器（第六届，振荡器（第六届，2003年）年）”。n n“实用信号源的设计和制作实用信号源的设计和制作”要求设计要求设计制作一个正弦波和脉冲波信号源，频率范围制作一个正弦波和脉冲波信号源，频率范围20Hz20kHz，低频信号源。涉及到得低频信号源。涉及到得基础知识与制作能力包含：基础知识与制作能力包含：RC振荡器，脉振荡器，脉冲振荡器，数字可调点位器，单片机，数字冲振荡器，数字可调点位器，单片机，数字显示与控制等。显示与控制等。3636信息工程学院信息工程学院“波形发生器波形发生器”要求设计制作一个能产生正弦波、要求设计制作一个能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形的波形发方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形的波形发生器，频率范围生器，频率范围100Hz20kHz，低频信号源，涉低频信号源，涉及到的基础知识与制作能力包含：单片机或者可编程及到的基础知识与制作能力包含：单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示与控制，滤波器等。逻辑器件，存储器，数字显示与控制，滤波器等。“电压控制电压控制LC振荡器振荡器”要求设计制作一个电压控要求设计制作一个电压控制制LC振荡器，频率范围振荡器，频率范围15MHz35MHz，高频信高频信号源。涉及到的基础知识与制作能力包含：单片机或号源。涉及到的基础知识与制作能力包含：单片机或者可编程逻辑器件，者可编程逻辑器件，PLL，LC振荡器，数字显示与控振荡器，数字显示与控制，滤波器，高频功率放大器等。制，滤波器，高频功率放大器等。各题目具体要求如下。各题目具体要求如下。3737信息工程学院信息工程学院1、实用信号源的设计和制作、实用信号源的设计和制作 n n一、任务一、任务n n在给定在给定15V电源电压条件下，设计并制电源电压条件下，设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。作一个正弦波和脉冲波信号源。n n二、要求二、要求n n1基本要求基本要求（1）正弦波信号源）正弦波信号源信号频率：信号频率：20Hz20kHz步进调步进调整，步长为整，步长为5Hz频率稳定度：优于频率稳定度：优于10-4非线性失真系数非线性失真系数3%3838信息工程学院信息工程学院（2）脉冲波信号源）脉冲波信号源信号频率：信号频率：20Hz20kHz步进调整，步进调整，步长为步长为5Hz上升时间和下降时间：上升时间和下降时间：1s平顶斜降：平顶斜降：5%脉冲占空比：脉冲占空比：2%98%步进可调，步进可调，步长为步长为2%（3）上述两个信号源公共要求）上述两个信号源公共要求频率可预置。频率可预置。在负载为在负载为600时，输出幅度为时，输出幅度为3V。完成完成5位频率的数字显示。位频率的数字显示。3939信息工程学院信息工程学院2发挥部分发挥部分（1）正弦波和脉冲波频率步长改）正弦波和脉冲波频率步长改为为1Hz。（2）正弦波和脉冲波幅度可步进正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围为调整，调整范围为100mV3V，步长步长为为100mV。（3）正弦波和脉冲波频率可自动正弦波和脉冲波频率可自动步进，步长为步进，步长为1Hz。（4）降低正弦波非线性失真系数。降低正弦波非线性失真系数。 4040信息工程学院信息工程学院2、波形发生器、波形发生器 n n一、任务一、任务n n设计制作一个波形发生器，该波形发生器设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。示意图如下：辑的特定形状波形。示意图如下：4141信息工程学院信息工程学院二、要求二、要求1基本要求基本要求（1）具有产生正弦波、方波、三角）具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。波三种周期性波形的功能。（2）用键盘输入编辑生成上述三种）用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（基波及其谐波（5次以下）线性组合的波次以下）线性组合的波形。形。（3）具有波形存储功能。）具有波形存储功能。4242信息工程学院信息工程学院4）输出波形的频率范围为）输出波形的频率范围为100Hz20kHz（非正弦波频率按非正弦波频率按10次谐波计算）；重复频率可调，频率步次谐波计算）；重复频率可调，频率步进间隔进间隔100Hz。（5）输出波形幅度范围输出波形幅度范围05V（峰峰-峰值），可按步进峰值），可按步进0.1V（峰峰-峰值）峰值）调整。调整。（6）具有显示输出波形的类型、）具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能。重复频率（周期）和幅度的功能。 4343信息工程学院信息工程学院2发挥部分发挥部分（1）输出波形频率范围扩展至）输出波形频率范围扩展至100Hz200kHz。（2）用键盘或其他输入装置产生任意波形。用键盘或其他输入装置产生任意波形。（3）增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出）增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于电压幅度变化不大于3%（负载电阻变化范围：（负载电阻变化范围：100）。）。（4）具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。辑的波形和设置。（5）可产生单次或多次（）可产生单次或多次（1000次以下）特定次以下）特定波形（如产生波形（如产生1个半周期三角波输出）。个半周期三角波输出）。（6）其它（如增加频谱分析、失真度分析、）其它（如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展频率扩展200kHz、扫频输出等功能）。扫频输出等功能）。 4444信息工程学院信息工程学院(1)基于单片机和基于单片机和FPGA的波形发生器的波形发生器基于单片机和基于单片机和FPGA的波形发生器（方案的波形发生器（方案1）方框图如图）方框图如图6.3.6所示。系统以单片所示。系统以单片机机89C52位核心。位核心。89C52完成处理键盘完成处理键盘数据、生成波形表存储于双口数据、生成波形表存储于双口RAM中、中、控制控制LED显示、控制显示、控制DAC0832进行幅值进行幅值转换、传送频率控制字转换、传送频率控制字K值给值给FPGA处理处理等功能。双口等功能。双口RAM的使用减少了单片机的使用减少了单片机和和FPGA之间的的通信，从而节省了单片之间的的通信，从而节省了单片机的资源，也使系统更为可靠。机的资源，也使系统更为可靠。 4545信息工程学院信息工程学院FPGA主要用于实现主要用于实现DDFS技术中累加器的功技术中累加器的功能，一方面在很大程度上提高了系统的速度，能，一方面在很大程度上提高了系统的速度，另一方面可以将单片机的外围芯片另一方面可以将单片机的外围芯片74LS377、74TH373、74LS138、74IS02都集成在都集成在FPGA内，既充分利用了内，既充分利用了FPGA的资源，又减的资源，又减少了单片机与外部的接口，提高了系统的可靠少了单片机与外部的接口，提高了系统的可靠性。双口性。双口RAM中传输出的数据经中传输出的数据经DAC08完成完成数数/模转换，由模转换，由DAC032内部的电阻分压网络内部的电阻分压网络实现幅度控制，继而经过二阶巴特沃思低通滤实现幅度控制，继而经过二阶巴特沃思低通滤波器进行滤波，经过运放和三极管进行扩流，波器进行滤波，经过运放和三极管进行扩流，从而得到任意一种具有一定带载能力的所需波从而得到任意一种具有一定带载能力的所需波形。形。4646信息工程学院信息工程学院EEPROM双口RAM单片机单片机89C52显显示示FPGA数数/模模转换转换 幅度幅度 控制控制低通低通滤波滤波扩流扩流键键盘盘输出输出图图6.3.3基于单片机和基于单片机和FPGA的波形发生器的波形发生器4747信息工程学院信息工程学院6.3.4放大器题目类型放大器题目类型n n放大器类的题目有放大器类的题目有放大器类的题目有放大器类的题目有“ “实用低频率放大器（第二届，实用低频率放大器（第二届，实用低频率放大器（第二届，实用低频率放大器（第二届，19951995年）年）年）年）”“”“测量放大器（第四届，测量放大器（第四届，测量放大器（第四届，测量放大器（第四届，19991999年）年）年）年），高效率音频功率放大器（第五届，高效率音频功率放大器（第五届，高效率音频功率放大器（第五届，高效率音频功率放大器（第五届，20012001年）年）年）年）” ”和和和和“ “宽带放大器（第六届，宽带放大器（第六届，宽带放大器（第六届，宽带放大器（第六届，20032003）。）。）。）。” ”n n“实用低频功率放大器实用低频功率放大器实用低频功率放大器实用低频功率放大器” ”要求设计制作一个具有要求设计制作一个具有要求设计制作一个具有要求设计制作一个具有弱信号放大能力的低频功率放大器，额定输出功弱信号放大能力的低频功率放大器，额定输出功弱信号放大能力的低频功率放大器，额定输出功弱信号放大能力的低频功率放大器，额定输出功率率率率Por10WPor10W，带宽带宽带宽带宽BWBW（50100005010000）HZHZ。涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，方涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，方涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，方涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，方波信号发生器，低频功率放大器等。波信号发生器，低频功率放大器等。波信号发生器，低频功率放大器等。波信号发生器，低频功率放大器等。4848信息工程学院信息工程学院“测量放大器测量放大器”要求设计制作一个测量放要求设计制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。差模电压放大大器及所用的直流稳压电源。差模电压放大倍数倍数AVD=1500。涉及到的基础知识包含涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，信号变换放大器，测有：电源整流和稳压，信号变换放大器，测量放大器等。量放大器等。“高效率音频功率放大器高效率音频功率放大器”要求设计制作要求设计制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量，一个高效率音频功率放大器及其参数的测量，显示安装，显示安装，3dB通频带为通频带为300HZ3400HZ，4949信息工程学院信息工程学院最大不失真输出功率最大不失真输出功率1W。涉及到的基础涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，音频功率知识包含有：电源整流和稳压，音频功率放大器等。放大器等。“宽带放大器宽带放大器”要求设计并制作一个要求设计并制作一个3dB通频带通频带10KHZ6MHZ,最大增益最大增益40dB的宽带放大器。涉及到的基础知识的宽带放大器。涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，包含有：电源整流和稳压，AGC，宽带放宽带放大器等。大器等。各题目具体要求如下。各题目具体要求如下。5050信息工程学院信息工程学院1、实用低频功率放大器、实用低频功率放大器 n n一、任务一、任务n n设计并制作具有弱信号放大能力的低频功设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。其原理示意图如下：率放大器。其原理示意图如下：5151信息工程学院信息工程学院二、要求二、要求1基本要求基本要求（1）在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（）在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5700）mV，等效负载电阻等效负载电阻RL为为8下，放大通道应下，放大通道应满足：满足：额定输出功率额定输出功率POR10W；带宽带宽BW（5010000）Hz；在在POR下和下和BW内的非线性失真系数内的非线性失真系数3%；在在POR下的效率下的效率55%；在前置放大级输入端交流短接到地时，在前置放大级输入端交流短接到地时，RL=8上的交流声功率上的交流声功率10mW。（2）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。5252信息工程学院信息工程学院2发挥部分发挥部分（1）放大器的时间响应）放大器的时间响应方波产生：由外供正弦信号源经变换电路产生正、负方波产生：由外供正弦信号源经变换电路产生正、负极性的对称方波：频率为极性的对称方波：频率为1000Hz、上升时间上升时间1s、峰峰-峰值电压为峰值电压为200mVpp。用上述方波激励放大通道时，在用上述方波激励放大通道时，在RL=8下，放大通道下，放大通道应满足：应满足：额定输出功率额定输出功率POR10W；带宽带宽BW（5010000）Hz；在在POR下输出波形上升时间和下降时间下输出波形上升时间和下降时间12s；在在POR下输出波形顶部斜降下输出波形顶部斜降2%；在在POR下输出波形过冲量下输出波形过冲量5%。（2）放大通道性能指标的提高和实用功能的扩展（例如提）放大通道性能指标的提高和实用功能的扩展（例如提高效率、减小非线性失真等）。高效率、减小非线性失真等）。5353信息工程学院信息工程学院2、宽带放大器、宽带放大器 n n一、任务一、任务n n设计并制作一个宽带放大器。设计并制作一个宽带放大器。n n二、要求二、要求n n1、基本要求、基本要求n n（1）输入阻抗）输入阻抗1k；单端输入，单单端输入，单端输出；放大器负载电阻端输出；放大器负载电阻。n n（2）3dB通频带通频带10kHz6MHz，在在20kHz5MHz频带内增益起伏频带内增益起伏1dB。 5454信息工程学院信息工程学院（3）最大增益）最大增益40dB，增益调节增益调节范围范围10dB40dB（增益值增益值6级可调，级可调，步进间隔步进间隔6dB，增益预置值与实测值误增益预置值与实测值误差的绝对值差的绝对值2dB），），需显示预置增益需显示预置增益值。值。（4）最大输出电压有效值）最大输出电压有效值3V，数字显示输出正弦电压有效值。数字显示输出正弦电压有效值。（5）自制放大器所需的稳压电源。）自制放大器所需的稳压电源。 5555信息工程学院信息工程学院2、发挥部分、发挥部分（1）最大输出电压有效值）最大输出电压有效值6V。（2）最大增益最大增益58dB(3dB通频带通频带10kHz6MHz，在在20kHz5MHz频带频带内增益起伏内增益起伏1dB)，增益调节范围增益调节范围10dB58dB（增益值增益值9级可调，步进间隔级可调，步进间隔6dB，增益预置值与实测值误差的绝对值增益预置值与实测值误差的绝对值2dB），），需显示预置增益值。需显示预置增益值。5656信息工程学院信息工程学院（3）增加自动增益控制（）增加自动增益控制（AGC）功能，功能，AGC范围范围20dB，在在AGC稳定范围内输出电压有效值应稳定范围内输出电压有效值应稳定在稳定在4.5VVo5.5V内（详见说明内（详见说明4）。）。（4）输出噪声电压峰）输出噪声电压峰-峰值峰值VoN0.5V。（5）进一步扩展通频带、提高增益、提高输出电进一步扩展通频带、提高增益、提高输出电压幅度、扩大压幅度、扩大AGC范围、减小增益调节步进间隔。范围、减小增益调节步进间隔。（6）其它。）其它。5757信息工程学院信息工程学院3.例：测量放大器例：测量放大器（1）测量放大器（方案）测量放大器（方案1）测量放大器（方案测量放大器（方案1）方框如图）方框如图6.3.4所示。所示。系统由前级高共模抑制比仪器放大器、系统由前级高共模抑制比仪器放大器、AD7520衰减器和单片机键盘显示处理模块衰减器和单片机键盘显示处理模块3个模块电路组成。在前级高共模抑制比仪器个模块电路组成。在前级高共模抑制比仪器放大器中还将输出共模电压反馈到正负电源的放大器中还将输出共模电压反馈到正负电源的公共端，使运算放大器电源电压随共模输入电公共端，使运算放大器电源电压随共模输入电压浮动，各级偏置电压都跟踪共模输入电压，压浮动，各级偏置电压都跟踪共模输入电压，从而提高了共模抑制比。从而提高了共模抑制比。由由4片运放构成的片运放构成的前级高共模输入的仪表差带动放大器，前级高共模输入的仪表差带动放大器， 5858信息工程学院信息工程学院对不同的差模输入信号电压进行不同倍对不同的差模输入信号电压进行不同倍数的放大，再经后级数控衰减器得到要数的放大，再经后级数控衰减器得到要求放大倍数的输出信号。求放大倍数的输出信号。AD7520衰减衰减器利用电阻网络的可编程性，实现衰减器利用电阻网络的可编程性，实现衰减器衰减率的数字编程。单片机键盘显示器衰减率的数字编程。单片机键盘显示处理模块除可以对处理模块除可以对8279进行实时监控进行实时监控外，还可进行数字处理和对继电器及外，还可进行数字处理和对继电器及AD7520的控制。的控制。8位位LED显示电路显显示电路显示提示符及放大倍数。单独设置的示提示符及放大倍数。单独设置的“+”、“”键，实现步进。键，实现步进。5959信息工程学院信息工程学院图图6.3.4测量放大器（方案测量放大器（方案1）方框图）方框图6060信息工程学院信息工程学院图图6.3.5测量放大器（方案测量放大器（方案2）方框图）方框图6161信息工程学院信息工程学院6.3.4仪器仪表类题目分析仪器仪表类题目分析仪器仪表类有仪器仪表类有“简易电阻、电容和电感简易电阻、电容和电感测试仪（第二届，测试仪（第二届，1995年）年）”、“简易数简易数字频率计（第三届，字频率计（第三届，1997年）年）”、“频率频率特性测试仪（第四届，特性测试仪（第四届，1999年）年）”、“数数字式工频有效值多用表（第四届，字式工频有效值多用表（第四届，1999年）年）”、“简易数字存储示波器（第五届，简易数字存储示波器（第五届，2001）”、“低频数字式相位测量仪（第低频数字式相位测量仪（第六届，六届，2003年）年）”、“简易逻辑分析仪简易逻辑分析仪（第六届，（第六届，2003年）年）”。6262信息工程学院信息工程学院1、简易电阻、电容和电感测试仪、简易电阻、电容和电感测试仪 n n一、任务一、任务n n设计并制作一台数字显示的电阻、电容和设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪，示意框图如下：电感参数测试仪，示意框图如下：6363信息工程学院信息工程学院二、要求二、要求1基本要求基本要求（1）测量范围：电阻）测量范围：电阻1001M；电容电容100pF10000pF；电电感感100H10mH。（2）测量精度：测量精度：5%。（3）制作）制作4位数码管显示器，显示位数码管显示器，显示测量数值，并用发光二极管分别指示所测量数值，并用发光二极管分别指示所测元件的类型和单位。测元件的类型和单位。6464信息工程学院信息工程学院2发挥部分发挥部分（1）扩大测量范围。）扩大测量范围。（2）提高测量精度。）提高测量精度。（3）测量量程自动转换。）测量量程自动转换。 6565信息工程学院信息工程学院2、简易数字频率计、简易数字频率计 n n一、任务一、任务一、任务一、任务n n设计并制作一台数字显示的简易频率计。设计并制作一台数字显示的简易频率计。设计并制作一台数字显示的简易频率计。设计并制作一台数字显示的简易频率计。n n二、要求二、要求二、要求二、要求n n1 1基本要求基本要求基本要求基本要求（1 1）频率测量）频率测量）频率测量）频率测量a a测量范围测量范围测量范围测量范围 信号：方波、正弦波；幅度：信号：方波、正弦波；幅度：信号：方波、正弦波；幅度：信号：方波、正弦波；幅度：0.50.5VV5V5V；频率：频率：频率：频率：1 1HzHz1MHz1MHzb b测量误差测量误差测量误差测量误差0.1%0.1%（2 2）周期测量）周期测量）周期测量）周期测量a a测量范围测量范围测量范围测量范围 信号：方波、正弦波；幅度：信号：方波、正弦波；幅度：信号：方波、正弦波；幅度：信号：方波、正弦波；幅度：0.50.5VV5V5V；频率：频率：频率：频率：1 1HzHz1MHz1MHzb b测量误差测量误差测量误差测量误差0.1%0.1%6666信息工程学院信息工程学院（3）脉冲宽度测量）脉冲宽度测量a测量范围测量范围信号：脉冲波；幅度：信号：脉冲波；幅度：0.5V5V；脉冲宽度脉冲宽度100sb测量误差测量误差1%（4）显示器）显示器十进制数字显示，显示刷新时间十进制数字显示，显示刷新时间110秒连续可调，对上述三种测量功能分别用不同秒连续可调，对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示。颜色的发光二极管指示。（5）具有自校功能，时标信号频率为）具有自校功能，时标信号频率为1MHz。（6）自行设计并制作满足本设计任务要自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。求的稳压电源。 6767信息工程学院信息工程学院2发挥部分发挥部分（1）扩展频率测量范围为）扩展频率测量范围为0.1Hz10MHz（信号幅度信号幅度0.5V5V），），测量误差测量误差降低为降低为0.01%（最大闸门时间（最大闸门时间10s）。）。（2）测量并显示周期脉冲信号（幅度测量并显示周期脉冲信号（幅度0.5V5V、频率频率1Hz1kHz）的占空比，的占空比，占空比变化范围为占空比变化范围为10%90%，测量误差，测量误差1%。（3）在）在1Hz1MHz范围内及测量误范围内及测量误差差1%的条件下，进行小信号的频率测量，的条件下，进行小信号的频率测量，提出并实现抗干扰的措施。提出并实现抗干扰的措施。 6868信息工程学院信息工程学院6.3.5 控制类题目分析控制类题目分析n n控制类题目有控制类题目有“水温控制系统（第三水温控制系统（第三届，届，1997年）年）”、“自动往返电动小自动往返电动小汽车（第五届，汽车（第五届，2001年）年）”、“简易简易智能电动车（第六届，智能电动车（第六届，2003年）年）”、“液体点滴速度监控装置（第六届，液体点滴速度监控装置（第六届，2003年）年）”。6969信息工程学院信息工程学院1、水温控制系统、水温控制系统 n n一、任务一、任务n n设计并制作一个水温自动控制系统，控制设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。温度基本不变。7070信息工程学院信息工程学院二、要求二、要求1基本要求基本要求（1）温度设定范围为）温度设定范围为4090，最小区分度为最小区分度为1，标定温度，标定温度1。（2）环境温度降低时（例如用电风）环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差扇降温）温度控制的静态误差1。（3）用十进制数码管显示水的实际）用十进制数码管显示水的实际温度。温度。7171信息工程学院信息工程学院2发挥部分发挥部分（1）采用适当的控制方法，当设定）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由温度突变（由40提高到提高到60）时，减）时，减小系统的调节时间和超调量。小系统的调节时间和超调量。（2）温度控制的静态误差）温度控制的静态误差0.2。（3）在设定温度发生突变（由）在设定温度发生突变（由40提高到提高到60）时，自动打印水温随）时，自动打印水温随时间变化的曲线。时间变化的曲线。7272信息工程学院信息工程学院例：自动往返电动小汽车例：自动往返电动小汽车 n n自动往返电动小汽车（方案自动往返电动小汽车（方案1）方框图如图）方框图如图1.3.45所示。系统采用两块单片机所示。系统采用两块单片机（89C52和和89C2051）作为自动往返小作为自动往返小汽车的检测和控制核心。路面黑线检测使汽车的检测和控制核心。路面黑线检测使用反射式红外传感器，车速和距离检测使用反射式红外传感器，车速和距离检测使用断续式光电开光，利用用断续式光电开光，利用PWM技术动态控技术动态控制电动机的转速。使用了一套独特的软件制电动机的转速。使用了一套独特的软件算法，实现了小汽车在限速和压线过程中算法，实现了小汽车在限速和压线过程中的精确控制。的精确控制。7373信息工程学院信息工程学院本设计的主要特点是：电动机驱动调速本设计的主要特点是：电动机驱动调速采用由达林顿管组成的采用由达林顿管组成的H型型PWM电路。控制电路。控制电路电源和电动机电源隔离，信号通过光电电路电源和电动机电源隔离，信号通过光电耦合器传输。路面黑线探测采用脉冲调制的耦合器传输。路面黑线探测采用脉冲调制的反射红外方式一接收器，超强纠错，免受路反射红外方式一接收器，超强纠错，免受路面杂质干扰。车轮检速采用断续式光电开关。面杂质干扰。车轮检速采用断续式光电开关。双电源供电。将电动机驱动电源与单片机以双电源供电。将电动机驱动电源与单片机以及其周边电路电源完全隔离，利用光电耦合及其周边电路电源完全隔离，利用光电耦合器传输信号。优化软件算法。后置式红、绿器传输信号。优化软件算法。后置式红、绿方向灯，显示行驶状态。改进的导向装置，方向灯，显示行驶状态。改进的导向装置，减少了挡板摩擦。减少了挡板摩擦。7474信息工程学院信息工程学院自动往返电动小汽车（方案自动往返电动小汽车（方案1）方框图）方框图7575信息工程学院信息工程学院自动往返电动小汽车（方案自动往返电动小汽车（方案3）方框图）方框图7676信息工程学院信息工程学院