2017江苏大学“凌创杯”第九届电子设计竞赛比赛赛题

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1、 江苏大学 第九届电子设计 竞赛比赛赛题 “凌创杯” 江苏大学 2016-12-29 目录 题目 1 双相信号发生器 2 一、任务 . 2 二、要求 . 2 题目 2 手持数字示波器 3 一、任务 . 3 二、要求 . 3 题目 3 简易倒立摆装置 4 一、任务 . 4 二、要求 . 4 三、说明 . 4 题目 4 风力小球位置控制系统 6 一、任务 . 6 二、要求 . 6 三、说明 . 6 题目 5 简易 NPN 型 BJT 特性图示仪 . 7 一、任务 . 7 二、要求 . 7 三、说明 . 7 题目 6 开关稳压（恒流）电源 8 一、任务 . 8 二、要求 . 8 三、说明 . 8 题

2、目 7 无线测温模块 (企业题) . 10 一、任务 . 10 二、要求 . 10 题目 8 简易电子秤 (企业题) . 11 一、任务 . 11 二、要求 . 11 题目 1 双相信号发生器 一、任务 设计、制作一个双相信号发生器，在特定的频率范围内输出正弦波，信号的幅度和相位 差可以程控设置，也可以输出矩形波和方波。数字逻辑系统推荐使用basis开发板（可到212 实验室借），外围电路自行设计，信号发生器的工作电源可外置。 二、要求 1基本要求 （1）两路信号均可输出正弦波、方波、矩形波； （2）两路信号输出最大幅度不低于 3V，幅度可调，设置分辨率不低于 10bit； （3） 信号频率范

3、围从 1kHz 到 10kHz 可调， 步进值不大于 100Hz， 频率准确度不低于 0.1%； （4）正弦波信号在整个频率设置范围内，波形失真度不大于 2%； （5）两路信号的相位差可以在 0359 度内可调，设置分辨力不大于 1 度； （6）矩形波占空比在 0.1%99.9%范围内可调，设置分辨率不低于 0.1%； 2发挥部分 （1）信号可调频率范围扩展到 1MHz； （2）两路均可产生 FSK 调制波，内调制信号的频率不大于 10Hz，上边频为 12kHz，下边 频 8kHz； （3）两路均可产生 ASK 调制波，内调制信号的频率不大于 10Hz，载波频率为 10kHz，调 制率为 10

4、0%； 题目 2 手持数字示波器 一、任务 设计并制作一台手持数字示波器。示意图如下： 二、要求 1基本要求 （1）示波器为电池供电，便于携带。 （2）示波器的屏幕能显示输入信号的曲线及相关的参数。键盘能进行相关参数 的调节。屏幕的水平刻度为 10Div，垂直刻度为 8Div。 （3）触发方式：自动。触发边沿：上升。 （4）信号电压范围：+/-50V。最高实时取样率：1M 点/秒，精度 8Bit。 （5）模拟频带宽度：01MHz。 （6）输入阻抗：1M。耦合方式：DC/AC， 2发挥部分 （1）示波器显示的曲线可以进行水平、垂直的移动。 （2）垂直灵敏度：100mV/Div 5V/Div(按

5、1-2-5 方式递进)。 （3）水平时基范围：5s/Div - 50mS/Div (按 1-2-5 方式递进)。 （4）增加最高实时采样率为 10M 点/秒，精度 8Bit。 （4）增加示波器与 PC 机的接口，可以把采集的数据上传到 PC 机，并显示。 题目 3 简易倒立摆装置 一、任务 设计并制作一套简易旋转倒立摆及其控制装置。旋转倒立摆的结构如图1所示。电机固 定在底座上，通过转轴、联轴器驱动摆臂在竖直平面上旋转。摆臂顶端利用一自由转轴连接 摆杆，自由轴与电机轴平行。摆臂在电机驱动下可做左右往复旋转运动，带动摆杆在竖直平 面上作自由旋转。摆臂竖直向上时为0位，竖直向下为180位。 二、要

6、求 1基本要求 （1）摆臂处于0位左右一定分为往复运动，摆杆从处于自然下垂状态（摆角0）开始，绕 自由轴摆动，并尽快使摆角达到或超过-60 +60； （2）摆臂处于0位，从摆杆处于自然下垂状态开始，尽快增大摆杆的摆动幅度，直至完成 圆周运动； （3）摆臂处于 0位，在摆杆处于自然下垂状态下，外力拉起摆杆至接近倒立状态，外力撤 除同时，启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于 5s。 2发挥部分 （1）摆臂处于0位，从摆杆处于自然下垂状态开始，控制旋转臂作往复旋转运动，尽快使 摆杆摆起倒立，保持倒立状态时间不少于10s； （2）摆臂处于0位，在摆杆保持倒立状态下，施加干扰后摆杆能继续保持倒立或

7、2s内恢复 倒立状态； （3）摆臂处于180位，在摆杆保持倒立状态下，施加干扰后摆杆能继续保持倒立或2s内恢 复倒立状态； （4）其他。 三、说明 1旋转倒立摆机械部分可以自制，也可以购买，自制结构建议：结构整体不宜过大；摆杆 不宜过长，且质量尽可能轻，但应能够避免空气流动的影响；摆臂长度适中，当须具备足够 强度；联轴器建议采用法兰联轴器，避免联轴器和摆臂、摆杆发生相对转动。 2摆杆要能够在垂直平面灵活旋转，检验方法如下：将摆杆拉起至水平位置后松开，摆杆 至少能够自由摆动3个来回。 3除电动机A之外，装置中不得有其他动力部件。 4摆杆倒立时施加干扰的方法是，以15cm长细绳栓一只5克砝码，在摆

8、杆上方将砝码拉起 1545，释放后用砝码沿摆杆摆动的切线方向撞击摆杆上端12cm处；以抗扰动能力强弱 判定成绩。 5摆杆角度位置的检测可采用旋转编码器、电阻式（电位器式）角度传感器或在摆杆上安 装陀螺仪等方案。 题目 4 风力小球位置控制系统 一、任务 设计制作一套利用风力控制小球位置的装置， 机械部分结构如图所示。 图中小球安放在 一个1m长的导轨上，两端各安装一个相对出风的风机。利用控制器检测小球的位置，并根 据设定位置与实际位置的偏差控制风机运行，吹动小球向目标位置运动。 二、要求 1基本要求 （1）人工将小球任意放置在导轨上，利用显示器显示小球当前位置，给出坐标数据，基准 0 点位于距

9、左端 15cm 处。 （2）小球放置在左端起始区，启动左侧风机吹动小球运动，直至进入并停在右端起始区， ， 稳定停止 3s 后启动右侧风机吹动小球返回并停在左端起始区。 2发挥部分 （1）小球放置在左端起始区，启动风机吹动小球在轨道上以最快速度作往复运动，即从左 端起始区运动至右端起始区，不做停留立即返回左端起始区，并不断重复。期间小球不得碰 撞两端边界（风机） （2）小球放置在左端起始区，启动风机吹动小球运动至轨道中央，标尺 35cm 处，并稳定 停止 3s 以上。 （3）人工将小球任意放置在导轨上，人工设置小球目标位置，启动风机控制小球运动至指 定位置，并稳定停止 3s 以上。 （4）人为

10、垫高轨道右端约 3cm，使轨道出现约 12的倾斜，完成上述发挥部分要求（2） 。 三、说明 1小球建议使用乒乓球，轨道可使用任意材质，建议采用内径合适的 PVC 管材纵向剖开。 2轨道上应标明起始区和中部的标尺，所有任务的完成精度以轨道上的标记为准，小球在 轨道中的位置须便于观察。 3小球进入起始区以球中心点通过起始区边界为准，停留在某一点时目标点处于小球边界 内即可。 4小球位置检测建议采用摄像头实现，轨道及其背景颜色可自由设置，小球可染成任意方 便的颜色。 5两端风机建议采用涵道风机，其功率、出风量应与小球质量、尺寸匹配。 企业题： 题目 5 简易 NPN 型 BJT 特性图示仪 一、任务

11、 设计制作一台简易BJT特性图示仪，结构参照图示。 MCU ADCDAC 液晶屏 阶梯电 流发生 电压放大 电压电流检测 仪器利用单片机控制BJT基极电流和集电极-发射极电压， 检测集电极或发射极电流和基 极-发射极电压，并利用液晶屏显示BJT的输出特性和输入特性。 二、要求 1基本要求 （1）输出一定 BJT 基极电流，检测基极-发射极电压，并显示电压值，误差小于 1mV； （2）输出一定 BJT 基极电流和集电极-发射极电压，检测集电极或发射极电流，并计算两电 流之比，并显示 BJT 的电流放大倍数 。 2发挥部分 （1）在一定范围内循环输出连续的 BJT 基极电流，检测基极-发射极电压，

12、绘制 BJT 的输 入特性曲线。 （2）在一定范围内循环输出 BJT 基极阶梯电流和连续的集电极-发射极电压，绘制 BJT 输 出特性曲线，每个基极电流阶梯值对应一条曲线，BJT 基极电流阶梯不少于 5 级。 （3）自动判断 BJT 是否接入，并给出提示信息。 （4）同时完成上述发挥部分三项要求，在一个屏幕内显示两条特性曲线。 三、说明 1作品忽略集电极电流与发射极电流的差异，认为两者近似相等，因此，两电流任测其一 即可。 2作品至少应能够测试三种型号的 NPN 型 BJT 管，并根据不同特性的器件自动调整基极 电流等参数，具体被测元件有学生自备，特性差异大者加分。 3特性测试过程用时，即从接

13、入被测元件至完成曲线绘制时间，不得超过 1 分钟。 4作品方案建议利用单片机利用 DAC 控制基极电流和集电极-发射极电压，针对不同特性 的被测元件选择不同的激励信号大小。同时利用 ADC 检测基极-发射极电压、集电极-发射 极电压、基极电流和集电极或发射极电流。 题目 6 开关稳压（恒流）电源 一、任务 设计并制作如图所示的开关稳压电源。 UORLU1= 220VAC 电 源 箱 DC-DC 变换器 IO UIN IIN 电源框图 二、要求 在电阻负载条件下，使电源满足下述要求： 1基本要求 1（所有参赛者） （1）输出电压 UO可调范围：2V10V； （2）最大输出电流 IOmax：2A；

14、 （3）UIN从 15V 变到 24V 时，电压调整率 SU5%（UO=5V，IO=2A） ； （4）IO从 0 变到 2A 时，负载调整率 SI5%（UIN=20V，UO=5V） ； （5）输出噪声纹波电压峰-峰值 UOPP500mV（UIN=20V，UO=5V，IO=2A） ； （6）DC-DC 变换器的效率 80%（UIN=24V，UO=10V，IO=2A） ； （7）具有过流保护功能，动作电流 IO(th)=2.50.2A； 2基本要求 2（三年级及以上参赛者） （1）具有恒流输出功能，电流输出可调范围：200mA2A。 （2）恒流输出时电压变化范围 210V（可以低于 2V，不得超过

15、 10V，即最高 10V 恒压输 出） ； 3发挥部分 （1）进一步提高电压调整率，使 SU1%（UO=5V，IO=2A） ； （2）进一步提高负载调整率，使 SI1%（UIN=20V，UO=5V） ； （3）进一步提高效率，使 95%（UIN=24V，UO=10V，IO=2A） ； （4）排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态； （5）能对输出电压或电流进行键盘设定和步进调整，步进值 0.1V 或 0.1A，同时具有输出 电压、电流的测量和数字显示功能。 （6）其他。 三、说明 1DC-DC 变换器不允许使用成品模块（辅助电源可以使用） ，但可使用开关电源控制芯片。 2UIN可通过调节电源

16、箱输出来调整。DC-DC 变换器（含控制电路）只能由 UIN端口供电， 不得另加辅助电源。 3本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分，要求用带宽不小于 20MHz 模拟示波器（AC 耦合、扫描速度 20ms/div）测量 UOPP。 4本题中电压调整率 SU指 UIN在指定范围内变化时，输出电压 UO的变化率；负载调整率 SI指 IO在指定范围内变化时，输出电压 UO的变化率；DC-DC 变换器效率=PO/ PIN，其中 POUOIO，PINUINIIN。 5 恒流输出测试时， 提供导通电压约为 3V、 6V 和 9V 的 LED 灯板， 要求在测试过程中 LED 灯板没有明显闪烁。 6电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间（测试期间，不能出现过热等故 障） 。 7制作时应考虑方便测试，合理设置测试点（参考图 1） 。 8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。