電子設(shè)計與制作大賽題目

1、 湖北民族學(xué)院第二屆大學(xué)生信息科技創(chuàng)新大賽電子設(shè)計與制作競賽試題 參賽注意事項（1）2012年5月6日12:00競賽正式開始。專業(yè)組參賽隊只能A、B、C題目中任選一題；非專業(yè)組參賽隊原則上在D、E題中任選一題，也可以選擇專業(yè)組題目。（2）每隊嚴(yán)格限制3人，開賽后不得中途更換隊員。（3）競賽期間，可使用各種圖書資料和網(wǎng)絡(luò)資源。（4）2012年6月1日10:00競賽結(jié)束，上交設(shè)計報告和制作實物，由專人封存。便攜式集成運放參數(shù)測試儀（A題）【專業(yè)組】一、任務(wù)設(shè)計并制作一臺便攜式通用型集成運算放大器參數(shù)測試儀，示意圖如圖A-1 所示。 圖A-1 二、要求1基本要求（1）系統(tǒng)采用6V或者9V電池供電，測

2、試儀電源部分必須包含DC-DC轉(zhuǎn)換電路，為各單元電路供電，同時考慮系統(tǒng)節(jié)能降耗；（2）采用鍵盤或者紅外遙控輸入控制，實現(xiàn)頻率、幅度以及相關(guān)參數(shù)設(shè)置；（3）能測試(輸入失調(diào)電壓) 、(輸入失調(diào)電流) 、 (交流差模開環(huán)電壓增益)和 (交流共模抑制比) 四項基本參數(shù)，顯示器最大顯示數(shù)為3999； （4）各項被測參數(shù)的測量范圍及精度如下(被測運放的工作電壓為15V)： ：測量范圍為040mV（量程為4mV和40mV ），誤差絕對值小于3%讀數(shù)+1 個字； ：測量范圍為04A（量程為0.4A和4A ），誤差絕對值小于3%讀數(shù)+1 個字； ：測量范圍為 60dB120dB，測試誤差絕對值小于3dB； ：

3、測量范圍為 60dB120dB，測試誤差絕對值小于3dB； （5）測試儀中的信號源( 自制)用于、參數(shù)的測量，要求信號源能輸出頻率為5Hz、輸出電壓有效值為4 V 的正弦波信號，頻率與電壓值誤差絕對值均小于1%；2發(fā)揮部分（1）按照本題附錄提供的符合GB3442-82 的測試原理圖(見圖A-2圖A-4) ，再制作一組符合該標(biāo)準(zhǔn)的測試、和參數(shù)的測試電路，以此測試電路的測試結(jié)果作為測試標(biāo)準(zhǔn)，對制作的運放參數(shù)測試儀進行標(biāo)定。（2）增加自動測量(含自動量程轉(zhuǎn)換)功能。該功能啟動后，能自動按、和的順序測量、并用LCD顯示以上4 個參數(shù)測量結(jié)果；（3 ）其他。三、說明設(shè)計報告正文應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、理論分

4、析和計算、核心電路原理圖、主要流程圖和主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果可用附件給出。四、評分標(biāo)準(zhǔn)項 目滿分設(shè)計報告系統(tǒng)方案5理論分析與計算5電路與程序設(shè)計5測試方案與測試結(jié)果 3設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性2總分20基本要求實際制作完成情況（含制作工藝）40發(fā)揮部分完成第（1）項12完成第（2）項15完成第（3）項3總分30答辯情況對問題的分析能力，語言表達水平等10五、說明1、為了制作方便，被測運放的型號選定為8 引腳雙列直插的電壓模運放F741 (LM741、A741、F007 等)通用型運算放大器； 2、為了測試方便，自制的信號源應(yīng)預(yù)留測量端子。附錄： 參照GB34

5、42-82 標(biāo)準(zhǔn)，、和參數(shù)的測試原理圖分別如圖2 、圖3 和圖4 所示。圖3 和圖4中的信號源可采用自制的信號源。為了保證測試精度，外接測試儀表（信號源和數(shù)字電壓表）的精度應(yīng)比自制的運放參數(shù)測試儀的精度高一個數(shù)量級。 （1）、 電參數(shù)測試原理圖 圖A-2 在K1、K2閉合時，測得輔助運放的輸出電壓記為，則有： 在K1、K2閉合時，測得輔助運放的輸出電壓記為；在K1、K2斷開時，測得輔助運放的輸出電壓記為，則有：（2 ） 電參數(shù)的測試原理與測試原理圖圖A-3 設(shè)信號源輸出電壓為，測得輔助運放輸出電壓為，則有 （3）電參數(shù)的測試原理與測試原理圖圖A-4 設(shè)信號源輸出電壓為，測得輔助運放輸出電壓為，

6、則有附錄說明 1、測試采用了輔助放大器測試方法。要求輔助運放的開環(huán)增益大于60dB，輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流值??； 2、為了保證測試精度，要求對R、的阻值準(zhǔn)確測量，、的阻值盡可能一致；與R 的乘積遠大于 ；與的乘積應(yīng)遠小于。測試電路中的電阻值建議取：=100、=20k100k、=30k、=10 k、R=1M； 3、建議圖3、4 中使用的信號源輸出為正弦波信號，頻率為5Hz、輸出電壓有效值為4 V 。 開關(guān)電源設(shè)計（B題）【專業(yè)組】一、任務(wù)設(shè)計制作如圖B-1所示開關(guān)穩(wěn)壓電源。圖B-1 電路框圖二、要求1基本要求（1）輸出電壓可調(diào)范圍：25V30Vdc；（2）最大輸出電流IOmax：2A；（3）U2

7、從15V變到20V時，電壓調(diào)整率SU2%（IO=2A）；（4）輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP1V（U2=18V，UO=30V，IO=2A）；（5）DC-DC變換器的效率60%（U2=18V，UO=30V，IO=2A）。2發(fā)揮部分（1）能對輸出電壓進行步進調(diào)整，步進值為0.1V；同時可顯示輸出電壓、電流，電壓示數(shù)分辨率0.1V，電流示數(shù)分辨率0.01A。（2）DC/DC變換器（含控制顯示電路）效率70%（U2=18V，UO=30V，IO=2A）。（3）有過流保護功能，動作電流。（4）其他。三、說明設(shè)計報告正文應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、理論分析和計算、核心電路原理圖、主要流程圖和主要的測試結(jié)果。完整的

8、電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果可用附件給出。四、評分標(biāo)準(zhǔn)項 目滿分設(shè)計報告系統(tǒng)方案5理論分析與計算5電路與程序設(shè)計5測試方案與測試結(jié)果 3設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性2總分20基本要求實際制作完成情況（含制作工藝）40發(fā)揮部分完成第（1）項10完成第（2）項8完成第（3）項10完成第（4）項2總分30答辯情況對問題的分析能力，語言表達水平等10簡易滅火機器人（C題）【專業(yè)組】一、任務(wù)設(shè)計并制作一個簡易滅火機器人，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖C-1所示，包括執(zhí)行機器人和監(jiān)控臺兩部分，采用無線通信。搜索區(qū)域平面圖如圖C-2所示，其中地面為白色，邊框為寬度3cm的黑線，A、B區(qū)域為模擬房間，采用高度30cm，

9、厚度1cm的木板搭建，表面為白色，C區(qū)為走廊，D區(qū)為房間外的空地。圖C-1 滅火機器人結(jié)構(gòu)示意圖圖C-2搜索區(qū)域平面圖說明：機器人長度小于25cm，寬度小于20cm，高度小于20cm，可以用玩具小車改裝。二、要求1基本要求（1）機器人能和監(jiān)控臺實現(xiàn)無線通信，通訊距離達到15m。（2）初始狀態(tài)的機器人在D區(qū)任何位置，在監(jiān)控臺的控制下，機器人能進行自行搜索，進入到A、B任何一個房間。（3）在3分鐘時間內(nèi)，機器人能自動找到B房間中的一個火源（高約10-15cm的蠟燭），發(fā)出聲光報警，同時向監(jiān)控臺發(fā)出滅火請求，監(jiān)控臺收到滅火請求后，發(fā)出滅火命令（可以手動），機器人完成滅火任務(wù)后1分鐘內(nèi)自動回到D區(qū)。（

10、4）監(jiān)控臺能實時顯示機器人的運動速度，搜索到一個火源的結(jié)果。2發(fā)揮部分（1）機器人和監(jiān)控臺無線通信距離達到20m。（2）在5分鐘時間內(nèi)，機器人能自主找到A、B房間中的兩個火源（每個房間一個火源），發(fā)出聲光報警，同時向監(jiān)控臺發(fā)出滅火請求，監(jiān)控臺收到滅火請求后，發(fā)出滅火命令（可以手動），機器人完成所有滅火任務(wù)后1分鐘內(nèi)自動回到D區(qū)。能實現(xiàn)此功能可不測試基礎(chǔ)部分（3）。（3）在3分鐘時間內(nèi)，機器人能找到B房間中的2-3個火源，發(fā)出聲光報警，將火源個數(shù)信息報告給監(jiān)控臺并請求滅火，收到監(jiān)控臺發(fā)出的滅火命令后自動完成滅火任務(wù)；執(zhí)行所有任務(wù)后 30秒鐘內(nèi)自動返回D區(qū)。（4）其他。三、說明設(shè)計報告正文應(yīng)包括系

11、統(tǒng)總體框圖、理論分析和計算、核心電路原理圖、主要流程圖和主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果可用附件給出。四、評分標(biāo)準(zhǔn)項 目滿分設(shè)計報告系統(tǒng)方案5理論分析與計算5電路與程序設(shè)計5測試方案與測試結(jié)果 3設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性2總分20基本要求實際制作完成情況（含制作工藝）40發(fā)揮部分完成第（1）項5完成第（2）項13完成第（3）項10完成第（4）項2總分30答辯情況對問題的分析能力，語言表達水平等10低頻信號發(fā)生器（D題）【非專業(yè)組】一、任務(wù)設(shè)計并制作一個低頻信號發(fā)生器，其組成如圖D-1所示。比較器積分電路文氏電橋RC正弦波振蕩器三角波正弦波矩形波圖D-1 低頻信號發(fā)生器

12、組成框圖二、要求（1）設(shè)計一個低頻信號發(fā)生器，要求能輸出正弦波、矩形波、三角波；（2）信號輸出頻率為100Hz-100kHz。分為三段可調(diào)即100-1k、1k-10k、10k-100kHz，每段內(nèi)可以連續(xù)調(diào)節(jié)；（3）正弦波輸出峰峰值大于1V，矩形波輸出峰峰值不大于24V，三角波輸出等于Vp-p=6V；（4）波形特性：矩形波 tr1us（1kHz，最大輸出時），三角波2%，正弦波5%；（5）采用萬用板制作，連線、焊接規(guī)范，預(yù)留測試點。三、說明設(shè)計報告正文應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、電路原理圖、測試結(jié)果。四、評分標(biāo)準(zhǔn)項 目滿分設(shè)計報告系統(tǒng)方案5電路設(shè)計5測試方案與測試結(jié)果5設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性5總分20作

13、品現(xiàn)場測試完成第（1）項10完成第（2）項15完成第（3）項15完成第（4）項20完成第（5）項10總分70答辯情況對問題的分析能力，語言表達水平等10十字路口交通燈控制系統(tǒng)（E題）【非專業(yè)組】一、任務(wù)設(shè)計并制作十字路口交通燈控制電路，其中紅燈（R）亮表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；綠燈（G）亮表示允許通行。示意圖如圖E-1 所示。圖E-1 二、要求（1）設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR，NSY，NSG；東西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR，EWY，EWG，則滿足工作流程并且可以并行工作：NSG（EWR）NSR（EWG），黃燈用于閃爍提示綠燈變?yōu)榧t燈；（2）滿足兩個方向的工作時序

14、：東西方向紅燈亮的時間應(yīng)等于南北方向黃、綠燈亮的時間之和；南北方向紅燈亮的時間應(yīng)等于東西方向黃、綠燈亮的時間之和。時序工作流程見圖E-2所示：圖E-2 交通燈順序工作流程圖E-3 交通燈時序工作流程圖E-3中，假設(shè)每個單位時間為2秒，則南北、東西方向的綠、黃、紅燈亮的時間分別為10秒、2秒、12秒，一次循環(huán)為24秒。其中紅燈亮的時間為綠燈、黃燈亮的時間之和。（3）十字路口要有數(shù)字顯示裝置，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體要求為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置計數(shù)器為某一個數(shù)值，然后以每秒減1的計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，進入另一個方向的工作循環(huán)。

15、例如：當(dāng)南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時，置南北方向數(shù)字顯示為12，并使數(shù)顯計數(shù)器開始減“1”計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)到綠燈滅而黃燈亮?xí)r，數(shù)碼管顯示的數(shù)值應(yīng)為2，當(dāng)減法計數(shù)到“0”時，黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；同時，使得東西方向的綠燈亮，并置東西方向的數(shù)碼管的顯示為12。（4）可以手動調(diào)整脈沖時間，夜間為黃燈閃耀。三、說明設(shè)計報告正文應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、電路原理圖、測試結(jié)果。四、評分標(biāo)準(zhǔn)項 目滿分設(shè)計報告系統(tǒng)方案5電路設(shè)計5測試方案與測試結(jié)果5設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性5總分20作品現(xiàn)場測試完成第（1）項20完成第（2）項20完成第（3）項20完成第（4）項10總分70答辯情況對問題的分析能力，語言表達水平等1

16、0五、設(shè)計方案提示根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求，參考交通燈控制器的邏輯電路主要框圖E-1，設(shè)計方案可以從以下幾部分進行考慮。1.1Hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖和分頻器因十字路口每個方向綠、黃、紅燈亮?xí)r間比例分別為5：1：6，所以，如果選4秒（也可以任意）為一單位時間，則計數(shù)器每計數(shù)4秒輸出一個脈沖。這一電路用D觸發(fā)器（或由其他觸發(fā)器構(gòu)成的D類型觸發(fā)器）即可實現(xiàn)。2.交通燈控制器由波形圖可知，計數(shù)器每工作循環(huán)周期為12，所以可以選用12進制計數(shù)器。計數(shù)可以用單觸發(fā)器組成，也可以用中規(guī)模集成計數(shù)器。這里可以選用中規(guī)模74LS164 八位移位寄存器組成扭環(huán)形12進制計數(shù)器。扭環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)表如表1所示。根據(jù)狀態(tài)表，我們不難

17、列出東西方向和南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達式： 南北方向東西方向紅 黃 綠 由于黃燈要求閃耀幾次，所以用1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖和EWY或NSY黃燈信號相“與”即可。表E-1 狀態(tài)表T 計 數(shù) 器 輸 出南 北 方 向東 西 方 向Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5NSG NSY NSREWG EWY EWR 00 0 0 0 0 01 0 00 0 111 0 0 0 0 01 0 00 0 121 1 0 0 0 01 0 00 0 131 1 1 0 0 01 0 00 0 141 1 1 1 0 01 0 00 0 151 1 1 1 1 00 00 0 161 1 1 1 1 10 0 11 0 070 1 1 1 1 10 0 11 0 080 0 1 1 1 10 0 11 0 090 0 0 1 1 10 0 11 0 0100 0 0 0 1 10 0 11 0 0110 0 0 0 0 10 0 10 0 3. 顯示控制部分顯示控制部分實際上是一個定時控制電路。當(dāng)綠燈亮?xí)r，使減法計數(shù)器開始工作（用對方的紅燈信號控制），每來一個秒脈沖，使計數(shù)器減1，直到計數(shù)器為“0”停止。譯碼顯示可用74LS47 驅(qū)動BCD碼七段譯碼器，計數(shù)器采用可預(yù)制加、減計數(shù)器，如74LS168、74LS190、74LS193等。4. 脈沖選擇控制，夜間控制這部