通信与信息工程学院第一届大学生通信电子设计竞赛题目

南京邮电大学通信与信息工程学院第一届大学生通信电子设计竞赛题目－1－A题（通信类）：简易数字信号传输性能分析仪1任务设计一个简易数字信号传输性能分析仪，实现数字信号传输性能测试；同时，设计三个低通滤波器和一个伪随机信号发生器用来模拟传输信道。简易数字信号传输性能分析仪的框图如图1所示。图中，V1和V1-clock是数字信号发生器产生的数字信号和相应的时钟信号；V2是经过滤波器滤波后的输出信号；V3是伪随机信号发生器产生的伪随机信号；V2a是V2信号与经过电容C的V3信号之和，作为数字信号分析电路的输入信号；V4和V4-syn是数字信号分析电路输出的信号和提取的同步信号。图1简易数字信号传输性能分析仪框图2要求2.1基本要求1）设计并制作一个数字信号发生器：a）数字信号V1为f1(x)=1+x2+x3+x4+x8的m序列，其时钟信号为V1-clock；b）数据率为10~100kbps，按10kbps步进可调。数据率误差绝对值不大于1%；c）输出信号为TTL电平。2）设计三个低通滤波器，用来模拟传输信道的幅频特性：a）每个滤波器带外衰减不少于40dB/十倍频程；b）三个滤波器的截止频率分别为100kHz、200kHz、500kHz，截止频率误差绝对值不大于10%；c）滤波器的通带增益AF在0.2~4.0范围内可调。3）设计一个伪随机信号发生器用来模拟信道噪声：a）伪随机信号V3为f2(x)=1+x+x4+x5+x12的m序列；b）数据率为10Mbps，误差绝对值不大于1%；c）输出信号峰峰值为100mV，误差绝对值不大于10%。南京邮电大学通信与信息工程学院第一届大学生通信电子设计竞赛题目－2－4）利用数字信号发生器产生的时钟信号V1-clock进行同步，显示数字信号V2a的信号眼图，并测试眼幅度。2.2发挥部分1）要求数字信号发生器输出的V1采用曼彻斯特编码。2）要求数字信号分析电路能从V2a中提取同步信号V4-syn并输出；同时，利用所提取的同步信号V4-syn进行同步，正确显示数字信号V2a的信号眼图。3）要求伪随机信号发生器输出信号V3幅度可调，V3的峰峰值范围为100mV~TTL电平。4）改进数字信号分析电路，在尽量低的信噪比下能从V2a中提取同步信号V4-syn，并正确显示V2a的信号眼图。5）其他自主发挥。3说明1、在完成基本要求时，数字信号发生器的时钟信号V1-clock送给数字信号分析电路（图1中开关S闭合）；而在完成发挥部分时，V1-clock不允许送给数字信号分析电路（开关S断开）。2、要求数字信号发生器和数字信号分析电路各自制作一块电路板。3、要求V1、V1-clock、V2、V2a、V3和V4-syn信号预留测试端口。4、基本要求1）和3）中的两个m序列，根据所给定的特征多项式f1(x)和f2(x)，采用线性移位寄存器发生器来产生。5、基本要求2）的低通滤波器要求使用模拟电路实现。6、眼图显示可以使用示波器，也可以使用自制的显示装置。7、发挥部分4）要求的“尽量低的信噪比”，即在保证能正确提取同步信号V4-syn前提下，尽量提高伪随机信号V3的峰峰值，使其达到最大，此时数字信号分析电路的输入信号V2a信噪比为允许的最低信噪比。南京邮电大学通信与信息工程学院第一届大学生通信电子设计竞赛题目－3－4评分标准项目主要内容满分设计报告方案论证比较与选择，方案描述2理论分析与计算低通滤波器设计，m序列数字信号，同步信号提取，眼图显示方法6电路与程序设计系统组成，原理框图与各部分的电路图，系统软件与流程图6测试方案与测试结果测试结果完整性，测试结果分析4设计报告结构及规范性摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性2总分20基本要求完成第1）项10完成第2）项10完成第3）项10完成第4）项20总分50发挥部分完成第1）项8完成第2）项15完成第3）项6完成第4）项16其他自主发挥5总分50南京邮电大学通信与信息工程学院第一届大学生通信电子设计竞赛题目－4－B题（通信类）：红外光通信装置1任务设计并制作一个红外光通信装置。2要求2.1基本要求1）红外光通信装置利用红外发光管和红外光接收模块作为收发器件，用来定向传输语音信号，传输距离为2m，如图1所示。图1红外光通信装置方框图2）传输的语音信号可采用话筒或Φ3.5mm的音频插孔线路输入，也可由低频信号源输入；频率范围为300~3400Hz。3）接收的声音应无明显失真。当发射端输入语音信号改为800Hz单音信号时，在8Ω电阻负载上，接收装置的输出电压有效值不小于0.4V。不改变电路状态，减小发射端输入信号的幅度至0V，采用低频毫伏表（低频毫伏表为有效值显示，频率响应范围低端不大于10Hz、高端不小于1MHz）测量此时接收装置输出端噪声电压，读数不大于0.1V。如果接收装置设有静噪功能，必须关闭该功能进行上述测试。4）当接收装置不能接收发射端发射的信号时，要用发光管指示。2.2发挥部分1）增加一路数字信道，实时传输发射端环境温度，并能在接收端显示。数字信号传输时延不超过10s。温度测量误差不超过2℃。语音信号和数字信号能同时传输。2）设计并制作一个红外光通信中继转发节点，以改变通信方向90°，延长通信距离2m，如图2所示。语音通信质量要求同基本要求3）。图2红外光通信中继转发装置方框图中继转发节点采用5V直流单电源供电，电路见图3。串接的毫安表用来测量其供电南京邮电大学通信与信息工程学院第一届大学生通信电子设计竞赛题目－5－直流电流。图3中继转发节点供电电路3）在满足发挥部分2）要求的条件下，尽量减小中继转发节点供电电流。4）其他自主发挥（增加自动信号跟踪）。3说明1）本装置的通信信道必须采用红外光信道，不得使用其他通信装置。发射端及转发节点必须采用分立的红外发光管作为发射器件，安装时需外露发光管，以便检查。不得采用内部含有现成通信协议的红外光发射芯片或模块。2）中继转发节点除外接的单5V供电电源外，不得使用其他供电装置（如电池、超级电容等）。3）测试时，自备MP3或录音机及音频连接线。4评分标准项目主要内容满分设计报告方案论证红外光通信装置总体方案设计4理论分析与计算通信原理分析，提高转发器效率的方法6电路与程序设计总体电路图，程序设计4测试方案与测试结果测试结果完整性，测试结果分析4设计报告结构及规范性摘要，设计报告正文结构，规范图表的完整与准确性2总分20基本部分完成第1）项25完成第2）项5完成第3）项15完成第4）项5总分50发挥部分完成第1）项10完成第2）项10完成第3）项25其他自主发挥5总分50南京邮电大学通信与信息工程学院第一届大学生通信电子设计竞赛题目－6－C题（仪表类）：简易频率特性测试仪1任务根据零中频正交解调原理，设计并制作一个双端口网络频率特性测试仪，包括幅频特性和相频特性，其示意图如图1所示。图1频率特性测试仪示意图2要求2.1基本要求制作一个正交扫频信号源。1）频率范围为1MHz~40MHz，频率稳定度≤10-4；频率可设置，最小设置单位100kHz。2）正交信号相位差误差的绝对值≤5º，幅度平衡误差的绝对值≤5%。3）信号电压的峰峰值≥1V，幅度平坦度≤5%。4）可扫频输出，扫频范围及频率步进值可设置，最小步进100kHz；要求连续扫频输出，一次扫频时间≤2s。2.2发挥部分1）使用基本要求中完成的正交扫频信号源，制作频率特性测试仪。a）输入阻抗为50Ω，输出阻抗为50Ω；b）可进行点频测量；幅频测量误差的绝对值≤0.5dB，相频测量误差的绝对值≤5º；数据显示的分辨率：电压增益0.1dB，相移0.1º。2）制作一个RLC串联谐振电路作为被测网络，如图2所示，其中Ri和Ro分别为频率特性测试仪的输入阻抗和输出阻抗；制作的频率特性测试仪可对其进行线性扫频测量。a）要求被测网络通带中心频率为20MHz，误差的绝对值≤5%；有载品质因数为4，误差的绝对值≤5%；有载最大电压增益≥-1dB；b）扫频测量制作的被测网络，显示其中心频率和-3dB带宽，频率数据显示的分辨率为100kHz；c）扫频测量并显示幅频特性曲线和相频特性曲线，要求具有电压增益、相移和频率坐标刻度。南京邮电大学通信与信息工程学院第一届大学生通信电子设计竞赛题目－7－图2RLC串联谐振电路3）其他自主发挥（需要单片机图形显示）。3说明1）正交扫频信号源必须自制，不能使用商业化DDS开发板或模块等成品，自制电路板上需有明显的覆铜“2013”字样（不要求）。2）要求制作的仪器留有正交信号输出测试端口，以及被测网络的输入、输出接入端口。3）本题中，幅度平衡误差指正交两路信号幅度在同频点上的相对误差，定义为：，其中U2≥U1。4）本题中，幅度平坦度指信号幅度在工作频段内的相对变化量，定义为：。5）参考图2，本题被测网络电压增益取：。6）幅频特性曲线的纵坐标为电压增益（dB）；相频特性曲线的纵坐标为相移（º）；特性曲线的横坐标均为线性频率（Hz）。（需要单片机图形显示）7）发挥部分中，一次线性扫频测量完成时间≤30s。南京邮电大学通信与信息工程学院第一届大学生通信电子设计竞赛题目－8－4评分标准项目主要内容满分设计报告方案论证比较与选择，方案描述2理论分析与计算系统原理，滤波器设计，ADC设计，被测网络设计，特性曲线显示7电路与程序设计电路设计，程序设计6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3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2总分20基本部分完成第1）项10完成第2）项10完成第3）项10完成第4）项20总分50发挥部分完成第1）项16完成第2）项30其他自主发挥4总分50南京邮电大学通信与信息工程学院第一届大学生通信电子设计竞赛题目－9－D题（仪表类）：∑-Δ型A/D转换电路1．任务设计并制作1阶∑-Δ调制器，并在此基础上设计并制作∑-Δ型A/D转换电路，电路结构如图1所示。图1∑-Δ型A/D转换电路框图2．要求1）设计并制作1阶∑-Δ调制器，具体电路框图如图2所示。图中为2V。要求∑-Δ调制器输出的1位数据流为TTL电平，时钟频率自定。2）利用1）中制作的1阶∑-Δ调制器，设计并制作∑-Δ型A/D转换电路。要求A/D转换电路可设置工作于下列两种模式：模式1，采样频率为100Hz，采样位数为12位；模式2，采样频率为1600Hz，采样位数为8位。3）设计并制作∑-Δ型A/D转换电路的采样数据显示装置。要求可以显示A/D转换电路连续采样数据波形，显示的波形数据点数不少于200点。同时，在波形上显示一个光标，移动光标时能显示相应波形点的采样数据。4）改进∑-Δ型A/D转换电路的显示装置，要求能计算A/D转换电路输出的采样数据的方差，并实时显示。方差的计算使用连续1秒的采样数据直接计算。5）改进∑-Δ型A/D转换电路的设计，尽量减小A/D转换电路的本底噪声和量化噪声，提高∑-Δ型A/D转换电路的采样精度。实现∑-Δ型A/D转换电路能工作于下列模式：模式3，采样频率为100Hz，采样位数为16位，有效位数不少于13位。6）进一步提高∑-Δ型A/D转换电路的采样速度。实现∑-Δ型A/D转换电路能工作于下列模式：模式4，采样频率为1600Hz，采样位数为16位，有效位数不少于13位。7）其他自主发挥。（相同SNR是过抽样频率越低性能越优）南京邮电大学通信与信息工程学院第一届大学生通信电子设计竞赛题目－10－图21阶∑-Δ调制器的结构框图3．说明1）要求1）中，要求减法器、积分电路、比较器和1位DAC分别用独立电路实现，并在A、B、C、D信号处应留有测试口，以便对信号波形进行观察。图3给出了各点的信号参考波形示意。图31阶∑-Δ调制器中各点信号的波形示意2）要求3）设计并制作采样数据显示装置，可以使用自制的液晶显示；也可以借助外部显示设备，如示波器。但必须能显示∑-Δ型A/D转换电路输出的连续采样数据，并能显示采样信号的波形。3）采样数据的方差计算：将∑-Δ型A/D转换电路输出的一组采样数据，记为计算其均值，则方差为：。南京