参考全国电子竞赛题目分析

1电子设计竞赛的题目分析由国家教委高教司倡导并组织的全国大学生电子设计竞赛从1994年的首届试点到2003年已经成功地举办了6届。从6届电子设计竞赛的试题来看，可以归纳成7类。（1）电源类简易数控直流电源(第一届),直流稳压电源(第三届);（2）信号源类实用信号源的设计和制作(第二届),波形发生器(第五届),电压控制LC振荡器(A题)(第六届);（3）高频无线电类简易无线电遥控系统(第二届),调幅广播收音机(第三届),短波调频接收机(第四届),调频收音机(第五届);（4）放大器类实用低频功率放大器(第二届),高效率音频功率放大器(第五届),宽带放大器(B题)(第六届);（5）仪器仪表类简易电阻、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（D题）（第六届）；（6）数据采集与处理类多路数据采集系统（第一届）；数字化语音存储与回放系统（第四届），数据采集与传输系统（第五届）。（7）控制类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）；简易智能电动车（E题）（第六届）；液体点滴速度监控装置（F题）（第六届）。从以上试题可见，试题具有实用性强、综合性强、技术水平发挥余地大的特点。涉及到的电子信息类专业的课程有：低频电路、高频电路、数字电路、微机原理、电子测量、单片机、可编程逻辑器件、EDA设计等；涉及到的实践性教学环节有：电子线路实验课、微机原理实验课、课程设计、生产实习等；竞赛中可选用的器件有：晶体管、集成电路、大规模集成电路、单片机、可编程逻辑器件等；设计手段必须采用现代电子设计方法与开发工具，如VHDL语言、XilinxFoundationSeriesEDA工具、单片机编程器等。不难看出，电子设计竞赛的试题既反映了电子技术的先进水平，又引导高校在教学改革中应注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力。传统的电子信息类专业教学内容，重理论、轻实践；重分析、轻综合；重个体、请协作。实验内容及实验方法上所存在的内容陈旧、形式呆板、方法单一。按传统方法培养学生，在参加电子设计竞赛时，就会发生诸多问题。如：理论设计正确却无法在工程上实现；单元电路正确却无法实现系统连调；个人能力很强却各自为政，不能时间强强联合，等等。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2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符合面向21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侧面反映了这个课程群的教学水平和教学改革的成败。6.3.1电源类题目分析电源类题目有“简易数控直流电源（第一届），1994年）”和“直流稳压电源（第三届，1997年）”。“简易数控直流电源”要求设计制作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。“直流稳压电源”要求设计制作一个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：交流电源降压和整流，直流电压稳压和调节，恒流电流源，DC—DC变换器，单片机，数字显示与控制等。各题目具体要求如下。1、简易数控直流电源（一）设计任务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：3（二）设计要求1．基本要求（1）输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV（2）输出电流：500mA；（3）输出电压值由数码管显示；（4）由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；（5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，＋5V。；2．发挥部分（1）输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值；（2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）；（3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。2、直流稳定电源一、任务设计并制作交流变换为直流的稳定电源。二、要求1．基本要求（1）稳压电源在输入电压220V、50Hz、电压变化范围＋15%～－20%条件下：a．输出电压可调范围为+9V～+12Vb．最大输出电流为1.5Ac．电压调整率≤0.2%（输入电压220V变化范围＋15%～－20%下，空载到满载）4d．负载调整率≤1%（最低输入电压下，满载）e．纹波电压（峰-峰值）≤5mV（最低输入电压下，满载）f．效率≥40%（输出电压9V、输入电压220V下，满载）g．具有过流及短路保护功能（2）稳流电源在输入电压固定为＋12V的条件下：a．输出电流：4～20mA可调b．负载调整率≤1%（输入电压＋12V、负载电阻由200Ω～300Ω变化时，输出电流为20mA时的相对变化率）（3）DC-DC变换器在输入电压为+9V～+12V条件下：a．输出电压为+100V，输出电流为10mAb．电压调整率≤1%（输入电压变化范围+9V～+12V）c．负载调整率≤1%（输入电压+12V下，空载到满载）d．纹波电压（峰-峰值）≤100mV（输入电压+9V下，满载）2．发挥部分（1）扩充功能a．排除短路故障后，自动恢复为正常状态b．过热保护c．防止开、关机时产生的“过冲”（2）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b．扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值（3）改善DC-DC变换器a．提高效率（在100V、100mA下）b．提高输出电压（4）用数字显示输出电压和输出电流3.方案例：简易数控直流电源（1）采用单片机的简易数控直流电源设计方案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1.3.2所示。设计方案中采用8031单片机完成整个数控个部分的功能。采用8279作为键盘/显示器接口控制器，不仅简化接口引线，而且减小了软件对键盘/显示器的查询时间，提高了8031单片机的利用率。输出部分采用D/A0832及运算放大器OP07输出电压波形与D/A变换输出波形相同，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，就可以产生多种波形输出。显示部分采用3位半的数字电压表(DVM)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。（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如图1.3.4所示。系统由数字控制部分、D/A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、波形发生器电路等。系统中数字控制部分用+/-按键控制产生可增加或减少BCD码，BCD码输入到D/A5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分，控制输出电压以手动0.1V的电压步进或步减，或自动连续步进（减），或直接变化到某一设定的电压值。6.3.2信号源题目分析信号源类有“实用信号源的设计和制作（第二届，1995年）”、“波形发生器（第五届，2001年）”和“电压控制LC振荡器（第六届，2003年）”。“实用信号源的设计和制作”要求设计制作一个正弦波和脉冲波信号源，频率范围20Hz~20kHz，低频信号源。涉及到得基础知识与制作能力包含：RC振荡器，脉冲振荡器，数字可调点位器，单片机，数字显示与控制等。“波形发生器”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生器，频率范围100Hz~20kHz，低频信号源，涉及到的基础知识与制作能力包含：单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示与控制，滤波器等。“电压控制LC振荡器”要求设计制作一个电压控制LC振荡器，频率范围15MHz~35MHz，高频信号源。涉及到的基础知识与制作能力包含：单片机或者可编程逻辑器件，PLL，LC振荡器，数字显示与控制，滤波器，高频功率放大器等。各题目具体要求如下。1、实用信号源的设计和制作一、任务在给定±15V电源电压条件下，设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。二、要求1．基本要求（1）正弦波信号源①信号频率：20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz②频率稳定度：优于10-4③非线性失真系数≤3%（2）脉冲波信号源①信号频率：20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz②上升时间和下降时间：≤1μs③平顶斜降：≤5%④脉冲占空比：2%～98%步进可调，步长为2%（3）上述两个信号源公共要求①频率可预置。②在负载为600Ω时，输出幅度为3V。③完成5位频率的数字显示。2．发挥部分（1）正弦波和脉冲波频率步长改为1Hz。（2）正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围为100mV～3V，步长为100mV。（3）正弦波和脉冲波频率可自动步进，步长为1Hz。6（4）降低正弦波非线性失真系数。2、波形发生器一、任务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、三角波和由用户编辑的特定形状波形。示意图如下：二、要求1．基本要求（1）具有产生正弦波、方波、三角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波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（5次以下）线性组合的波形。（3）具有波形存储功能。4）输出波形的频率范围为100Hz～20kHz（非正弦波频率按10次谐波计算）；重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz。（5）输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。（6）具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能。2．发挥部分（1）输出波形频率范围扩展至100Hz～200kHz。（2）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，输出电压幅度变化不大于±3%（负载电阻变化范围：100Ω～∞）。（4）具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。（5）可产生单次或多次（1000次以下）特定波形（如产生1个半周期三角波输出）。（6）其它（如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展200kHz、扫频输出等功能）。(1)基于单片机和FPGA的波形发生器基于单片机和FPGA的波形发生器（方案1）方框图如图6.3.6所示。系统以单片机89C52位核心。89C52完成处理键盘数据、生成波形表存储于双口RAM中、控制LED显示、控制DAC0832进行幅值转换、传送频率控制字K值给FPGA处理等功能。双口RAM的使用减少了单片机和FPGA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。FPGA主要用于实现DDFS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，7另一方面可以将单片机的外围芯片74LS377、74TH373、74LS138、74IS02都集成在FPGA内，既充分利用了FPGA的资源，又减少了单片机与外部的接口，提高了系统的可靠性。双口RAM中传输出的数据经DAC08完成数/模转换，由DAC032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形。图6.3.3基于单片机和FPGA的波形发生器6.3.4放大器题目类型放大器类的题目有“实用低频率放大器（第二届，1995年）”“测量放大器（第四届，1999年），高效率音频功率放大器（第五届，2001年）”和“宽带放大器（第六届，2003）。”“实用低频功率放大器”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，额定输出功率Por≥10W，带宽BW≥（50~10000）HZ。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。“测量放大器”要求设计制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。差模电压放大倍数AVD=1~500。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，测量