8系參考題目(電子設計類).doc

哈爾濱工程大學第二屆“啟航杯”大學生科技創(chuàng)新普及競賽參考題目指南（E類：電子設計類）說明：A型簡單題目：001-016題，共計16題B型中等題目：017-031題，共計25題C型偏難題目：032-040題，共計09題難度等級：A簡單題目編號：001倒計時器一、功能介紹利用八位數(shù)碼管顯示出倒計時時間，并有蜂鳴器提示功能。通過鍵盤可以設定倒計時時間。二、設計要求1通過單片機的定時器完成倒計時的功能。2通過八位數(shù)碼管顯示出倒計時時間，精確到0.1秒。3當剩余10秒時，每秒用蜂鳴器短響進行提示，最后一秒蜂鳴器長響以示倒計時結束。4利用鍵盤可以設定倒計時時間，最大可設定60分鐘的倒計時。三、參考方案設計1硬件結構圖見圖1。 MCUMAX7219數(shù)碼管顯示裝置蜂鳴器提示圖1 倒計時硬件結構 2制作思路（1）利用單片機定時器完成定時功能，選擇定時模式1，定時時間設定為50ms,每經過0.1秒，可在數(shù)碼管相應的位置上減一。（2）利用八位數(shù)碼管驅動芯片)MAX7219控制八位數(shù)碼管進行顯示。分、秒、毫秒位用“”隔開。（3）蜂鳴器發(fā)出響聲的長短可通過單片機延時時間的長短來實現(xiàn)。3設計注意地方（1）MAX7219控制數(shù)碼管的電路以及驅動程序可參考MAX7219的數(shù)據手冊。（2）寫程序時要注意分、秒以及毫秒位的進位規(guī)則，避免顯示混亂。 （3）單片機控制蜂鳴器時要加一個三極管驅動電路。難度等級：A簡單題目編號：002煙霧自動排風控制器一、功能介紹現(xiàn)在很多公共場合都禁止吸煙，但還是有很多不自覺的人，本產品可以安裝在公共場合，當有人吸煙時可以自動打開排風機，同時點亮“請勿吸煙”警示燈，提醒人們不要吸煙。二、設計要求1利用QM-N5將煙霧濃度轉化為電壓信號，單片機通過AD0804將電壓信號轉化為煙霧濃度值。2. 煙霧濃度超過報警所設定的濃度時，裝置自動打開排風機，蜂鳴器發(fā)出提示響聲，同時點亮LE燈，照亮“請勿吸煙”警示牌。3可通過鍵盤設定煙霧報警濃度，同時可通過液晶或數(shù)碼管進行顯示。三、參考方案設計1電路原理圖：煙霧自動排風控制器電路見圖所示，控制器由電源電路、QM-N5氣敏器件、TWH8778功率開關集成電路等組成。 系統(tǒng)硬件結構圖見圖1。MCU單片機AD0804TWH8778功率開關排風機、警示牌鍵盤設定煙霧報警濃度顯示煙霧報警 濃度蜂鳴器提示QM-N5傳感器圖1 煙霧自動排風控制器硬件結構2制作思路（1） 在正常情況下，氣敏器件A-K極間呈高電阻，隨著室內煙霧濃度的不同，A-K兩端呈現(xiàn)的電阻值不同，通過實驗做出煙霧濃度與電阻值的關系，并與QM-N5技術手冊所給的曲線關系進行對比。（2） 通過AD采集A-K兩端電壓值得到煙霧濃度的大小。（3） 利用鍵盤給單片機設定濃度報警數(shù)值，當采集到的煙霧濃度大于報警濃度時，單片機控制TWH8778開啟K1繼電器，使排風機、警示牌工作。 （4） TWH8778第5腳門限電壓為16V，二極管VD5導通壓降為065V。（5） 單片機控制蜂鳴須器使用三極管驅動電路，顯示電路可使用數(shù)碼管動態(tài)掃描或液晶顯示等方式。難度等級：A簡單 題目編號：003電子秤一、功能介紹設計一個可以測量物體重量的裝置，利用四位八段數(shù)碼管顯示示數(shù)。二、設計要求：1通過單片機控制AD采樣。2可用某些傳感器。3通過四位八段數(shù)碼管顯示當前重量。4量程0-1Kg，精確到5g三、參考方案設計1硬件結構方框圖見圖1。 單片機 A/D 傳感器 數(shù)碼管顯示部分 外部機械部分圖1 電子秤硬件結構方框圖2制作思路（1）AD可采用ADC0804，如果要做成提拉式電子秤，傳感器可選位移傳感器。根據傳感器的不同型號來確定換算公式。（2）單片機控制數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管顯示以g為單位。（3）AD實時采樣，數(shù)碼管示數(shù)隨物重變化而變化。3設計注意的地方（1）一定要清楚地了解所用傳感器的特性，可根據傳感器與精度要求確定AD。（2）ADC0804的芯片資料參考ADC0804的技術手冊。（3）寫程序時，對于AD一定要嚴格按照它的時序來寫，延時不能長也不能短。（4）數(shù)碼管顯示時使用動態(tài)掃描不要閃的太厲害，以人眼看不出閃屏為好。難度等級：A簡單 題目編號：004基于單片機控制密碼鎖一、功能介紹通過按鍵進行密碼輸入，功能控制?？蛇M行密碼長度修改，密碼修改，語音報錯，安全鎖定等功能。采用1602液晶顯示數(shù)據輸入和功能操作。二、設計要求1利用單片機制做密碼輸入系統(tǒng)。2用1602液晶作為密碼輸入顯示器。3密碼長度可修改；密碼可修改；密碼輸入結果進行語音提示，正確時提示“密碼輸入正確”錯誤時提示“密碼輸入錯誤”。4密碼輸入三次錯誤鎖定鍵盤，30秒后解鎖。三、參考方案設計1硬件結構圖方框圖見圖1。按鍵輸入MCU1602顯示語音提示 圖1 基于單片機控制的密碼鎖硬件結構方框圖2制作思路當單片上電復位,開始進行初始化,然后接進行鍵盤掃描,判斷是否有鍵按下，然后判是什么鍵，把鍵碼存到顯示地址，當你把密碼輸入后再按下比較鍵，當密碼與設值密碼符合時，單片機就會給發(fā)光二極管一個高電平使它發(fā)光表示開鎖，發(fā)光二極管發(fā)光七秒鐘后會自動息滅，同時單片機控制語音芯片發(fā)出“密碼輸入正確”的提示。如果輸入的三次的密碼不正確，就鎖定按鍵3秒鐘，同時發(fā)出語音報警。直到沒有按鍵按下3種后，才打開按鍵鎖定功能；否則在3秒鐘內仍有按鍵按下，就重新鎖定按鍵3秒時間并報警。當你的密碼被別人知后，你可以在第一時間輸入正確密碼。你將可以修改你的密碼。可通過1602顯示數(shù)據輸入和操作過程。語音提示功能可通過語音收錄芯片實現(xiàn)。3設計注意地方（1）注意得采用AT24C02為掉電存儲器的芯片。防止密碼丟失。（2）1602要接背光，將VO管腳直接接地或者通過一個電位器來調節(jié)背光。難度等級：A簡單題目編號：005金屬探測器一、功能介紹該裝置結構設計簡單，是一種專門用來探測金屬的儀器，除了用于探測有金屬外殼或金屬部件物體之外，還可以用來探測隱蔽在墻壁內的電線、埋在地下的水管和電纜，發(fā)現(xiàn)埋藏在地下的金屬物體。二、設計要求能夠實現(xiàn)20cm范圍內探測金屬物體。能顯示物體距離，誤差小于10%三、參考方案設計1硬件結構圖見圖1。探測線圈L探測振蕩器揚聲器基頻振蕩器 圖1 金屬探測器硬件結構方框圖2制作思路 在L未探測到金屬物體時，探測振蕩器的工作頻率與基頻振蕩器的工作頻率相同，揚聲器無聲音。當L探測到金屬物體后，探測振蕩器的工作頻率將變高，有音頻信號輸入到音頻放大器，經放大后，驅動揚聲器。3設計注意地方需要音頻放大器驅動揚聲器，音頻放大器可采用LM386。難度等級：A簡單題目編號：006脈沖振幅鑒別器一、功能介紹該作品通過放大由信號源提供頻率為100HZ1KHZ的mv級方波或脈沖信號，然后經過比較器進行比較，最后輸出峰峰值為5V的單片機所能識別的標準信號。二、設計要求1待放大信號頻率100HZ1K,幅度0.1mv1mv2信號經過處理后幅度為5V三、參考方案設計1硬件結構圖見圖1。IN 放大器 比較器 OUT 圖1 脈沖振幅鑒別器硬件結構方框圖2制作思路（1）由于待放大的信號為mv級，而輸出要能夠達到v級，所以放大器的放大倍數(shù)要達到千倍，而利用三極管進行放大，要達到千倍很難做到，采用型號為NE5532運放級聯(lián)的方式進行放大。（2）所提供的電源為單電源，而NE5532為雙極性，所以在電源部分要進行處理，提供一個偏置。同時由一個單運放放大千倍也很困難，所以需要進行二級放大，而兩級級聯(lián)時由與放大倍數(shù)大，所以容易產生自激震蕩，所以在級聯(lián)之間加一個由運放組成的射隨電路，NE5532為雙運放，所以一級放大，一級設隨，只需兩片NE5532即可。（3）放大后的信號與LM339組成的比較器之間加一個同上的射隨電路進行隔離，同時在LM339的比較電壓地方利用一個電位器進行比較電壓調節(jié)，使得最后輸出一個峰峰值為5V的標準信號。3設計注意地方（1）第一級運放放大倍數(shù)在50倍左右，放大倍數(shù)由圖中R10，R11，R12決定，改變參數(shù)即可改變放大倍數(shù)，后級運放組成射隨電路。 （2）第二片NE5532的一級放大同第一片一級放大一樣設計，放大倍數(shù)自己設計，參數(shù)自己通過計算得到，設隨也一樣設計。（3）比較器的設計，比較電壓部分加一個電位器進行電壓調節(jié)，使最終輸出符合要求，同時比較器為5V供電。難度等級：A簡單題目編號：007調制與解調電路的設計一、功能介紹該作品通過信號源輸入一路單極性方波信號與載頻為4MHz的信號(有源晶振提供)進行與門調制，然后經過單二極管解調電路，最后通過比較器進行比較，恢復出方波信號。二、設計要求1輸入信號頻率100HZ10KHz2輸入信號幅度3V5V3最終輸出信號幅度為5V4調制方式為調幅三、參考方案設計1硬件結構圖見圖1。 調幅電路4M載頻輸入信號單二極管解調電路比較器輸出信號 圖1 調制與解調電路硬件結構方框圖 2制作思路（1）由于載頻為4M,輸入信號為1KHZ的方波，要進行調幅設計，用一與門（74F08）即可進行調制，但與門必須為高速的，否則載頻不能通過。（2）調制后的信號為一調幅信號，要解調出信號，只需一單二極管檢波電路即可，但要根據載頻與基帶信號的頻率計算出檢波電路中電容與電阻的取值，在檢波電路中，利用檢波管1N60，其導通電壓小，檢波效果好。（3）檢波出來的信號不一定是一標準的方波，所以經過比較器(LM339)電路進行比較，通過調節(jié)比較電壓的大小使輸出信號最為標準3設計注意地方（1）調制電路中輸入端在沒信號輸入時，由于74F08管腳在懸空時為高電平，所以可以不接一上拉電阻。（2）解調電路中R,C值的選取根據電容充放電的時間常數(shù)來選取。（3）檢波出來的信號送給比較器進行比較，通過觀察輸入輸出的信號調節(jié)比較電壓，使輸出與輸入一樣。難度等級：A簡單 題目編號：008簡單計算器的制作一、功能介紹該作品通過4*4鍵盤輸入計算的數(shù)字以及要進行的計算操作，利用單片機控制液晶顯示，然后進行簡單的加減乘除計算，最終將結果顯示在1602液晶上，同時能夠存儲前次計算結果。二、設計要求1至少能進行簡單的加減乘除、取倒數(shù)、開平方，n次方等運算2計算結果正確率90%3能夠存儲某一次計算結果并在需要時能夠調用出來顯示三、參考方案設計（按鍵不夠可以自己加按鍵或使用PS2鍵盤）1硬件結構圖見圖1。按鍵輸入MCU液晶顯示24C02 圖1 簡單計算器硬件結構方框圖2制作思路（1）4*4按鍵輸入要進行計算操作的數(shù)字和要進行的何種操作，然后通過單片機進行計算。（2）單片機通過讀出按鍵的輸入將其顯示在1602液晶上，并將結果顯示在上面。（3）4*4按鍵程序可利用線翻轉法進行編寫，通過行列掃描確定按鍵的值。（4）1602液晶要嚴格按照時序編寫程序。（5）E2PROM 24C02采用I2C協(xié)議編寫程序3設計注意地方（1）單片機通過調用庫函數(shù)來進行相應的計算來算出最終結果。（2）1602要接背光，將VO管腳直接接地或者通過一個電位器來調節(jié)背光。難度等級：A簡單題目編號：009數(shù)字電壓表一、功能介紹該作品通過單片機控制AD采集電壓大小為0-5V的直流電壓，然后通過數(shù)碼管顯示出采集的電壓大小。二、設計要求1電壓測量范圍：0-5V；2測量誤差小于0.02V；3電壓測量路數(shù)：4路；4對測量的電壓值進行數(shù)字顯示。三、參考方案設計1硬件結構圖見圖1。 ADC0804MCU顯示裝置圖1 數(shù)字電壓表硬件結構方框圖2制作思路（1）利用單片機控制ADC0804進行電壓采集，將采集得到的數(shù)據送給單片機進行處理，計算出電壓大小。（2）ADC0804所采集的電壓由8個電位器通過調節(jié)分壓比進行得到。（3）單片機控制1602液晶顯示八路采樣電壓大小。3設計注意地方（1）ADC0804所用到的基準電壓可直接由電源電壓處理后得到。（2）控制ADC0804的時序程序要嚴格按照數(shù)據手冊的時序進行編寫。難度等級：A簡單 題目編號：010溫度顯示報警裝置一、功能介紹該作品通過溫度傳感器DS18B20進行測量室溫，并且通過三位一體數(shù)碼管顯示出當前溫度，并且具有溫度報警提示，報警溫度大小可設定。二、設計要求1.測量溫度范圍：0-801.測量誤差0.52.溫度顯示到小數(shù)點后一位4.可通過鍵盤設定報警溫度3.溫度高于報警溫度時進行報警三、參考方案設計1硬件結構圖見圖1。 DS18B20MCU數(shù)碼管顯示裝置蜂鳴器報警裝置4*4鍵盤圖1 溫度顯示報警裝置硬件結構方框圖2制作思路（1）利用單片機控制溫度傳感器DS18B20進行溫度采集，將采集得到的數(shù)據送給單片機進行處理，計算出當前溫度。（2）單片機將當前所測溫度與報警溫度進行比較，如果當前溫度高于報警溫度則控制蜂鳴器發(fā)聲，如果不高于報警溫度則不進行操作，繼續(xù)采集溫度。（3）單片機控制數(shù)碼管顯示溫度，利用三位一體數(shù)碼管進行顯示，采用動態(tài)掃描的方法實時顯示出當前所測的溫度。3. 設計注意地方（1）DS18B20的數(shù)據腳應接上一個上拉電阻。（2）數(shù)碼管的位選與段選不要接錯，由于單片機的IO口驅動能力不夠，所以在接數(shù)碼管的時候應加一個驅動電路，三極管驅動電路即可。 （3）單片機控制蜂鳴器時也要加一個三極管驅動電路。（4）DS18B20的控制時序要嚴格按照手冊上寫。難度等級：A簡單 題目編號：011用三極管代替MAX232進行串口通信一、功能介紹該作品通過利用兩個三極管來替代max232電平轉換芯片，來實現(xiàn)單片機與pc機之間進行低速的串口通信。二、設計要求1波特率19200bit/s2準確率95%三、參考方案設計1232電平轉換電路圖見圖1。圖1 用三極管代替MAX232進行串口通信硬件電路圖2制作思路（1）單片機與PC機由于電氣特性不同，所以需要進行電平轉換從而使兩者之間達到一樣的電氣特性，進行低速數(shù)據傳輸。在進行數(shù)據傳輸時，兩者必須共地。（2）單片機的晶振選取要合適，否則單片機設置計算出來的波特率與實際傳送波特率有一定的誤差，影響數(shù)據的正確傳送。（3）用兩個三極管代替的max232所進行的通信速率不能過高，否則影響數(shù)據傳送。（4）利用串口助手軟件來顯示單片機發(fā)送給pc機的數(shù)據，同時利用助手發(fā)送0f到單片機，單片機控制數(shù)碼管顯示出來。3設計注意地方（1）通信速率不能過高，否則影響傳輸?shù)恼_率。（2）單片機與pc機要共地。 （3）顯示pc機發(fā)給單片機的數(shù)碼管要接上限流電阻。（4）串口助手波特率要設置成與單片機發(fā)送接收數(shù)據波特率一致。難度等級：A簡單題目編號：012 簡易IC卡刷卡器一、功能介紹設計并制作自制的簡易IC卡及簡易IC卡閱讀器。簡易IC卡使用廢棄的200卡，包月卡等硬質不透明卡片制作而成，每張卡片使用打孔的方式進行不同編號。閱讀器部分需要制作相應的IC卡插槽，并通過紅外檢測識別卡號，單片機將檢測到的卡號通過數(shù)碼管顯示出來。二、設計要求1要求可編碼卡數(shù)大于8個；2數(shù)碼管可顯示的狀態(tài)有：無卡插入、無效卡、顯示卡號、該卡已刷過；3要求單片機具有卡號存儲掉電不丟失、一鍵刷新等功能；4識別錯誤率1/100。三、參考方案設計單片機使用普通51單片機，顯示使用六位數(shù)碼管，即可顯示時間，又可顯示卡號。紅外檢測部分可參考圖1，數(shù)碼管連接可參考圖2。 圖2 數(shù)碼管連接部分部分電路圖圖1 紅外線檢測部分電路圖難度等級：A簡單題目編號：013簡易電子時鐘一、功能介紹該作品只利用單片機的最小系統(tǒng)板、一塊時鐘芯片和一塊1602的液晶實現(xiàn)年、月、日、時、分、秒的顯示及設定，最好有鬧鐘的功能。二、設計要求1時間顯示誤差小于3s2能夠設置時間及具有鬧鐘報警功能。三、參考方案設計1原理框圖見圖1。按鍵單片機最小系統(tǒng)顯示部分時鐘芯片圖1 紅外線檢測部分電路圖2制作思路（1）本作品可以有兩種方案，一是直接用單片機的定時器；二是用一塊時鐘芯片實現(xiàn)時鐘的控制；（2）本作品主要分為兩大部分來調試，一是時鐘芯片的調試，二是顯示器的調試；（3）該作品集趣味性、實用性于一體，能很好的激發(fā)同學們的興趣；3設計注意的地方圖2 PCF8563時鐘芯片的原理圖難度等級：A簡單題目編號：014紅外無線耳機一、功能介紹利用紅外對管不經調制解調而直接利用紅外線把電視機等發(fā)出的音頻信號發(fā)送接受。二、設計要求1紅外收發(fā)距離大于1米。2傳輸音頻信號無明顯失真。三、參考方案設計1原理框圖如下：音頻信號信號放大電視機信號發(fā)射圖1紅外無線耳機的發(fā)射部分信號接收信號放大圖2紅外無線耳機的接收部分2制作思路（1）本作品沒有單片機，只是硬件電路構成。（2）本作品做的難度不是很大，主要是紅外部分和放大部分的調試。（3）該系統(tǒng)的電壓要選好，不要用交流電，最好用電池。（4）還有傳輸距離，紅外的我們這個是小型的距離可能不是很遠，但是不能少于1cm。3設計原理分析電視機傳來的模擬音頻信號傳輸?shù)桨l(fā)射部分，通過NPN型三極管9013對音頻信號進行放大，采用紅外法發(fā)射管把信號發(fā)射出去；接受部分的紅外接收管結束到音頻信號后經過濾波和LM386放大后輸入到耳機中。兩部分均采用9伏紐扣電池進行供電。由于感應式無線耳機的發(fā)射電路必須固定安裝在房間的墻壁或天花板上，故無法在室外使用，這是感應式無線耳機的主要缺點。而紅外無線耳機則不然，由于它的信號發(fā)射采用小巧的紅外發(fā)射電路，既可在室內用于電化教學、家庭電視和音響設備的音頻信號無線接收，也能在戶外使用便攜式錄音機、CD、VCD及MP3時，方便地去掉耳機線，實現(xiàn)名副其實的無線“隨身聽”。 紅外無線耳機的發(fā)射電路如圖(a)所示。使用時將插頭XP插入電視機、收錄機的耳機插座內，音頻信號通過XP經電容Cl耦合、三極管VTl放大，再由紅外發(fā)射二極管VDl和VD2向外發(fā)射載有音頻電波的紅外線。電路裝成后適當調節(jié)偏置電阻R2，使流過VDl和VD2的靜態(tài)電流為l0mA即可。 圖(b)為紅外無線耳機的接收電路。紅外接收管VD3VD5接收到發(fā)射電路發(fā)出的紅外線信號后，將其轉換為音頻信號，再由三極管VT2放大送入集成運放ICl作功率放大，最后由耳機BE輸出。電路中使用3只紅外接收管是為了能全方位接收信號。調試時，先用手觸摸紅外接收管的正極，調節(jié)電阻R4、R5使耳機BE輸出的交流聲最響，然后再接通發(fā)射電路，適當調節(jié)電視機或收錄機的音量大小，直到耳機傳出的聲音大且清晰為止。難度等級：A簡單題目編號：015 電機轉速檢測儀一、功能介紹該作品通過計數(shù)電路、時鐘電路、靜態(tài)顯示等功能電路實現(xiàn)了對電機轉速和頻率的測量以及靜態(tài)顯示。二、設計要求1用四位數(shù)碼管顯示電機轉速，顯示單位：轉/秒2轉速測量誤差小于1轉/秒。三、參考方案設計1原理框圖見圖1。譯碼器鎖存器計數(shù)器整形電路單穩(wěn)態(tài)時鐘電路顯示電路圖1 電機轉速檢測儀硬件結構方框圖 2制作思路（1）利用光電開關管做電機轉速的信號拾取元件，在電機的轉軸上安裝一圓盤，在圓盤上挖一小洞，小洞上下分別對應著光發(fā)射和光接受開關，圓盤轉動一圈既光電管導通一次，利用此信號做為脈沖計數(shù)所需。（2）計數(shù)脈沖通過計數(shù)電路進行有效的計數(shù)，按照設計要求每一秒種都必須對計數(shù)器清零一次，因為電路實行秒更新，所以計數(shù)器到譯碼電路之間有鎖存電路，在計數(shù)器進行計數(shù)的過程中對上一次的數(shù)據進行鎖存顯示，這樣做不僅解決了數(shù)碼顯示的邏輯混亂，而且避免了數(shù)碼顯示的閃爍問題。（3）對于脈沖記數(shù)，有測周和測頻的方式。測周電路的測量精度主要受電路系統(tǒng)的脈沖產生電路的影響，對于低頻率信號，其精度較高。測頻電路其對于正負一的信號差比較敏感，對于低頻率信號的測量誤差較大，但是本電路仍然采用測頻方式，原因是本電路對于馬達電機轉速精度要求較低，本電路還有升級為頻率計使用，而測頻方式對高頻的精度還是很高的。（4）顯示電路采用靜態(tài)顯示方法，由于靜態(tài)顯示易于制作和調試，原理也較簡單所需元易于購買。（5）電路時鐘是整個電路的關鍵，他是整個電路有效工作的核心，負責電路的鎖存和清零。其基本思路是：產生頻率一秒是時鐘，當秒時鐘到來時，既上升沿到來時，對鎖存電路進行鎖存，鎖存以后才能對計數(shù)器進行清零，鎖存和清零間隔要充分小，否則就影響電路的計數(shù)準確度。鑒于此，對鎖存集成必須采用邊沿觸發(fā)形式的集成，并且計數(shù)器應該與鎖存同步工作，既都在秒時鐘的上升沿觸發(fā)工作。（6）時鐘實現(xiàn)方法很多，本電路采用晶振電路，已求得高精度的時鐘需求。3設計，原理分析（1）信號拾取與整形信號拾取基本原理圖如下：電路核心由一個光電開關管組成，平時電機轉輪靜止，發(fā)光二極管所發(fā)出的光被輪子擋住，所以接收管處于截止狀態(tài)，1端為高電平。當電機轉動一圈，會使接收管導通一次，1端輸出一個低電平，1端波形為：波形處理電路有一個施密特觸發(fā)器組成，本施密特觸發(fā)器選用40106，如上圖。當輸入電壓逐步升高時，致使VI施密特上VT+，內部觸發(fā)器發(fā)生翻轉。當VI逐步下降時，致使VIVT-。所以只要VIVT+電路就穩(wěn)定在高電平，這樣就有效的防止了雜波的干擾，并使輸出得到矩形脈沖，符合了下級計數(shù)的需求。典型的施密特其工作波形如下：（2）計數(shù)電路 本電路采用四個同步計數(shù)器接成串行工作方式，查數(shù)字電路產品資料后，準備采用CD4518電路設計如下：（3）鎖存電路采用8D鎖存器74LS324，電路設計如圖：（4）時鐘電路及波形設計根據以上各電路功能模塊的需求，時鐘電路總共需要產生兩路輸出信號，一路是頻率為1秒的標準矩形脈沖，利用其上沿對鎖存器進行鎖存，另一路是計數(shù)器的清零脈沖，要求脈沖寬度250ns才可以有效得將計數(shù)器清零，頻率仍然是1秒。而且在鎖存以后才可以對計數(shù)器進行清零，考慮到鎖存在25ns之內完成工作，所以只要電路調試得當，無須再加延時電路，而且從上面設計的方框圖可知，矩形脈沖經過一個單穩(wěn)態(tài)電路以后才產生清零脈沖，單穩(wěn)態(tài)集成也存在不可人為的延時存在，所以電路可以正常工作。難度等級：A簡單 題目編號：016調頻無線話筒一、功能介紹設計并制作一個調頻無線話筒。二、設計要求1發(fā)射半徑大于20m，使用一節(jié)5號電池，能連續(xù)工作較長時間。2具有工作穩(wěn)定、聲音清晰、簡單易制、功耗較小的特點。三、參考方案設計1硬件結構圖見圖1。 圖1 調頻無線話筒 2制作思路（1）音頻接收放大電路。 由駐極體話筒BM、負載電阻R1和耦合電容C1等組成，其功能是拾取聲音轉換為電信號并進行音頻放大。駐極體話筒內部有一個場效應管作信號放大，因此拾音靈敏度較高，輸出音頻信號較大。聲音信號引起的駐極體話筒內部場效應管漏極電流的變化，通過負載電阻R1得到相應的電壓信號，經耦合電容C1輸出至高頻振蕩電路。（2）高頻振蕩調制電路。 由晶體管VT1和VT2、電阻R2、電感L、電容C2和C3等組成，其功能是產生高頻載波并進行調制發(fā)射。L與C2構成LC諧振回路，該回路具有選頻作用，兩個晶體管VT1、VT2的集電極與基極互相交叉連接，并與L、C2選頻回路組成高頻振蕩器。經C1耦合過來的音頻信號加在VT1集電極(也就是VT2基極)，對高頻振蕩信號進行頻率調制，調制后的調頻信號經C3耦合至天線輻射出去。發(fā)射頻率取決于LC諧振回路諧振頻率，調節(jié)L或C2的大小即可改變發(fā)射頻率。3設計注意地方（1）具體參考調頻無線話筒設計文檔。難度等級：B中等題目編號：017超聲波測距一、功能介紹由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求。二、設計要求1. 測量距離5m2測量誤差4%3能顯示測量距離。三、參考方案設計1硬件結構圖見圖1。單片機發(fā)射部分接收部分顯示 圖1 超聲波測距硬件結構方框圖2制作思路超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2 。這就是所謂的時間差測距法。 利用單片機控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時間的計時。3設計注意地方（1）超聲波傳感器可采用超聲波發(fā)射頭UCM40T和接收頭UCM40R。（僅供參考）（2）顯示部分可采用1602液晶或采用數(shù)碼管顯示。難度等級：B中等題目編號：018萬能遙控器一、功能介紹設計一種萬能遙控器，可記錄其他任意遙控器輸入的編碼信息，然后就可通過該萬用遙控器控制相應電器設備。二、設計要求使用單片機或其他控制器完成，可記錄至少20種遙控器的編碼信息，并且掉電后信息不丟失，紅外控制傳送距離大于3米。三、參考方案設計該系統(tǒng)對單片機的要求不高，但要實現(xiàn)數(shù)據信息存儲且掉電后不丟失，一種方法是使用外加的EEPROM芯片，另一種方法是選用自帶EEPROM或可編程FLASH芯片的單片機，基于這種方法的實現(xiàn)簡單，而且滿足需求的單片機種類也比較多，如STC系列單片機，AVR系列，MSP430系列等等。系統(tǒng)組成框架：控制部分（單片機）鍵盤紅外接收頭HS0038存儲器（EEPROM）紅外接發(fā)射（555）紅外信號的接收可使用一體化紅外接收頭HS0038，該芯片集紅外接收和放大于一體，不需任何外接元件，就能完成從紅外接收到輸出與 TTL電平兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣。HS0038連接方式：紅外發(fā)射部分可參考下圖所示的紅外調制發(fā)射電路。該方案由微處理器與專用編碼芯片PT2262 組合完成編碼工作，載波產生由MC4011 與38KHz晶振一起構成，振蕩產生 38KHz方波。 難度等級：B中等題目編號：019基于51的電容表一、功能介紹利用單片機的最小系統(tǒng)板和一塊1602液晶，對輸入的方波信號進行頻率的測量和顯示。二、設計要求 電容測量范圍為10pF-1000.00uF，最小分辨力為10pF。分量程，可以自動切換量程，也可手動切換。三、參考方案設計1原理框圖：由比較器構成的諧振電路單片機最小系統(tǒng)顯示部分鍵盤2制作思路：（1）本作品主要是完成對單片機的調試和外圍電路的設計；偏重于編程；（2）電容的測量原理就是用RC或LC形成一個諧振回路，然后對諧振回路的頻率進行測量，進而達到測量電容的目的；（3）該作品要求的精度較高，可能需要在外部再加一些溫度補償電路，當然這是在實現(xiàn)了測量的基礎上；（4）顯示電路該作品最好采用1602液晶，當然也可以用數(shù)碼管來顯示；3設計原理分析電容測試原理簡介：根據電容的充電公式，可以計算出電容在充電到1/nVcc(其中n1，Vcc為充電電源電壓)電壓時充電時間跟電容的容量和電阻成正比，跟充電電源電壓無關。(通過一個微分方程即可求得，具體的計算步驟這里省略，一般的電路教材上都有講解) 工作過程如下：首先，通過單片機選通放電三極管Q9，將電容上的電放掉，放電完畢之后，選通Q1-Q5中的一個三極管，經過一定的電阻，對電容進行充電；同時，打開單片機的計數(shù)器0，開始計數(shù)。然后單片機等待外部中斷0的發(fā)生。當電容充電達到參考電壓值時，比較器翻轉，發(fā)出充電完成信號到中斷0端口，單片機響應中斷，停止計數(shù)器0，并關閉充電電路，接通放電電路。接著讀出計數(shù)器0的值，進行計算，適當?shù)恼{整后，輸出到LCD上顯示。然后又開始一次新的測試，如此循環(huán)。本電路通過一個電壓比較器(LM339)來檢測電容充電的終止。由電阻R31，R32及RW1構成一個分壓器，產生一個基準電壓。當電容兩端電壓超過比較電壓時，比較器翻轉，產生一個低電平到單片機的中斷0(INT0)引腳，通知單片機電容充電完成。 RW1是精密可調電阻，用來調整電壓比較器的參考電壓。調整RW1，使P點電壓為電源電壓的0.632倍(理論值，實際值可能有點不一樣，見調試部分)。C0是并聯(lián)在測量端的一個小電容(30pF)，用來減少電路分布電容的影響。因為在單片機內部做了軟件調零，所以有一個固定的偏移量，對結果的顯示不會造成影響。 Q8和Q10是用來平衡電路和溫度補償。作用不是很大，如果覺得麻煩，可以省掉這個兩個三極管，把集電極和發(fā)射極直接連接起來，基極那個位置懸空就行了。U4是一個計數(shù)器，測量頻率時，先做一個預分頻。因為52的計數(shù)器頻率不夠高。難度等級：B中等 題目編號：020全數(shù)字語音留言機一、功能介紹自選ADC進行語音信號采集，完成語音錄放功能?？刂破骺蛇x用單片機或FPGA來完成，要求顯示具有語音信息查看，播放，刪除等功能。二、設計要求1要求單次記錄時間大于一分鐘，可至少記錄3段語音信息。2播放語音要有一定的清晰度，可懂度，自然度。三、設計思路1控制器選擇：方案一：選用FPGA為主控制器，外部FLASH為音頻數(shù)據存儲器，通過AD采集到的音頻數(shù)據，經過一定的壓縮編碼后存儲在外部FLASH中。使用這種方式減少存儲量，在一定程度上節(jié)省了成本。語音信號的采集和重建可以使用TI公司的高性能語音編解碼芯片TLV320AIC23,該芯片內自帶AD/DA,可以實現(xiàn)高性能的語音錄放。方案二：以單片機為主控制器，最好選用內部自帶AD/DA的單片機，可以縮短開發(fā)時間。存儲器可以考慮使用外部大容量FLASH或直接使用SD、U盤等存儲設備。2AD/DA選擇：人的普通發(fā)音頻率范圍為20Hz到3.4KHz，對語音信號進行采集，要保證最基本的清晰度，可懂度要求AD采樣速率大于8KHz。進行語音信號采集可使用普通AD或專用的語音信號采集芯片。一般來說DA的建立時間都可滿足音頻信號輸出的要求。三、參考方案設計這里選用TI公司的MSP430單片機作為控制器，該單片機功耗低，功能強大，為了與TI公司的高性能語音編解碼芯片TLV320AIC23接口，這里選用MSP430F149單片機，該型號單片機內部自帶SPI接口，可以實現(xiàn)與TLV320AIC23的完美結合。存儲部分這里選用1GB的SD為存儲器。系統(tǒng)框圖：主控制器MSP430F149TLV320AIC23SD卡存儲器鍵盤顯示SPI難度等級：B中等題目編號：021跑步指示儀一、功能介紹設計一個跑步指示儀對跑步質量及指數(shù)進行測量并對不適情況進行預警。此作品是針對市場上的計步器等相關器械設計難度大、精確度不高且價格昂貴而另行設計的。二、設計要求1顯示跑步步數(shù)。2根據設置的步幅來實現(xiàn)對行進距離的測算。3使用單片機來計計算平均速度、實時瞬時速度和累計消耗能量。4實現(xiàn)距離、平均速度、即時速度、能量消耗的實時顯示。5根據個人的設置對相關指標不符合的情況進行預警提示，使跑步在自己的掌控下進行實現(xiàn)最適合、最有效的鍛煉。三、方案設計1硬件結構圖2制作思路：我們對跑步與走路姿勢進行了仔細的觀察與研究得出結論：一般情況下當跑步時人的腳輪流全腳掌觸地,其中間隔發(fā)生有一腳的前部觸地,故在很短的時間內檢測是否一腳的前后均觸地并依此計數(shù)測出跑步數(shù)，從而實現(xiàn)計步器的功能。而當停止跑步進行走路狀態(tài)時將會出現(xiàn)兩只腳全觸地或同時兩只腳上前后的四個位置有三個觸地從而根據實時的掃描檢測來識別跑步狀態(tài)與走路狀態(tài)。由記錄的步數(shù)并根據設置的步幅計算出距離。此作品是使用單片機作為主控芯片采集信息并對外控制顯示，我們采用銅片制作觸發(fā)開關，兩銅片接觸即觸發(fā)一次，并在兩只腳的鞋前后適當位置各安置一個，當在跑步狀態(tài)上時通過單片機對觸發(fā)器進行掃描，當且僅當在較短的一小段時間內其中一只腳的前后兩個觸發(fā)器同時觸發(fā)時進行計數(shù)跑一步，連續(xù)計數(shù)統(tǒng)計步數(shù)。通過對人走路和跑步來識別從而來記錄跑步步數(shù)并根據設置的步幅來實現(xiàn)對行進距離的測算并使用單片機來計時從而轉換為平均速度和實時瞬時速度和累計消耗能量從而實現(xiàn)了距離、平均速度、即時速度、能量消耗的實時顯示，并根據個人的設置對相關指標不符合的情況進行預警提示，使跑步在自己的掌控下進行實現(xiàn)最適合、最有效的鍛煉。實現(xiàn)的相關功能說明中英文對照如下：時間TIME，顯示運動時間速度SPEED，顯示即時速度與平均速度，單位：千米/小時路程DISTANCE，運動所通過的路程，單位：千米熱量CALORIES，運動所消耗的體能，單位：千卡自動掃描SCAN，根據設定的時間間隔自動顯示以上功能MODE模式選擇：按動此鍵可選擇時間、速度、路程、熱量等參數(shù)SET置數(shù)：可在時間，路程，熱量三功能設置預定值，然后進行倒記數(shù)10并對速度超過預定值報警提示RESET復0：按動此鍵，可使屏面顯示的數(shù)值復0。儀器在自動掃描時，復0鍵不起作用。能量設置參考：種類熱量68kg/1h(一個68kg人每小時所消耗的卡路里) 。爬樓梯一千五百級(不計時)250卡 慢走(一小時四公里)255卡。 快走(一小時八公里)555卡。 慢跑(一小時九公里)655卡。 快跑(一小時十二公里)700卡。3關鍵技術：本設計主要對觸發(fā)開關的制作要穩(wěn)定可靠并適合置于鞋下，對觸發(fā)開關的時間段檢測要精細合適從而要對硬件電路反復實驗及對軟件編程進行不斷調試，以找到恰當?shù)南嚓P參數(shù)。難度等級：B中等題目編號：022簡單的被動式紅外線報警器一、功能介紹該報警器由紅外線發(fā)射、接收、蜂鳴器和LED指示燈組成。正常情況下，綠色的LED常爍，表示監(jiān)控區(qū)域正常。一旦監(jiān)控區(qū)域有人闖入，綠色LED熄滅，紅色的LED快速閃爍，同時蜂鳴器立即報警。二、設計要求1紅外發(fā)射頻率為38KHZ2正常情況下綠色LED閃爍，異常情況下紅色LED閃爍并且蜂鳴器報警。3監(jiān)控區(qū)域范圍在3M范圍內。三、參考方案設計1原理框圖如圖下。 紅外接收頭單片機最小系統(tǒng)蜂鳴器紅外發(fā)射2制作思路（1）調試紅外發(fā)射管和接收管，首先要用單片機輸出一個38KHZ的方波信號。（2）電路工作后，正常情況下紅外接收頭接收不到紅外信號，而輸出高電平。當有物體出現(xiàn)在發(fā)射管前方時，紅外接收頭會接收到從物體上反射回來的紅外光信號，然后輸出低電平通知MCU打開蜂鳴器報警。（3）本作品主要要完成三大功能：38KHZ載波信號的產生、紅外接收頭輸出電平的檢測、LED和蜂鳴器的驅動。3設計注意的地方需要準備的器材：單片機、紅色LED一只、綠色LED一只、萬能實驗板一塊、5V電源、電阻、TTL0038或者其他類似38KHZ的紅外接收頭、5V長鳴型蜂鳴器。（1）線路圖見下圖：實驗電路圖及工作原理：該電路工作原理非常簡單，Atmega8的PD0端口輸出經過調制的38KHZ的方波信號，然后經Q2驅動紅外線發(fā)射管LED0發(fā)出紅外線信號。TL0038是集紅外線信號接收放大為一體的接收器。其中心接收頻率為38KZH，輸出為TTL電平，平時輸出高電平，當收到碼信號后，輸出低電平。BELL為長鳴蜂鳴器，兩個引腳分別為正負極，當正負極兩端加上5V電壓后，蜂鳴器發(fā)出響聲。注意，該蜂鳴器兩腳不能接反，否則蜂鳴器會燒毀。電路工作后，正常情況下TL0038接收不到紅外信號，而輸出高電平。當有物體出現(xiàn)在發(fā)射管前方時，TTL0038會接收到從物體上反射回來的紅外光信號，然后輸出低電平通知MCU打開蜂鳴器報警。（2）程序思想本實驗的程序主要要完成三大功能：38KHZ載波信號的產生、紅外接收頭TL0038輸出電平的檢測、LED和蜂鳴器的驅動。本程序使用8位定時計數(shù)器T/C0溢出中斷使PD0產生38KHZ的方波信號，然后驅動紅外線發(fā)射管。T/C0計數(shù)器是單一向上計數(shù)器，其計數(shù)值TCNT0一旦計數(shù)到0XFF后，T/C0馬上產生溢出中斷。因此，我們可以通過設置TCNT0的初始值來調整中斷產生的頻率。每產生一次中斷就改變一次PD0的電平狀態(tài)，從而在PD0口產生38KHZ的方波信號。本實驗MCU采用內部8MHZ的RC時鐘信號，T/C0的時鐘源采用系統(tǒng)時鐘8分頻，即每計一個數(shù)（TCNT0增加1）需要1us的時間。38KZH的時鐘周期大約為26us左右，因此，半周期需要計數(shù)13次左右，即TCNT0初始值為256-13243。另外，我們還需要在38KHZ的載波信號上調制上一個碼信號，也就是說38KHZ的載波信號不是一直在產生，而是間斷的發(fā)射。如下圖所示：同時，程序通過不斷地讀取PC5腳的電平值來判斷TL0038是否接收到紅外信號。一旦連續(xù)檢測到N次PC5為低電平，則立即打開蜂鳴器和紅色的LED。之所以要連續(xù)檢測N次，主要是防止TL0038上產生雜波信號而誤告警。難度等級：B中等題目編號：023簡易頻率計一、功能介紹利用單片機的最小系統(tǒng)板和一塊1602液晶，對輸入的方波信號進行頻率的測量和顯示。二、設計要求1測量頻率范圍：1Hz-1MHz2頻率測量誤差小于1/1E6 Fs（FS為被測信號頻率）。三、參考方案設計1原理框圖如下圖：輸入方波信號單片機最小系統(tǒng)顯示部分2制作思路（1）本作品主要是完成對單片機定時器的調試；主要偏重于編程。（2）頻率的測量實際上就是在1S時間內對信號進行計數(shù)，計數(shù)值就是信號頻率。用單片機設計頻率計通常采用兩種辦法，一是使用單片機自帶的計數(shù)器對輸入脈沖進行計數(shù)，或者測量信號的周期；二是單片機外部使用計數(shù)器對脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)值再由單片機讀取。（3）該作品能測的頻率越高，難度越大，當然得的分也越多。（4）顯示電路該作品最好采用1602液晶，當然也可以用數(shù)碼管來顯示。（5）該作品編程要求較高，特別是程序將影響測量頻率的精度，這樣要求程序盡可能精簡。3設計原理分析這是AVR單片機的計數(shù)及顯示電路：前置放大及分頻電路設計思路：頻率的測量實際上就是在1S時間內對信號進行計數(shù)，計數(shù)值就是信號頻率。用單片機設計頻率計通常采用兩種辦法，1）使用單片機自帶的計數(shù)器對輸入脈沖進行計數(shù)，或者測量信號的周期；2）單片機外部使用計數(shù)器對脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)值再由單片機讀取。由于單片機自帶計數(shù)器輸入時鐘的頻率通常只能是系統(tǒng)時鐘頻率的幾分之一甚至幾十分之一，因此采用單片機的計數(shù)器直接測量信號頻率就受到了很大的限制。本電路采用方式2，使用一片74LS393四位雙二進制計數(shù)器和Atmega8的T1計數(shù)器組成了24位計數(shù)器，最大計數(shù)值為16777215。如果輸入信號經過MB501分頻器進行64分頻后再進行測量，則固定1S時基下最高測量頻率為1073.741760Mhz。為了方便得到準確的1秒鐘測量閘門信號，我們使用了Atmega8的異步實時時鐘功能，采用32.768Khz的晶振由TC2產生1秒鐘的定時信號。測量原理：單片機打開測量閘門，即PB1輸出高電平，同時TC2定時器啟動。74LS393開始對輸入脈沖進行計數(shù)，74LS393每計數(shù)達256時，Atmega8的T1計數(shù)器也向上計數(shù)1次。當1S定時到達時，單片機產生中斷，PB1輸出低電平關閉測量閘門，然后Atmega8讀取74LS393和T1的計數(shù)值，然后送LCD顯示。由于1S的測量閘門時間在業(yè)余條件下不好測試，因此，實驗程序中在LCD上同時顯示實時時鐘用于判斷1S閘門時間的準確性。實驗中，我使用CDMA手機上顯示的GPS衛(wèi)星精確時間進行比較。手機時間顯示的最小單位是分鐘，測量時一旦手機分鐘值發(fā)生跳變，則立即記錄下LCD顯示的秒值，這樣的話讓頻率計運行一段時間后，再多次記錄下LCD顯示的秒，就可以準確判斷頻率計的異步時鐘是否準確。實驗過程中，我讓頻率計走了10個小數(shù)左右，測量的1S時鐘還是非常準確