四川電子設(shè)計(jì)大賽題目

1、微弱信號(hào)檢測(cè)裝置（A題）【本科組】一、任務(wù)正弦波信號(hào)源微弱信號(hào)檢測(cè)電路噪聲源VS VN VC Vo 純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)顯示電路加法器Vi A B C D E 設(shè)計(jì)并制作一套微弱信號(hào)檢測(cè)裝置，用以檢測(cè)在強(qiáng)噪聲背景下已知頻率的微弱正弦波信號(hào)的幅度值，并數(shù)字顯示出該幅度值。為便于測(cè)評(píng)比較，統(tǒng)一規(guī)定顯示峰值。整個(gè)系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。正弦波信號(hào)源可以由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器來代替。噪聲源采用給定的標(biāo)準(zhǔn)噪聲（wav文件）來產(chǎn)生，通過PC機(jī)的音頻播放器或MP3播放噪聲文件，從音頻輸出端口獲得噪聲源，噪聲幅度通過調(diào)節(jié)播放器的音量來進(jìn)行控制。圖中A、B、C、D和E分別為五個(gè)測(cè)試端點(diǎn)。圖1 微弱信號(hào)檢測(cè)裝置示意圖二、要求

2、1. 基本要求（1）噪聲源輸出VN的均方根電壓值固定為1V±0.1V；加法器的輸出VC =VS+VN，帶寬大于1MHz；純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的衰減系數(shù)不低于100。（2）微弱信號(hào)檢測(cè)電路的輸入阻抗Ri1 MW。（3）當(dāng)輸入正弦波信號(hào)VS 的頻率為1 kHz、幅度峰峰值在200mV 2V范圍內(nèi)時(shí)，檢測(cè)并顯示正弦波信號(hào)的幅度值，要求誤差不超過5%。2. 發(fā)揮部分（1）當(dāng)輸入正弦波信號(hào)VS 的幅度峰峰值在20mV 2V范圍內(nèi)時(shí)， 檢測(cè)并顯示正弦波信號(hào)的幅度值，要求誤差不超過5%。（2）擴(kuò)展被測(cè)信號(hào)VS的頻率范圍，當(dāng)信號(hào)的頻率在500Hz 2kHz范圍內(nèi)，檢測(cè)并顯示正弦波信號(hào)的幅度值，要求誤差不超

3、過5%。（3）進(jìn)一步提高檢測(cè)精度，使檢測(cè)誤差不超過2%。（4）其它（例如，進(jìn)一步降低VS 的幅度等）。三、說明1. 本題必須使用TI 的Launchpad（MSP430小開發(fā)板）來完成。2. 微弱信號(hào)檢測(cè)電路要求采用模擬方法來實(shí)現(xiàn)。常用的微弱信號(hào)檢測(cè)方法有：濾波，鎖相放大，取樣積分等（僅供參考）。3. 為便于各個(gè)模塊的測(cè)試，所有測(cè)試端點(diǎn)（AE）應(yīng)做成跳線連接方式。4. 檢測(cè)并顯示正弦波信號(hào)的幅度值是指輸入正弦波信號(hào)VS 的幅度（即峰值）。5. 賽區(qū)測(cè)評(píng)時(shí)，應(yīng)固定使用某一裝置（PC機(jī)或MP3）來產(chǎn)生噪聲源，所有作品均應(yīng)采用該噪聲源進(jìn)行測(cè)試。 頻率補(bǔ)償電路（B題）【本科組】一、任務(wù) 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)

4、頻率補(bǔ)償電路，補(bǔ)償“模擬某傳感器特性的電路模塊”（以下簡稱“模擬模塊”）的高頻特性。電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 電路結(jié)構(gòu)二、要求1. 基本要求(1) 按圖1所示組裝“模擬模塊”電路，其中正弦波電壓信號(hào)發(fā)生器可使用普通函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。在開關(guān)K接Vs的條件下達(dá)到如下要求： Vs為200Hz、峰峰值為10V時(shí)，“模擬模塊”輸出Vb沒有明顯失真。 以200Hz為基準(zhǔn)，Vb 的3dB高頻截止頻率為4.5 kHz ± 0.5 kHz。 (2) 設(shè)計(jì)并制作頻率補(bǔ)償電路，使之達(dá)到如下要求： 頻率為200Hz時(shí)的電壓增益A(200Hz)=|Vo/Vs|=1± 0.05。 以電壓增益A(200H

5、z)為基準(zhǔn)，將A(f)=|Vo/Vs|的3dB高頻截止頻率擴(kuò)展到大于50kHz。 以電壓增益A(200Hz)為基準(zhǔn)，頻率035kHz范圍內(nèi)的電壓增益A(f)的波動(dòng)在±20%以內(nèi)。(3) 在達(dá)到基本要求(2)的第、項(xiàng)指標(biāo)后，將開關(guān)K切換到接地端，輸出Vo的噪聲均方根電壓Vn30 mV。2. 發(fā)揮部分(1) 在達(dá)到基本要求(2)的第項(xiàng)指標(biāo)后，以電壓增益A(200Hz)為基準(zhǔn)，將A(f)的3dB高頻截止頻率擴(kuò)展到100kHz ± 5kHz。(2) 以電壓增益A(200Hz)為基準(zhǔn)，頻率070kHz范圍內(nèi)的電壓增益A(f)的波動(dòng)在±10%以內(nèi)。(3) 在達(dá)到基本要求(2)

6、的第項(xiàng)和發(fā)揮部分(1)的指標(biāo)后，將開關(guān)K切換到接地端，輸出Vo的噪聲均方根電壓Vn 10 mV。(4) 其他。三、說明1. “模擬模塊”中的運(yùn)算放大器A要求使用TI公司產(chǎn)品OPA2134。2. 要求“模擬模塊”輸出Vb 的3dB高頻截止頻率為4.5 kHz ± 0.5 kHz。如果所測(cè)高頻截止頻率6 kHz，則以后項(xiàng)目將不予評(píng)測(cè)。3. 根據(jù)對(duì)高頻響應(yīng)特性的要求，頻率補(bǔ)償電路中插入適當(dāng)?shù)牡屯V波電路可以有效降低輸出Vo的高頻噪聲。此外，還應(yīng)注意輸入電路的屏蔽。4. 在圖1所示開關(guān)K切換到接地端的條件下，在T端接入圖2(a)所示的電路可簡化系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試、調(diào)整過程。設(shè)定函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

7、輸出Vt為頻率500Hz、峰峰值5V的三角波電壓，則輸出Vb的波形應(yīng)近似為方波脈沖。如果頻率補(bǔ)償電路的參數(shù)已調(diào)整適當(dāng)，則輸出Vo的方波脈沖會(huì)接近理想形狀。若高頻截止頻率為fH=50kHz，則輸出的方波脈沖上升時(shí)間應(yīng)為tr 7s；若fH=100kHz，則tr 3.5s；tr的定義如圖2(b)所示。應(yīng)用fH·tr 0.35的原理，可將系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性調(diào)整到所要求的指標(biāo)。注意：Ci到運(yùn)放A反相輸入端的引線應(yīng)盡量短，以避免引入額外干擾。 (a) (b)圖2 輔助調(diào)試電路及波形定義4. 要求在Vb端和Vo端預(yù)設(shè)測(cè)試點(diǎn)（TP1、TP2），以便于測(cè)試時(shí)連接示波器探頭。簡易直流電子負(fù)載（C題）【本

8、科組】一、 任務(wù)設(shè)計(jì)和制作一臺(tái)恒流（CC）工作模式的簡易直流電子負(fù)載。其原理示意圖如圖1所示。圖1 直流電子負(fù)載原理示意圖二、 要求1. 基本要求（1） 恒流（CC）工作模式的電流設(shè)置范圍為100mA1000mA ，設(shè)置分辨率為10mA，設(shè)置精度為±1%。還要求CC工作模式具有開路設(shè)置，相當(dāng)于設(shè)置的電流值為零。（2） 在恒流（CC）工作模式下，當(dāng)電子負(fù)載兩端電壓變化10V時(shí)，要求輸出電流變化的絕對(duì)值小于變化前電流值的1。（3） 具有過壓保護(hù)功能，過壓閾值電壓為18V±0.2V。2. 發(fā)揮部分（1）能實(shí)時(shí)測(cè)量并數(shù)字顯示電子負(fù)載兩端的電壓，電壓測(cè)量精度為±（0.02%

9、+0.02%FS ），分辨力為1mV。（2）能實(shí)時(shí)測(cè)量并數(shù)字顯示流過電子負(fù)載的電流，電流測(cè)量精度為±（0.1%+0.1%FS），分辨力為1mA。（3）具有直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)量功能，測(cè)量范圍為0.1%19.9%，測(cè)量精度為±1%。為方便，本題要求被測(cè)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓在10V以內(nèi)。（4）其他。三、說明：1. 在恒流（CC）模式下，不管電子負(fù)載兩端電壓是否變化，流過電子負(fù)載的電流為一個(gè)設(shè)定的恒定值，該模式適合用于測(cè)試直流穩(wěn)壓電源的調(diào)整率，電池放電特性等場(chǎng)合。2. 直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率是指電源輸出電流從零至額定值變化時(shí)引起的輸出電壓變化率。為方便，本題額定輸出電流

10、值設(shè)定為1A。3. 負(fù)載調(diào)整率的測(cè)量過程要求自動(dòng)完成，即在輸入有關(guān)參數(shù)后，能直接給出電源的負(fù)載調(diào)整率。4. 為了方便負(fù)載調(diào)整率的測(cè)量，可以在被測(cè)直流穩(wěn)壓電源的輸出端串接一個(gè)電阻RW，更換不同阻值的RW，可以改變被測(cè)電源的負(fù)載調(diào)整率。測(cè)試示意圖如圖2所示。圖2 負(fù)載調(diào)整率測(cè)試示意圖聲音定位系統(tǒng)（D題）【本科組】一、任務(wù) 設(shè)計(jì)一套聲音定位系統(tǒng)。在一塊不大于1m2的平板上貼一張500mm×350mm的坐標(biāo)紙，在其四角外側(cè)分別固定安裝一個(gè)聲音接收模塊，聲音接收模塊通過導(dǎo)線將聲音信號(hào)傳輸?shù)叫畔⑻幚砟K，聲音定位系統(tǒng)根據(jù)聲響模塊通過空氣傳播到各聲音接收模塊的聲音信號(hào)，判定聲響模塊所在的位置坐標(biāo)。

11、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圖1 聲音定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖二、要求1. 基本要求(1) 設(shè)計(jì)制作一個(gè)聲響模塊，含信號(hào)產(chǎn)生電路、放大電路和微型揚(yáng)聲器等，每按鍵一次發(fā)聲一次，聲音信號(hào)的基波頻率為500Hz左右，聲音持續(xù)時(shí)間約為1s。要求聲響模塊采用電池供電，功耗不大于200mW。(2) 設(shè)計(jì)制作四路聲音接收模塊，由麥克風(fēng)、放大電路等組成，并分別與信息處理模塊相連接，以便將頻率為500Hz左右的信號(hào)傳送至信息處理模塊。(3) 設(shè)計(jì)制作一個(gè)信息處理模塊，要求該模塊能根據(jù)從聲音接收模塊傳來的信號(hào)判斷聲響模塊所在位置的x、y坐標(biāo)，并以數(shù)字形式顯示x、y坐標(biāo)值，位置坐標(biāo)值誤差的絕對(duì)值不大于30mm。2. 發(fā)揮部

12、分(1) 改善接收信號(hào)的放大電路性能，改進(jìn)算法，進(jìn)一步提高定位精度。(2) 控制聲響模塊以不間斷的連續(xù)周期波的形式發(fā)出聲音信號(hào)，其基波頻率為500Hz左右。當(dāng)聲響模塊在坐標(biāo)紙上移動(dòng)時(shí)，聲音定位系統(tǒng)能連續(xù)跟蹤顯示聲響模塊的x、y坐標(biāo)值，隨機(jī)停止聲響模塊的移動(dòng)，能立即穩(wěn)定地顯示聲響模塊的x、y坐標(biāo)值，誤差的絕對(duì)值不大于10mm。(3) 具有顯示聲響模塊移動(dòng)軌跡的功能。當(dāng)聲響模塊在坐標(biāo)紙上按指定路徑移動(dòng)時(shí)，液晶顯示屏能動(dòng)態(tài)顯示聲響模塊移動(dòng)的軌跡，顯示的軌跡與聲響模塊移動(dòng)的路徑一致。(4) 其它。三、說明1. 注意預(yù)留測(cè)量聲響模塊功耗的電流電壓和信號(hào)放大電路輸出信號(hào)的測(cè)試點(diǎn)。2. 采用三個(gè)聲音接收模塊

13、即可實(shí)現(xiàn)定位，第四個(gè)模塊可對(duì)定位作進(jìn)一步校正。3. 不允許聲響模塊與其他電路有任何連接，并要求在聲響模塊上做出明顯標(biāo)記，以便清晰判讀模塊所在坐標(biāo)數(shù)值。4. 聲響模塊移動(dòng)軌跡的顯示要求采用分辨率不低于128×64的液晶顯示屏。5. 注意聲音通過其它傳播介質(zhì)帶來的影響。激光槍自動(dòng)射擊裝置（E題）【本科組】一、任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)能夠控制激光槍擊發(fā)、自動(dòng)報(bào)靶及自動(dòng)瞄準(zhǔn)等功能的電子系統(tǒng)。該系統(tǒng)由激光槍及瞄準(zhǔn)機(jī)構(gòu)、胸環(huán)靶、彈著點(diǎn)檢測(cè)電路組成，其結(jié)構(gòu)示意見圖1。二、要求1基本要求（1） 用激光筆改裝激光槍，激光槍可受電路控制發(fā)射激光束，激光束照射于胸環(huán)靶上彈著點(diǎn)的光斑直徑5mm；激光槍與胸環(huán)靶間距離為3

14、m。 圖1 激光槍自動(dòng)射擊裝置示意圖（2） 激光槍固定在一機(jī)構(gòu)上，可通過鍵盤控制激光槍的彈著點(diǎn)（用鍵盤設(shè)置激光束在靶紙上上下、左右移動(dòng)一定距離）。（3） 制作彈著點(diǎn)檢測(cè)電路，通過攝像頭識(shí)別激光槍投射在胸環(huán)靶上的彈著點(diǎn)光斑，并顯示彈著點(diǎn)的環(huán)數(shù)與方位信息。其中環(huán)數(shù)包括：10、9、8、7、6、5、脫靶；方位信息是指彈著點(diǎn)與10環(huán)區(qū)域的相對(duì)位置，包括：中心、正上、正下、正左、正右、左上、左下、右上、右下。詳見圖2-b。2發(fā)揮部分（1） 在圖形點(diǎn)陣顯示器上顯示胸環(huán)靶的相應(yīng)圖形，并閃爍顯示彈著點(diǎn)。（2） 自動(dòng)控制激光槍，在15秒內(nèi)將激光束光斑從胸環(huán)靶上的指定位置迅速瞄準(zhǔn)并擊中靶心（即10環(huán)區(qū)域）。（3） 可根據(jù)任意設(shè)定的環(huán)數(shù)，控制激光槍瞄準(zhǔn)擊中胸環(huán)靶上相應(yīng)位置。（4） 其他 2-a 胸環(huán)靶尺寸 2-b胸環(huán)靶 環(huán)數(shù)及方位信息示意圖2 胸環(huán)靶示意圖三、說明1 激光槍可以由市場(chǎng)上的激光筆改造，由電路控制擊發(fā)；每次擊發(fā)使光斑維持35s時(shí)間，但此期間不得移動(dòng)光斑。2 可采用步進(jìn)電機(jī)、舵機(jī)或直流電機(jī)等機(jī)構(gòu)對(duì)激光槍進(jìn)行兩維控制，以實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)。激光槍及相關(guān)機(jī)構(gòu)可由支架支撐。3 胸環(huán)靶是在不反光的白紙畫有一組相距5cm的同心圓(線寬不超過1mm)，最內(nèi)圓環(huán)直徑10cm，圓環(huán)內(nèi)為10環(huán)區(qū)域，從最內(nèi)環(huán)至最外環(huán)間分別