全国大学生电子设计大赛本科类及高职类信号处理部分试题.doc

1、音频信号分析仪（ A 题）【本科组】一、任务设计、制作一个可分析音频信号频率成分，并可测量正弦信号失真度的仪器。二、要求1基本要求（1）输入阻抗：50（2）输入信号电压范围（峰-峰值）：100mV5V（3）输入信号包含的频率成分范围：200Hz10kHz（4）频率分辨力：100Hz（可正确测量被测信号中，频差不小于 100Hz 的频率分量的功率值。 ）（5）检测输入信号的总功率和各频率分量的频率和功率，检测出的各频率分量的功率之和不小于总功率值的 95%；各频率分量功率测量的相对误差的绝对值小于 10%，总功率测量的相对误差的绝对值小于 5%。（6）分析时间：5 秒。应以 5 秒周期刷新分析数

2、据，信号各频率分量应按功率大小依次存储并可回放显示，同时实时显示信号总功率和至少前两个频率分量的频率值和功率值，并设暂停键保持显示的数据。2发挥部分（1）扩大输入信号动态范围，提高灵敏度。（2）输入信号包含的频率成分范围：20Hz10kHz。（3）增加频率分辨力 20Hz 档。（4）判断输入信号的周期性，并测量其周期。（5）测量被测正弦信号的失真度。（6）其他。三、说明1电源可用成品，必须自备，亦可自制。2设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序、和完整的测试结果用附件给出。无线识别装置（ B 题）【本科组】一、任务设计制作一

3、套无线识别装置。该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成，其方框图参见图 1。阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。图 1 无线识别装置方框图装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能，频率和调制方式自由选定。不得使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片。装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈，用直径不大于 1mm 的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕 10 圈制成。线圈直径为 6.60.5 cm（可用直径 6.6 cm 左右的易拉罐作为骨架，绕好取下，用绝缘胶带固定即可）。线圈间的介质为空气。两个耦合线圈最接近部分的间距定义为 D。阅读器、应答器不得使用其他耦合方式。二、要求1基本要求（1）应答器采用两节 1.

4、5V 干电池供电，阅读器用外接单电源供电。阅读器采用发光二极管显示识别结果，能在 D 尽可能大的情况下，识别应答器的有无。识别正确率80%，识别时间5 秒，耦合线圈间距D5cm。（2）应答器增加编码预置功能，可以用开关预置四位二进制编码。阅读器能正确识别并显示应答器的预置编码。显示正确率80%，响应时间5 秒，耦合线圈间距 D5cm。2发挥部分（1）应答器所需电源能量全部从耦合线圈获得（通过对耦合到的信号进行整流滤波得到能量），不允许使用电池及内部含有电池的集成电路。阅读器能正确读出并显示应答器上预置的四位二进制编码。显示正确率80%，响应时间5 秒，耦合线圈间距 D5cm。D阅读器 应答器耦

5、合线圈 耦合线圈外接单电源（2）阅读器采用单电源供电，在识别状态时，电源供给功率2W。在显示编码正确率80%、响应时间5 秒的条件下，尽可能增加耦合线圈间距 D。 （3）应答器增加信息存储功能，其存储容量大于等于两个四位二进制数。装置断电后，应答器存储的信息不丢失。无线识别装置具有在阅读器端写入、读出应答器存储信息的功能。（4）其他。三、说明设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。数字示波器（C 题）【本科组】一、任务设计并制作一台具有实时采样方式和等效采样方式的数字示波器，示意图如图 1 所示。取 样 与保 持

6、电 路 A /D转 换与 存 储控 制 电 路 显示部分输 入电 路 触 发电 路 TP图 1 数字示波器示意图二、要求1基本要求（1）被测周期信号的频率范围为 10Hz10MHz，仪器输入阻抗为1M，显示屏的刻度为 8 div10div，垂直分辨率为 8bits，水平显示分辨率20 点/ div。（2）垂直灵敏度要求含 1V/div、0.1V/div 两档。电压测量误差5%。（3）实时采样速率1MSa/s，等效采样速率200MSa/s；扫描速度要求含 20ms/div、2s /div、100 ns/div 三档，波形周期测量误差 5%。（4）仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发，触发

7、电平可调。（5）被测信号的显示波形应无明显失真。2发挥部分（1）提高仪器垂直灵敏度，要求增加 2mV/div 档，其电压测量误差5%，输入短路时的输出噪声峰-峰值小于 2mV。（2）增加存储/调出功能，即按动一次“存储”键，仪器即可存储当前波形，并能在需要时调出存储的波形予以显示。（3）增加单次触发功能，即按动一次“单次触发”键，仪器能对满足触发条件的信号进行一次采集与存储（被测信号的频率范围限定为10Hz50kHz ） 。（4）能提供频率为 100kHz 的方波校准信号，要求幅度值为0.3V5%（负载电阻1 M时） ，频率误差5%。（5）其他。 三、说明1A/D 转换器最高采样速率限定为 1

8、MSa/s，并要求设计独立的取样保持电路。为了方便检测，要求在 A/D 转换器和取样保持电路之间设置测试端子 TP。2显示部分可采用通用示波器，也可采用液晶显示器。3等效采样的概念可参考蒋焕文等编著的电子测量一书中取样示波器的内容，或陈尚松等编著的电子测量与仪器等相关资料。4设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。程控滤波器（D 题）【本科组】一、任务 设计并制作程控滤波器，其组成如图 1 所示。放大器增益可设置；低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。放大器 滤波器信号输入参数设置 参数设置

9、信号输出RL测试端子图 1 程控滤波器组成框图二、要求1. 基本要求（1）放大器输入正弦信号电压振幅为 10mV，电压增益为 40dB，增益10dB 步进可调，通频带为 100Hz40kHz，放大器输出电压无明显失真。（2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB 截止频率 fc 在 1kHz20kHz 范围内可调，调节的频率步进为 1kHz，2f c 处放大器与滤波器的总电压增益不大于 30dB, RL=1k。（3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB 截止频率 fc 在 1kHz20kHz 范围内可调，调节的频率步进为 1kHz，0.5f c 处放大器与滤波器的总电压增益不大于 30dB, R

10、L=1k。（4）电压增益与截止频率的误差均不大于 10%。（5）有设置参数显示功能。2. 发挥部分（1）放大器电压增益为 60dB，输入信号电压振幅为 10mV；增益 10dB 步进可调，电压增益误差不大于 5%。（2）制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏1dB，-3dB 通带为50kHz，要求放大器与低通滤波器在 200kHz 处的总电压增益小于5dB， -3dB 通带误差不大于 5%。（3）制作一个简易幅频特性测试仪，其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz200kHz ，频率步进 10kHz。（4）其他。三、说明设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图和主要的测试结果

11、。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。开关稳压电源（E 题）【本科组】一、任务设计并制作如图 1 所示的开关稳压电源。UORLU1= 2 2 0 V A C U2= 1 8 V A C隔离变压器D C - D C变换器IO整流滤波UI NII N开关稳压电源图 1 电源框图二、要求在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：1基本要求（1） 输出电压 UO 可调范围：30V36V；（2） 最大输出电流 IOmax： 2A；（3） U2 从 15V 变到 21V 时，电压调整率 SU2%（I O=2A）；（4） IO 从 0 变到 2A 时，负载调整率 SI5%（U 2=18V

12、）；（5） 输出噪声纹波电压峰-峰值 UOPP1V（U 2=18V,UO=36V,IO=2A）；（6） DC-DC 变换器的效率 70%（U 2=18V,UO=36V,IO=2A）；（7） 具有过流保护功能，动作电流 IO（th ） =2.50.2A；2发挥部分（1） 进一步提高电压调整率，使 SU0.2%（I O=2A）；（2） 进一步提高负载调整率，使 SI0.5%（U 2=18V）；（3） 进一步提高效率，使 85%（U 2=18V,UO=36V,IO=2A）；（4） 排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态；（5） 能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值 1V，同时具有输出电压、电

13、流的测量和数字显示功能。（6） 其他。三、说明（1） DC-DC 变换器不允许使用成品模块，但可使用开关电源控制芯片。（2） U2 可通过交流调压器改变 U1 来调整。DC-DC 变换器（含控制电路）只能由 UIN 端口供电，不得另加辅助电源。（3） 本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分，要求用带宽不小于 20MHz 模拟示波器（AC 耦合、扫描速度20ms/div）测量 UOPP。（4） 本题中电压调整率 SU 指 U2 在指定范围内变化时，输出电压 UO 的变化率；负载调整率 SI 指 IO 在指定范围内变化时，输出电压 UO 的变化率；DC-DC 变换器效率 =PO/

14、PIN，其中POU OIO，P INU INIIN。（5） 电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间（测试期间，不能出现过热等故障）。（6） 制作时应考虑方便测试，合理设置测试点（参考图 1）。（7） 设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。积分式直流数字电压表（G 题）【高职高专组】一、任务在不采用专用 A/D 转换器芯片的前提下，设计并制作积分型直流数字电压表。二、要求1基本要求（1）测量范围：10mV2V（2）量程：200mV，2V（3）显示范围：十进制数 01999（4）测量分辨率：

15、1mV（2V 档）（5）测量误差：0.55 个字（6）采样速率： 2 次/秒（7）输入电阻：1M（8）具有抑制工频干扰功能2发挥部分（1）测量范围：1mV2V（2）量程：200mV，2V（3）显示范围：十进制数 019999（4）测量分辨率：0.1mV（2V 档）（5）测量误差：0.055 个字（6）具有自动校零功能（7）具有自动量程转换功能（8）其他三、说明在电路中应有可测得积分波形的测试点。信号发生器（H 题）【高职高专组】一、任务设计并制作一台信号发生器，使之能产生正弦波、方波和三角波信号，其系统框图如图 1 所示。图 1 信号发生器系统框图二、要求1基本要求（1）信号发生器能产生正弦波

16、、方波和三角波三种周期性波形；（2）输出信号频率在 100Hz100kHz 范围内可调, 输出信号频率稳定度优于 10-3；（3）在 1k负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值 Vopp在 05V 范围内可调；（4）输出信号波形无明显失真；（5）自制稳压电源。信号发生参数调整稳压电源信号输出输出信号2发挥部分（1）将输出信号频率范围扩展为 10Hz1MHz，输出信号频率可分段调节：在 10Hz1kHz 范围内步进间隔为 10Hz；在 1kHz1MHz 范围内步进间隔为 1kHz。输出信号频率值可通过键盘进行设置；（2）在 50负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值 Vopp在 05V 范围

17、内可调，调节步进间隔为 0.1V，输出信号的电压值可通过键盘进行设置； （3）可实时显示输出信号的类型、幅度、频率和频率步进值；（4）其他。 三、说明设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图和主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。可控放大器（I 题）【高职高专组】一、任务 设计并制作一个可控放大器，其组成框图如图 1 所示。放大器的增益可设置；低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器的通带、截止频率等参数可设置。放大器 滤波器信号输入参数设置 参数设置信号输出RL测试端子图 1 可控放大器组成框图二、要求1基本要求（1）放大器输入正弦信号电压振

18、幅为 10mV，电压增益为 40dB，通频带为100Hz40kHz，放大器输出电压无明显失真。（2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB 截止频率 fc在 1kHz20kHz 范围内可调，调节的频率步进为 1kHz，2f c处放大器与滤波器的总电压增益不大于 30dB,RL=1k。（3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB 截止频率 fc在 1kHz20kHz 范围内可调，调节的频率步进为 1kHz，0.5f c处放大器与滤波器的总电压增益不大于 30dB, RL=1k。（4）截止频率的误差不大于 10%。（5）有设置参数显示功能。2、发挥部分电动车跷跷板（F 题）【本科组】一、任务设计并制作

19、一个电动车跷跷板，在跷跷板起始端 A 一侧装有可移动的配重。配重的位置可以在从始端开始的 200mm600mm 范围内调整，调整步长不大于50mm；配重可拆卸。电动车从起始端 A 出发，可以自动在跷跷板上行驶。电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图 1 和图 2 所示。二、要求1.基本要求在不加配重的情况下，电动车完成以下运动：（1）电动车从起始端 A 出发，在 30 秒钟内行驶到中心点 C 附近；（2）60 秒钟之内，电动车在中心点 C 附近使跷跷板处于平衡状态，保持平衡 5 秒钟，并给出明显的平衡指示；（3）电动车从（2）中的平衡点出发，30 秒钟内行驶到跷跷板末端 B 处（车头距跷跷板末端 B 不大于 50mm）；（4）电动车在 B 点停止 5 秒后，1 分钟内倒退回起始端 A，完成整个行程；