2010 黑龙江

正弦信号发生器 A：双相信号发生器（本科组） 一、任务 设计、制作一个双相信号发生器，在特定的频率范围内输出正弦波，信号的幅度和相位差可以程控设置，也可以输出矩形波和方波。作品电路中不得使用任何DAC芯片、DDS芯片或微处理器的DAC功能。数字逻辑系统推荐使用EXCD-1 SOC开发板，信号发生器的工作电源可外置。 二、要求 1．基本要求 （1）两路信号均可输出正弦波、方波、矩形波； （2两路信号输出最大幅度不低于3V，幅度可调，设置分辨率不低于10bit； （3信号频率范围从9.5kHz到10.5kHz可调，步进值不大于100Hz，频率准确度不低于0.1%； （4）正弦波信号在整个频率设置范围内，波形失真度不大于2%； （5）两路信号的相位差可以在0—359度内可调，设置分辨力不大于1度； （6）矩形波占空比在0.1%—99.9%范围内可调，设置分辨率不低于0.1%； 2．发挥部分 （1）两路信号输出最大幅度不低于3.5V，幅度可调，设置分辨率不低于12bit； （2）正弦信号频率从8kHz到12kHz变化，信号平坦度优于90%； （3）正弦信号频率从8kHz到12kHz变化，信号失真度不大于2%； （4）两路正弦信号的相位差可以在0—359.9度内可调，设置分辨力不大于0.1度； （5）两路均可产生FSK调制波，内调制信号的频率不大于10Hz，上边频为12kHz，下边频8kHz； （6）两路均可产生ASK调制波，内调制信号的频率不大于10Hz，载波频率为10kHz，调制率为100%； （7）其他。 三、说明 1．微处理器系统板、工作电源可用成品，也可自制，必须自备。 2．设计报告正文中应包括系统总体框图、波形发生原理、数字逻辑原理框图、主要的测试结果。详细电路原理图、HDL程序或电路图、测试结果用附件给出。 3．题目中所有准确度及分辨率指标必须是电路原理及器件硬件所保证，报告中需要有理论计算。 四、评分 设计 报告 项 目 主要内容 分数 系统 比较与选择 方案描述 4 理论分析与计算 频率设置，相位设置 幅度设置、占空比设置 正弦波发生 8 电路与程序设计 可编程逻辑电路 模拟电路 程序设计 8 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 6 设计报告结构及性 摘要 设计报告正文的结构 图表的规范性 4 总分 30 基本 要求 完成第（1）项 10 完成第（2）项 10 完成第（3）项 8 完成第（4）项 6 完成第（5）项 8 完成第（6）项 8 总分 50 发挥 部分 完成第（1）项 10 完成第（2）项 10 完成第（3）项 6 完成第（4）项 8 完成第（5）项 6 完成第（6）项 6 其他 4 总分 50 B题：通用可变增益放大器（本科组） 一、任务 设计、制作一个通用可变增益放大器，放大器的增益可手动数字设置或程控设置，无调节电位器。该放大器的增益变化范围、信号输入及输出范围、信号有效频段及幅频特性等具有较高的技术经济指标。 二、要求 1．基本要求 （1）放大器的低频及直流最大不失真输入、输出信号幅度不低于±3V； （2）放大器的电压增益可设为三档：0.10—1.00，1.0—10.0，10—100，放大器在同一档位时增益线性度不低于1%，分辨力不低于1%； （4增益为100时，在DC—1MHz带宽范围内，输出大信号幅度波动不超过5%； （5增益为100时、输入端短路，输出端电压值不超过±5mV； （5）输入端阻抗可开关设置为大于10M或50，并有过压保护能力； （6）放大器输出端阻抗可开关设置为50或0。 2．发挥部分 （1）放大器的低频及直流最大不失真输入、输出信号幅度不低于±8V； （2）放大器的增益可设为四档：0.100—1.000，1.00—10.00，10.0—100.0，100.0—1000，放大器在同一档位时线性度不低于0.5%，分辨力不低于0.1%； （3）增益为1000，在DC—5MHz带宽范围内，输出大信号幅度波动不超过5%； （4）放大器输出端阻抗为50，外接负载50，在DC—5MHz频段内，大信号输出时波形失真度小于2%； （5）增益为1000时、输入端短路，输出端电压值不超过±20mV； （6）整体电路成本低，电路工艺简单； （7）其他。 三、说明 1．工作电源可用成品，也可自制。 2．设计报告正文中应包括系统总体框图，可变增益发生器工作原理，幅度、频段、增益变化区间、器件选择，主要的测试结果。详细电路原理图以附件形式给出。 3．题目中所有技术参数电路原理及器件硬件指标所能保证，需要有分析说明。 四、评分标准 设计 报告 项 目 主要内容 分数 系统方案 比较与选择 方案描述 4 理论分析与计算 程控放大，程控衰减 幅度范围，频段上限 增益范围，零点误差 10 电路与程序设计 硬件电路原理图 语言程序设计清单 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 6 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 4 总分 30 基本 部分 完成第（1）项 6 完成第（2）项 18 完成第（3）项 12 完成第（4）项 6 完成第（5）项 5 完成第（6）项 3 总分 50 发挥 部分 完成第（1）项 10 完成第（2）项 14 完成第（3）项 8 完成第（4）项 6 完成第（5）项 6 完成第（6）项 3 其他 3 总分 50 C题：水温控制系统（本科组） 一、任务 设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内设定，并能实现在10℃—70℃量程范围内对每一点温度的自动控制，以保持设定的温度基本保持不变。 二、要求 1．​ 基本要求 （1）可键盘设定控制温度值，并能用液晶显示，显示最小区分度为0.1℃； （2）可以测量并显示水的实际温度。温度测量误差在±0.5 ℃内； （3）水温控制系统应具有全量程（10℃—70℃）内的升温、降温功能（降温可用半导体制冷片、升温用800W以内的电加热器）； （4）在全量程内任意设定一个温度值（例如起始温度±15℃内），控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。控制的最大动态误差≤±4℃，静态误差≤±1℃，系统达到稳态的时间≤15min（最少两个波动周期）。 2．​ 发挥部分 （1）当设定温度突变（温度变化±20℃）时，控制的最大动态误差≤±2℃，系统达到稳态的时间≤8min（最少两个波动周期）； （2）温度控制的静态误差≤±0.2℃（在最小稳态时间内）； （3）在设定温度发生突变（温度变化±20℃）时，用液晶屏显示水温随时间变化的实时曲线（最少显示两个波动周期）； （4）其他。 三、说明 （1）允许使用单片机最小系统； （2）升温和降温驱动电路自行设计制作，不允许使用成品模块； （3）电路制作注意节能低功耗； （4）为了测试的方便，测量水温时要求在容器内自行给定一个位置，测试时放置玻璃水银温度计，作为标准温度计； （5）避免测试过程出现烧伤现象，注意做好保护措施。 四、评分标准 设计 报告 项 目 应包括的主要内容 分数 系统方案 比较与选择 方案描述 4 理论分析与计算 温度控制算法 控制误差 温度控制速度 10 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 5 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 5 总分 30 基本要求 完成第（1）项 5 完成第（2）项 5 完成第（3）项 10 完成第（4）项 30 总分 50 发挥 部分 完成第（1）项 20 完成第（2）项 10 完成第（3）项 15 其他 5 总分 50 D题：自动搬运机器人（本科） 一、任务 设计并制作一个能自动行驶在起始位置与终点库房间的搬运机器人。允许用玩具汽车改装，可运用图像、光电、声波、超声波等无线自动导航识别技术，将场地内放置的3个木质正立方体由堆放位置搬运到库房内。 搬运场地面积1.2×1.2米，表面为白色，可贴白纸，终点库房设与地面垂直的╚╝形档板，其长宽高为20×20×10cm，在起始点处有2 cm宽的黑线，搬运场地如图所示。 二、要求  1．基本要求  ⑴ 机器人从起始线出发（出发前，机器人任何部分不得超出起跑线，后端不限），自动将木块逐一运送到库房内（允许倒车）。运行的时间应力求最短（从合上电源开关开始计时）。  ⑵ 木块运送到达库房时，应能堆放到库房档板20cm线以内；如果不能全部运入库房，记录木块距离20cm线的最大距离，根据此距离将分档扣分。  ⑶ 用秒表记录整个搬运时间。  2．发挥部分  ⑴ 自动记录、显示每一次往返的时间（记录显示装置要求安装在机器人上）和总的行驶时间。  ⑵ 木块运送到达终点库房时，应能够整齐排列堆放到库房挡板10cm线以内，3个木块的左右边线应尽量对齐，记录偏差尺寸。  ⑶ 其它特色与创新。 三、说明 (1) 木质正立方体的尺寸为5×5×5 cm，误差不得超过-0.1cm，木块间距为5cm。 (2) 搬运机器人前端可安装机械手，其形状、功能自定。搬运木块的方式自定，但不得采用磁铁吸附。木块上可涂抹颜色或符号，不得安装其他附件。 ⑶ 在木块堆放的起点和库房侧可设有自动无线引导信号源，类型自定（禁用地面引导线）。 (4) 应选用能够直角转弯的车辆，车辆启动后不能用人工控制（包括有线和无线遥控）。 四、评分标准  设计 报告 项 目 主要内容 分数 系统方案 实现方法，方案论证 系统设计，结构框图 6 理论分析与计算 控制方法，理论计算 7 电路与程序设计 检测与驱动电路设计 总体电路图 软件设计与工作流程图 7 结果分析 创新发挥，结果分析 5 设计报告结构 及规范性 摘要 设计报告结构 图表的规范性 5 总分 30 基本 要求 放入20cm库区 每块12分 36 在库区外的最大尺寸 搬运时间 14 总分 50 发挥 部分 第1项 单次运行时间显示 有 4 总运行时间显示 有 5 第2项 放入10cm库区 每块12分 36 其他 5 总分 50 E题：LED照明用恒流电源变换器（本科组） 一、任务 设计并制作LED照明用具有直流恒流输出特性的隔离型电源变换器，为串联的10个LED（单管额定功率1W）供电，结构如下图所示。 二、要求 1．基本要求 （1）负载条件下，电源变换器为直流恒流输出特性，且输出电流IO可在150mA~350mA范围内可调； （2）电压调整率Su≤1%：负载为10个LED，调整U1，使U2在32V 40V范围内变化时，IO变化不超过±1%； （3）负载调整率SL≤1%：U2=36V，负载由5个LED增加至10个，IO变化不超过±1%； （4）效率 ≥70%：U2=36V、负载为10个LED、IO=300mA，电源变换器效率 ≥70%； （5）具有输出过压保护功能，动作电压为UO=（ ）V。 2．发挥部分 （1）使变换器具有恒流限压特性：UO小于36V时为恒流输出；UO达到36V后为恒压输出，将UO稳定在（ ）V；待UO降至36V以下则恢复恒流输出； （2）在电源变换器交流输入侧加入功率因数校正电路，使其功率因数不低于0.95； （3）LED亮度可随环境光线增强而自动降低：暗环境，负载为10个LED、IO=300mA条件下，环境变亮后IO减小至不大于200mA以下； （4）具有输出电流的步进调整和测量、显示功能：步进值10mA，测量精度优于2%； （5）具有交流侧开机冲击电流和EMI抑制功能； （6）其他。 三、说明 1. 不得采用各种电源产品改制。整个作品由一路交流电源供电，不得使用任何其它电源为控制电路或驱动环节供电。电源变换器为隔离型，即交流供电侧与直流输出侧具有电气隔离，但不得再使用工频变压器。 2.​ 制作时考虑测试方便，须合理设置测试点。10支LED应安装在通用板（或PCB）上，做串联连接，并可方便改变接入个数（10个或5个）。 3.​ 电源变换器效率指直流输出功率与交流输入（U2处）有功功率之比。 4.​ 如果能完成发挥部分（1），基本要求（5）不必做自然得分。在做基本要求（5）或发挥部分（1）测试时，建议使用滑线变阻器作为负载。 在发挥部分（3）中，只需改变对光敏元件的照度，自行设置明、暗两种照度即可。 4.​ 四、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（含总体框图） 4 电路与程序设计 电源变换器主回路与器件选择 控制电路或控制程序设计 保护电路设计 功率因数校正电路设计 自动调光电路设计，开机冲击电流和EMI 抑制电路设计 9 理论分析与计算 恒流控制方法与参数计算 隔离变压器的设计、计算 提高效率的方法 滤波参数计算 9 测试方案与测试结果 测试方案及测试条件 测试结果及其完整性 测试结果分析 5 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 3 总分 30 基本要求 完成第（1）项 6 完成第（2）项 12 完成第（3）项 12 完成第（4）项 15 完成第（5）项 5 总分 50 发挥 部分 完成第（1）项 8 完成第（2）项 15 完成第（3）项 8 完成第（4）项 8 完成第（5）项 6 其他 5 总分 50 F题：无线通信信号分析与测量装置（本科组） 1、​ 任务 设计并制作一个能接收、分析、记录和显示无线电信号特征的通信信号分析与测量装置。其原理示意图如下： 二、要求 1、基本要求 （1）​ 信号分析装置能从高频信号发生器获取信号，并自动扫描、捕捉、分析和识别通信信号，载波工作频率范围：15MHz～25MHz； （1）​ 自动测量通信信号的输入信号载波频率，测量值的准确度优于5%； （1）​ 自动判别射频信号的调制方式：无调制载波信号、AM、FM、ASK、FSK； （1）​ 用液晶屏显示（2）和（3）要求的各项参数； （1）​ 正常识别条件下，接收机灵敏度≤1mV； （1）​ 高频放大器输入阻抗为50Ω。 2、发挥部分 （1）​ 装置正常工作时，接收机灵敏度优于100µV,载波频率测量值的准确度优于1%； （1）​ 具有键控预置和自动扫描测量通信信号功能，并能够存储、查询测量结果（以时间先后排序，保存不少于5组数据）； （1）​ 设计制作一个中心频率为20MHz的高频功率放大器，与输岀电阻为50Ω、输岀电压VP≤300mV的高频信号发生器组成发射机。发射机的负载为50Ω鞭状天线，天线长度不大于１ｍ。要求高频功率放大器的输岀功率≤20mW（在负载电阻50Ω上）, 效率≥40%，在天线间距离≥1ｍ时能实现与接收机的无线正常通信，能够完成基本要求（2）和（3）； （1）​ 扩展信号载波频率范围至15MHz～35MHz； （1）​ 其他。 三、说明 1.​ 中频频率自选； 2.​ 可选用接收机专用集成电路自行设计与装调，不允许用成品接收机； 3.​  为便于测量电路的性能指标，应留出相关的测量端口； 4.​ 高频放大器用特性阻抗为50Ω的插座作为信号输入端，高频信号源的输出电阻为50Ω，输出端口为通用标准插座。测试时需自备，信号源至高频放大器的电缆线及标准插头（50Ω）； 5.​ AM波调制信号频率0.5～1kHz, 调幅度为0.3；FM波调制信号频率0.5～1kHz, 最大频偏20kHz；ASK波的码元速率为0.5～1kHz；FSK 波的码元速率为0.5～1kHz, 两载频差为0.1MHz； 6.​ 测试前应完成整机调整，测试中不允许对整机进行任何手动调节以及软件更改。分析与识别结果应在显示屏上正确显示。 四、评分标准 项 目 满分 基本要求 设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析 30 实际完成情况 50 发挥部分 完成第（1）项 6 完成第（2）项 10 完成第（3）项 20 完成第（4）项 8 完成第（5）项 6 合计 50