中國礦業(yè)大學2023022學年電子設計大賽題目

選題說明：參賽的同學〔高年級本科生和研究生〕可以從以下參考題目A~I中挑選任意一道作為選題，一旦選擇不可更改。同時為了鼓勵創(chuàng)新，也可以自己另外擬題，并統(tǒng)一定為“G題〞。參考題目和自擬題目分開評獎。低年級本科組H題〔隊伍內(nèi)三人全為大一學年〕題目進參賽群下載。單相正弦波逆變電源〔A題〕1、任務設計并制作輸出正弦交流電壓Uo有效值為10V、額定輸出電流Io有效值為1A的單相逆變電源，負載為阻性；輸入直流電壓UI=15V。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。IIIo變換濾波RUIUo電路電路L圖1電路結(jié)構(gòu)框圖2、要求〔1〕UI=15V、Io=1A條件下，輸出電壓Uo=10±0.5V，頻率fo=50±1Hz，輸出正弦波無明顯失真。(25分)〔2〕UI=15V、Io=1A條件下，盡量提高逆變電源效率h=Uo×Io。(20分)UI×II〔3〕UI=15V、Io在0.1~1A范圍內(nèi)變化，負載調(diào)整率SI≤1%。(20分)〔4〕輸出頻率可步進調(diào)整，步進值不大于5Hz，頻率調(diào)整范圍不小于20~100Hz。(15分)〔5〕具有輸出過流保護功能，Io≥1.5A時動作；且故障排除后能夠自動恢復。〔10分〕〔6〕其他發(fā)揮。〔10分〕〔7〕設計報告。〔10分〕項目主要內(nèi)容分數(shù)系統(tǒng)方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、方案比較與選擇2理論分析與計算關(guān)鍵指標的分析計算、器件選擇2電路與程序設計電路設計和參數(shù)計算，程序算法設計4測試方案與測試結(jié)果測試結(jié)果及分析2總分103、說明〔1〕輸入電壓由直流穩(wěn)壓電源提供，逆變電源全部電路均由UI供電，不得再使用其他電源；〔2〕負載調(diào)整率計算方法：Io=0.2A時輸出電壓為Uo1，Io=1A時輸出電壓Uo2，那么負載調(diào)整率SI=Uo2-Uo1；Uo2〔3〕注意作品制作工藝，留出電流、電壓測試端口。聲波測距儀〔B題〕1、任務設計并制作一個超聲波測距儀，原理圖如圖1所示。被測物為一塊面積大于20cm*15cm的固體板〔推舉使用書立〕。超聲波測距儀摘用單5V電源供電。2、要求〔1〕測量并顯示超聲波探頭到被測物的距離，顯示辨別優(yōu)于5mm?！?0分〕〔2〕測量距離范圍100mm-1300mm，測量誤差的絕對值小于5mm。根據(jù)誤差和測量范圍大小給分?！?5分〕 〔3〕超聲波完成一次測量時間小于1s?！?0分〕 〔4〕在不增加誤差的前提下盡量減少測量盲區(qū)〔最大距離和最小距離〕?！?5分〕 〔5〕創(chuàng)新與特色?！?0分〕 〔6〕設計報告?！?0分〕3、說明 〔1〕超聲波換能器只能摘用兩只，一發(fā)一收，必須在同一側(cè)。不可以使用現(xiàn)成模塊。 〔2〕測量距離能適應不同環(huán)境條件，保持精度。 〔3〕超聲波測距儀5V單電源供電，如有其他電源要求自行變換。溫度自動控制系統(tǒng)(C題)一、任務設計并制作一個溫度自動控制系統(tǒng)，控制一封閉盒內(nèi)的溫度〔其內(nèi)空間為100mm×100mm×100mm〕。在盒子左側(cè)面的中間開一個安裝半導體致冷器件的窗口〔尺寸與致冷器件一致〕，致冷器件的外側(cè)面涂敷導熱硅脂并加散熱片,致冷器件的內(nèi)側(cè)面也允許加散熱片,但厚度不能超過20mm；在木盒頂部的中間鉆兩個小孔，其中一個用于插入溫度自動控制單元的溫度傳感器，另一個用于盒內(nèi)溫度的檢測；在木盒右側(cè)面摘用透明有機玻璃，以便觀察。其系統(tǒng)的參考結(jié)構(gòu)如圖1所示。溫度檢測孔60mm40mm致冷器件溫度檢測孔60mm40mm致冷器件有機玻璃面有機玻璃面溫度自動控制單元溫度自動控制單元100mm100mm溫度傳感器溫度傳感器散熱片100mm散熱片100mm圖1溫度自動控制參考結(jié)構(gòu)圖二、要求1.根本要求〔1〕溫度可調(diào)劑范圍為5℃～35℃，最小設定分度為1℃。〔2〕具有溫度顯示功能，辨別率為0.1℃?！?〕當溫度到達某一設定值并穩(wěn)定后，盒內(nèi)溫度的波動控制在±2℃以內(nèi)。要求溫度調(diào)控到達穩(wěn)定狀態(tài)時，必須給出聲或光提示信號。〔4〕當設定的調(diào)劑溫差為15℃時,要求到達穩(wěn)定狀態(tài)的調(diào)劑時間小于等于3分鐘，穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度波動在±2℃以內(nèi)。2.發(fā)揮局部〔1〕當溫度到達某一設定值并穩(wěn)定后，盒內(nèi)溫度的波動控制在±1℃以內(nèi)?！?〕當設定的調(diào)劑溫差為15℃時,盡量減少到達穩(wěn)定狀態(tài)的調(diào)劑時間，并要求超調(diào)量不超過3℃，穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度波動在±1℃以內(nèi)?！?〕能記錄并實時顯示溫度調(diào)劑過程的曲線,顯示的誤差絕對值小于2℃?！?〕其他。三、說明〔1〕木盒的材料摘用厚度小于10mm的木板?！?〕摘用陶瓷平板型半導體致冷器件實現(xiàn)制冷或加熱，如果單片功率不夠允許多片串聯(lián)。〔3〕盒內(nèi)溫度檢測摘用具有溫度測量功能的數(shù)字萬用表。〔4〕當溫度到達穩(wěn)定狀態(tài)的提示信號出現(xiàn)后立刻檢測調(diào)控的溫度值，每次檢測時間延續(xù)60s，以記錄溫度波動的最大值。〔5〕設計報告正文中應包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序用附件給出。四、評分標準工程設計報告報告要求主要內(nèi)容分數(shù)系統(tǒng)方案比較與選擇、方案描述2理論分析與計算理論分析與計算5電路與程序設計電路設計程序結(jié)構(gòu)與設計6測試方案與結(jié)果測試方案測試結(jié)果與分析4結(jié)構(gòu)及標準性摘要、設計報告正文的結(jié)構(gòu)及圖表標準性3小計20根本要求實際制作情況50發(fā)揮局部完成第〔1〕項10完成第〔2〕項10完成第〔3〕項15完成第〔4〕項15小計50總分120帆板控制系統(tǒng)(D題)一、任務設計并制作一個帆板控制系統(tǒng)，通過對風扇轉(zhuǎn)速的控制，調(diào)劑風力大小，改變帆板轉(zhuǎn)角θ，如圖1所示。圖1帆板控制系統(tǒng)示意圖二、要求1、根本要求〔1〕用手轉(zhuǎn)動帆板時，能夠數(shù)字顯示帆板的轉(zhuǎn)角θ。顯示范圍為0~60°，辨別力為2°，絕對誤差≤5°。〔2〕當間距d=10cm時，通過操作鍵盤控制風力大小，使帆板轉(zhuǎn)角θ能夠在0~60°范圍內(nèi)變化，并要求實時顯示θ?！?〕當間距d=10cm時，通過操作鍵盤控制風力大小，使帆板轉(zhuǎn)角θ穩(wěn)定在45°±5°范圍內(nèi)。要求控制過程在10秒內(nèi)完成，實時顯示θ，并由聲光提示，以便進行測試。2、發(fā)揮局部〔1〕當間距d=10cm時，通過鍵盤設定帆板轉(zhuǎn)角，其范圍為0~60°。要求θ在5秒內(nèi)到達設定值，并實時顯示θ。最大誤差的絕對值不超過5°。〔2〕間距d在7~15cm范圍內(nèi)任意選擇，通過鍵盤設定帆板轉(zhuǎn)角，范圍為0~60°。要求θ在5秒內(nèi)到達設定值，并實時顯示θ。最大誤差的絕對值不超過5°?！?〕其他。三、說明〔1〕調(diào)速裝置自制?！?〕風扇選用臺式計算機散熱風扇或其他形式的直流供電軸流風扇，但不能選用帶有自動調(diào)速功能的風扇。〔3〕帆板的材料和厚度自定，固定軸應足夠靈活，不阻礙帆板運動。帆板形式及具體制作尺寸如圖2所示。四、評分標準項目設計報告報告要點主要內(nèi)容總分值系統(tǒng)方案風扇控制系統(tǒng)系統(tǒng)總體方案設計3理論分析與計算風扇控制電路角度測量原理控制算法5電路與程序設計風扇控制電路設計計算控制算法設計與實現(xiàn)總體電路圖6測試方案與測試結(jié)果調(diào)試方法與儀器測試數(shù)據(jù)完整性測試結(jié)果分析4設計報告結(jié)構(gòu)及標準性摘要設計報告正文的結(jié)構(gòu)圖標的標準性2總分20根本要求實際制作情況50發(fā)揮局部完成第〔1〕項20完成第〔2〕項25其他5總分50簡易電阻、電容和電感測試儀〔E題〕一、任務設計并制作一臺數(shù)字顯示的電阻器、電容器和電感器參數(shù)測試儀。示意框圖如下列圖：電阻器電阻器電容器電感器測試儀外供±15V電源〔500mA〕數(shù)字顯示二、要求1．根本要求①測量范圍電阻：100Ω至1MΩ電容：100pF至10000pF電感：100uH至10mH②測量精度±5%。③制作四位數(shù)碼管顯示器，顯示測量數(shù)據(jù)，并用發(fā)光二極管分別指示所測無件的類別和單位。2．發(fā)揮局部①擴大測量范圍。②提高測量精度。③測量量程自動化。三、評分標準項目得分根本要求設計與總結(jié)報告：方案設計與論證，理論分析算與計算、電路圖，測試方法與數(shù)據(jù)，結(jié)果分析50實際制作完成情況50發(fā)揮局部完成第①項9完成第②項9完成第③項12特色與創(chuàng)新20高效率音頻功率放大器〔F題〕一、任務設計并制作一個高效率音頻功率放大器及其參數(shù)的測量、顯示裝置。功率放大器的電源電壓為+5V〔電路其他局部的電源電壓不限〕，負載為8Ω電阻。二、要求1．根本要求

〔1〕功率放大器

a．3dB通頻帶為300Hz～3400Hz，輸出正弦信號無明顯失真。

b．最大不失真輸出功率≥1W。

c．輸入阻抗>10k，電壓放大倍數(shù)1～20連續(xù)可調(diào)。

d．低頻噪聲電壓〔20kHz以下〕≤10mv，在電壓放大倍數(shù)為10，輸入端對地交流短路時測量。

e．在輸出功率500mW時測量的功率放大器效率〔輸出功率/放大器總功耗〕≥50%。〔2〕設計并制作一個放大倍數(shù)為1的信號變換電路，將功率放大器雙端輸出的信號轉(zhuǎn)換為單端輸出，經(jīng)RC濾波供外接測試儀表用，如圖1所示。圖1中，高效率功率放大器組成框圖可參見此題第四項“說明〞?！?〕設計并制作一個測量放大器輸出功率的裝置，要求具有3位數(shù)字顯示，精度優(yōu)于5%。2．發(fā)揮局部〔1〕3dB通頻帶擴展至300Hz～20kHz。〔2〕輸出功率保持為200mW，盡量提高放大器效率?！?〕輸出功率保持為200mW，盡量降低放大器電源電壓。〔4〕增加輸出短路保護功能。〔5〕其它。三、評分標準項目總分值根本要求設計與總結(jié)報告：方案比較、設計與論證，理論分析與計算，電路圖及有關(guān)設計文件，測試方法與儀器，測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析。20實際制作完成情況50發(fā)揮局部完成第〔1〕項6完成第〔2〕項25完成第〔3〕項4完成第〔4〕項5完成第〔5〕項10四、說明1．摘用開關(guān)方式實現(xiàn)低頻功率放大〔即D類放大〕是提高效率的主要途徑之一，D類放大原理框圖如圖2。本設計中如果摘用D類放大方式，不允許使用D類功率放大集成電路。2．效率計算中的放大器總功耗是指功率放大器局部的總電流乘以供電電壓〔+5V〕，不包括“根本要求〞中第〔2〕、〔3〕項涉及的電路局部功耗。制作時要注意便于效率測試。3．在整個測試過程中，要求輸出波形無明顯失真。自選題目〔G題〕鼓勵創(chuàng)新設計，單獨評獎。作品充分表達創(chuàng)新性、綜合性、節(jié)能性、高性價比等特點。低年級組題目〔H〕〔競賽群文件下載〕Proteus可視化設計〔I題〕一、任務要求參賽隊員使用全新的Proteus可視化設計〔ProteusVisualDesigner〕環(huán)境，自擬題目，設計出最具創(chuàng)新性的工程。二、要求所擬題目本著創(chuàng)新的原那么，