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2016---TI杯大学生电子设计竞赛题目


2016年TI杯大学生电子设计竞赛 A 题:降压型直流开关稳压电源 1.任务
以 TI 公司的降压控制器 LM5117 芯片和 CSD18532KCS MOS 场效应管为核心器件, 设计并制作一个降压型直流开关稳压电源。额定输入直流电压为时,额定输出直流电压 为,输出电流最大值为 。测试电路可参考图 1。
IO

+ +
UIN



降压 直流 稳压 电源

UO -

RL

负载 识别 端口

R

图 1 电源测试连接图

2.要求
(1)额定输入电压下,输出电压偏差: ; (2)额定输入电压下,最大输出电流:; (3)输出噪声纹波电压峰峰值:; ; (10 分) (4)从满载变到轻载 时,负载调整率: (10 分) (5)变化到 17.6V 和 13.6V,电压调整率: (10 分) (10 分)

(10 分) (6)效率; (7)具有过流保护功能,动作电流; (15 分) (10 分)

(8)电源具有负载识别功能。增加 1 个 2 端子端口,端口可外接电阻 R(1kΩ-10kΩ)作为 负载识别端口,参考图 1。电源根据通过测量端口识别电阻 R 的阻值,确定输出电 压,; (9)尽量减轻电源重量,使电源不含负载的重量。 (10)设计报告
A-1

(10 分) (15 分) (20 分)

项 方案论证



主要内容

满分 3 6 6 3 2 20

比较与选择 方案描述 降低纹波的方法 理论分析与计算 DC-DC变换方法 稳压控制方法 主回路与器件选择 电路与程序设计 其它控制电路与控制程序(若有) 测试方案及测试条件 测试方案与 测试结果及其完整性 测试结果 测试结果分析 设计报告结构 摘要、报告正文结构、公式、图表的完整性和 及规范性 规范性 总分

3.说明
(1) 该开关稳压电源不得采用成品模块制作。 (2) 稳压电源若含其它控制、测量电路都只能由端口供电,不得增加其他辅助电源。 (3) 要求电源输出电压精确稳定,或,作品不参与测试。

2016年TI杯大学生电子设计竞赛题 B 题:物品分拣搬送装置

150cm

1.任务
在一个以木条(截面不大 3cm× 4cm,木质本色)围成的 100cm× 150cm 的 A 区域内, 着边长均为 4cm 的正方体。 设 自动物体搬运系统,能够快速
30cm

D D
20cm


100cm

A A

散落 计一 将这

些正方体移至指定区域。A 区 颜色为白色,B 区域为黑色, 域为红色。

B B

20cm

域的 C 区

30cm

C

2.要求
30cm

A-2

(1) 在 A 区域内任意放置了 12 只黑色正方体,以最快的速度将这些正方体移送到 B 区域,完成时间不得超过 180 秒; (24 分) (2) 将 A 区域的 12 只黑色正方体以最快的速度移送到红色 C 区域;完成时间不得超 过 180 秒; (26 分) (3) A 区域 12 只正方体中有桔黄色与黑色两种颜色,以最快的速度将桔黄色正方体 移送到红色 C 区域; (20 分) (4) 将 A 区域中的正方体改为乒乓球,仍然有桔黄与黑色两种颜色,以最快的速度将 桔黄色乒乓球移送到红色 C 区域; (25 分) (5) 其他。 (6) 设计报告
项 目 方案论证 理论分析与计算 电路与程序设计 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 主要内容 系统结构及实现方法论证 机械机构及电路设计 物品辨识及搬运机构运动控制方法 系统测试 摘要,正文结构规范,图表的完整与准确性 总 分

(5 分) (20 分)
满分 3 5 5 5 2 20

3.说明
(1) A、B、C 各区域地面及围栏的高度都是 3cm,A 与 B 之间无间隔,C 与 A 之 间的边界木条有一个长度为 20cm 的缺口; (2) 搬运物品过程中不得人为干预(如遥控等) ; (3) 开始搬运物品前, 不得设置搬运物体的数量; 运动机构需从右上方指定位置 D 处开始启动; (4) 正方体可采用木质 PVC、泡沫或其他轻质非金属材料,不得含磁性物质,重 量不超过 40 克; (5) 不限制移送物品执行机构的形式及搬运方式;执行机构可以进入 A、B、C 各 区域; (6) 在要求(3)及(4)中,误搬黑色物体或乒乓球到 C 区扣分; (7) B、C 区域的颜色如下:红色(R=255、G=0、B=0) ,黑色(R=0、G=0、B=0) ;

A-3

(8) 乒乓球采用彩色乒乓球中桔黄色和黑色 (或比赛用标准桔黄及用黑色喷涂的乒 乓球) ;正方体的颜色尽量接近乒乓球的颜色, 。 (9) 测试时,场地和被搬运物自备。

2016年TI杯大学生电子设计竞赛 D 题:单相正弦波变频电源 1. 任务
设计并制作一个单相正弦波变频电源,其原理框图如图 1 所示。变压器输入电压 U1=220V,变频电源输出交流电压 UO 为 36V,额定负载电流 IO 为 2A,负载为电阻性负 载。
IO U1

变压器

U2

AC-DC

DC-AC

UO

图 1 单相正弦波变频电源原理框图

2. 要求
(1) (2) (3) (4) (5) 输出频率范围为 20Hz~100Hz, UO=36±0.1V 的单相正弦波交流电。 (15 分) 输出频率 fO=50± 0.5Hz,电流 IO=2± 0.1A 时,使输出电压 UO=36± 0.1V。 (10 负载电流 IO 在 0.2~2A 范围变化时, 负载调整率 SI≤0.5%。 (15 分) 分) 负载电流 IO=2A, U1 在 198V~242V 范围变化时, 电压调整率 SU≤0.5%。(15 具有过流保护,动作电流 IO(th)=2.5± 0.1A,保护时自动切断输入交流电源。 (1 0 分) (6) (7) (8) IO=2A,UO=36V 时,输出正弦波电压的 THD≤2%。 IO=2A,UO=36V 时,变频电源的效率达到 90%。 其他。 (15 (15 (5 分) 分) 分)
A-4

分)

(9)

设计报告

(20

分)
项 方案论证 理论分析与计算 电路与程序设计 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 总 分 目 主要内容 设计与论证,方案描述 电路结构设计,器件选择,仿真分析 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 摘要,正文结构规范,图表的完整与准确性 满分 3 5 5 5 2 20

3. 说明
(1) (2) 变频电源系统(包括辅助电源)供电仅由变压器输出 U2 提供。 题中交流参数均为有效值。
SI ? U OI2 ? U OI1 ? 100% U OI1

(3)

本题定义:负载调整率

,其中 UOI1 为 IO=0.2A 时的

输出电压;UOI2 为 IO=2.0A 时的输出电压。 (4) 本题定义:电压调整率
SU ? U OU2 ? U OU1 ?100% U OU1

,UOU1 为 U1=198V 时的输出

电压;UOU2 为 U1=242V 时的输出电压。 (5) 辅助电源可购买电源模块(亦可自制) ,作为作品的组成部分,测试时,

不再另行提供稳压电源。 (6) 效率测量时,可采用功率分析仪或电参数测量仪测量,损耗应包括辅助

??
电源损耗,效率 (7)

PO P2 ,P 为变频电源输出功率,P 为变压器输出功率。 O 2

制作时需考虑测试方便,合理设置测试点。

2016年TI杯大学生电子设计竞赛 E 题:脉冲信号参数测量仪 1.任务
A-5

设计并制作一个数字显示的周期性矩形脉冲信号参数测量仪,其输入阻抗为 50Ω。同时设计并制 作一个标准矩形脉冲信号发生器,作为测试仪的附加功能。

2.要求
(1)测量脉冲信号频率,频率范围为 10Hz~2MHz,测量误差的绝对值不大于 0.1%。 (15 分) (2)测量脉冲信号占空比 D,测量范围为 10%~90%,测量误差的绝对值不大于 2%。 (15 分) (3)测量脉冲信号幅度,幅度范围为 0.1~10V,测量误差的绝对值不大于 2%。 (15 分) (4)测量脉冲信号上升时间,测量范围为 50.0~999ns,测量误差的绝对值不大于 5%。 (15 分) (5)提供一个标准矩形脉冲信号发生器,要求:
a) b) c) d) 频率为 1MHz,误差的绝对值不大于 0.1%; 脉宽为 100ns,误差的绝对值不大于 1%; 幅度为 5± 0.1V(负载电阻为 50?) ; 上升时间不大于 30ns,过冲不大于 5%。

(30 分)

(6)其他。 (7)设计报告。
项 方案论证 理论分析与计算 电路与程序设计 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 目 主要内容 比较与选择,方案描述 系统相关参数设计 系统组成,原理框图与各部分的电路图,系 统软件与流程图 测试结果完整性,测试结果分析 摘要,正文结构规范,图表的完整与准确性 总 分 满分 3 5 5 5 2 20

(10 分) (20 分)

3.说明
(1)脉冲信号参数的定义如图 1 所示。其中,上升时间是指输出电压从上升到所需要的时间; 过冲是指脉冲峰值电压超过脉冲电压幅度 的程度,其定义为。

A-6

图 1 脉冲信号参数的定义 (2) 被测脉冲信号可采用基于 DDS 的任意波形信号发生器产生的信号。

2016年TI杯大学生电子设计竞赛 F 题:位同步时钟提取电路 1. 任务
设计并制作一个从二进制基带信号中提取位同步时钟的电路,并能测定和显示提取 出的位同步时钟频率,设计制作的电路组成框图如图 1 所示。
外输入 ck 信号
(TTL 电平)

m 序列 发生器

二阶有源低通 滤波与衰减器

A

位同步时钟 提取电路

B

位同步时钟 频率数显

基带信号产生电路 图 1 设计制作的电路组成框图

位同步时钟输出

2.要求
(1)设计制作“基带信号产生电路” ,用来模拟二进制数字通信系统接收端中被抽 样判决的非逻辑电平基带信号。 要求: 分) ① m 序列发生器的反馈特征多项式(本原多项式)为 f ( x) ? x8 ? x4 ? x3 ? x2 ? 1 , 其序列输出信号及外输入 ck 信号均为 TTL 电平。 ②设计制作 3dB 截止频率为 300kHz 的无限增益多路负反馈二阶有源低通滤波 器,对 m 序列输出信号进行滤波,并衰减为峰-峰值 0.1V 的基带模拟信号(A 信号) 。 (2)当 m 序列发生器外输入 ck 信号频率为 200kHz 时,设计制作可从 A 信号中提 取出位同步时钟 (B 信号) 的电路, 并数字显示同步时钟的频率。 分) ( 3 ) 改 进 位 同 步 时 钟 提 取 电 路 , 当 m 序 列 发 生 器 外 输 入 ck 信 号 频 率 在
A-7

(15

(30

200kHz~240kHz 之间变化时,能从 A 信号中自适应提取位同步时钟,并数字显示同步时 钟的频率。 (30 分) (4)降低位同步时钟(B 信号)的脉冲相位抖动量 ? ,要求 ? max ≤1 个位同步时钟 周 (15 分) (5)其他。 分) (6)设计报告。 分)
项 方案论证 理论分析与计算 电路与程序设计 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 目 主要内容 比较与选择,方案描述 系统相关参数设计 系统组成,原理框图与各部分的电路图,系统 软件与流程图 测试结果完整性,测试结果分析 摘要,正文结构规范,图表的完整与准确性。 总分 满分 3 5 5 5 2 20





10%

。 (10 (20

3.说明
(1)位同步是数字同步传输的基础同步技术,是指接收端提取的位同步时钟与发送 端位时钟在频率上严格相等、相位差固定的信号同步状态。接收端位时钟需从收到的基 带数据序列中提取,并将作为接收端的抽样判决脉冲及进一步实现其他同步使用。数字 通信系统中的“位”指的是最基本的码元,发送端位时钟(题目中 m 序列发生器外输入 时钟 ck)是数据序列的码元时钟。 (2)要求“基带信号产生电路”必须制成单独的电路板,只能用两条输出信号线(A 信号线、地线)与位同步时钟提取电路部分连接。 (3)无限增益多路负反馈二阶有源低通滤波器类型(如切比雪夫型或巴特沃斯型) 不限。

2016年TI杯大学生电子设计竞赛 G 题:简易电子秤
应变片

2. 任务
设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电 子秤,电子秤的结构如右图所示。如右图所示,铁质悬臂梁 固定在支架上,支架高度不大于 40cm,支架及秤盘的形状 与材质不限。悬臂梁上粘贴电阻应变片作为称重传感器。
A-8
被称 物体

支 架

秤盘

2.要求
(1)电子秤可以数字显示被称物体的重量,单位克(g) ; (10 分) (2)电子秤称重范围 5.00g~500g;重量小于 50g,称重误差小于 0.5g;重量在 50g 及以上, 称重误差小于 1g; 分) (3)电子秤可以设置单价(元/克) ,可计算物品金额并实现金额累加; (4)电子秤具有去皮功能,去皮范围不超过 100g; (5)其他。 (6)设计报告:
项 方案论证 理论分析与计算 电路与程序设计 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 目 主要内容 比较与选择,方案描述 系统相关参数设计 系统组成,原理框图与各部分的电路图,系统 软件与流程图 测试结果完整性,测试结果分析 摘要,正文结构规范,图表的完整与准确性。 总分

(50 (15 分) (15 分) (10 分) (20 分)
满分 3 5 5 5 2 20

3.说明
(1)称重传感装置需自制,不得采用商用电子称的称重装置。 (2)铁质悬臂梁可用磁铁检验,悬臂梁上所用电阻应变片的种类、型号、数量自定。 (3)测试时以砝码为重量标准

A-9


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