2012“TI杯”北京工业大学电子设计竞赛练习题1(精)
2012年TI杯频率补偿电路(B题)
2012 TI 杯竞赛参考题-—频率补偿电路（B题）摘要：本设计制作了一个频率补偿电路，将一个在高频部分衰减了的“模拟某传感器特性的电路模块”高频部分补偿回来，所有频率补偿部分都采用了模拟电路方案实现。
传感器特性的电路模块的模拟根据要求运算放大器A使用TI公司产品高性能音频运算放大器OPA2134，能够做到超低失真,低噪声音频应用完全指定。
整个补偿模块实现了在频率达到100kHz时衰减，并有在70kHz前没有明显波动，最后用MSP430f5438a低功耗单片机显示输出峰值及对应波形。
经验证，该设计完成了全部基础要求及发挥部分。
关键词：频率补偿；低/高通滤波；信噪比；单片机显示一系统设计方案论证下面就模拟传感器特性模块和频率补偿等关键模块的设计方案进行讨论与分析1.1 方案论证与选择1.1.1模拟某传感器特性的电路模块按照题目要求组装“模拟模块”电路，属于低通滤波电路截止，以200Hz为基准，V b的−3dB高频截止频率为4.5 kHz±0.5 kHz。
1.1.2 高通滤波电路模块为了使电路以电压增益A(200Hz)为基准，将A(f)的−3dB高频截止频率扩展到100kHz ± 5kHz，设计在模拟模块后面接上一个高通滤波电路。
方案一：使用最简单的电子高通滤波器包括一个与信号通路串联的电容器和与信号通路并联的电阻。
这种滤波方式结构简单，但性能较差，受电路阻抗影响较大。
方案二：采用有源二阶滤波，采用元件数目较少，结构简单，调整方便，采用TI 公司运算放大器作为有源器件，几乎没有负载效应，本设计频率不高，故选用方案二。
1.1.3 低通滤波电路模块为了使通频带平缓，在到达截止频率时能够尽快地衰减；并有效地降低输出V o的高频噪声，在后面接上了一级100kHz低通滤波电路。
1.1.4 单片机显示单片机MSP430f5438a是超低功耗超强性能的单片机，可以把经过峰值检测电路后信号送给单片机连接控制显示数值。
2012年北京市电子设计大赛题目-改
2012年北京市电子设计竞赛题（有部分改动）
用给定单片机开发板（MSP430g2553）及芯片设计一个有自动增益控制（AGC）的放大器，给定的芯片包括：LM358运放、一片AD5443，电阻、电容、导线等任选。
要求：
1、给定正弦输入信号频率2KHz，幅值20mV，实现放大增益：40dB；（20分）
2、给定正弦输入信号频率1KHz-4KHz，幅值15mV-25 mV，输出电压幅值保持不变（即2V）；（40分）
3、可观察AGC电压（要求输出模拟直流电压，此电压应随放大器的增益同步变化，只看变化规律，不要求值的大小）；（20分）
4、放大器需采用单电源工作,实现2中的带宽和增益；（20分）
备注：1.以上各项中放大器输出均不允许有失真，有失真便不得分。
2.只能用一个程序，即测试的时候不允许更改程序。
2012年TI杯电子设计竞赛预测题(续)
又有老师和学长根据经验以及小道消息给出了一些预测题，经供参考智能搬运小车一、设计任务设计并制作一个能自动搬运货物的智能电动车，其工作示意图如下。
图中，左边为停车区、货物存储区A 和货物存储区B，并有两个对应的射灯光源；距右边线30 cm 处共放置3 片白色或黑色的薄铁片，铁片之间的距离大于20cm。
二、要求1、基本要求（1）智能车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），在无障碍物的情况下，可寻找并搬取铁片，按照不同颜色分送不同存储区，即在光源A 的引导下将黑色铁片搬运到货物存储区A 存放，或在光源B 的引导下将白色铁片搬运到存储区B 存放（装载方式不限制）。
（2）智能车能准确找到铁片的位置。
2、提高部分（1）搬运铁片的过程中，一次只允许搬运1 片，且必须搬运到存储区域内。
（2）要求智能车在8 分钟之内能取走全部铁片，并能返回车库，否则就地停车。
（3）智能车检测到铁片时能发出声光信息，并实时显示铁片数目。
（4）距右边线90cm 处设有障碍线，线上任意位置放有两个障碍物，在有障碍物的情况下，完成基本要求（1）、（2）中的相关操作，且不得与障碍物碰撞。
（5）停车后，能准确显示智能车全程行驶的时间，显示误差的绝对值应小于10 秒。
（6）其它。
三、说明1、测试时共放置3 片铁片，每片的厚度为<=2.0mm，面积为2cm×2cm，黑、白铁片的比例任意给定、初始位置任意给定。
2、两个障碍物的大小分别为24cm×6cm×12cm 和12cm×6cm×12cm，建议用白纸包砖代替。
3、示意图中所有粗黑线段宽度均为5 cm，制作时可以涂墨或粘黑色胶带。
图中的虚线和尺寸标注线不要绘制在白纸上。
4、智能车允许用玩具车改装，但不能由人工遥控。
5、光源A、B 均采用40W－60W 射灯，其底部距地面10cm 左右，摆放位置如图所示，测试前，射灯的照射方向允许微调。
消防机器人一、设计任务设计制作一个消防智能机器人模型，能到指定区域进行抢险灭火工作。
2012年大学生电子设计大赛第一阶段试题
----------------------------精品word 文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- A 题 实用音频放大器（限11级同学选做）一、任务设计并制作低频功率放大器。
其原理示意图如下：、二、要求1．基本要求（1）在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5～700）mV pp ，采用双电源供电，不大于±20V ；等效负载电阻R L 为8Ω下，放大器应满足：（功率放大部分单独供电）① 最大不失真输出功率P OR ≥15W ；（失真度小于5%）② 带宽BW≥（40～20000）Hz ；（功放部分）③ 在P OR 下的效率≥50%；④在前置放大级输入端交流短接到地时，R L =8Ω上的交流声V PP ≤400mV 。
⑤前置放大器具有低音、中音、高音调节功能。
⑥具有音量调节功能。
（前置放大器只能用常规运放或三极管不得采用专用前置集成电路、功放部分只采用分立元件不得采用专用集成功放）2．发挥部分①制作数字音量控制电路（不可使用专用音响音量控制集成电路，可用通用数字电路及单片机控制电路实现），用两只轻触开关分别实现音量的加减，控制等级不小于8级。
②制作四路音源选择电路，用轻触开关（单只或四只）实现音源转换。
③功能显示：音源选择显示，音量等级显示。
④自制放大器所需的电源（电源变压器可购成品）。
⑤其它。
B 题 触摸控制式线性直流稳压电源(10级选做)一、任务设计一个直流稳压电源，用触摸的方式调节输出电压值。
二、要求：采用220V 市电供电1、基本要求（1）输出电压1.25V~6V ；（2）用手触摸实现电压增减调节，电压步进0.2V ；（3）纹波<10mV ，输出电流不小于1A ；（4）显示输出电压；（5）具有过载保护功能，负载恢复后可自动恢复；2、发挥部分（1）扩展输出电压为0~15V ；（2）电压步进0.05V ；（3）扩展最大输出电流至3A ；（4）显示输出电流，过载电流可分6档设定；（5）其它；C题脉冲信号参数测试仪(09、08级选做)一、任务设计制作一个脉冲信号测试仪，可以测量脉冲信号的幅值、频率、周期、占空比、上升和下降时间等参数。
北京市大学生电子设计竞赛答案
程序确定电路达到稳态的时间 ｔ０， 然后使用付立叶分析程序计算 ＴＨＤ，所设置的计算时间必须保证 电路进入稳态。 ４．在反相单端输入的情况下，计算补偿电容器ＣＣ的值分别 为 １ｎＦ、２６ｎＦ、５１ｎＦ 和 ７６ｎＦ 时，１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ 和 １００ｋＨｚ 三个 频率点处的增益和相位值并说明补偿电容值对放大器的频率特
率点处的增益和相位值。 单位增益带宽＝ ９５５．７ｋＨｚ 。
答：
各频率点的增益和相位： ２．构成一个两极点运算放大器的宏模型电路。 １） 宏模型电路图
Ｒｉ 影响：随阻值下降，中心频率升高，中心频率处幅度下 降。
Ｃｉ 影响：随电容值增加，中心频率基本不变， 中心频率处幅度下降。
图３
答：宏模型电路图如图 ３。 ２ ） 在高频极点频率分别２．０ｋＨｚ 和５．０ｋＨｚ 时，计算０．１ｋＨｚ 、 １．０ｋＨｚ 和 １０ｋＨｚ三个频率点处的增益和相位值，并说明高频极 点对增益和相位产生什么影响？对运算放大器的应用形成何种 限制？ 答：不同高频极点时，不同频率点处的增益和相位值如下
Hale Waihona Puke · 35 · 电子世界 ２ ０ ０ ５ 年 ２ 期
校园电子
ＭＯＳ 管模型
·北京联合大学信息学院 李哲英·
在集成电路设计中，ＭＯＳ具有十分特 殊的地位。这主要是由于 ＭＯＳ 管，特别是 增强型 ＭＯＳ 管具有工艺简单、电路功耗 低、可以使用在高频电路等优点所致。
从电路分析的角度看，ＭＯＳ 管电路 模型在电路分析中具有十分重要的地位。
补偿电容的作用： （１） 因为第二级放大器形成的密勒效应，将原低频极点的 频率降低，电容值越大，降低越明显。上表中，相同频率点处 的增益随补偿电容值增加而下降就是这种作用的表现。 （２） 因为第二级放大器的反馈作用，形成右半平面的零点，
2012年北京市电赛答案
2012年北京市电赛题目练习5V电压输入，Vout接增益为1.5倍放大器，输出电阻分压，使输出为2.5V为基准变化的交流电压，当电压超过4.3V，运放输入饱和，此时需降低放大器增益。
若VREF是一个固定的直流电压值，V out将按CODE值规律变化。
如果编写程序CODE是一个按正弦信号规律变化的查找表数据，则V out输出一个幅度范围0—VREF正弦信号[3]。
若在VREF接入一个合适的电压幅度固定的正弦信号VIN，改变CODE，V out将按CODE大小改变，从而输出增益。
CODE取值在0-212范围。
这就是常用程控增益衰减器电路[4]。
运放的输出：V out =-V in ×4096/CODE自动增益放大器本设计采用单片机的GPIO来模拟SPI接口实现对串行D/A芯片DAC7811的访问[6]，单片机作为主器件，DAC7811作为从器件，硬件连接图如图。
程序：void spiwrite(int data12,int cmd){int jj=cmd;P2OUT |= 0x01; //SYNC高for(n=0;n<200;n++);P2OUT |= 0x02; //SCLK高P2OUT &= ～0x01; //SYNC低片选使能for(n=0;n<200;n++);for(j=0;j<4;j++){for(n=0;n<100;n++);P2OUT |= 0x02; //SCLK高for(n=0;n<100;n++);if((jj>>(3-j)) & 0x01)P2OUT |= 0x04;//数据高电平elseP2OUT &= ～0x04;//数据低电平for(n=0;n<100;n++);P2OUT &= ～0x02; //SCLK低}for(j=0;j<12;j++){for(n=0;n<100;n++);P2OUT |= 0x02; //SCLK高for(n=0;n<100;n++);if((data12>>(11-j)) & 0x01)P2OUT |= 0x04;//数据高电平elseP2OUT &=～0x04;//数据低电平for(n=0;n<100;n++);P2OUT &= ～0x02; //SCLK低}for(n=0;n<100;n++);P2OUT |= 0x02; //SCLK高for(n=0;n<100;n++);P2OUT |= 0x01; //SYNC高for(n=0;n<200;n++);}#include <msp430g2553.h>void spiwrite(int data12,int cmd);int code=0x28;int code1;int j=0,n=0;void main(void){ WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;P2OUT |= 0x07;//P2.0 - P2.2模拟SPI接口P2DIR |= 0x07;//P2.0->SYNC,P2.1->SCLK,P2.2->SDIN spiwrite(code,1);while(1){ code1 = code;spiwrite(code1,1); }}。
2012年TI杯电子设计大赛A题
2012年TI杯电子设计大赛（A题）——微弱信号检测装置的设计本系统选用了MSP430G2553单片机，OPA2134双音频运放，INA2134差分运放，OPA2227低噪声高精度运放，OP07运算放大器，TL431稳压器件等6个TI器件。
摘要：本系统为一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。
正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。
噪声源采用给定的标准噪声（wav文件）来产生，通过PC机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。
当输入正弦波信号V S 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~ 2V范围内时，，要求误差不超过5%。
采用以TI公司超低功耗单片机MSP430G2553为核心的Launchpad开发板来处理数据和驱动1602液晶屏显示正弦波信号的幅度值。
关键字：噪声，微弱信号检测，MSP430G2553.Abstract:Weak Signal Detection system is used to test the magnitude of a Sine with known frequency,in the context of heavy noise,and display the magnitude with SMC1602. The noise is produced by the .wav file,and SDG1025 provide the Sine wave.Changing the volume can control the magnitude of the noise.The error should be under 5% when the Vpp ranging from 200mV to 2V with the frequency of 1KHz.The system is based on the Launchpad,with the core of ultra-low power MSP430G2553(MCU).Then deal with the data and display the magnitude with SMC1602. Keyword:noise, Weak Signal Detection system, MSP430G2553.1.方案设计1.1理论分析（1）加法器电路分析：在加法器电路的前端，用OPA2134做两个缓冲器，对输入加法器的正弦信号和噪声信号进行一级缓冲，隔离信号源和加法电路。
2012年TI杯电子设计大赛预测题
依据给出的元件清单，得到了如下几道预测题，仅供参考A题：可控白光LED照明灯一、任务设计并制作一个高效可控白光LED照明灯及其检测装置，采用5V单电源供电，用TI的TPS61062芯片驱动4~5只白光LED进行照明。
二、要求1．LED照明部分要求（1）能对输出到LED上的功率进行测量和显示，测量误差小于1%。
（2）能对输出到LED上的电流进行预置和控制，预置和控制值可以从0到20mA按照最小0.1mA的步距递增。
（3）在输出到LED上的电流为10mA时该电源转换驱动装置的效率大于75%。
2．照明检测部分要求（1）用光敏器件制作一个照度检测仪，其分辨率不低于二进制10位。
（2）照度仪可以将检测到的照度显示，对其单位（勒克斯）和线性度不作要求。
3．综合要求（1）将照度仪放在离LED灯15cm处，使其能同时接受自然光和LED灯的照射，仪器能对照射到光敏器件上的照度进行控制和显示。
（2）能对照射到光敏器件上的照度进行预置和控制，预置成某一特定值后，环境状况的改变对照射到光敏器件上的照度不发生明显影响。
4．发挥部分（1）对照度仪的显示进行标定，与实际照度的误差小于5%。
（2）整机的工作效率≥75%。
（3）其他。
B题：高效音频放大器一、任务设计并制作一个高效率音频放大器。
其功率放大器部分要求采用D类放大，但不允许使用D 类功率放大集成电路。
负载电阻为40Ω。
二、要求1．基本要求（1）放大器的输入电阻≥1k 。
输入电压有效值V i≤20mV。
（2）在负载为40Ω的电阻上通过的最大输出电流有效值不小于200mA，输出信号波形无明显失真。
（3）3dB通频带100Hz~10kHz。
3dB通频带扩展到20Hz~20kHz。
（这是发挥部分）（5）低频噪声电压（20kHz以下）≤100mV，在电压放大倍数为10，输入端对地交流短路时测量。
低频噪声电压（20kHz以下）≤10mV。
（这是发挥部分）(6) 在输出功率500mW时测量的功率放大器效率（输出功率/功率放大器功耗）≥80%。
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2012“TI杯”北京工业大学电子设计竞赛练习题
一、SPWM波生成电路
请使用一片LM324四运放,实现下述功能(整体框图见下图:
1、使用运放,产生一个三角波信号U1,峰峰值为4V,频率为5KHz。
2、使用低频信号源输出一个正弦波信号U2,频率为500Hz,峰峰值为200 mV。
3、设计一个比例加法器,输出信号为U3,U3 = U1 + 10U2
4、设计一个滤波电路,使其可以最大限度地滤除5KHz的分量,保留500Hz的分量,输出
结果为U4,其峰峰值为4~5V可调。
5、设计一个比较器电路,对U1和U4信号进行比较,输出信号为U5,峰峰值为3V。
要求运放使用+12V单电源供电。
扩展功能:
1、运算放大器只能使用一片(即四个运放。
2、使用LaunchPad 430单片机,在检测正弦波和三角波的波形参数的基础上,输出一个
SPWM波。
3、其他扩展功能。
考核内容:
检查U1~U5各点的电压输出波形,记录信号的测量参数和波形质量。
请预留
U1~U5的测试端子。
检查LaunchPad 430单片机输出的SPWM波。
二、信号检测、波形发生及变换电路
请使用TI的LaunchPad 430单片机竞赛板、网孔板和LM324运算放大器,实现如下功能:
1、实现对低频信号源输出的正弦波、三角波和方波信号的检测,信号源输出信号的幅度为
峰峰值10mV~100 mV,频率从50Hz-1KHz。
采用运放进行前期调理,以满足单片机采集的需要。
2、用单片机和模拟电路结合,产生一个与信号源输出信号同步的信号,在示波器上进行显
示。
要求单片机产生的信号与信号源输出信号频率、相位相等,波形类型一致,幅度成正比(具体量纲自己定义,并作出书面说明。
3、利用示波器的X-Y方式,分别接信号源输出的正弦波信号和单片机产生的正弦波信号,
在示波器显示出李萨茹图形。
要求运放使用+12V单电源供电。
扩展功能:
1、波形变换:单片机和模拟电路结合,可以输出与信号源输出信号同频、同相但波形类型
相异的波形,如信号源输出三角波,单片机输出正弦波。
2、扩大可检测信号的频率和幅度范围(在可能的情况下,尽量提高;
3、使用移相电路,实现对信号源输出信号的90°移相。
(移相范围可正、可负、可调更好
4、利用示波器的X-Y方式,通过单片机输出的两路模拟信号,在示波器上产生自己定义的
图形符号。
5、其他扩展功能。
三、可变增益放大器设计
请使用TI的LaunchPad 430单片机竞赛板、网孔板、LM324运算放大器和一支双极型或MOS型三极管。
实现下述功能:
1、设计一个正弦波发生器,输出信号的频率为5KHz,幅度为峰峰值1V。
2、设计一个由MSP430单片机控制的可变增益放大器,可变放大范围1至20倍。
3、通过按键和发光管的配合,可以步进增加或减小放大倍数。
要求运放使用+12V单电源供电。
扩展功能:
1、通过按键和发光管的配合,可以设定几个固定的放大倍数,分别为衰减2倍、放大5倍
和放大10倍。
2、扩大增益可调的范围,实现衰减功能。
3、利用LaunchPad 430单片机的USI资源,实现基于串行通讯的人机接口设计,完成放大
倍数的设定,输入输出信号参数(如频率、幅度的显示。
4、其他扩展功能。
四、其他需要注意的内容
1、各种波形发生电路
2、基于运放的恒流源电路
3、各种有源滤波器电路,如低通、高通、带通和带阻及其产生的移相。
4、积分器、微分器
5、峰值检波
6、单片机内部的温度传感器
7、TI单片机低功耗的利用
2012浙江工业大学电子设计竞赛题
1.设计题目
设计一正弦信号产生电路,电路框图如图1所示。
实现以下功能:
(1采用555定时器设计多谐振荡器,产生频率为1kHz、占空比为50%的方波信号V1。
频率和占空比允许有±5%误差。
(2采用运算放大器设计有源滤波器将V1转化为同频率的正弦信号V2,要求用示波器观测V2无明显失真,V PP=4V,直流偏移量为0。
(3设计一移相电路,V3和V2之间移相900(超前、滞后均可,V3与V2幅值一致。
图1
实验室只提供的±5V直流电源、一片555定时器、一片TL082运放、两只可调电位器,电阻电容数量不限。
要求预留V1、V2、V3的测试端口。
2.评分标准
注意:实验室无法提供全系列的电阻电容,可通过对现有电阻、电容串并联得到。
2012校电子设计竞赛元件清单
1.实验仪器:示波器、数字万用表、直流稳压电源
2.软件:Multisum、Protel
3.0.5mm焊锡丝(每个实验室两卷
4.0.5mm硬芯线(每个实验室红色、黑色各一卷
5.DIP8集成电路插座500只
6.TL082运放(DIP封装300只
7.555定时器(DIP封装300只
8.独石电容
0.1uF、0.01uF 各2000只
1000 pF ,2200pF,3300 pF,4700pF,8200 pF,0.033uF各1000只9.1/4W金属膜电阻
100、200、510、820、1k、2k、2.2k、3.3k、4.7k、5.1k、6.8k、8.2k、10k、20k、33k、47k、56k、68k、100k、150k、200k、330k各1000只
10.3296电位器
10k 500 只
8、。