2016年TI杯大学生电子设计竞赛题D-单相正弦波变频电源V3
2016年电子设计竞赛题目
A 一种简易显示装置一、任务设计并制作一个线阵LED图文显示装置，装置的示意图如图1所示。
图1 线阵LED图文显示装置示意图二、要求1. 基本要求（1）制作一个由16只LED构成的线状点阵及其控制电路，安装于可旋转的平台上，在平台的中心设置一个按键，用于功能的切换，电机带动平台以合适速度旋转。
（2）开机时装置完成显示自检，能对点阵中16只LED逐个点亮，每只LED显示时间约为1秒，此时平台不旋转。
（3）以离按键最远的一个LED编号为16，离按键最近的一个LED编号为1，能通过按键切换，实现16个同心圆图形中的偶数序号同心圆顺序显示（由大到小）和奇数序号同心圆逆序（由小到大）显示。
每个同心圆图形均显示时间为0.5秒左右。
（4）通过按键切换，显示一个指针式秒表，该秒表以标志杆为起始标志，秒针随时间动态旋转，旋转一周的时长为60秒。
2. 发挥部分（1）通过按键切换，调整到汉字显示模式，要能显示尽可能多的汉字（2）其它，可显示一些动态的图案三、说明（1）显示装置利用人眼视觉暂留的生理特性，通过LED在旋转运动过程中经过不同位置时，系统点亮相应的LED，实现线阵LED在旋转平面上构成不同的静态或动态图案。
为保证显示时人眼看到的图形稳定清晰，系统设计应注意LED在不同位置点亮与旋转速度匹配；注意每圈旋转时图像显示的起始位置一致；同时注意旋转速度适当，满足人眼视觉暂留的要求。
（2）不得使用LED显示成品和专用芯片来实现系统。
（3）线阵LED、电机及电机驱动只能共用一路供电电源，即线阵LED不单独供电。
四、评分标准B 方波合成与分解一、设计任务设计制作一个方波合成、分解电路，具体来说：首先把频率为f1基波、频率为f2的一次谐波、频率为f3的三次谐波合成为一个方波（参考电路示意如图1所示），接着把合成得到的方波通过三个带通滤波器进行分解，最后分解得到基波f1’、一次谐波f2’、三次谐波f3’。
图1. 信号合成参考电路二、设计要求1．基本要求(1) 频率分别为f1、f2、f3的正弦波由信号发生器产生，信号发生器不需要自制，具体频率值自选，KHz级别即可；(2) 方波合成采用加法器实现，要预留加法器输出引脚，便于示波器观察信号；(3) 方波分解采用模拟带通滤波器实现，要预留滤波器输出引脚，便于示波器观察信号；(4) 使用液晶屏显示合成的方波f_out、分解后的谐波f1’、f2’、f3’；2．发挥部分(1) 采用数字带通滤波器实现方波分解(2) 采用彩色触摸屏显示和操作c.简易声音频谱分析仪一、设计任务设计并制作音频频谱分析及显示电路。
2016TI杯省级电子设计竞赛A题lm5117省一等
2016TI杯省级电子设计竞赛A 题lm5117省一等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【本科组】2016年7月27日星期三摘要随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。
开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。
本系统是以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而成的一个降压型直流开关稳压电源。
该系统能实现16V到5V直流电压的转换，输出电流范围是0~，且电源有识别负载的功能。
本系统具有调整速度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，体积小，重量轻，输出纹波小等优点。
关键词：LM5117；CSD18532KCS；稳压电源；负载识别。
一、方案论证本系统主要由DC-DC变换电路模块、控制模块、过电流保护模块、负载识别模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1电源变换电路方案论证通过分析题目任务与要求，将输入16V的直流电转换为稳定的5V直流电源，即实现直流-直流电压的变换。
方案一：间接直流变流电路：直流经过逆变电路之后成为交流再经变压器后整流滤波得到所要求的直流电源。
该方案可以实现输入与输出的隔离，适用于输入电压与输出电压之比远小于或大于1 的情况，但由于采用多次变换，电路中的损耗大，效率低，而且结构较为复杂。
方案二：直接直流变流电路，Buck变换器：也称降压式变换器。
电路图如图1-1所示。
开关的通断受外部PWM信号控制，输出电压与输入电压的关系为E,通过改变占空比可以相应实现输出电压的变化，该电路采用直接直流变流的方式实现降压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。
综合比较，我们选择方案二。
1.2稳压控制方法的方案选择方案一：采用单片机产生PWM波,控制开关的导通与截止。
2016年TI杯大学生电子设计竞赛题D-单相正弦波变频电源V3
， 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
UO
图 1 单相正弦波变频电源原理框图
2． 要求
（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） 输出频率范围为 20Hz~100Hz，UO=36±0.1V 的单相正弦波交流电。 负载电流 IO 在 0.2～2A 范围变化时， 负载调整率 SI≤0.5%。 （15 分） （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 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 分） 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。 （ 10 分） 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。 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 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
（15 分） （15 分） （5 分） （202 ，P 为变频电源输出功率，P 为变压器输出功率。 O 2
2016年安徽省电子设计竞赛试题B题
TI杯2016年安徽省大学生电子设计竞赛试题
可见光通信装置（B题）
【本科组】
一、任务
设计并制作一个基于白光LED的可见光通信装置，如图1所示。
图1 系统框图
二、要求
1．基本要求
（1）在不进行通信时，应保证LED光源的电流恒定在0.5A±0.05A，功率要求不超过4W。
（2）在进行通信时，要求光源与接收装置间距离大于50厘米。
（3）发送端发送正弦信号时，接收端测量端子上输出电压的有效值不低于0.4V，频率与发送端的正弦波频率一致，并能在显示屏上显示。
（4）发送端发送方波信号时，接收端测量端子上输出电压方波没有明显失真，并在显示屏显示方波周期及脉宽。
2．发挥部分
（1）自制一个m序列发生器（时钟频率为1kHz，序列内容自定），用该通信装置传送m序列，接收端通过示波器观察，无明显码间串扰。
（2）增加图片传输功能，传输一幅80*60分辨率的黑白图像，并能够在液晶屏上显示，要求显示的图片无明显失真，当光路被阻断时，停止显示。
（3）增加一个发射节点，当两个节点同时发射相同的模拟正弦波形时，接收端可判断收到的信号来自于哪个节点。
三、说明
1. LED光源可以购买成品的LED灯泡亦可自制，但LED的驱动电路及主要电路板必须自制，设计时应留有相应的电压、电流测试点，便于测试。
2.允许增加相应的聚光装置，使光路聚集。
3.测试在室内正常光照条件下进行。
四、评分标准。
2016年TI杯大学生电子设计竞赛题G-简易电子秤V3
G-1
2016年TI 杯大学生电子设计竞赛
G 题：简易电子秤
1. 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。
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 ； （50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； （15分） （4）电子秤具有去皮功能，去皮范围不超过100g ； （15分） （5）其他。
（10分） （6分）
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。
应变片。
2016年TI杯大学生电子设计竞赛G题
2016年TI杯大学生电子设计竞赛G题DG题：简易电子秤一、系统方案本系统主要由单片机控制模块、屏幕显示模块、仪表放大模块、放大器模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1、控制器选用单片机比较方案一：采用51系列单片机传统的51单片机为8位机，价格便宜，控制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大体积的程序和实现快速精准的反应控制。
并且受时钟限制，计时精度不高，外围电路也增加了系统的不可靠性。
方案二：采用STM32F103系列单片机STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。
STM32集成外设有较为强大的功能，可扩展性强。
通过比较，我们选择方案二，采用STM32F103系列单片机为主控处理器。
2、显示方案选择方案一：采用LCD1602作为显示屏LCD1602是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。
是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
使用与学习方便，但是可扩展能力弱。
方案二：采用3.2寸彩色电阻式触摸屏彩色显示，320*480分辨率，有较高的扩展性，可以用它实现键盘，显示等多种功能，功能强大，可自制UI进行使用。
综合以上两种方案，选择方案二，采用3.2寸彩色电阻式触摸屏作为显示方案。
3、仪表放大器的论证与选择方案一：使用3片op07制作仪表放大器电路Op07是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。
具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV）。
仪表放大器电路主要由两级差分放大器电路构成。
其中，运放前两片为同相差分输入方式，后一片为差分放大电路。
这样子做较为复杂，电路较难准确。
方案二：使用一片INA128芯片INA128为精密低功耗仪表放大器，它们通用的3运放3-op amp设计和体积小巧使其应用范围广泛，且电路实现简单，由单个外部电阻即可实现从1至10000的任一增益选择。
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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。
LR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：；（10分）（2）额定输入电压下，最大输出电流：；（10分）（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）（6）效率；（15分）（7）具有过流保护功能，动作电流；（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，；（10分）（9）尽量减轻电源重量，使电源不含负载的重量。
（15分）（10）设计报告（20分）项 目主要内容满分方案论证比较与选择方案描述3理论分析与计算降低纹波的方法DC-DC 变换方法稳压控制方法6电路与程序设计主回路与器件选择其它控制电路与控制程序(若有)6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3设计报告结构及规范性摘要、报告正文结构、公式、图表的完整性和规范性2总分203．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1．任务在一个以木条（截面不大于3cm×4cm ，木质本色）围成的100cm×150cm 的A 区域内，散落着边长均为4cm 的正方体。
设计一自动物体搬运系统，能够快速将这些正方体移至指定区域。
2016年TI杯大学生电子设计竞赛题A-降压型直流开关稳压电源V3
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U IN=16V时，额定输出直流电压为U O=5V，输出电流最大值为I Omax=3A。
测试电路可参考图1。
LR图1 电源测试连接图（负载识别端口名称改为输出控制端口）2．要求（1）额定输入电压下，输出电压偏差：∆U O=5V−U O≤100mV；（10分）（2）额定输入电压下，最大输出电流：I O≥3A；（10分）（3）输出噪声纹波电压峰峰值：U OPP≤50mV(U IN=16V,I O=I Omax)；（10分）（4）I O从满载I Omax变到轻载0.2I Omax时，负载调整率：S i=UO轻载UO满载−1×100%≤5% (U IN=16V)；（10分）（5）U IN变化到17.6V和13.6V，电压调整率：S V=max U O17.6V−U O16V, U O16V−U O13.6VO16V×100%≤0.5%(R L=U O(16V)I Omax)（10分）（6）效率η≥85%（U IN=16V，I O=I Omax）；（15分）（7）具有过流保护功能，动作电流I Oth=3.2±0.1A；（10分）（8）增加1个2端子端口，即输出控制端口，端口可外接电阻R(1kΩ~10kΩ)，参考图1。
电源输出电压U O由下式确定(V)；（10分）U O=R1kΩ（9）尽量减轻电源重量，使电源不含负载R L的重量≤0.2kg。
（15分）分）（103．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U IN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，若∆U O>240mV或U OPP>240mV，作品不参与测试。
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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U 1=220V ，变频电源输出交流电压U O 为36V ，额定负载电流I O 为2A ，负载为电阻性负载。
AC-DC DC-AC
U 1
变压器U O
I O
U 2
图1 单相正弦波变频电源原理框图
2． 要求
（1） 输出频率范围为20Hz~100Hz ，U O =36±0.1V 的单相正弦波交流电。
（15分） （2） 输出频率f O =50±0.5Hz ，电流I O =2±0.1A 时，使输出电压U O =36±0.1V 。
（10分） （3） 负载电流I O 在0.2～2A 范围变化时，负载调整率S I ≤0.5%。
（15分） （4） 负载电流I O =2A ，U 1在198V ～242V 范围变化时，电压调整率S U ≤0.5%。
（15分） （5） 具有过流保护，动作电流I O(th)=2.5A （允许电流误差4%），保护时自动
切断输入交流电源。
（10分）
（6） I O =2A ，U O =36V 时，输出正弦波电压的THD≤2%。
（15分） （7） I O =2A ，U O =36V 时，变频电源的效率达到90%。
（15分） （8） 其他。
（5分） （9） 设计报告 （20分）
项 目
主要内容
满分 方案论证 设计与论证，方案描述
3 理论分析与计算 电路结构设计，器件选择，仿真分析 5 电路与程序设计 电路图及有关设计文件
5 测试方案与测试结果 测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析 5 设计报告结构及规范性 摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性
2 总 分
20
3． 说明
（1） 变频电源系统（包括辅助电源）供电仅由变压器输出U 2提供。
（2） 题中交流参数均为有效值。
（3） 本题定义：负载调整率，
OI2OI1
I OI1
100%
U U S U -=
⨯
其中 U OI1为I O =0.2A 时的输出电压；U OI2为I O =2.0A 时的输出电压。
（4） 本题定义：电压调整率，
OU2OU1
U OU1
100%
U U S U -=
⨯
其中U OU1为U 1=198V 时的输出电压；U OU2为U 1=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，
O
2P P η=
其中P O 为变频电源输出功率，P 2为变压器输出功率。
（7） 制作时需考虑测试方便，合理设置测试点。