2014年北京市大学生电子设计竞赛试题(含注释版)
2014电子设计大赛
2014年全国大学生电子设计竞赛(D题)编号：题目：电能消耗计量装置 (D题)学校：学院：信息科学与电气工程学院参赛学生：联系方式：2014年月日电能消耗计量装置的设计报告摘要：本设计以ATMEGA16A为控制核心，通过交流整形电路连接AD637KQ真有效值转换芯片量锰铜电阻，实现负载电流有效值检测；市电电压有效值的监测是通过连接市电电压的负载分压之后，由AD637KQ真有效值转换器实现测量；通过功率因数测量电路，市电电压经过二极管电桥正弦波变为方波，经单片机捕获测量出负载的功率因数和市电频率；单片机连接键盘和12864B v2.0液晶显示屏，通过中断服务模式实现控制负载用电时间、电能消耗、二氧化碳排放量的显示，以及显示市电电压有效值和市电频率、负载的工作电流有效值和有功功率、负载的功率因数；该装置还具备最大门限值设置、过流保护功能，进行了大量试验和测试，验证了设计的有效性，完成了基本部分和发挥部分功能要求。
关键词：电能消耗计量装置，ATMEGA16A，AD637，低能耗，精度1.系统方案1.1系统要求设计一款用于市电的电能消耗计量装置，该装置能耗低，由非分体式独立供电结构供电，具备过流保护功能和声光报警功能，并可设置被测负载最大门限值。
能够监测所在电网的市电电压有效值和市电频率，以及连接负载的工作电流有效值和有功功率值，并显示出负载的功率因数、用电时间和负载用电量对应的二氧化碳排放量及电能消耗值，1.2 方案论证1.2.1 控制器模块采用ATMEGA16A控制器。
ATmega 16A是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。
由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，功能强大，性价比高，使用方便。
1.2.2电压有效值测量模块和电流有效值测量模块方案一：带有AD637KQ真有效值转换器，AD637BQ可以计算各种杂波形的真有效值，最大3dp宽带可达8MHZ，可选择测量直流信号和交流信号，带载能力强。
全国大学生电子设计竞赛历届真题
全国大学生电子设计竞赛历届题目第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛题目................................................................................... - 2 - 题目一简易数控直流电源 ................................................................................................................. - 2 - 题目二多路数据采集系统 ................................................................................................................. - 3 - 第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛题目................................................................................... - 4 - 题目一实用低频功率放大器 ............................................................................................................. - 4 - 题目二实用信号源的设计和制作 ..................................................................................................... - 5 - 题目四简易电阻、电容和电感测试仪.............................................................................................. - 5 - 第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛题目................................................................................... - 6 - A题直流稳定电源 ............................................................................................................................. - 6 - B题简易数字频率计.......................................................................................................................... - 7 - C题水温控制系统................................................................................................ 错误！未定义书签。
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，
2014年北京市大学生电子设计竞赛获奖名单
贲永明 陈志鹏 王晨阳 刘刚 赵钰 杨继尧 周杨 王彤典 莫光良 文跃强 曾小玲 张朋艺 赵鹏飞 黄伟波 张一豆 孙政 郑天悦 李鹏 余明典 吴鹏程 史海森 张增超 黄存林 韦文毅 杨博 李晓斐 常远 赵炬程 刘伟俊 毛路路 李建鸿 蔡子夕 唐付林 陈晓露 孟庆梧 王增伟 王娟 闫祥宇 沈奇超 齐平 马思源 张海悦 穆诗瑶 欧阳梓标 胡连学 王雅丽 王万君 谢畅 周浩 周平 王博 唐坤豪 孙兴伟 孙思洋
二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖 二等奖
北方工业大学 北京航空航天大学 中央民族大学 北京工业大学 华北电力大学 北京理工大学 北京理工大学 北京交通大学 中国地质大学(北京) 北京化工大学 中国地质大学(北京) 北京理工大学 北京化工大学 北京科技大学 北京科技大学 北京科技大学 北京交通大学 中央民族大学 中国地质大学(北京) 北京印刷学院 北京联合大学 防化学院 防化学院 北京工业大学 首都师范大学 北京理工大学 北方工业大学 北方工业大学 北京化工大学 北京石油化工学院 北京石油化工学院 中央民族大学 北京化工大学 北京石油化工学院 北京工业大学 中央民族大学 中国地质大学(北京) 中国地质大学(北京) 北京服装学院 北京航空航天大学 北京交通大学 北京联合大学 北京石油化工学院 北京科技大学 北京邮电大学 北京工商大学 北京理工大学 北京化工大学 华北电力大学 北京信息科技大学 中国地质大学(北京) 北京印刷学院 北京工业大学 北京科技大学
2014年TI杯大学生电子设计竞赛题(全套)
探头不得再移动。
（30分）（2）将1角硬币更换成直径约25mm的镀镍钢芯1元硬币（第五套人民币1元硬币），重复要求（1）的探测过程。
定位完成后，定位指针与硬币圆心之间的定位误差应控制在5mm以；探测定位速度越快越好，探测定位总时间不应超过2分钟。
完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动。
（30分）（3）将硬币改为自制圆铁环（用Φ2铁丝绕制），铁环外直径4cm。
重复要求（1）的探测过程，应使定位指针尽可能指向铁环圆心，定位误差应控制在5mm以内；完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动，探测定位总时间应不超过3分钟。
（30分）（4）其他自主发挥功能。
（10分）（5）3.说明（1）金属物体探测定位装置探头采用AY-LDC1000板（由TI公司提供），可直接用AY-LDC1000板上的覆铜线圈，也可自制线圈；不得安装其他传感与摄像装置。
探测开始后，不得手动或遥控探测器。
（2）玻璃板可采用普通无色玻璃（玻璃边沿需贴上胶带以防划伤），也可用无色透明有机玻璃板；玻璃板长宽尺寸应大于50cm、厚度约3mm。
（3）探头从“探头进入区”一侧进入时探头的起始位置和摆放方向，以及探测区域内的被测金属物体摆放位置均由测试专家在现场指定。
2014年TI杯大学生电子设计竞赛题C题：锁定放大器的设计1．任务设计制作一个用来检测微弱信号的锁定放大器（LIA）。
锁定放大器基本组成框图见图1。
信号通道2．要求（1）外接信号源提供频率为1kHz 的正弦波信号，幅度自定，输入至参考信号R (t )端。
R (t )通过自制电阻分压网络降压接至被测信号S (t )端，S (t )幅度有效值为 10μV ~1mV 。
（5分）（2）参考通道的输出r (t )为方波信号，r (t )的相位相对参考信号R (t )可连续或步进移相180度，步进间距小于10度。
（20分）（3）信号通道的3dB 频带范围为900Hz ~1100Hz 。
误差小于20%。
2014年电子设计竞赛试题
2014 年校庆杯电子设计竞赛赛题
赛题说明： 1、 同学们可按照自己的特长，从以下两题中选择一题来设计制作。提交作品时请
一并附上设计报告； 2、 制作时请注意仪器设备的正确使用，保持实验室环境整洁，制作完毕请整理实
验桌，恢复到最初的状态； 3、 制作时注意安全，尤其需要注意正确使用电烙铁等发热工具，避免烙铁损坏仪
1、在保证点亮 LED 的条件下，尽可能增大发射线圈与接收线圈之间距离； 2、测量发射端功率消耗及接收端输出功率，计算传输效率；通过电路设计， 在满足基本要求的前提下，尽可能提高传输效率。 推荐元器件清单： 电阻、电容、9013（NPN 三极管）、2SD882（中功率 NPN 三极管）、5mm 红色 LED、1N5817、NE555、直流电源适配器、直流电源插座。 注意事项： 提供的元器件数量有限，请仔细检查电路，确认没有短路，反接等情况后再上 电。 元器件烧毁后，不再额外补发元器件； 使用 NE555 时请先焊接 IC 插座，再将 NE555 插入插座后使用。
器设备以及电源线。
1. 使用单节干电池的高亮度 LED 驱动电路
功能： 设计制作一个电源转换电路，能够在仅使用一节 5 号碱性电池的情况下，点亮
一颗高亮度白光 LED。 说明：
该电路应该完全使用一节电池供电，不得使用电池外的其他电源；LED 需要恒 流驱动，LED 通过的电流不要超过 30mA 基本要求：
能够点亮 LED，且 LED 通过的电流不小于 5mA。 扩展要求：
1、提高 LED 的工作电流，并且电流在工作期间变化幅度不超过 5%； 2、尽可能提高电源转换器的效率。 推荐元器件清单： 电阻、电容、9012（PNP 三极管）、9013（NPN 三极管）、1N5817、白色 LED， 1mH 电感，电池盒。 注意事项： 提供的元器件数量有限，请仔细检查电路，确认没有短路，反接等情况后再上 电； 元器件烧毁后，不再额外补发元器件； 若需要制作变压器，可将成品电感拆除后重新绕制； LED 处须串联一个 10 欧电阻，以备测量工作电流用。
2014电子设计大赛F题
2014年TI杯竞赛陕西赛区设计报告封面说明1.本页作为竞赛设计报告的封面和设计报告一同装订；2. “参赛队编号”由参赛学校编写，其中“学校编号”应按照巡视员提供的组委会统一编排的编号填写，“组（队）编号”由参赛学校根据本校参赛队数按顺序编排，“选题编号”由参赛队员根据所选试题编号填写，例如：“0105B”或“3367F”。
3. 本页允许各参赛学校复印。
无线电能传输装置摘要电能谐振耦合无线传输是一种新的电能传输概念和方法，它能在中距离范围传递能量。
本文基于空间隔离的两线圈，设计制作了一个谐振耦合电能无线传输装置。
系统以MSP430F149单片机控制振荡频率，通过驱动电路与单管逆变电路产生高频功率源，经发射与接收线圈进行无线能量传输，到后级再经整流滤波电路，用来点亮LED。
设计分四个模块:单片机控制模块、驱动与高频逆变模块、发送与接收模块、整流滤波模块。
从输入15V经辅助电源给单片机与驱动电路提供电压，产生的功率源经收发线圈，可以实现DC-AC-DC的无线电能传输。
测试结果表明，空间隔离的两空心线圈达到谐振耦合时，线圈之间的传递能量最大，从而很好的实现了无线电能传输的功能。
关键词：能量无线传输；谐振耦合；单管逆变- 1 -1 引言随着电子技术的快速发展与个人电子设备的普及，无线电能传输装置也应运而生。
无线电能传输解决了传统电能传输的大电能存储和传输材料的问题，若技术成熟，可以广泛的应用到医疗电子产品、个人电子产品、工业电子产品等方面。
而本次题目要求设计一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，因此我们采用单管高频逆变搭建高频功率源。
此次要求要接收端电压至少为8V，电流0.5A，这使得系统中的设计及参数要求更加的精准、严格。
2整体设计本系统设计输入为15V直流，输出为8V以上直流电压，0.5A电流的无线电能传输装置。
整个系统主要采用MSP430F149为主控芯片，12864液晶显示，IR2110驱动，IRF540 MOS管，通过单片机控制频率振荡、稳压和驱动电路、高频单管逆变电路、发射线圈等几部分组成发射部分，再由接收线圈、整流电路、滤波电路等几部分组成接收部分。
2014版全国大学生电子设计竞赛集成运放综合题最新论文
2011年全国大学生电子设计竞赛综合测评题第七组论文参赛题目：集成运算放大器的应用参赛学校：山东大学参赛学院：信息科学与工程学院参赛队员及联系方式：王伟行孙传真陈玲玲集成运放的应用【摘要】集成运放是一种高增益直流放大、直流放大器既能放大变化极其缓慢的直流信号，下限频率可到零；又能放大交流信号，上限频率与普通放大器一样，受限于电路中的电容或电感等电抗性元器件。
集成运放和外部反馈网络相配置后，能够在它的输出和输入之间建立起种种特定的函数关系，故而称它为“运算”放大器。
本电路设计的基本目标：使用一片通用四运放芯片TL084组成预设的电路，电路包括三角波发生器、加法器、滤波器、比较器四个设计模块，每个模块均采用一个运放及一定数目的电容、电阻搭建，通过理论计算分析，最终实现规定的电路要求。
【关键词】运算放大器TL084、加法器、滤波器、比较器一、设计任务使用一片通用四运放芯片TL084组成电路框图，实现下述功能:使用低频信号源产生u i1=0.1sin2πf0t(V)，f0=500Hz的正弦波信号，加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号u o1，u o1如图1(b)所示，T1=0.5ms，允许T1有±5%的误差。
加法器要求输出电压u i2=10u i1+u o1。
u i2经过选频滤波器滤除u o1频率分量，选出f0信号为u o2,u o2为峰峰值9V的正弦信号，用示波器观察无明显失真。
u o2信号再经过比较器后在1k?电阻负载上得到峰峰值为2V的输出电压u o3。
电源要求只能选择+12V、+5V两种单电源，由稳压电源供给。
不得用额外电源和其他型号的运算放大器。
要求预留u i1、u i2、u o1、u o2和u o3的测试端子。
二、设计方案1.单、双电源转换电路：2.三角波发生器:根据《模拟电子电路》中单运放张弛振荡器设计电路，实现输出三角波频率为2kHz ，幅值为2V 。
全国大学生电子设计竞赛历届题目(整理)详解
（2）调幅收音机输入回路线圈和磁性天线；
（3）变容二极管，型号：SVC341；
（4）本振线圈；
（5）用于电调谐的锁相频率合成器集成电路，型号：LC7218（可选件）；
30
实际完成情况
50
总结报告
20
发挥部分
完成第一项
5
完成第二项
15
完成第三项
20
一、设计任务
设计一个八路数据采集系统，系统原理框图如下：
主控器能对50米以外的各路数据，通过串行传输线（实验中用1米线代替）进行采集的显示和显示。具体设计任务是：
（1）现场模拟信号产生器。
（2）八路数据采集器。
（3）主控器。
二、设计要求
1．基本要求
（1）现场模拟信号产生器：自制一正弦波信号发生器，利用可变电阻改变振荡频率，使频率在200Hz～2kHz范围变化，再经频率电压变换后输出相应1～5V直流电压（200Hz对应1V，2kHz对应5V）。
（2）八路数据采集器：数据采集器第1路输入自制1～5V直流电压，第2～7路分别输入来自直流源的5，4，3，2，1，0V直流电压（各路输入可由分压器产生，不要求精度），第8路备用。将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字信号，再经并/串变换电路，用串行码送入传输线路。
（3）在1Hz～1MHz范围内及测量误差≤1%的条件下，进行小信号的频率测量，提出并实现抗干扰的措施。
三、评分意见
项目
得分
基本要求
设计与总结报告：方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，测试方法与数据，对测试结果的分析
50
实际制作完成情况
50
发挥部分
2014年北京市大学生电子设计竞赛试题(含注释版)
2014年北京市大学生电子设计竞赛试题要求：设计制作一个简易可编程直流电源；说明：可采用两种方案，每种方案满分不一样；每对可根据自己的情况任选一个,电源一律用+8V,msp430开发板电源由7805供给。
方案一用LM317设计可编程电源，具体要求如下：1、用LM317芯片制作稳压电源;要求：（1) 输入电压为直流电压+8V，输出电压，负载电阻为1 KΩ;输出电压+3V到+5V可调。
(2）电压调整率:在输入电压在+7V到+9V变化时，负载电阻1KΩ，输出电压为+5V上变化不超过0。
1V。
（3）负载调整率:输入电压为+8V，负载电阻由1 KΩ改为10Ω变化时,输出电压为+5V 变化不超过0。
1V.2、上述稳压源和430单片机等组合成可编程电源,在输入电压为+8V，负载电阻为1 KΩ时，要求输出电压自动有3V—4V—5V，每个电压上停留10s；3．测纹波：在此包含有规律无规律的电压总和，要求小于10mV，每增加10mV扣2分；(方案一相对简单，电压调整依赖于LM317,适合数电模电没怎么学过的学生）方案二用低频功放管2SC2073制作可编程电源，具体要求如下：1、用低频功放管2SC2073制作稳压电源;（1）输入电压为直流电压+8V，负载电阻为1 KΩ；输出电压+1V到+5V可调.(2) 电压调整率:在输入电压在+7V到+9V变化时,负载电阻1 KΩ，输出电压为+5V上变化不超过0。
1V。
(3) 负载调整率：输入电压为+8V，负载电阻由1 KΩ改为10Ω变化时，输出电压为+5V变化不超过0.1V。
2、上述稳压源和430单片机等组合成可编程电源. 要求：在输入电压为+8V，负载电阻为1 KΩ时，要求输出电压自动有1V-3V—5V，每个电压上停留10s; 3. 测纹波：在此包含有规律无规律的电压总和，要求小于10mV，每增加10mV扣2分；（方案二相对复杂，电压调整是基于对功率管的控制，适合学完数电、模电的学生）。
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2014年北京市大学生电子设计竞赛试题
要求：设计制作一个简易可编程直流电源；说明：可采用两种方案，每种方案满分不一样；每对可根据自己的情况任选一个，电源一律用+8V，msp430开发板电源由7805供给。
方案一用LM317设计可编程电源，具体要求如下：
1、用LM317芯片制作稳压电源；要求：
(1) 输入电压为直流电压+8V，输出电压，负载电阻为1 KΩ；输出电压+3V到+5V可调。
(2) 电压调整率：在输入电压在+7V到+9V变化时，负载电阻1KΩ，输出电压为+5V上变化不超过0.1V。
(3) 负载调整率：输入电压为+8V，负载电阻由1 KΩ改为10Ω变化时，输出电压为+5V 变化不超过0.1V。
2、上述稳压源和430单片机等组合成可编程电源，在输入电压为+8V，负载电阻为1 K Ω时，要求输出电压自动有3V—4V—5V，每个电压上停留10s；3．测纹波：在此包含有规律无规律的电压总和，要求小于10mV，每增加10mV扣2分；
(方案一相对简单，电压调整依赖于LM317，适合数电模电没怎么学过的学生)
方案二用低频功放管2SC2073制作可编程电源，具体要求如下：
1、用低频功放管2SC2073制作稳压电源；
(1) 输入电压为直流电压+8V，负载电阻为1 KΩ；输出电压+1V到+5V可调。
(2) 电压调整率：在输入电压在+7V到+9V变化时，负载电阻1 KΩ，输出电压为+5V上变化不超过0.1V。
(3) 负载调整率：输入电压为+8V，负载电阻由1 KΩ改为10Ω变化时，输出电压为+5V变化不超过0.1V。
2、上述稳压源和430单片机等组合成可编程电源。
要求：在输入电压为+8V，负载电阻为1 KΩ时，要求输出电压自动有1V—3V—5V，每个电压上停留10s；3. 测纹波：在此包含有规律无规律的电压总和，要求小于10mV，每增加10mV扣2分；
（方案二相对复杂，电压调整是基于对功率管的控制，适合学完数电、模电的学生）。