板式倒立摆控制装置
小组成员：张健
杨帆
田坤
目录
1.系统方案设计 (3)
1.1 设计要求 (3)
1.1.1 基本要求 (3)
1.1.2 发挥部分 (3)
1.2 显示部分 (3)
1.3 传感器部分 (3)
1.4 驱动部分 (4)
2. 系统硬件设计 (4)
2.1 总体设计思路及基本控制原理 (4)
2.2板式倒立摆装置的设计 (5)
2.3 电路的设计制作 (6)
2.3.1 核心控制单元 (6)
2.3.2 直流电机驱动电路 (6)
2.3.3 信号转换电路 (7)
2.3.4数据显示单元 (7)
2.3.5 声光显示系统设计 (9)
3.理论分析 (10)
3.1 部分电路图 (10)
3.2 理论分析与计算 (12)
3.2.1 对脉冲信号的处理 (12)
3.2.2数据之间的换算 (12)
4．系统调测试 (13)
4.1调试方法 (13)
4.2调试结果 (13)
4.3测试数据 (14)
4.4测试结果 (14)
附录：主要程序 (14)
摘要：
本设计以AT89C52单片机为核心控制系统，由输入模块、角度传感器、液晶显示模块等组成板式倒立摆控制装置。以单片机控制直流电机转速，调节风力大小，改变板式倒立摆转角θ，并保证不让板式倒立摆倒下。手转动板式倒立摆时，通过角度传感器测量倒立摆变化的角度θ，通过单片机能够数字显示转角θ在LCD 屏幕上，显示范围为0~10°，分辨力为1°，绝对误差≤2°。还可以通过操作键盘控制风力大小，使转角θ能够在2~10°范围内变化，并且实时显示θ。
关键字：板式倒立摆直流电机角度传感器LCD屏幕
Abstract:
The AT89C52 single chip design as the core to control system, by the input module, Angle sensor, liquid crystal display module plate inverted pendulum control device. With the single chip processor control dc motor speed, adjust the wind size, change plate inverted pendulum θ corner, and promised not to let board type inverted pendulum is falling down. Hand turn board type inverted pendulum, through the Angle sensor measuring inverted pendulum of Angle θ changes, through the single chip microcomputer to digital display corner θ in the LCD screen, indicating that the range of 0 ~ 10 °, resolution for 1 °, absolute error than 2 °. But also through the operation the keyboard control wind size, to make corner θ in 2 ~ 10 ° can range change, and real-time display θ.
Key word: Plate inverted pendulum Dc motor Angle sensor LCD screen
1.系统方案设计
1.1 设计要求
1.1.1 基本要求
(1) 用手转动板式倒立摆时，能够数字显示转角θ。显示范围为0~10°，分辨力为1°，绝对误差≤2°。
(2) 通过操作键盘控制风力大小，使转角θ能够在2~10°范围内变化，并要
求实时显示θ。
1.1.2 发挥部分
通过操作键盘控制风力大小，使板式倒立摆转角θ稳定在0°±5°范围内的任意指定值。要求控制过程在10秒内完成，实时显示θ。
1.2 显示部分
采用LCD1602液晶显示。
1.3 传感器部分
三向加速度传感器MMA755模块。它根据物体运动和方向改变输出信号的电压值。用单片机自带A/D 转换器读取x 、y 、z 三向的输出结果， 再根据线性加速计进行角度测量原理，即可计算出运动物体与x 、y 、z 三向的夹角。经过试验，采用加速度传感器可有效测量所需角度，且精度及响应时间均较好。
以下为线性加速计MMA7455进行角度测量原理：
MMA7455三向加速度传感器，根据物件运动即方向改变输出信号的大小。主控芯片STC12C5A60S2读取X 、Y
A/D 转换。X 、Y 、Z 轴
的加速度分量Ax 、Ay 、Az 1g
=，ρ、?
、θ满足式（1），
如图
1所示。
arctan arctan arctan Z
A ρφθ?
?
?
?
=== ???
?
?（1）
（a）(b)
(c) (d)
图1 三轴倾角测量
1.4 驱动部分
采用L298N驱动直流电机。L298N可直接对电机进行控制，不需隔离电路，它通过改变控制端的电平来对电机进行启停、正反转操作，非常方便，亦能满足直流电机减速时的大电流要求
2. 系统硬件设计
2.1 总体设计思路及基本控制原理
在本设计中我们采用了模拟控制及局部反馈控制等控制方法，利用单片机按键控制直流电机的转速，从而实现风力的控制。风力对倒立摆的作用力来带动倒
立摆及角
图2.系统工作框图
度传感器的转动，角度传感器给单片机一个反馈信号，再由单片机控制直流电机的转速，并通过显示屏来实现角度的显示，通过蜂鸣器实现报警等。系统的实际工作框图，如图2所示。
2.2板式倒立摆装置的设计
板式倒立摆控制装置，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变板式倒立摆转角θ，并保证不让板式倒立摆倒下，如图3所示。
铰链
图3控制装置示意图
控制对象为板式倒立摆，其的尺寸如图4所示。
铰链
图4 板式倒立摆
由10cm ×50cm 硬质泡沫顶端加轴来构成倒立摆，在倒立摆轴刚性安装角度传感器实现同步转动，直流电机带动风扇做提供带动倒立摆转动角度的气压动力。并将上述装置按装在底座上。
从而实现转读之间的互相之间的转换，角度传感器在给单片机一个反馈信号，从而实现单片机控制角度传感器的转动的角度。
提高倒立摆转动角度的精度是整个系统设计的关键，其精度直接影响到角度传感器的测量值，从而影响到系统控制的难度。
实测表明倒立摆转动角度的精度会受到多种因素影响，如风扇和倒立摆之间的距离；电机的机械运动周期频率；倒立摆硬件的制作工艺等。
通过各方面的考虑，反复的调试我们实现了对倒立摆转角精度的精确控制。
2.3 电路的设计制作
2.3.1 核心控制单元
在本设计中我们采用单片机AT89C52模块为核心控制单元。来进行外部电路的控制。从而实现各种功能，达到实验要求。
2.3.2 直流电机驱动电路
我们采用L298N 驱动模块进行直流电机的驱动，其模块原理图如图5所示：
如图5. L298N驱动模块原理图
2.3.3 信号转换电路
在本设计中我们采用的A/D转换装置为TLC2543，实现了角度传感器与单片机之间的信号转换。
2.3.4数据显示单元
1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也
有间隔起到了字符间距和行间距的作用，与外部CPU接口课采用串行或并行方式控制，如表6所示。
引脚功能说明
1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表6所示:
表6：引脚接口说明表
第1脚：VSS为地电源。
第2脚：VDD接5V正电源。
第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS 和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。
第15脚：背光源正极。
第16脚：背光源负极。
1602液晶显示模块可以和单片机AT89C52直接接口，电路如图7所示。
如图7. 1602液晶显示与单片机AT89C52连接
2.3.5 声光显示系统设计
设计要求当角度达到45度误差的绝对值不超过5度的范围内发出声光信号。在单片机程序的控制下，子要角度传感器转动的角度达到设定的范围时，就可以发出声音，在发声方面考虑到体积和功耗的因素，我们使用蜂鸣器代替普通的扬声器，而发光方面我们使用常用的发光二极管。声光提示原理图如图8所示。
如图8.声光显示电路
3.理论分析
3.1 部分电路图
图8. A/D转换电路图9无线控制电路
图10单片机最小系统
图11设计电路
图8 主函数流程图图9 显示流程图
图10 定时中断流程图图11 角度调整流程图
3.2 理论分析与计算
3.2.1 对脉冲信号的处理
对TLC2543的脉冲信号进行了微处理，在10um的周期中给脉冲平均分成100份，通过软件程序控制按键之后输出的脉冲的占空比增加或减少来调节直流电机输入电压的大小。从而实现全过程，如图5所示
3.2.2数据之间的换算
角度传感器在角度0---360度之间发生变化时，会输出0.5---4.5伏电压。而A/D转换芯片TLC2543当介入电压为0---5V时可以转换到0---4096十进制数，所以TLC2543输出为409.5----3686.5 ，传感器的平均输出电压为0.0111平均每度的输出值为9.10222，通过以上数据进行编写程序如下：
adc_test=read2543(0);
adc_test=read2543(0);
if(adc_test>adc_jz)
adc=adc_test-adc_jz;
else
adc=adc_jz-adc_test;
adc=adc/9.10+0.5;//转成度
dis3[10]=adc/10+0x30;
dis3[11]=adc%10+0x30;
display();
if(start) //角度调节
{
if(adc djmk++; else djmk--; } 4．系统调测试 4.1调试方法 在电路检查没有什么错误之后，我们开始进行调试，把各个模块的电源接好，在确认没有错误之后，进行按键来按照基本功能要求进行一项一项调试。 我们是通过按键式来调节直流电机的风力来控制倒立摆转过的角度，在通过角度传感器输入给单片机，通过单片机的处理之后，在显示屏上显示出测试结果。反复多次调试看看在那个方面我们做的不好，在原有的器件上加上一些电子元件从而使显示的结果更接近标准值。 4.2调试结果 刚开始调试的结果是我们想不到的，在风力不定情况下第一相要求能够完成，而且完成的很好。在测试第二项的时候我么用直流电机控制风力的时候没有考虑到风的回流过程，使得测试结果无法达到预想的结果。在发现问题的时候我们在其两侧加上聚风板，在次调试，调试还没有达到预想的结果，我们有采取了相应的措施始测试结果接近标准值在测试完基本功能的基础上从而测试发挥部分的测试。 4.3测试数据 测试结果如下表2所示。 表2. 测试数据 4.4测试结果 我们对测验的结果进行了分析，分析发现测量的结果总是与标准值有一定误差值但均未超过允许范围。如果在一个度数测量的多个结果中求其平均值，那么测量的误差会更加的接近标准值。发挥部分，第一项完成效果较好；第二项刚好达到指标要求；第三项本装置采用了遥控技术实现了操纵控制更加灵活方便。 附录：主要程序 自动搬运机器人 王泽栋1 曹嘉隆1 高召晗1 杨超2 （1．电子信息工程系学生，2.电子信息工程系教师） 【摘要】 本设计与实作是利用反射式红外线传感器所检测到我们所要跑的路线，我们以前后车头共4颗红外感应传感器TCRT5000来检测黑色路线，并利用Atmel 公司生产的8位单片机AT89S52单片机做决策分析。，将控制结果输出至直流电机让车体自行按预先设计好的路线行走。以AT89S52晶片控制自动搬运机器人的行径，藉由自动搬运的制作过程学习如何透过程式化控制流程、方法与策略、利用汇编语言控制电机停止及正反转，使自动搬运机器人能够沿轨道自行前进、后退以及转弯。目的是在于让车子达到最佳效能之后，参加比赛为最终目的。自动搬运机器人运行过程中会遇到直线、弯道、停止。该设计集检测，微控等技术为一体，运用了数电、模电和小系统设计技术。该设计具有一定的可移植性，能应用于一些高难度作业环境中。 【关键词】自动搬运；黑线检测；时间显示。 1.系统方案选择和论证 1．1 系统基本方案 根据要求，此设计主要分为控制部分和检测部分，还添加了一些电路作为系统的扩展功能，有电动车每一次往返的时间（记录显示装置需安装在机器人上）和总的行驶时间的显示。系统中控制部分包括控制器模块、显示模块及电动机驱动模块。信号检测部分包括黑线检测模块。系统方框图如图1.1.1 图1.1 系统方框图 1．2各模块方案的比较与论证 （1）控制器模块 根据设计要求，控制器主要用于信号的接收和辨认控制电机的正反转、小车的到达直角转弯处的转向、时间显示。 方案一：采用MCS-51系列单片机价格低、体积小、控制能力强。 方案二：采用与51系列单片机兼容的Atmel公司的AT89S52作为控制器件 题目：开关稳压电源（E题） 摘要 本设计综合考虑题目基本部分和发挥部分的指标要求，系统采用简单的boost 升压电路作为DC-DC变换器主电路；PWM控制器采用低压型专用集成芯片UC3843; 主开关管采用IRF540；由内置12位A/D、D/A的高性能、低功耗单片机C8051F021组成系统测控与显示单元，采用液晶显示器作为系统的状态和运行数据显示屏。通过实际测试，作品的性能指标中，输出纹波完全达到了要求；电压调整率，整体效率，负载过流故障排除后自恢复功能，输出电压键控1V步进，电流、电压实时测量及数显功能等几项指标达均到了发挥部分要求；负载调整率也接近发挥部分指标要求。另外，系统还增加了实时输出功率数据显示和负载过流状态下的声、光报警等实用功能。 一、引言 为了满足题目发挥部分规定的电压调整率、负载调整率以及效率等几项指标要求，我们在设计中主要是尽量减少辅助控制电路的损耗。通过单片机和脉宽调制电路来稳定输出电压，并通过单片机的控制实现对整个电路的过流保护功能，排除过流故障后，电源能自动恢复为正常工作状态。同时，当输出电压与设定电压误差较大时，单片机能对输出电压进行一定调节，以提高负载调整率；通过单片机实现了输出电压的键盘设定和步进调整（步进为1V）。系统具有测量和数字显示输出电压、电流的功能。此外，还增加了实时输出功率测量与显示、在输出过流的时候系统发出声、光报警信号等功能。 二、方案论证与比较 1．DC-DC主回路拓扑方案论证 方案一：采用变压器升压的隔离型PWM直流－直流变换器电路，此电路效率较低，开关辐射/纹波较大，电路较复杂。 方案二：采用非隔离型BOOST升压电路，控制电路用专用集成芯片UC3843A，这种电路使用的外部原件最少、调试容易、成本低、效率高。因此，采用此种方案。 2. 控制方法及实现方案 方案一：采用电压型脉宽调制技术，产生频率固定，脉冲宽度可调整的方波脉冲，采用电压反馈环控制系统，它的反馈信息取自输出电压，用反馈电压调整控制器的输出脉冲宽度，改变脉冲占空比，实现开关电源的稳定。 方案二：采用电流型脉宽调制芯片，此技术与传统的仅有输出电压反馈的PWM系统相比增加了一个电感电流反馈。此反馈就做为PWM的斜坡函数，就不再需要锯齿波发生器，更重要的是使用电感电流反馈使系统的可靠性有了明显的改善，经比较具有如下优点： 1)使系统具有快速的瞬态响应及高速的稳定性。 2)输出电压精度很高。 3)具有内在的对功率开关管电流的控制及限流能力。 4)具有良好的并联运行能力。 可以看出方案二的控制性能明显优于方案一，所以采用方案二。 3. 提高效率的方法及实现方案 单片机系统及其它辅助电路的功耗对电源的整体效率有很大的影响。所以选用一款功耗低的单片机作为控制与显示单元电路。采用效率高、开关速度快、损耗小的MOS场效应管作为主开关管。选用快速、低损耗的肖特基二极管作为输出 电子商务三创大赛特等奖作品 新闻中心讯 (特约记者冷馥辰徐航)7月28日，“汾酒杯”第八届全国大学生电子商务“创新、创意、创业”挑战赛总决赛（简称“三创赛”）在山西太原理工大学圆满落下帷幕。武汉工商学院电子商务学院学生邹家哲、李俊毅、刘钊汝、王开梅和文法学院学生张滨淏组成的代表队，凭借参赛项目《宠物之家》从全国诸多项目中脱颖而出，一举夺得全国大学生电子商务“三创”大赛一等奖。 据《宠物之家》项目负责人邹家哲介绍，该项目针对我国现有宠物服务市场存在的管理不规范、服务不完善、信息不对称等诸多问题，对现有的各类宠物服务市场资源进行整合，建立起一个互通有无的信息平台，旨在给消费者提供最全面的服务信息，为宠物们提供一个最温暖的家。 为了迎接本次比赛，“宠物之家”团队进行了近一个月的策划和设计，从网站淘宝、APP、资金、技术及推广各项指标进行了充分准备，目前，宠物之家平台已经完成了部分项目的开发，后期会正式投入运营，将设计方案付诸实践。“虽然做了充分的准备，但在面对评委老师严谨且环环相扣的提问，我们还是被创业所需的严谨的逻辑方式所震撼，感觉到自己今后还需要加倍努力”，项目负责人邹家哲感慨地说。“能取得这样的好成绩，首先离不开优秀的创意和良好的团队合作，同时，在比赛中，稳定的发挥，能够清晰地阐明自己项目的特点和优势也至关重要”，团队指导老师朱晓伟欣慰地说。 据悉，“三创赛”是由教育部主管，教育部高等学校电子商务类专业教学指导委员会主办的全国性竞赛，竞赛分为校赛、省赛、全国总决赛三级赛事，旨在激发大学生兴趣和潜能，培养大学生创新意识、创新思维、创业能力以及团队协同实战精神，本届“三创赛”聚集了来自全国32个省份31970支参赛队伍参加。 2017年全国大学生电子设计竞赛简易水情检测系统（P题） 2017年8月12日 摘要 本设计的是简易水情检测系统以STC89C52芯片为核心，辅以相关的外围电路，设计了以单片机为核心的水情检测系统。系统主要由5V电源供电。在硬件电路上在，用总线连接PH值传感器和水位传感器，通过传感器收集到的水情数据发送到单片机，单片机存储实时数据，并显示在12864LCD液晶屏上。在软件方面，采用C语言编程。通过对单片机程序设计实现对水情检测系统的水情数据的采集、显示和检测。 关键词：单片机最小系统；PH值传感器；水位传感器；AD模块 Abstract The design is a simple water regime detection system to STC89C52 chip as the core, supplemented by the relevant external circuit, designed to single-chip as the core of the water regime detection system. The system is powered by 5V power supply. In the hardware circuit, with the bus connection PH sensor and water level sensor, through the sensor to collect the water data sent to the microcontroller, single-chip storage of real-time data, and displayed on the 12864LCD LCD screen. In software, the use of C language programming. Through the single-chip program design to achieve the water regime detection system of water data collection, display and detection. Key words:single chip minimum system; PH value sensor; water level sensor; capacitance 2013年全国大学生电子设计竞赛 简易旋转倒立摆及控制装置（C题） 【本科组】 摘要： 通过对该测控系统结构和特点的分析，结合现代控制技术设计理念实现了以微控制器MC9S12XS128系列单片机为核心的旋转倒立摆控制系统。通过采集的角度值与平衡位置进行比较，使用PD算法，从而达到控制电机的目的。其工作过程为：角位移传感器WDS35D通过对摆杆摆动过程中的信号采集然后经过A/D 采样后反馈给主控制器。控制器根据角度传感器反馈信号进行PID数据处理，从而对电机的转动做出调整，进行可靠的闭环控制，使用按键调节P、D的值，同时由显示模块显示当前的P、D值。 关键字： 倒立摆、直流电机、MC9S12XS128单片机、角位移传感器WDS35D、PD算法 目录 一、设计任务与要求 (3) 1 设计任务 (3) 2 设计要求 (3) 二系统方案 (4) 1 系统结构 (4) 2 方案比较与选择 (4) （1）角度传感器方案比较与选择 (4) （2）驱动器方案比较与选择 (5) 三理论分析与计算 (5) 1 电机的选型 (5) 2 摆杆状态检测 (5) 3 驱动与控制算法 (5) 四电路与程序设计 (6) 1 电路设计 (6) （1）最小系统模块电路 (6) （2）5110显示模块电路设计 (7) （3）电机驱动模块电路设计 (8) （4）角位移传感器模块电路设计 (8) （5）电源稳压模块设计 (8) 2 程序结构与设计 (9) 五系统测试与误差分析 (10) 5.1 测试方案 (10) 5.2 测试使用仪器 (10) 5.3 测试结果与误差分析 (10) 6 结论 (11) 参考文献 (11) 附录1 程序清单（部分） (12) 附录2 主板电路图 (15) 附录3 主要元器件清单 (16) 程控增益放大器（B题） 程控增益放大器 摘要：本设计采用带通滤波器来选择输入信号带宽滤除杂质。以工作稳定、性能指标较高的STC89C52RC单片机作为微控制器核心来控制选择DDS模块的信号输出、放大器步进选择以及液晶显示。用两个AD603为放大电路核心组成级联放大电路，通过单片机控制DAC0832将数字量转化为模拟量来进行程控放大，提高了放大增益、扩展了通频带宽、而且具有良好的抗噪声系数。放大器带宽可以预置并显示，经测试本设计基本满足题目要求。 关键词：STC89C52RC AD603 程控放大器 AD9850 带通滤波 目录 1、引言： 1 2、方案设计： 1 2.1 总方案框图 1 2.2 DDS模块选择 1 2.3 滤波电路的选择 2 2.4 增益控制部分，放大器的选择 2 3、设计实现： 2 3.1 硬件设计 2 3.1.1 最小系统设计 3 3.1.2 滤波电路 3 3.1.4 放大电路 3 3.1.5 数模转换，电压输出电路 4 3.2软件设计 4 4、测试： 5 4.1、测试方法 5 4.2、测试条件 5 4.3、测试仪器 5 4.4、测试结果 6 5、结论及体会： 6 5.1 结论 6 5.2 体会 6 参考文献： 7 附录一： 8 1 最小系统和按键模块电路原理图 8 2 滤波电路原理图 8 3 自制DDS模块及其外围电路系统原理图 9 4 增益控制电路原理图 10 5 DAC8032数模转换电路图 11 附录二：主要源程序 12 1、引言： 放大器是电子系统中最基本的单元电路，放大器的增益又是其中一个重要的性能参数，随着电路控制的日益精细，对放大器增益的控制和调整也变得越来越细致。程控增益放大器与普通放大器的差别在于反馈电阻网络可变且受控于控制接口的输出信号。不同的控制信号，将产生不同的反馈系数，从而改变放大器的闭环增益。通过单片机用程序来控制放大的增益，通过键盘输入放大倍数，再利用单片机输出相应的数字信号，然后通过DA变换，换成模拟电压信号，使用这个电压信号来控制放大器的放大倍数，实现了程控增益放大。在灵活性方便性上远远优于传统的放大器。 2、方案设计： 2.1 总方案框图 Ui 本系统原理方框图如图2.1所示。本系统由DDS模块、51单片机、滤波电路、键 2015 年全国大学生电子设计竞赛 全国一等奖作品 设计报告部分错误未修正，软 件部分未添加 竞赛选题：数字频率计（F 题） 摘要 本设计选用FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，制作了一款超高精度的数字频率计，其优点在于采用了自动增益控制电路（AGC）和等精度测量法，全部电路使用PCB 制版，进一步减小误差。 AGC 电路可将不同频率、不同幅度的待测信号，放大至基本相同的幅度，且高于后级滞回比较器的窗口电压，有效解决了待测信号输入电压变化大、频率范围广的问题。频率等参数的测量采用闸门时间为1s 的等精度测量法。闸门时间与待测信号同步，避免了对被测信号计数所产生±1 个字的误差，有效提高了系统精度。 经过实测，本设计达到了赛题基本部分和发挥部分的全部指标，并在部分指标上远超赛题发挥部分要求。 关键词：FPGA 自动增益控制等精度测量法 目录 1. 系统方案 1.1. 方案比较与选择 宽带通道放大器 方案一：OPA690 固定增益直接放大。由于待测信号频率范围广，电压范围大，所以选用宽带运算放大器OPA690，5V 双电源供电，对所有待测信号进行较大倍数的固定增益。对于输入的正弦波信号，经过OPA690 的固定增益，小信号得到放大，大信号削顶失真，所以均可达到后级滞回比较器电路的窗口电压。 方案二：基于VCA810 的自动增益控制（AGC）。AGC 电路实时调整高带宽压控运算放大器VCA810 的增益控制电压，通过负反馈使得放大后的信号幅度基本保持恒定。 尽管方案一中的OPA690 是高速放大器，但是单级增益仅能满足本题基本部分的要求，而在放大高频段的小信号时，增益带宽积的限制使得该方案无法达到发挥部分在频率和幅度上的要求。 方案二中采用VCA810 与OPA690 级联放大，并通过外围负反馈电路实现自动增益控制。该方案不仅能够实现稳定可调的输出电压，而且可以解决高频小信号单级放大时的带宽问题。因此，采用基于VCA810 的自动增益控制方案。 正弦波整形电路 方案一：采用分立器件搭建整形电路。由于分立器件电路存在着结构复杂、设计难度大等诸多缺点，因此不采用该方案。 方案二：采用集成比较器运放。常用的电压比较器运放LM339 的响应时间为1300ns，远远无法达到发挥部分100MHz 的频率要求。因此，采用响应时间为4.5ns 的高速比较器运放TLV3501。 主控电路 方案一：采用诸如MSP430、STM32 等传统单片机作为主控芯片。单片机在现实中与FPGA 连接，建立并口通信，完成命令与数据的传输。 方案二：在FPGA 内部利用逻辑单元搭建片内单片机Avalon，在片内将单片机和测量参数的数字电路系统连接，不连接外部接线。 在硬件电路上，用FPGA 片内单片机，除了输入和输出显示等少数电路外，其它大部分电路都可以集成在一片FPGA 芯片中，大大降低了电路的复杂程度、减小了体积、电路工作也更加可靠和稳定，速度也大为提高。且在数据传输上方便、简单，因此主控电路的选择采用方案二。 1系统方案设计与论证 1.1设计要求 （1）设计一个可根据电源线的电参数信息分析用电器类别和工作状态的装置，电器电流范围 0.005A – 10.0A，用电器包括LED 灯、节能灯、USB 充电器（带负载）、无线路由器、机顶盒、电风扇、热水壶。 （2）可识别的电器工作状态总数不低于 7，电流不大于 50mA 的工作状态数不低于 5，同时显示所有可识别电器的工作状态。自定可识别的电器种类,包括一件最小电流电器和一件电流大于 8A 的电器，并完成其学习过程。 （3）实时指示用电器的工作状态并显示电源线上的电特征参数，响应时间不大于2s。特征参量包括电流和其他参量，自定义其他特征参量的种类、性质，数量自定。电器 的种类及其工作状态、参量种类可用序号表示。 （4）随机增减用电器或改变使用状态，能实时指示用电器的类别和状态。 （5）具有学习功能。清除作品存储的所有特征参数，重新测试并存储指定电器的特征参数。一种电器一种工作状态的学习时间不大于 1 分钟。 1.2设计基本思路 题目要求设计可根据电参数分析用电器类别的装置，区分用电器的方法可以是电流的 大小，电压电流的相位差。因此，装置采用ZMPT101B电压互感器、ZMCT103C电流 互感器采集电压电流信息，判断用电器类型，并经28027单片机程序控制在显示屏显示。该装置可以检测键盘的输入，处于学习、识别两种不同模式，存储信息的模块采 用AT24C64，存储用电器的信息。为完成便携终端信息的接收和提示，系统还加入蜂 鸣器和WIFI无线传输模块。 1.3系统框图 1.4方案比较与选择 （1）控制器 方案一：TMS320F28027是一种高效 32 位中央处理单元，具有分析和断点功能。可 以借助硬件进行实时调试。60MHz器件，3.3V 单电源集成型加电和欠压复位，两个内部 零引脚振荡器多达 22 个，复用通用输入输出 (GPIO) 引脚三个，32 位 CPU 定时器片载 闪存、SRAM、一次性可编程 (OTP) 内存。 “创新设计?出彩青春”北京区首届青少年创 新设计大赛方案 以设计抒情，为青春色放，为进一步推动两新组织青春党建团建工作，充分激发青年群体的青春活力和创新热情，参与创新设计，弘扬创新精神，提高创新能力，通过创新理念推动北京创新发展，共青团北京区委开展——“创新设计?出彩青春”北京区首届创新创意设计大赛活动。本次活动向广大青年群体征集以“创新设计?出彩青春”为主题，以“信念、梦想、奋斗、奉献”为核心的创新创意作品,特举办“创新设计?出彩青春”北京区首届创新创意设计大赛活动。具体方案如下: 一、组织单位 主办单位：共青团北京区委员会 承办单位：北京青少年活动中心 协办单位：北京文理学院美术与设计学院 北京文理学院文化与传媒学院 北京文理学院教育学院 北京大学城市与科技学院艺术设计学院 北京水利电力职业学院 北京科创职业技术学院 北京财经职业学院 二、大赛主题 创新设计?出彩青春 三、大赛时间 宣传发动及征集阶段：12月10日前 评选阶段：12月11日——12月15日 评选结果公示及颁奖：12月24日 四、参赛须知 1、本次大赛以个人或团队形式参赛（团队不包括企业），欢迎社会各界青年人士及各学校创意设计精英、设计团队、党团员及青年艺术爱好者踊跃参赛；如多人合作，需征得所有合作者同意并标明所有合作者姓名。 2、作品必须为作者原创，未参与其他类似的比赛或活动。如因侵权导致的法律责任，其法律责任由参赛者本人承担，参赛作品切勿抄袭转载，一旦发现雷同作品，将取消参赛资格。 3、设计内容需围绕以“创新设计?出彩青春”为主题，以“信念、梦想、奋斗、奉献”为核心，所用设计软件不限，形式为创意图形&图案&实体（绘画）作品（如素描、水彩、速写、摄影、雕塑、服装手绘等具有创新设计思维的作品），突出青春、创新、创意的气息。 4、同一参赛者/团队可上传多组不同参赛作品，评选结果以作品为单位。 5、获奖者在收到获奖通知时需提供“作者/团队负责人签字的二代身份证复印件”及详细的个人信息。 6、报名方式： ①参赛者/团队在征集时间截止前将“‘创新设计?出彩青春’北京区首届青少年创新设计大赛方案报名表”电子版表格发至主办方邮 ②设计作品在征集时间截止前将电子版文件发至主办方邮箱，附带作品设计说明一份，（压缩文件中，参赛作者另需提供300dpi分辨率位图源文件或矢量文件）并且文件名标注作者信息或团队信息及作品名称。③绘画/摄影类作品在征集时间截止前以院系为单位将作品交至北京青少年活动中心四层办公室，并将作品电子版（JPG格式）传至主办方邮箱。 2017年全国大学生电子设计竞赛 XXXXXXXXXXXXX（X题） 【本科组】 2017年9月7日 摘要 本系统以飞思卡尔单片机MC9S12XS128作为主控制芯片，通过数字摄像头OV7620采集靶面图像，进行图像信息的处理，得到靶面上弹着点的位置信息，并在OLED上显示弹着点的环数、方位。同时为了方便摄像头的图像的校准，设计了激光三点定位装置。另外设计了以步进电机和直流减速电机驱动的二维激光头移动调节架，通过按键控制可实现激光点在靶面上的移动、自动中心打靶、定位打靶。 关键词：激光打靶单片机数字摄像头步进电机 Abstract This system adopts the Freescale MCU(MC9S12XS128) as the core processing chip, target surface image are gained by the digital camera OV7620, the spot position information on the target is got after the image information processing, the ring number and location are displayed on the OLED. At the same time , in order to facilitate the image of the calibration of cameras, the laser at 3 o 'clock positioning device is designed. In addition , step motor and DC gear motor are designed to drive 2D position control frame, it can be realized through the key control that the laser spot on the target mobile, automatic target and hit the bull 's-eye, automatic positioning. Key words: laser-shooting microcomputer digital camera step motor 电子设计大赛论文报告格式 **设计报告内容： 1．封面：单独1页（见样件） 2．摘要、关键词：中文（150～200字）、英文；单独1页 3．目录：内容必要对应页码号 4．设计报告正文： 一、前言： 二、总体方案设计： 包括方案比较、方案论证、方案选择 （以方框图的形式给出各方案，并简要说明） 三、单元模块设计： 2017年全国大学生电子设计竞赛 管道内钢珠运动测量装置（M题） 【高职高专】 摘要： 系统以STC15W4K61S4单片机为主控器，设计一款管道内钢珠运动测量装置。该装置可以获取管道内钢珠滚动的方向，以及倒入管道内钢珠的个数和管道的倾斜角度。并通过LCD12864液晶显示屏实时显示钢珠滚动方向、个数以及管道的倾斜角度。系统包括单片机主控模块、角度信号采集模块、磁力传感器模块、显 示模块、电源模块、采用稳压输出电源为系统提供工作电源。系统制作成本较低、工作性能稳定，能很好达到设计要求。 关键词:角度传感器、磁性接近开关、LCD12864 目录 1设计任务与要求 (1) 1.1设计任务 (1) 1.2技术指标 (1) 1.3题目评析 (1) 2方案比较与选择 (2) 2.1单片机选择 (2) 2.2角度测量选择 (2) 2.3 钢珠运动检测选择 (2) 2.4显示选择 (2) 2.5电源选择 (2) 3电路系统与程序结构设计 (3) 3.1系统硬件总体设计 (3) 3.2单片机最小系统模块设计 (3) 3.3角度传感器模块设计 (3) 3.4 磁性传感器模块设计 (4) 3.5显示模块设计 (4) 3.6电源模块设计 (4) 3.7程序结构与设计 (5) 4系统测试 (5) 5总结 (6) 参考文献及附录 (6) 1设计任务与要求 1.1设计任务 设计并制作一个管道内钢珠运动测量装置，钢珠运动部分的结构如图1.1所示。 1.2技术指标 1．基本要求 规定传感器宽度 w≤20mm，传感器1和2之间的距离l 任意选择。 （1）按照图1.1所示放置管道，由A 端放入2～10粒钢珠，每粒钢珠放入的时 间间隔≤2s，要求装置能够显示放入钢珠的个数。 （2）分别将管道放置为A 端高于B 端或B 端高于A 端，从高端放入1粒钢 珠，要求能够显示钢珠的运动方向。 （3）按照图1.1所示放置管道，倾斜角ɑ为10o～80o之间的某一角度，由A 端放入1粒钢珠，要求装置能够显示倾斜角ɑ的角度值，测量误差的绝对≤3o。 2．发挥部分 设定传感器1和2之间的距离l 为20mm ，传感器1和2在管道外表面上安放的位置不限。 （1）将1粒钢珠放入管道内，堵住两端的管口，摆动管道，摆动周期≤1s ， 摆动方式如图1.2所示，要求能够显示管道摆动的周期个数。 （2）按照图1.1所示放置管道，由A 端一次连续倒入2～10粒钢珠，要求装置 能够显示倒入钢珠的个数。 （4）其他。 3.设计报告。 1.3题目评析 根据设计要求，对题目评析如下： 本题的重点： ① 传感器灵敏度的选择。 ② 用于钢珠运动检测的传感器选择 图1.1：管道内钢珠运动测量装置的结构图 图1.2：管道摆动方式 精心整理全国电子设计大赛训练项目 设计报告 题目数控通用直流电源 摘要 一、 1．1 1.2 1.3 1.4 二、 2．1系统总框图 (7) 2．2硬件设计 (7) 2．2．1开关稳压电源模块 (7) 2．2．2单片机控制模块 (8) 2．2．3正、负输出可调稳压电源模块 (9) 2．2．4按键模块 (10) 2．3软件设计 (10) 2．3．1主程序流程 (11) 2．3．2过流保护程序流程 (11) 三、测试、结果及分析 (12) 3．1基本功能 (12) 3．2发挥功能部分 (15) 四、总结 (15) 五、参考文献 (15) 附录一、完整的系统原理图 (16) 附录二、完整的系统PCB图 (17) 0.12V, 一、 设计并制作一个直流可调稳压电源。 二、设计要求 1．基本要求 ①用变压器输出的两组17.5V交流绕组，设计三组稳压电源，其中两组3V-15V可调，另一组固定输出＋５Ｖ; ②各组输出电流最大：750mA； ③各组效率大于75%，在500mA输出条件下测量，应在ＤＣ／ＤＣ输入端预留电流测量端； ④为实现程序控制，预留MCU控制接口。 2．发挥部分 ①设置过流保护，保护定值为1.2A； ②用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化； ③扩展输出电压种类（比如三角波、梯形波等）； ④可实现双电源同步调节或分别调节。 一、方案论证与比较 通过对题目的任务、要求进行分析，我们将整个设计划分成两个部分：稳压电源部分和数控部分。 1.1稳压电源部分方案比较 方案一：三端稳压电源 根据设计要求，可以采用三端稳压器来实现输出系统所需的三种直流电压：固定+5V和两组可调输出。其中，用7805实现固定5V的输出，LM317实现可调输出（控制输出电压为1.2~37V）。 电路原理图如下： 图1固定5V输出 7805是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压为5v。 图2LM317可调电源模块 在综合考虑LM317的输出电压范围1.25～37V和其最小稳定工作电流不大于5mA的条件下保证R1≤0.83KΩ，R2≤23.74KΩ,就能保证LM317稳压块在空载时能够稳定工作。输出电压：V O =1.25(1+R2/R1),在LM317输出范围为1.25～37V的条件下，R2/R1范围为：0～28.6。 优点：线性电源工作稳定，输出纹波小，且不需做过多调整，使用较为方便，工作安全可靠，适合制作通用型、标称输出的稳压电源。缺点：线性稳压电路的内部功耗大，效率低，散热问题较难解决。 方案二：晶体管串联式直流稳压电路 晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图3所示，该电路中，输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压UO为恒定值（稳压值）。 图3晶体管串联式直流稳压电路方框图 方案三：开关电源 根据设计要求，可选用开关电源来完成设计。LM2596为电路设计核心。 调整管 取样 误差放大 基准电压 辅助电源 UI UO 放大器的应用 [摘要]集成运放裨上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。 本课程设计的基本目标：使用一片通用四运放芯片LM324组成预设的电路，电路包括三角波产生器、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LM324、加法器、滤波器、比较器 目录 一、设计任务 (2) 二、设计方案及比较 (2) 1. 三角波产生器 (2) 2. 加法器 (2) 3. 滤波器 (3) 4. 比较器 (3) 三、电路设计及理论分析 (3) 四、电路仿真结果及分析 (4) 1. U端口 (4) 1o 2. U端口 (4) 1i 3. U端口 (4) 2i 4. U端口 (4) 2 o 5. U端口 (4) 3o 五、总结 (4) 一、设计任务 使用一片通用四运放芯片LM324 组成电路框图见图1（a ），实现下述功能： 使用低频信号源产生Hz f V t f u i 500)(2sin 1.0001==π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1o u ，1o u 如图1（b ）所示,1T =0.5ms ，允许1T 有±5%的误差。 图中要求加法器的输出电压11210o i i u u u +=。2i u 经选频滤波器滤除1o u 频率分量，选出0f 信号为2o u ,2o u 为峰峰值等于9V 的正弦信号，用示波器观察无明显失真。2o u 信号再经比较器后在1k Ω 负载上得到峰峰值为2V 的输出电压3o u 。 电源只能选用+12V 和+5V 两种单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源和其它型号运算放大器。 要求预留1i u 、2i u 、2o u 、2o u 和3o u 的测试端子。 二、设计方案及比较 设计有五个部分，其中低频信号源使用信号发生器，其余四部分设计方案如下： 1.三角波产生器 初始方案： 根据《模拟电子技术基础》书上的方波发生器产生方波，然后再采用微分电路对信号处理，输出即为三角波。 图1.1 图中：R 1 = 6.8k ?，R 2 = 10k ?，R 3 = 30k ?，R 0 = 3.9k ?，R 4 = 10k ?，R 5 = 20k ?，C = 0.1?F ， D Z1和D Z2采用稳压管。 运算放大器A 1与R 1、R 2、R 3及R 0、D Z1、D Z2组成电压比较器。当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，比较器与积分器首尾相连形成闭环电路，能自动产生方波与三角波。三角波（或方波）的频率为： 改进方案： 由于LM324只有四个运算放大器，如果三角波产生使用两个，则后面的三个电路中有一个无法实现，所以只能采用一个运算放大器产生。同时由于器件不提供稳压二极管，所以电阻电容的参数必须设计合理，用直流电压源代替稳压管。 对方波放生电路进行分析发现，如果将输出端改接运放的负输入端，出来的波形近似为三角波。设计电路如图1.2 图1.2 2.加法器 方案： 由于加法器输出11210o i i u u u +=，所以采用求和运算电路，计算电阻电容的参数值，电路 电子设计大赛看研究生的创新能力中国研究生电子设计竞赛(简称研电赛)发起于19XX年，是教育部倡导的“全国研究生创新实践系列活动”主题赛事之一，有着广泛的社会影响力，对提升研究生工程设计能力和推动研究生培养模式的改革发挥了重要作用［1］。研电赛的目的是推动高等院校及科研院所电子信息类研究生培养模式改革与创新，竞赛始终坚持“激励创新，鼓励创业，提高素质，强化实践”的宗旨［2］。竞赛采取题目自拟、时间宽松的竞赛方式，作品覆盖了信号处理、测量与控制、电力电子和通信等电子信息相关领域。研电赛受到了全国各高校的高度重视，电子行业企业也非常看重学生的电子设计竞赛经历，学生参赛踊跃。尽管研电赛呈现出了逐年上升的发展势头，但评审过程中仍暴露出了一系列亟待解决的共性问题:学生们的作品创新不足、缺少创意，对作品的应用定位欠考虑。笔者参加了20XX年东北赛区初赛和全国决赛的评审工作，发现在众多的作品中能够吸引人、富于创意的作品极其少见，多数参赛作品是指导教师的科研项目，作品完整性较好，但缺乏想象力和创造力。透过这些现象，可以发现在研究生培养模式方面仍存在一定问题，还有很多急需的工作要做，还有较长的路要走。 1变被动为主动走自由发展之路 传统培养过程中，研究生主要是辅助指导教师做科研项目、撰写学术范文，指导教师采取布置科研作业的方式开展教学工作。在这个过程中，所做的课题由指导教师来指定，所采用的研究方法也由指导教师来规划，研究生完全处于被动学习的状态，其想象力和创造力很 难得到激发。这一点从研电赛的部分作品中清晰可见:有许多参赛作品就是一个普通的开发项目，其完整性较好，不否认其工作量，但从创新创意的角度看，甚为平常，当问及作品的创新之处时，参赛队员们的回答很难令人满意，更难留下深刻印象。这里暴露出的一个问题就是，研究生在培养过程中缺少主动、自由的土壤，自然无法将其创新潜能发挥到极致。创新需要激情，需要思维发散，需要以兴趣为导向。应该给研究生留有大量的时间去思考、去钻研、去探究。在研究生的培养过程中，应该努力为学生潜能的充分开发创造宽松的环境与氛围，坚持以发展人的主体性和创造性为各项培养工作的核心，鼓励研究生自己提出具有潜在创造性但有一定风险性的课题，鼓励研究生去做有创意的科研课题。在这一过程中指导教师角色也应转变，改变在学生心目中的“老板”形象，变成研究生的科研顾问。当学生遇到难以攻克的问题时，指导教师只需给出大致的解决方向以供参考，而具体的尝试由研究生自己来规划和执行，这样既可以发挥学生的积极性又可以锻炼他们的解决问题能力，同时在创新的道路上锤炼了他们勇于克服困难的顽强意志。 2加强交流走共同进步之路 参赛作品中，有些作品的不足之处，在其它作品中能够找到解决方案，试想如果两个参赛队赛前能交流一下，那么他们都将获得较好的成绩。一个人的认识是有限的，与他人交流有时会得到意想不到的收获。从这一点可以看出交流对于研究生培养起着不可低估的作用。研电赛的一个重要目标是全面提升参赛学生的电子设计创新能力，提 一：方案论证 1.系统总体设计方案 根据题目要求，总体设计方案如下：将交流电220V送进隔离变压器，一级输出18V交流电。通过整流滤波，将交流电转为直流电，进行DC-DC升压和降压。副DC-DC实现的降压值为5V，用于给单片机控制系统供电。通过键盘可以对主DC-DC升压的输出电压进行设定和步进调整，并由AD对输出进行采样，通过在单片机内预置的算法对输出进行补偿调整，同时从液晶屏上数字显示出电流和电压值。当开关稳压电源输出电流达到上限时，启动过流保护；当故障排除后，开关电源恢复正常工作。系统总体框图如图1.1所示。 图1.1 系统总体框图 2.主DC-DC升压电路设计方案 DC－DC升压电路采用自举式升压方式，如图1.2所示，当晶体管导通时，电感与电源接地端直接相连，形成回路。随着能量存储到电感的磁场中，流过电感的电流斜线上升，磁力线增强。 当晶体管截止时，磁场开始消失。随着它的减弱，会切割电感的导线，产生一个电压。由于磁场的运动方向与磁场建立时的方向相反，所以感应电压反向。从而实现升压的过程。 晶体管截止时电流方向 图1.2 自举式主DC-DC回路拓扑图 3.控制方法及实现方案 对主DC-DC升压转换器的控制方法采用硬件闭环控制为主、软件补偿和测量相结合的方法对DC-DC的输出进行精确控制。硬件控制采用国家半导体公司的LM2587-ADJ开关电源控制芯片组成对输出主回路的电压闭环控制，实现对系统 的粗调。软件控制选用STC12C5412AD 单片机作为系统控制器，系统的显示、按 键、A/D 、D/A 全部集中在核心控制板上，通过预置算法实现对系统的精调。 4.提高效率的方法及实现方案 1.降低二极管的损耗：二极管一般需要0.7V 的导通电压降。在输出电压为 21.6V 时，二极管要消耗一定的输出功率。而肖特基二极管的导通压降一般为 0.2V ～0.3V ，因此使用这类二极管这能够有效降低其上的功率损耗。 2.降低开关管的损耗：如果将开关管设计在外围电路中，极易由于设计参数 的问题导致开关管部分时间工作在线性区，会引起一定损耗。在设计中，选用 LM2587，它将开关管集成到芯片内部，参数由厂家整定，可以大大减少功耗。 3.减少铜损：铜损是由导线的寄生电阻和电感线圈引起的。实际设计中，选 用横截面积大的铜丝，并采取多股缠绕的方法，减少单位横截面积电阻。 4.减少铁损：引起铁损的原因有两个——磁滞损耗和涡流损耗。在实际操作 中，采用EI 型电感磁芯，并在连接处留有一定空隙。由于存在空气间隙，使之 不易产生磁滞和涡流。 二：电路设计与参数计算 1.主回路器件的选择及参数计算 题目中要求：18V 交流输入时，经转换后输入电压为21.6V （理论计算得出）， 负载端电压为30V~36V 。最大输出电流I omax 为2A ，主DC-DC 升压变换器效率 η≥70%(发挥部分要求达到η≥85%)。据此，在主DC-DC 升压回路中主要用来 实现DC-DC 变换器的器件为LM2587-ADJ 。LM2587-ADJ 内部有一个100kHz 的振荡器，内部开关电流额定值5A ，负载电压V load <65V ，输入电压需保持在 4V~40V ，变换器效率90%，理论上完全满足设计需求。 主DC-DC 回路电路图如图2.1所示，通过改变R 2和R 3的比值即可设定所需 负载电压值。 图2.1 主回路原理图 将反馈电压与内部参考电压1.23V 进行比较： V load =1.23V(1+32R R ) （2-1） 2019 年全国大学生电子设计竞赛综合测评题 综合测评注意事项 （1）综合测评于2019 年8 月19 日8：00 正式开始，8 月19 日15 ：00 结束。 （2）本科组和高职高专组优秀参赛队共用此题。 （3）综合测评以队为单位采用全封闭方式进行，现场不能上网、不能使用手机。 （4）综合测评结束时，制作的实物及《综合测评测试记录与评分表》由全国专家组委派的专家封存， 交赛区保管。 多信号发生器 使用题目制定综合测评板上的一片LM324AD（四运放）和一片SN74LS00D（四与非门）芯片设计制作一个多路信号发生器，如下图所示。 设计报告应给出方案设计、详细电路图、参数计算和现场自测数据波形（一律手写），综合测评板 编号及 3 个参赛同学签字需在密封线内，限 2 页，与综合测评板一同上交。 u o1 u o2 多信号发生器u o3 1kΩ 19kHz-21kHz （含LM324AD 四运放，U o41kΩ 负载 1kΩ 负载 负载 +5V SN74LS00D四与非门） 1kΩ 负载 U o1————方波 U o2————占空比连续可调窄脉冲 U o3————正弦波 U o4————余弦波 一．约束条件 1. 一片SN74L.S0OD四与非门芯片（综合测评板上自带）; 2. 一片LM324AD四运算放大器芯片（综合测评板上自带）; 3. 赛区提供固定电阻、固定电容、可变电阻元件（数量不限、参数不限）; 4. 赛区提供直流电源。 二．设计任务及指标要求 利用综合测评板和若干电阻、电容元件，设计制作电路产生下列四路信号: 1. 频率为19kHz~2IkHz 连续可调的方波脉冲信号，幅度不小于 3.2V; 2. 与方波同频率的正弦波信号，输出电压失真度不大于5%，峰-峰值(Vpp)不小于1V; 3. 与方波同频率占空比5%~15%连续可调的窄脉冲信号，幅度不小于 3.2V; 2016年全国大学生电子设计竞赛降压型直流开关稳压电源（A题） 论文编号： 参赛学校： 参赛学院； 参赛队员: 联系方式： 2016年7月28日 为实现将16V直流电转为5V直流电的稳定输出，本系统以buck电路为核心，利用LM5117 的宽工作频率范围和自适应死区时间控制来驱动外部高边和低边NMOS 功率开关管的优点，通过LM5117芯片的RAMP引脚所连接的电阻、电容设置PWM斜坡斜率，通过HO和LO输出PWM,对MOSFET管CSD18532kcs进行控制，进而实现对输出电压的控制，使其输出稳定的5V直流信号，转换效率高，且具有过流保护等功能。本系统具有转换效率高、稳定性强等优点，满足设计要求。 关键词：DC/DC直流电源、buck电路、LM5117、CSD18532kcs 一、方案论证与选取 (1) 1.1 方案论证 (1) 1.2 方案的选取 (1) 1.3 总体设计 (1) 二、理论分析与参数计算 (2) 2.1降低纹波的方法 (2) 2.2 DC-DC变换方法 (2) 2.3 稳压控制方法 (2) 2.4 Buck电路参数的计算 (3) 2.4.1电感值的计算 (3) 2.4.2 电容的计算 (3) 三、电路与程序设计 (3) 3.1 LM5117与buck主电路模块 (3) 3.2 过流保护电路 (4) 3.3 反馈电路 (4) 四、测试方案与测试结果 (5) 4.1测试方案及测试条件 (5) 4.2测试结果及分析 (5) 五、参考文献 (7) 六、附录 (7) A 题：降压型直流开关稳压电源 一、 方案论证与选取 1.1 方案论证 方案一：采用简易的Buck 电路，用单片机输出PWM 波。Buck 电路是一种主要的降压型DC/DC 变换拓扑，通过PWM 控制开关器件的占空比来控制输出电压。 方案二：采用反激式拓扑结构，能够取的比较好的稳压效果和较小的纹波电压。 方案三：利用TI 公司的降压控制器LM5117芯片来输出PWM 控制两个MOS 管开关进而控制输出的电压，电路结构简单，输出功率大，效率高，具有良好的输出特性。 1.2 方案的选取 方案一设计复杂，程序编写繁琐，出错率高；方案二反激式开关电源初级和次级线圈的漏感都比较大，工作效率低，电路复杂，短时间难以实现题目要求；而方案三电路结构简单，易于连接，且所用芯片稳定，不需编写繁琐程序，完全由电路控制，所以我们选择方案三。 1.3 总体设计 图1：系统方框图电子设计大赛报告.doc
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