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)
一、设计任务与要求
1 设计任务
设计并制作一套简易旋转倒立摆及控制装置。旋转倒立摆的结构如图1所示。电动机A固定在支架B上，通过转轴F驱动旋转臂C旋转。摆杆E通过转轴D固定在旋转臂C的一端，当旋转臂C在电动机A驱动下作往复旋转运动时，带动摆杆E在垂直于旋转臂C的平面作自由旋转。如下图所示
2 设计要求
基本要求：①摆杆从处于自然下垂状态开始，驱动电机带动旋转臂作往复旋转使摆杆摆动，并尽快使摆角达到或超过﹣60°~+60°；②从摆杆处于下垂状态开始，尽快增大摆杆的摆动幅度，直至完成圆周运动；③在摆杆处于自然下垂状态下，外力拉起摆杆至接近165°位置，外力撤出同时，启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于5s；期间旋转臂的转动不大于90°。
发挥部分：①从摆杆处于自然下垂状态开始，控制旋转臂作往复旋转运动，尽快使摆杆摆起倒立，保持倒立时间不少于10s；②在摆杆保持倒立状态下，施加干扰后摆杆能继续保持倒立或2s内回复倒立状态；③在摆杆保持倒立状态的前提下，旋转臂作圆周运动，并尽快使单方向转过角度达到或超过360°。
二 系统方案
1 系统结构
系统包括MC9S12XS128单片机；直流电机和电机驱动模块；角位移传感器。由直流电机来控制旋转臂转动从而来使摆杆摆动，在摆杆的转轴处加上角位移传感器，使摆杆一开始能快速得摆动出来，并且能保持倒立的状态，框图如下：
2 方案比较与选择
（1） 角度传感器方案比较与选择
方案①选择角位移传感器：角位移传感器它采用非接触式专利设计，与同
步分析器和电位计等其他传统的角位移测量仪相比，有效地提高了精度。
方案②选择陀螺仪：陀螺仪传感器最主要的特性是它的稳定性和进动性。它是用来感测和维持方向的装置，主要用在航空来判断方向，在此次设计中想到用陀螺仪来控制摆杆角度，但判断比较复杂，不实用。
MC9S12XS128
单片机
BTN7971 驱动
直流电机
角位移 传感器
摆杆
内置AD
因此我们选择角位移传感器。
（2）驱动器方案比较与选择
方案①选择L298：L298工作电压为12V，电流到2A。但是它的驱动能力弱，不满足我们的需求。
方案②选择BTN7971：相对于L298,这款驱动器有着跟强大得驱动能力。它与单片机5V隔离保护单片机；它的PWM1，PWM2最高支持15V，此驱动集成的模块反应迅速，发热量小。
因此我们选择BTN7971。
三理论分析与计算
1 电机的选型
一开始我们选择步进电机：步进电机可以实现开环控制，即通过驱动器信号输入的脉冲数量和频率实现步进电机的角度和速度控制，无需反馈信号。它可以旋转极小的角度，从而实现倒立摆的功能。但我们实际操作起来转速比较慢，加上旋转臂等后速度缓慢。
后来选择直流电机：通过直流电机来带动旋转臂，从而带动摆杆。直流电机控制简单，只要加上合适的电压就会转，转速相比步进电机更快，比较适合本题的要求，而且更适用于PD算法，便于摆杆保持倒立状态。
2 摆杆状态检测
摆杆状态的检测主要要用角位移传感器，然后通过芯片内置AD每隔0.5ms 读取到数据，再将数据转化成角度，通过PID算法调节电机直立效果。假如当摆杆在倒立状态时，然后用手往右旋转一个角度后松手（采用PD算法，当偏离平衡角度越大，则PD反馈给电机占空比的值就越大），角位移传感器则将角度信号传给AD，再通过PID算法给芯片，让电机向右旋转，使摆杆能保持倒立的状态。
3 驱动与控制算法
摆杆的运动时一个连续变化的过程，旋转的变化也是一个连续渐变的过程。在连续的闭环控制系统中，按偏差，比列，微分，积分进行的PID控制技术一种应用最广泛的控制方式。他具有庞简单，易于实现，适用面广等一系列优点。
连续PID控制器也称比列—积分—微分指控器，即过程控制是按误差的比列，
积分和微分对系统进行控制。
PID算法的控制数学模型为：
本程序采用PD控制，能够加大系统的反应速度。
四电路与程序设计
1 电路设计
（1）最小系统模块电路
此次设计我们采用MC9S12XS128单片机，它是一款增强型16位单片机，该单片机采用CPU12X V2内核，可运行在40MHz总线频率上。存储器：128KB FLASH；2KB EEPROM;8KB RAM 。 A/D:16通道模数转换器；可选8位，10位和12位精度。PWM：8位9通道或16位4通道PWM。所有考虑用此芯片为最小系统。
（2）5110显示模块电路设计
5110显示屏是一款经典的机型，它的性价比高，可以显示15个汉字，30个字符。价格便宜。接口就四根I/O即可驱动，速度快。用它来显示PID的P和D的数值。其按键1为选择参数，按键2为增加参数值，按键3为减少参数值，按键4为启动键，如下图所示。
（3）电机驱动模块电路设计
此次倒立摆的旋转臂由直流电机控制旋转，通过BTN7971驱动器来驱动。BTN7971内部包含2通道逻辑驱动电路，可以方便的驱动直流电机。BTN7971的供电电压典型值为7.2V ，电流为1A 。BTN7971驱动模块连线为：VCC 接5V 给芯片供电；EN 端接高电平使能；P1/P5为PWM 占空比控制与单片机连接；OUT1/2连接直流电机。
（4）角位移传感器模块电路设计
该WDS35D 传感器采用特殊形状的转子和绕线线圈，模拟线性可变差动传感器的线性位移，有较高的可靠性和性能，转子轴的旋转运动产生线性输出信号，围绕出厂预置的零位移动±60度。此输出信号的相位指示离开零位的位移方向。转子的非接触式电子耦合使传感器具有无限的分辨率，即绝对测量度可达到零点几度。
用高精度角位移传感器WDS35D 来采集摆杆的运动信号，本系统采用一个角度传感器装在转轴上。这样可以控制电机精确的转动。只需给传感器一个5V 的电压，当使摆杆摆动时，转轴会转动，传感器也会随着转轴转动并且输出一系列连续变化的模拟值。可以将该模拟值直接送给单片机内部的AD 进行采样再用数学拟合算法曲线处理之后控制电机转动。
采集电压：
5*1024ad V =
；
3605*θ=V 。由这两个公式推算出360*1024ad
=θ
（5）电源稳压模块设计
如下图为电源稳压模块，可以产生稳定的5V 的电压来供电。
传感器
A/D 转换
控制器
角度信号 电压信号
数字信号
2 程序结构与设计
开始
超频，初始化端口
5110初始化，清屏
For（；；）
按键扫描
参数修改
显示P,D值
五系统测试与误差分析
5.1 测试方案
①硬件检测：采用数字万用表对电路板连接情况测试。
②基础部分检测：基础部分的三个要求。
③发挥部分检测：发挥部分的三个要求。
5.2 测试使用仪器
量角器，数字万用表VC890D，示波器DS2101，秒表。
5.3 测试结果与误差分析
①摆杆处于自然下垂状态，观察摆角到达60°和时间。
次数 1 2 3 4
时间2s 1.9s 1.89s 1.94s
②摆杆处于自然下垂状态，观察摆杆完成圆周运动时间
次数 1 2 3 4
时间 3.5s 3.2s 3.5s 3.5s
③摆杆处入自然下垂状态，外力拉起摆杆接近165°，摆杆保持倒立不少于5s，
观察旋转臂的转动角度。
次数 1 2 3 4
角度0.5 0.6 失败0.5
失败原因：电机马力不足，pd值未调好。
④摆杆处入自然下垂状态，然后尽快让摆杆倒立并保持10s以上，观察所需时
间。
次数 1 2 3 4
时间失败失败失败失败
失败原因：电机马力不足，摆杆头重脚轻而且调试时间不足，导致PD值未调好
6结论
本系统以单片机为核心部分，根据角度传感器采集来的信息，经计算得出数据来控制直流电机转动，从而达到系统的基本要求。在系统设计中，力求硬件线路简单，充分发挥软件编程灵活的特点，来满足系统设计的要求。因为时间有限，该系统还有许多值得修改的地方；比如对此系统来讲，PID算法并不是最优算法；硬件电路的设计还需优化，以减小系统的阻力等等。因此，系统还有待改进。
在这段时间内的试验过程中，我们遇到过许多的问题，需要我们自己去考虑，去动手，去解决。平时我们多是时间只是在学习理论知识，在准备比赛和进行比赛这段时间内，我们将平时课本上学习的知识真正的运用到实践中，经过此次竞赛我们认识到了团队合作的重要性，充分领会了大赛的精神，全队每个成员均得到宝贵的创作经验。
参考文献
[1]大学生电子设计竞赛组委会.《第五届全国电子设计竞赛获奖作品编选》.北京：北京理工大学出版社，2003
[2]何立民.《单片机高级教程应用设计》.北京：北京航空航天大学出版社，2000
[3]朱定华.《单片机原理与接口技术》.电子工业出版社，2006
[4]吴建平.《传感器原理及应用》.北京：机械工业出版社，2009
[5]郁有文.《传感器原理及工程应用》.西安：西安电子科技大学出版社，2008
附录1 程序清单（部分）
//主函数
#include
#include "derivative.h" /* derivative-specific definitions */
#include "init.h"
#define PITTIME 800 //定时，，1000*5us
int PJT=478; //平衡位置角度传感器Ad值
void PLL(void) //48MHz 外部时钟16MHz
{
CLKSEL=0X00; //禁止使用锁相环，系统频率=外部晶振，总线频率=
系统频率/2
PLLCTL_PLLON=1; //打开锁相环
SYNR =0x40 | 0x03; //PLLclock=2*osc*(1+SYNR)/(1+REFDV)=96M;
REFDV=0x80 | 0x01;
POSTDIV=0x00;
_asm(nop); //当POSTDIV=0x00时，BUS CLOCK=PLLclock/2=48M
_asm(nop);
while(!(CRGFLG_LOCK==1)); //等待锁相环初始化完成
CLKSEL_PLLSEL =1; //使用锁相环频率作为系统频率
}
void PIT_init(void) //定时中断初始化函数5uS定时中断设置
{
PITCFLMT_PITE=0; //PIT禁止
PITCE_PCE0=1; //定时器通道0使能
PITMTLD0=199; //8位定时器初值设定,240分频，在
48MHzBusClock下，为0.2MHz。即5us
PITLD0=PITTIME-1; //16位定时器初值设定。10ms
PITINTE_PINTE0=1; //定时器中断通道0中断使能
PITMUX_PMUX0=0; //通道0的16位定时器与微时基0连接
PITCFLMT_PITE=1; //PIT使能
}
void main(void) {
/* put your own code here */
DisableInterrupts;
IRQCR=0x00; //关闭PE0 1中断
ECLKCTL=0XC0; //关闭PE4 ECLOCK
PLL();
INIT_PWM();
INIT_AD();
PIT_init();
UART_Init ();
DDRA=0xFF;
PORTA=0x00;
PORTB=0x00;
DDRB=0x00;
LCD_init(); //初始化LCD模块
LCD_clear(); //清屏幕
xian();
EnableInterrupts;
for(;;) {
keyscan();
canshuxiugai();
jdp(KKK);
jdd(KKP);
}
}
//初始化头文件
#ifndef _INIT_H_
#define _INIT_H_
extern void INIT_AD(void) ;
extern unsigned int AD_capture(unsigned char s);
extern void INIT_PWM(void);
extern void MOTOR_set(int LL);
extern void speedout(void);
extern void LCD_init(void);
extern void LCD_clear(void);
extern void xian(void);
extern void LCD_write_zimu(unsigned char row, unsigned char page,unsigned char c);
extern void jdp(int number0);
extern void jdd(float number1);
extern int PJT,KKK;
extern int leftout,KAI;
extern float OutData[4];
extern void UART_Init(void);
extern void OutPut_Data(void);
extern void uart_putchar(void);
extern void keyscan(void);
extern void canshuxiugai(void);
extern void delayms(unsigned int x);
extern float KKP,ZZ;
#endif
附录2 主板电路图
附录3 主要元器件清单
序号名称数量备注
1 最小系统版
1 MC9S12XS128芯
片
1 驱动直流电机
2 直流电机驱动
BTN7971
1 控制旋转臂
3 直流电机
RS-380SH
4 角位移传感器
1 旋转角度测量
WDS35D
5 5110显示屏 1 显示PID值
6 主板 1 放置单片机
电子竞赛中作品设计的一般步骤
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
6.2 电子竞赛作品设计制作步骤 与一般的电子产品设计制作不同的是，电子设计竞赛作品设计制作一方面需要遵守电子产品设计制作的一般规律，另一方面要在限定时间、限定人数、限制设计制作条件、限制交流等情况下完成作品的设计制作，电子竞赛作品设计制作有自己的规律。电子竞赛作品设计制作大约需经过题目选择、系统方案论证、子系统、部件设计与制作、系统综合、调试与测量等步骤，最后完成作品和设计总结报告。 6.2.1 题目选择 全国大学生电子设计竞赛作品设计制作时间是4天3晚，3人一组。竞赛题目一般为5～6题，题目在竞赛开始时（第1天的8.00）开启。以2003年第6届为例共有6题：电压控制LC振荡器（A题）、宽带放大器（B题）、低频数字式相位测量仪（C题）、简易逻辑分析仪（D题）、简易智能电动车（E题）、液体点滴速度监控装置（F题）。 正确地选择竞赛题目是保证竞赛成功的关键。参赛队员应仔细阅读所有的竞赛题目，根据自己组3个队员的训练情况，选择相应的题目进行参赛制作。 选择题目按照如下原则进行： （1）明确设计任务，即“做什么？”。选择题目应注意题目中不应该有知识盲点，即要能够看懂题目要求。如果不能看懂题目要求，原则上该题目是不 可选择的。因为时间是非常紧张的，没有更多的时间让你去重新学习，另外根 据竞赛纪律，也不可以去请教老师。 （2）明确系统功能和指标，即“做到什么程度？”。注意题目中的设计要求一般分基本要求和发挥部分两部分，各占50分。应注意的是基本部分的各 项分值题目中是没有给出的，但在发挥部分往往会给出的各小项的分值。选择 时要仔细分析各项要求，综合两方面的要求，以取得较好的成绩。 （3）要确定是否具有完成该设计的元器件、最小系统、开发工具、测量仪器仪表等条件。 在没有对竞赛题目进行充分地分析之前，一定不能够进行设计。题目一旦选定，原则上是应保证不要中途更改。因为竞赛时间只有4天3晚，时间上不允许返工重来。 6.2.2 系统方案论证 题目选定后，需要考虑的问题是如何实现题目的各项要求，完成作品的制作，即需要
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
1994～2009全国大学生电子设计竞赛历届题目一览 第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛题目 题目一简易数控直流电源 题目二多路数据采集系统 第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛题目 题目一实用低频功率放大器 题目二实用信号源的设计和制作 题目三简易无线电遥控系统 题目四简易电阻、电容和电感测试仪 第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛题目 A题直流稳定电源 B题简易数字频率计 C题水温控制系统 D题调幅广播收音机* 第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛题目 A题测量放大器 B题数字式工频有效值多用表 C题频率特性测试仪 D题短波调频接收机 E题数字化语音存储与回放系统 第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛题目 A题波形发生器 B题简易数字存储示波器 C题自动往返电动小汽车 D题高效率音频功率放大器 E题数据采集与传输系统 F题调频收音机 第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛题目 电压控制LC振荡器（A题） 宽带放大器（B题） 低频数字式相位测量仪（C题） 简易逻辑分析仪（D题） 简易智能电动车（E题） 液体点滴速度监控装置（F题） 第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛题目 正弦信号发生器（A题） 集成运放参数测试仪（B题） 简易频谱分析仪（C题）
单工无线呼叫系统（D题） 悬挂运动控制系统（E题） 数控直流电流源（F题） 三相正弦波变频电源（G题） 第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛题目音频信号分析仪（A题）【本科组】 无线识别装置（B题）【本科组】 数字示波器（C题）【本科组】 程控滤波器（D题）【本科组】 开关稳压电源（E题）【本科组】 电动车跷跷板（F题）【本科组】 积分式直流数字电压表（G题）【高职高专组】 信号发生器（H题）【高职高专组】 可控放大器（I题）【高职高专组】 电动车跷跷板（J题）【高职高专组】 第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛题目光伏并网发电模拟装置（A题）【本科组】 声音导引系统(B题)【本科组】 宽带直流放大器（C题）【本科组】 无线环境监测模拟装置（D题）【本科组】 电能收集充电器（E题）【本科组】 数字幅频均衡功率放大器（F题）【本科组】 低频功率放大器（G题）【高职高专组】 LED点阵书写显示屏（H题）【高职高专组】
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 (4) 1 设计任务 (4) 2 设计要求 (4) 二系统方案 (5) 1 系统结构 (5) 2 方案比较与选择 (5) （1）角度传感器方案比较与选择 (5) （2）驱动器方案比较与选择 (6) 三理论分析与计算 (6) 1 电机的选型 (6) 2 摆杆状态检测 (6) 3 驱动与控制算法 (7) 四电路与程序设计 (7) 1 电路设计 (7) （1）最小系统模块电路 (7) （2）5110显示模块电路设计 (8) （3）电机驱动模块电路设计 (9) （4）角位移传感器模块电路设计 (9) （5）电源稳压模块设计 (9) 2 程序结构与设计 (10) 五系统测试与误差分析 (11) 5.1 测试方案 (11) 5.2 测试使用仪器 (11) 5.3 测试结果与误差分析 (11) 6 结论 (12) 参考文献 (12) 附录1 程序清单（部分） (13) 附录2 主板电路图 (18) 附录3 主要元器件清单 (19)
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
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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。
光伏并网发电模拟装置（A 题） 【本科组】 一、任务 设计并制作一个光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S 和电阻R S 模拟光伏电池，U S =60V ，R S =30Ω~36Ω；u REF 为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V ，频率f REF 为45Hz~55Hz ；T 为工频隔离变压器，变比为n 2:n 1=2:1、n 3:n 1=1:10，将u F 作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L =30Ω~36Ω。 R L U S 图1 并网发电模拟装置框图 二、要求 1．基本要求 （1）具有最大功率点跟踪（MPPT ）功能：R S 和R L 在给定范围内变化时， 使d S 1 2 U U =，相对偏差的绝对值不大于1%。 （2）具有频率跟踪功能：当f REF 在给定范围内变化时，使u F 的频率f F =f REF ， 相对偏差绝对值不大于1%。 （3）当R S =R L =30Ω时，DC-AC 变换器的效率η≥60%。 （4）当R S =R L =30Ω时，输出电压u o 的失真度THD ≤5%。 （5）具有输入欠压保护功能，动作电压U d （th ）=（25±0.5）V 。 （6）具有输出过流保护功能，动作电流I o （th ）=（1.5±0.2）A 。 2．发挥部分 （1）提高DC-AC 变换器的效率，使η≥80%（R S =R L =30Ω时）。 （2）降低输出电压失真度，使THD ≤1%（R S =R L =30Ω时）。 （3）实现相位跟踪功能：当f REF 在给定范围内变化以及加非阻性负载时，
均能保证u F 与u REF 同相，相位偏差的绝对值≤5°。 （4）过流、欠压故障排除后，装置能自动恢复为正常状态。 （5）其他。 三、说明 1．本题中所有交流量除特别说明外均为有效值。 2．U S 采用实验室可调直流稳压电源，不需自制。 3．控制电路允许另加辅助电源，但应尽量减少路数和损耗。 4．DC-AC 变换器效率o d P P η= ，其中o o1o1P U I =?，d d d P U I =?。 5．基本要求（1）、（2）和发挥部分（3）要求从给定或条件发生变化到电路 达到稳态的时间不大于1s 。 6．装置应能连续安全工作足够长时间，测试期间不能出现过热等故障。 7．制作时应合理设置测试点（参考图1），以方便测试。 8．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、 主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。
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）
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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
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目录
摘 要....................................................................................................................1 目录........................................................................................................................ 2 1. 系统方案...................................................................................................3
1.1. 方案比较与选择................................................................................3 1.1.1. 宽带通道放大器.........................................................................3 1.1.2. 正弦波整形电路.........................................................................3 1.1.3. 主控电路.....................................................................................3 1.1.4. 参数测量方案.............................................................................4
1.2. 方案描述............................................................................................4 2. 电路设计...................................................................................................4
2.1. 宽带通道放大器分析........................................................................4 2.2. 正弦波整形电路................................................................................5 3. 软件设计...................................................................................................6 4. 测试方案与测试结果...............................................................................6 4.1. 测试仪器............................................................................................6 4.2. 测试方案及数据................................................................................7
4.2.1. 频率测试.....................................................................................7 4.2.2. 时间间隔测量.............................................................................7 4.2.3. 占空比测量.................................................................................8 4.3. 测试结论............................................................................................9 参考文献................................................................................................................ 9
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郑州轻工业学院 电子技术课程设计 题目： 2015年电赛测评试题 姓名：王苗龙 专业班级：电信13-01 学号： 541301030134 院（系）：电子信息工程学院 指导教师：曹卫锋谢泽会 完成时间： 2015年10月 29日
郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目 2015年电子设计大赛综合测评试题 专业电信工程13-1 学号 541301030134 姓名王苗龙 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 主要内容 1．阅读相关科技文献。 2．学习电子制图软件的使用。 3．学会整理和总结设计文档报告。 4．学习如何查找器件手册及相关参数。 技术要求 1、使用555时基电路产生频率20kHz-50kHz连续可调，输出电压幅度为1V的方波Ⅰ； 2、使用数字电路74LS74，产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出电压幅度为1V的方波Ⅱ； 3、使用数字电路74LS74，产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出电压幅度峰峰值为3V的三角波； 4、产生输出频率为20kHz-30kHz连续可调，输出电压幅度峰峰值为3V的正弦波Ⅰ； 5、产生输出频率为250kHz，输出电压幅度峰峰值为8V的正弦波Ⅱ；方波、三角波和正弦波的波形应无明显失真（使用示波器测量时）。频率误差不大于5%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。 主要参考资料 1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2010年8月 2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月 3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月 4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月 5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2006年1月 完成期限： 2015年10月30日 指导教师签章： 专业负责人签章： 2015 年 10月26日
电子设计制作大赛报告设计课题：交通灯设计 专业班级：通信0913班 学生：文峰 巍巍 河昌 设计时间：2011.5.20~2011.6.5 电子设计制作竞赛报告
设计课题：交通灯设计 专业班级：通信0913班 学生：文峰巍巍河昌 设计时间：2011.5.20~2011.6.5 一、设计任务及实现要求： 1、使用LED灯模拟交通灯的工作过程，红、黄、绿三种颜色的LED灯分别模拟交 通灯的红灯、黄灯、绿灯。 2、实现如下要求的从状态一到状态四的循环，并通过数码管来显示倒计时的时间。 状态一：黄、绿灯熄灭，红灯亮5s，然后进入状态二； 状态二：红、绿灯熄灭，黄灯闪烁5s，然后进入状态三； 状态三：红、黄灯熄灭，绿灯亮5s，然后进入状态四； 状态四：红、绿灯熄灭，黄灯闪烁5s，然后回到状态一。 3、每个状态数码管都要显示倒计时的时间。 4、扩展：不同延时时间 二、设计原理（设计原理图，原理分析）： 1、总原理图 2、PCB图：
3、原理分析： 采用74194的左移位功能，共输出4种状态，分别是0001；0010；0100； 1000；其中的0010与1000两状态实现黄灯亮，0001实现红灯亮，0100实现绿灯 亮；通过门电路反馈实现74194移位的功能。555芯片的作用是提供一个时钟给 74192，利用74192的功能实现减计数，与数码管相连，预置初始值为5，实现倒 计时5秒的功能。再利用借位端的跳变给74194一个时钟，即5秒实现一跳变， 以达到要求亮灯的时长。对于黄灯的闪烁，只要加门电路，实现每隔1s闪烁一次。 同时外加一个门电路和开关控制74192，实现拓展时间的要求。 三、各部分电路的功能： 1、555定时电路： 555电路工作原理：如图接线， R1用0.1k的电阻， R2用7.5k的电阻，C用100uf的电容，3脚为输出 端。产生的振荡周期T=0.7（R1+2R2）C。即T≈0.7* （0.1K+2*7.5K）*100u≈1.1s。将振荡周期从三端 输出，作为时钟。
基于单片机的宿舍自动通风装置 1、创意来源 睡眠状态下，一个人一晚上会呼出200升二氧化碳。门窗紧闭，房间里的氧气浓度会逐渐降低。最终容易造成大脑缺氧，严重影响我们的身体健康！经常开窗保持空气流通，有利于排出室内的脏空气，保证足够的氧气供应。 房间里本来就存活着很多的细菌和微生物。由于门窗紧闭，空气无法流通，就为一些病菌提供了大量滋生、繁殖的良好条件，更严重地威胁着我们的身体健康！经常开窗通风换气，可以有效地减少室内病菌滋生，利于我们的身体健康。 有些宿舍由于不注意开窗通风，室内空气质量极差，有极大的异味，学生在这种环境中长期生活，对身心健康有较大危害。 所以宿舍要经常开窗通风换气，保持室内空气流通；每天早、中、晚坚持定时通风换气，做到每次开窗10分钟到30分钟。但是，有些宿舍经常忘记开窗通风，导致屋内空气得不到更新。有些宿舍因为处在一楼，有些宿舍楼内经常发生盗窃案件，比如星天苑G座，而白天宿舍成员长时间不在宿舍内，因担心被窃，不敢开窗通风。 为解决这种现象，我设计了这种宿舍自动通风装置。预期该装置可以实现定时自动开窗关窗功能。 2、系统总体设计方案 系统采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件，在其基础上外围扩展芯片和外围电路，附加时钟电路，复位电路，键盘接口及LED显示器。键盘采用独立连接式。外围器件有LED显示驱动器及相应的显示数字电子钟设计与制作可采用数字电路实现,也可以采用单片机来完成。若用数字电路完成,所设计的电路相当复杂,大概需要十几片数字集成块,其功能也主要依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现,焊接的过程比较复杂,成本也非常高。若用单片机来设计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成,那么就降低了硬件电路的复杂性,而且其成本也有所降低,所以在该设计与制作中采用单片机AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。 电路由下列部分组成：时钟电路、复位电路、控制电路、LED显示，报警
2014年江苏省大学生电子设计竞赛实验报告 无线电能传输装置（F题） 2014年8月15日 摘要：本设计基于磁耦合式谐振荡电路来进行无线电能传输，点亮LED灯。由于输入和输出都是直流电 的形式，因此本系统将分为以下四个部分：第一部分为驱动电路（DC-AC），为使直流分量转化成交流电并通过耦合线圈将电能传输给负载，采用LC谐振的方式让回路中电容和电感构成一个二阶LC谐振电路，驱动MOS管形成交流电。第二部分为发射电路（AC-AC），应用电磁感应原理，在二次线圈中产生感应电流并输给接受电路。第三部分为电能转换电路（AC-DC），输出的感应交流电经整流桥桥式整流后流入升压电路。第四部分为升压电路（DC-DC），对整流之后的直流进行升压，防止整流后的电压无法驱动LED。本设计分模块搭建并对各个部分电路进行原理分析。在调试时，采用分模块调试，根据调试结果修改参数，最终形成一个完整的稳定系统。 关键词： 磁耦合式谐振荡电路LC振荡电路桥式整流DC-DC升压 [Abstract] The design is based on magnetic resonance oscillation circuit coupled to the wireless power transmission, lit LED lights. Since the input and output are in the form of direct current, so the system will be divided into the following four parts: The first part of the drive circuit (DC-AC), is converted into alternating current so that the DC component and the power transmission through the coupling coil to the load, using LC resonant circuit in a manner so that the capacitance and inductance form a second order LC resonant circuit, the AC drive MOS tube formation. The second part is the transmitter circuit (AC-AC), application of the principle of electromagnetic induction,
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
全国大学生电子设计大 赛作品报告 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
2015年全国大学生电子设计竞赛 多旋翼自主飞行器（c题） 2015 年8月15 日 摘要 旋多翼自主飞行器由RL78/G13MCU板（芯片型号R5F100 LEA）,STM32单片机模块(加SD卡)，CMOS摄像头，A2212/13T新西达电机。STM32单片机输入信号到RL78/G13MCU板，启动飞行器和CMOS摄像模块，RL78/G13MCU飞控模块矫正飞行器在空中的姿态，实现悬停,前进,后退等功能，CMOS模块将拍摄的视频内容存储在STM32模块内置的SD卡里。当飞行到目的地时各模块自动停止工作。 飞行器能一键式启动，并开始航拍，从A点起飞，飞向B区，在B区降落，但不是中心，当飞行结束后，拔掉SD卡，能顺利的通过P0机回放，在飞行过程中，始终在电子示高线H1和H2的区间内。 目录 目录
1. 方案论证与比较 四旋翼算法方案 方案一：采用欧拉角法欧拉角法静止状态，或者总加速度只是稍微大于g 时，由加计算出的值比较准确。 使用欧拉角表示姿态，令Φ,θ和Φ代表ZYX 欧拉角，分别称为偏航角、俯仰角和横滚角 。 载体坐标系下的 加 速 度(axB,ayB,azB)和参考坐标系下的加速度(axN, ayN, azN)之间的关系可表示为(1)。其中 c 和 s 分别代表 cos 和 sin 。axB,ayB,azB 就是mpu 读出来的三个值。 这个矩阵就是三个旋转矩阵相乘得到的，因为矩阵的乘法可以表示旋转。 axB c c c s s axN ayB c s s s c c c s s s s c ayN azB s s c s c s c c s s c c azN θψθψθφψφθψφψφθψφθφψφθψφψφθψφθ-??? ?????????=-++????????????+-+?????? (1) 飞行器处于静止状态，此时参考系下的加速度等于重力加速度，即 00xN yN zN a a g a ????????=???????????? （2） 把（2）代入（1）可以解 : arctg θ= （3） yB zB a arctg a φ??= ? ?? （4） 即为初始俯仰角和横滚角，通过加速度计得到载体坐标系下的加速度即可将其解出，偏航角可以通过电子罗盘求出。 方案二：四元数法（通过处理单位采样时间内的角增量(mpu 的陀螺仪得到的就是角增量)，为了避免噪声的微分放大，应该直接用角增量-------抄的书） 本项目采用的是方案一。 STM32控制方案 方案一： 直接激活飞控模块（RL78/G13MCU ），可以很好的与飞控进行协调，实现飞控模块的启动与停止。 方案二：使用STM32直接控制飞行器飞行。在植入的程序里包含对四旋翼的控制算法和自启动和自停止，还有视频模块的处理，但太过复杂。
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
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）
“美亚光电”杯安徽省第一届大学生电子设计竞赛题 任意波形发生器（A题） 一、任务 设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。示意图如下： 二、要求 1、基本要求 （1）具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。 （2）用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（5次以下）线性组合的波形。 （3）具有波形存储功能。 （4）输出波形的频率范围为100 Hz ～ 20 kHz（非正弦波频率按10次谐波计算）；频率可调，频率步进间隔≤100 Hz。 （5）输出波形幅度范围0 ～ 5 V（峰—峰值），可按步进0.1 V（峰—峰值）调整。 （6）具有显示输出波形的类型、频率（周期）的功能。 2、发挥部分 （1）输出波形频率范围扩展至100 Hz～200 kHz。 （2）用键盘或其他输入装置产生任意波形。 （3）增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3％（负载电阻变化范围：100 Ω～∞）。 （4）具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。 （5）特色与创新。 三、评分标准 项目满分 基本要求设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，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。 50 实际制作完成情况50 发挥部分完成第（1）项10 完成第（2）项15 完成第（3）项10 完成第（4）项10 特色与创新 5
远程温湿度测量系统（B题） 一、任务 制作一个远程温湿度测量仪，该测试仪具有温湿度测量和远程显示等功能。 其结构框图如下： 二、要求 l、基本要求 （1）通过可编程控制器、变换器和温湿度传感器采集温湿度数据并在LED上显示。 （2）温度误差＜1℃，湿度误差＜1％，温度测量范围0℃～120℃，湿度测量范围1％～99％。 （3）可用电池供电。 2、发挥部分 （1）设计红外二极管发射电路和红外接收电路，实现温湿度数据的准确可靠发送和接收。 （2）设计射频发射电路和接收电路，实现温湿度数据的准确可靠发送和接收。 （3）最好采用微型化的温湿度传感器，无线传输距离＞5米。 （4）特色与创新。 三、评分标准 项目满分 基本要求设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，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。 50 实际制作完成情况50 发挥部分完成第（1）项15 完成第（2）项15 完成第（3）项10 特色与创新10