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2016年TI杯大学生电子设计竞赛
G题：简易电子秤
应变片
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。
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几种物品金额的累加；
（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）设计报告：（20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）测试时以符合称重误差的砝码为重量标准。
G-1。
2016年全国大学生电子设计竞赛脉冲信号参数测量仪（E题）【本科组】参赛学校：山东工商学院参赛队员：陈阳李新太张慧丽参赛编号：028E212016年7月28日1 / 13摘要由于现在时代的快速发展，越来越多的科技品用在日常生活中，满足了我们的需求，方便了我们的生产。
所以本文论述了脉冲信号参数测量仪的设计思路和过程.本设计是基于单片机STM mini 32的信号发生器及各种芯片和各个程序来设计和实现。
信号发生器基于芯片LM 311，TLV3501及外围电路设计的通过控制定时器中的捕获和分频电路可以改变频率。
对于占空比，是通过两个定时器，一个测频率周期，另一个测输入捕获。
对于幅度测量，只需求出峰值电路即可。
对于上升时间的测量，通过高速比较器来获得，最后我们用芯片AD9850又制作了一个矩形脉冲信号发生器。
本实验在误差允许的范围内具有可行性。
关键字：STM mini 32、LM311、TLV3501 ，AD9850。
AbstractThis article discusses the measuring instrument of pulse signal parameters designed idea and process. This design is based on single chip microcomputer STM mini 32 signal generator and frequency and amplitude measurement instrument design and implementation. Signal generator bases on chips and peripheral circuit design by controlling the timer in the capture and frequency division circuit can change the frequency. For duty ratio, it is through the two timers, a frequency measurement period, input capture another test. Circuit for amplitude measurement, which only needs a peak. For measuring rise time, getting through the high-speed comparator.Keywords: STM mini 32、LM311、TLV3501 ，AD9850。
低功耗数字多功能表的设计制作（A题）【本科】一、任务设计并制作一款多功能数字测量仪表，其示意图如图1所示。
图1 低功耗数字多功能表系统示意图二、要求1. 基本要求（1）采用9V方电池供电。
自行设计保证该仪表正常工作的低功耗供电电源系统。
（2）三位半数字显示，最大读数1999。
（3）测量直流电压量程：0.2V、2V、20V；精度±(1%+2个字)；输入阻抗：≥10MΩ。
（4）测量交流电压量程：0.2V、2V、20V；精度±(1.5%+5个字)；频率范围：40Hz~400Hz；输入阻抗：≥10MΩ。
（5）测量电阻量程：200Ω、2kΩ、20kΩ；精度±(1%+5个字)。
（6）测量电容量程：100nF、100uF；精度±(5%+10个字)。
（7）晶体三极管β参数测试：测量类型 NPN或PNP，显示范围0~1000，精度±(2%+2个字)；测试条件：基极电流约10uA，V CE约3V。
2. 发挥部分（1）增加“自动关机”功能，即在测量模式下，若1分钟内无任何按键按下，仪表将自动关闭供电电源并进入低功耗状态；再按下任意键，仪表将自动返回“自动关机”前的状态。
（2）增加正弦波信号源功能：要求输出正弦波信号的频率为10Hz~100kHz，且可调；非线性失真≤3%。
（3）要求在负载为600Ω时，输出正弦波的最大值（有效值）≥5V；输出正弦波的幅值可调，调节范围100mV~5V。
（4）其他特色（例如：扩展其他功能、提高测量精度、减少失真等）三、说明1、不允许采用数字万用表专用A/D转换器或成品。
2、单片机建议采用MPS430单片机。
四、评分标准低功耗电波钟的设计制作（B题）【本科题】一、任务设计并制作一台低功耗电波钟。
二、要求1．基本要求（1）自行设计制作天线、选频放大，使其能接受中国码(BPC)电波授时数据、并输出包络。
（2）作品上电后尽可能快的完成授时信号的接受、处理。
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。
附件1
2016年“TI杯”重庆市大学生电子设计竞赛
获奖名单
一、本科院校
一等奖（18队）
二等奖（28队）
三等奖（51队）
成功参赛奖（173队）
二、高职高专院校一等奖（4队）
二等奖（8队）
三等奖（11队）
成功参赛奖（28队）
附件2
2016年“TI杯”重庆市大学生电子设计竞赛优秀指导教师、优秀组织工作者、优秀组织单位
一、优秀指导教师（30名）
重庆大学：金翠红、王鹏飞、刘俊、杜基赫、李敏、宋焱翼、颜芳
重庆三峡学院：邱刚、杨梅、聂文亮
重庆邮电大学：杨虹、石鑫、应俊
重庆科技学院：翟渊、杨君玲、周谋、周传德
重庆文理学院：廖长荣、谭修彦
重庆理工大学：万文略、杨奕、周鹏、张里
重庆电子工程职业学院：张慧敏、郭燕
重庆工商职业学院：张小恒、孙康明
重庆机电职业技术学院：杨川、张华、刘祥平
二、优秀组织工作者（11名）
重庆大学（组委会办公室）：赖琴
重庆大学：周建林
重庆师范大学：罗海军
重庆邮电大学：陈国平
重庆邮电大学移通学院：廖家权
重庆理工大学：万文略
重庆航天职业技术学院：陈和洲
重庆工商职业学院：孙康明
重庆电力高等专科学校：任照富
重庆电讯职业学院：郑和
重庆机电职业技术学院：杨川
三、优秀组织单位（9所）
重庆大学、重庆三峡学院、重庆交通大学、长江师范学院、重庆科技学院、西南大学、重庆理工大学、重庆科创职业学院、重庆机电职业技术学院
重庆市教育委员会办公室主动公开2016年8月25日印。
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）3．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。
A 区域的颜色为白色，B 区域为黑色，C 区域为红色。
2．要求（1）在A区域内任意放置了12只黑色正方体，以最快的速度将这些正方体移送到B 区域，完成时间不得超过180秒；（24分）（2）将A区域的12只黑色正方体以最快的速度移送到红色C区域；完成时间不得超过180秒；（26分）（3）A区域12只正方体中有桔黄色与黑色两种颜色，以最快的速度将桔黄色正方体移送到红色C区域；（20分）（4）将A区域中的正方体改为乒乓球，仍然有桔黄与黑色两种颜色，以最快的速度将桔黄色乒乓球移送到红色C区域；（25分）（5）其他。
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。
2016年天津市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U1=220V，变频电源输出交流电压UO 为36V，额定负载电流IO为2A，负载为电阻性负载。
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，UO=36±0.1V的单相正弦波交流电。
（15分）（2）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）（3）负载电流IO在0.2～2A范围变化时，负载调整率SI≤0.5%。
（15分）（4）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）（5）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）（6）IO=2A，UO=36V时，输出正弦波电压的THD≤2%。
（15分）（7）IO=2A，UO=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）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U2提供。
（2）题中交流参数均为有效值。
SI=UOI2-UOI1⨯100%UOI1（3）本题定义：负载调整率，其中UOI1为IO=0.2A 时的输出电压；UOI2为IO=2.0A 时的输出电压。
SU=UOU2-UOU1⨯100%UOU1（4）本题定义：电压调整率，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耗，效率η=POP2，P O为变频电源输出功率，P2为变压器输出功率。
2016年TI杯大学生电子设计竞赛G题
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
2016年TI杯大学生电子设计竞赛
G题：简易电子秤
摘要
根据本题目要求，自行设计应变片与铁质悬臂梁结构，使用仪表放大器电路实现对应变片的电阻变化信号进行差分信号放大，本作品使用STM32单片机作为中心控制单元，通过内部AD进行采集质量信息，配以3.2寸触摸电阻屏控制，以及WT588D作为扩展的语音播报，实现相关功能。
本电子称不但计量准确、快速方便，除了实现自动称重、计价功能、精度高外，还可实现去皮、自动计算，数字显示，语音播报，显示实时温度等。
关键字：电子秤；STM32；应变片；仪表放大器；电阻触摸屏；WT588D。
G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。
综合以上两种方案，选择方案二。
3、控制系统的论证与选择
方案一：AD采样后直接对数据进行分析与显示，可以快速的看到数据的变化；
方案二：采样后对数据进行均值低通等数字滤波，虽然数据显示较慢，但是数据较为平稳，不会有较大跳变。
综合考虑采用方案二。
二、系统理论分析与计算 1、测量精度的分析
由于测量称重范围最大为500g ，最小精度要求为0.5g ，考虑到采用芯片内部的ad 最高电压为3.3v ，为防止放大器输出端电压过大，所以500g 对应最大电压为3v 。
所以0.5g 对应电压变化为0.003v 。
约3.3v 电压的1/1024，即1/2^10，即所采用的AD 测量至少要10位才可以满足本题的测量精度要求。
本次我们采用的STM32内部ADC 为12位，基本满足题目要求。
2、电阻式金属应变片电路分析
图1：电桥线路原理图
U i =[R 1R 2−R 2R 4
(R 1+R 2)(R 3+R 4)]U 0
如果
R 1R 4
=
R 2R 3
则电桥平衡，通过调节Uo 可以改变Ui 的大小；
若R1、R2、R3、R4电阻变化，则电压变化
∆U i =U 0
R1R2
(R1+R2)
2
[∆R1R1
−
∆R2R2
+
∆R3R3
−
∆R4R4
]。
3、仪表放大器电路分析
图2：INA128/129内部电路结构图
电压输出Uo =(1+
50k Rg
)∆Ui
3、反相比例放大器计算
图3：反向比例放大器原理图 电压输出：Uo =−
Rf R1
∗Us
三、电路与程序设计 1、电路的设计 （1）系统总体框图
图4：电路系统总框图
（2）全桥式应变片电路
图5：全桥式应变片电路图
（3）仪表放大器电路
电阻式
应变片
惠斯通
全电桥 电路
直流偏仪表放大
反相比
STM3屏
语
音
图6：仪表放大器电路图
（4）反相比例放大器电路
图7：反相比例放大器电路图
2、程序的设计
程序功能描述：
根据题目要求软件部分主要实现ad采样变换显示，键盘的设置和显示。
（1）键盘实现功能：设置价格以及功能切换。
（2）显示部分：显示实时电压值、斤数、单价、总价等。
程序流程图
开
屏幕初
自动校
去皮归
中断AD
数据
价格
图8：主程序流程图
四、测试方案与测试结果
1、测试方案
（1）硬件测试
使用信号发生器与示波器，观察硬件电路部分是否能实现信号的放大。
（2）软件仿真测试
使用电源供给单片机AD采样，测试软件部分是否正常。
（3）硬件软件联调
软件硬件结合测试，根据测试结果调整软件硬件数据，实现精准测量。
2、测试条件与仪器
测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。
环境温度室温，无较大环境因素影响。
测试仪器：学生电源，数字示波器，数字万用表，信号发生器。
3、测试结果及分析
（1）测试结果(数据)
实验重
5 10 20 40 60 80 100 150 200 250
量/g
显示重
5.04 10.10 20.12 40.14 60.16 80.18 100.20 150.25 200.45 250.55
量/g
实验重
300 350 400 450 500 550 600
量/g
显示重
300.60 350.75 400.80 450.90 500.94 550.96 600.98
量/g
（2）测试分析与结论
根据上述测试数据显示，数据结果基本呈线性，且在误差范围内基本满足本作品的误差要求。
综上所述，本设计达到设计要求。
五、结论与心得
通过本次大赛又重新了解了仪表类运放的相关知识，了解金属应变片的功能，并自行设计制作压力传感器，实现相关功能。
这次4天3夜的比赛让我们对团队合作有了深刻的理解，由于团队分工不明确确实耽误了不少时间。
不过经过后期调整，也算较为艰难的完成了任务。
这次比赛的前期准备确实耽误了不少事情，使得进度慢了许多，所以前期准备对于电子设计大赛这种，短时间内要完成的比赛来讲，还是很重要的。
希望日后有机会还可以参加。
六、参考文献
[1] 尹福炎. 金属箔式应变片制作工艺原理. 国防工业出版社,2011
[2] 吴建平.传感器原理及应用（第3版）. 机械工业出版社,2016
[3] 松井邦彦. 传感器应用技巧141例.科学出版社,2006
附录1：电路原理图
附录2：实验程序。
