2015全国大学生电子设计大赛F题一等奖--数字频率计

摘要频率计用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。

通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1s。

本设计以ARM核心处理器，设计并制作了闸门时间为1s的数字频率计,能够测量频率。

该频率计硬件部分高速比较器74HC14整形电路组成。

利用32定时器的ETR功能可准确测出低高频信号，实现了对正弦波的频率测量。

经测试该频率计性能良好，正弦信号频率测量范围可从1Hz到25MHz。

关键词：STM32；高速比较；；测频一、系统方案论述1.整形电路的比较与选择方案一：由施密特触发器对74HC14信号进行调理，可以直接输出TTL电平，。

方案二：由比较器整形后的信号再由施密特整形，输出TTL电平。

从性能上讲此方案较好，但是由于时间问题，找不到合适的高速比较器和施密特触发器组合。

综上选择方案一。

2.微处理器的比较与选择方案一：采用STM32对调理后的信号测频。

输入信号的测量能达到频率达到100MHz，测频精度高，速度快。

方案二：采用430测频，但是最多测量到16M而且引脚速度不够导致无法完成指标内的频率测量为了更好地实现题目要求，我们选择方案一。

3.测频方法的选择与比较方案一:输入捕获测频法是累积单位时间里的周波数，在频率较低时采用。

频率较高时精度低，但不适合高频的测量。

方案二：周期法是测一个周期的时间，通过周期转换成频率，在频率较低时采用。

频率较低时精度高但不适合高频。

方案三：利用ETR外部信号触发将外部的信号（测量信号）作为计数信号，不用经历中断产生时间延时，ETR可以直接作为时钟输入也可以通过触发输入（TRGI）来作为时钟输入即在时钟模式1中触发源选择为ETR，两个效果上是一样的。

可准确测出低高频，在低频段使用不分频ETR触发，高频时使用4分频测量提高测量范围。

由于输入信号的要求为1Hz~25MHz，所以选择方案三。

4.系统总体方案通过高速比较器74HC14对信号源的波形进行整形，输出标准的方波。

2015年全国大学生电子设计竞赛数字频率计（F题）【本科组】时间：2015年8月15日摘要本作品以FPGA和STM32F103ZET6设计了一台闸门时间为1s的数字频率计，作品主要由主控模块、放大器模块、FPGA模块、电源模块及TFT显示模块构成。

为了满足测频对小信号的要求，系统采用电压反馈放大器OPA847搭建二级放大电路对小信号进行放大处理；通过FPGA模块对高频信号进行计数，达到了测频率、测周期等功能。

由STM32F103ZET6接受FPGA传来的信号，再进行数据处理，控制TFT模块显示相关测量数据。

最后，通过对作品进行实测，得到的实验数据表明，本设计达到了预期在功能和精度方面的要求。

关键字：FPGA，STM32，小信号放大，频率计。

AbstractIn this work, a digital frequency meter is designed by FPGA and STM32F103ZET6, which is composed of main control module, amplifier module, FPGA module, power module and TFT display module. And gate time is 1s. In order to meet the requirements of small signal frequency measurement, the system uses the voltage feedback amplifier OPA847 to set up the two stage amplifier circuit to amplify the small signal. Through the FPGA module, the high frequency signal is counted, and the function of the frequency and cycle is reached. The signal that is received by FPGA is processed by STM32F103ZET6, and the data processing is controlled by TFT module. Finally, the experimental results show that the design can meet the requirements of the function and precision.Keywords: FPGA, STM32, small signal amplification, frequency meter.一、方案选择与论证1、主控模块方案选择方案一：利用STM32单片机作为主控芯片直接进行数据采集和处理，其优点是硬件电路比较简单。

“瑞萨杯”全国大学生电子设计大赛题目：数字频率计（F题）参赛学校：参赛队员：摘要本设计是基于FPGA的数字频率计，利用Verilog硬件描述语言设计实现了频率计内部功能模块，采用了等精度测量的方法，相比直接测频法和测周法有精度更高的特点。

被测信号由ＤＤＳ产生，经衰减器后得到。

被测信号输入调理采用高速运放OPA657和OPA820对其进行放大，由FPGA进行采样测量，算得频率值后传给单片机，由单片机显示数值及单位。

对于时间间隔的测量，被测信号同样分两路通过OPA657放大电路进行放大，再分别输入FPGA，由FPGA进行时间间隔测量，单片机显示。

发挥部分脉冲信号占空比测量设计同前。

关键词：等精度测量FPGA 单片机高速运放1.系统方案1.1整体系统的论证和选择本系统主要由信源模块、前级运算放大电路模块、控制计数模块、显示模块组成，难点在于高速运算放大器的选择，及控制技术模块的选择。

下面分别论证这两个个模块的选择。

1.2前级电路的论证与选择方案一：采用高速运算放大电路与比较电路，由于比较电路电压翻转较慢，容易产生抖动，导致测量精度不够，实现起来较难。

方案二：采用两级级联高速运算放大电路。

本方案通过使用集成运算放大芯片OPA657搭建两级运算放大电路，使增益达到100倍,当增益达到一定程度后，波形失真，成为正弦波，省去了整形过程，且满足了增益带宽100M 的需求。

综合以上两种方案，选择方案二。

1.3控制计数模块的论证和选择方案一：用硬件电路实现。

使用芯片搭建计数、控制电路模块，实现起来较困难，且效率跟不上，精度不够，不适宜。

方案二：用单片机实现。

用单片机完成整个测量电路的测试控制、数据处理和显示输出]。

该方案实现起来比较简单，但是由于单片机的处理频率一般不是很高，易受外部条件的干扰，功耗也高，不适宜。

方案三：利用FPGA实现。

在EDA工具软件平台上以硬件描述语言VHDL 为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合经及逻辑优化与仿真，直到实现既定的电子线路系统功能。

2015年全国大学生电子设计大赛F题-数字频率设计报告2015年全国大学生电子设计竞赛数字频率计（F 题）【本科组】2015年8月15日摘要频率计是数字电路中的一个典型应用，是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。

该系统由信号输入电路、数据处理电路和显示电路构成，可实现数字频率计的测频率、周期、占空比、脉宽等各项功能。

以FPGA为核心处理数据最更大程度地提高了精度。

经过综合测评，发现该系统具有高分辨率、输入频率量程宽、测量精度高和输出稳定等特点。

关键词：FPGA 频率计高精度等精度高带宽AbstractFrequency meter is a typical application of digital circuit, computer, communications equipment, audio, video, and other areas of the scientific research production indispensable measuring instrument, the role of frequency measurement in science and technology research and practical application is increasingly important.The system consists of signal input circuit, data processing circuit and display circuit, which can realize the digital frequency meter measuring frequency, cycle, pulse rate, pulse width and so on various functions.The FPGA as the core processing improves the accuracy of data is the greater.Through the comprehensive evaluation, found that the system has high resolution, wide input frequency range, high measurement accuracy and stable output.Keywords: FPGA、Frequency meter、High precision、equal precision、High bandwidth目录目录 (2)第一章设计任务与要求 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 设计要求 (4)1.2.1 基本要求 (4)1.2.2 发挥部分 (4)第二章方案讨论与选择 (5)2.1方案设计 (5)2.1.1方案一 (5)2.1.2方案二 (5)2.2方案选择 (6)第三章理论分析与计算 (6)3.1 总体分析 (6)3.2各项被测参数 (7)3.2.1 等精度测量的原理： (7)3.2.2 等精度测量的实现 (7)3.2.3 等精度数字频率计误差分析 (8)3.3 宽带通道放大器分析 (8)3.4 提高仪器灵敏度的措施 (8)第四章硬件电路与程序设计 (9)4.1 硬件电路 (9)4.1.1前置信号输入电路 (9)4.1.2 主控FPGA (10)4.1.3显示模块 (10)4.1.4电源模块 (10)4.2 程序设计 (11)4.2.1 FPGA处理数据程序框图 (11)第五章测试方案与结果 (11)5.1 测试方案与测试结果 (11)5.1.1 测试方案 (11)5.1.2 测试结果 (11)5.2测试结果分析 (17)参考文献 (17)附录 (18)1、核心器件 (18)2、输入电路图 (18)3、FPGA顶层设计图 (19)4、实物图展示 (22)第一章设计任务与要求1.1 设计任务设计并制作一台闸门时间为1s的数字频率计。

数字显示脉冲参数测试仪（A 题）摘要：本文设计的是一个数字显示脉冲信号参数测试仪，实现对脉冲信号的参数测量。

根据需要完成的功能，分为：前端信号处理模块、峰值检波模块、窗口比较器模块、AD/DA模块、电源模块等。

本设计中，信号经峰值检波器后，信号被AD提取，MCU根据AD的结果切换到合适的档位获取脉冲幅值信息。

MCU同时输出适当的电压给窗口比较器，使比较器输出含频率、上升沿、下降沿、正脉宽等信息的脉冲，FPGA对信息脉冲精准处理，并将处理结果传给MCU，MCU将结果数字显示，从而实现各种参数的测量与显示。

本设计中的信号处理部分，利用FPGA的强大处理能力，完成数字信号的处理，将处理后的信号送至单片机进行显示，综合应用了电容去耦、滤波以及同轴电缆等抗干扰措施，减少的电路中的干扰。

经验证，本方案完成了全部基本功能和大部分扩展功能。

关键词：峰值检波窗口比较器脉冲参数测试等精度测频目录一、系统设计与方案论证 (2)1.1 前端信号处理部分 (2)1.2 信号幅值测量部分。

(2)1.3 频率测量部分 (2)1.4 时间沿、占空比测量部分 (3)二、硬件电路设计 (4)2.1系统框图 (4)2.2前端信号处理电路设计 (4)2.3峰值检波器电路设计 (5)2.4比较器部分电路设计 (5)2.5电源部分 (6)三、软件设计 (7)四、测试结果 (10)参考文献 (15)一、系统设计与方案论证1.1 前端信号处理部分由于信号幅度跨度大（20mv-5V），所以对于不同幅值的信号需要进行适当的处理后才能让后继电路精准的测出幅值。

方案一：采用高速AD直接方案，由于在上升沿极短时，需要对AD的速度有较高要求才能采到足够多的信号点进行处理，但高速AD在考虑到成本时位数比较低，精度较差。

且对信号处理的平台要求较高，性价比低。

方案二：采用继电器进行档位切换，对小信号放大，中等幅值信号跟随，大幅值信号衰减以便后继电路进行处理。

2015年全国大学生电子设计竞赛数字频率计（F题）2015年8月15日摘要数字频率计可以直接计数单位时间内被测信号的脉冲数，并以数字形式显示频率值。

主要由四个部分构成：输入电路、时基（T）电路、计数显示电路以及控制电路。

首先通过OP37G把输入信号进行放大，由施密特触发器CD40106整形，由于其对正向和负向增长的信号有不同的阀值电压，使得高低电平具有迟滞性，得到更稳定的方波。

接着通过74LS160对过高频率的信号进行分频；而后通过AT89S52控制闸门电路来控制计数器计数的标准时间，再由计数器对通过的高电平进行计数，用数码管显示计数后的高电平数，即得到被测信号的频率。

关键词：AT89S52、放大整形电路、施密特触发器、分频、时基电路、数码管目录1引言： (1)2系统理论分析与设计 (1)2.1放大电路的选择: (1)2.2整形电路： (1)2.3分频电路 (2)2.4计数模块 (2)2.5显示模块 (2)3电路与程序设计 (2)3.1电路的设计 (2)3.1.1系统总体框图 (2)3.1.2 电路原理图 (3)3.1.3电源 (4)3.2程序的设计 (4)3.2.1程序功能描述与设计思路 (4)3.2.2程序流程图 (4)4测试方案与测试结果 (6)4.1测试方案 (6)4.2 测试条件与仪器 (7)4.3 测试结果及分析 (7)4.3.1测试结果(数据) (8)4.3.2测试分析与结论 (8)附录1：电路原理图 (9)附录2：源程序 (10)数字频率计（F题）1引言：数字计数式频率计能直接计数单位时间内被测信号的脉冲数，然后以数字形式显示频率值。

数字计数器主要由四个部分构成：输入电路、时基（T）电路、计数显示电路以及控制电路。

首先通过宽带前置放大电路把输入信号进行放大，由CD40106整形得到能被计数器识别的脉冲波；接着通过74LS160对过高频率的信号进行分频；而后通过AT89S52控制闸门电路来控制计数器计数的标准时间，再由计数器对通过的脉冲信号进行计数，用LCD1602显示计数后的脉冲数，即得到被测信号的频率。

数字频率计方案二：使用专用高速比较器进行整形，但需要对输入信号加入偏置电压，频带较方案一宽。

综合比较：由于设计要求最高到100MHz频率，带宽很宽。

在1MHz以下的频段更我们采用方案一，而在1MHz以上的频段采用方案二。

二、理论分析与计算2.1共射共基放大电路的分析与计算本系统在10KHz-1MHz频段的时间间隔测量中使用了9018构成的共射共基放大电路，其原理分析如下：3.1 硬件电路设计3.1.1微弱信号放大及整形电路电流型运放Opa690，具有很大增益带宽积，在很宽的带宽内，对于微弱信号都有很好的放大效果。

放大后将信号输入到比较器中进行比较整形。

3.1.2高频信号放大及整形电路在高达数十兆的频带中，upc1651能够不失真地放大微弱信号，本设计采用二级upc1651放大，并将20M到100M频率之外的干扰信号滤除，很好的实现了高频放大及整形功能。

3.2 软件设计3.2.1流程图对信号进行采集，采集完成后DSP 对FPGA 采集的信号进行读取并处理，然后通过12864屏幕显示；FPGA 主频过高，采集高频信号精确，但对低频信号的采集误差较大，采集时首先对被采信号的频率加以判断，若为高频则采用测频法测量，若为低频则使用测周法来测量；测量时间间隔时在测频的基础上采集两路信号的上升沿时间差即可；测量占空比时，只需要测量高电平的持续时间，DSP 读取后根据测量到的频率来计算出占空比；所有需要显示的数据都通过DSP 处理后由12864显示屏显示出来。

四、系统测试4.2 测试方法1、由函数发生器随机给出频率在1~10MHZ 各个频段的数个有效值在50mV~1V 的正弦波，分别用频率计和自行设计的数字频率计，进行频率测量并加以比较，计算相对误差。

2、由双通道DDS 函数发生器产生两路同频同周期的方波，其频率在100HZ~1MHZ 之间变换，信号峰峰值限制在50m~1V 之间，测量两路信号的时间间隔。

3、将被测信号的频率范围增大到1HZ~1MHZ,再次验证频率和周期的测量功能。

全国大学生电子设计比赛历届标题第一届（1994年）全国大学生电子设计比赛标题标题一简略单纯数控直流电源一.设计义务设计出有必定输出电压规模和功效的数控电源.其道理示意图如下：二.设计请求1．根本请求（1）输出电压：规模0～＋9.9V,步进0.1V,纹波不大于10mV; （2）输出电流：500mA; （3）输出电压值由数码管显示; （4）由“＋”.“－”两键分离掌握输出电压步进增减; （5）为实现上述几部件工作,克己一稳压直流电源,输出±15V,＋5V.2．施展部分（1）输出电压可预置在0～9.9V之间的随意率性一个值; （2）用主动扫描代替身工按键,实现输出电压变更（步进0.1V不变）; （3）扩大输出电压种类（比方三角波等）.三.标题二多路数据收集体系一.设计义务设计一个八路数据收集体系,体系道理框图如下：主控器能对50米以外的各路数据,经由过程串行传输线（试验顶用1米线代替）进行收集的显示和显示.具体设计义务是：（1）现场模仿旌旗灯号产生器. （2）八路数据收集器. （3）主控器.二.设计请求1．根本请求（1）现场模仿旌旗灯号产生器：克己一正弦波旌旗灯号产生器,应用可变电阻转变振荡频率,使频率在200Hz～2kHz规模变更,再经频率电压变换后输出响应1～5V直流电压（200Hz对应1V,2kHz对应5V）. （2）八路数据收集器：数据收集器第1路输入克己1～5V直流电压,第2～7路分离输入来自直流源的5,4,3,2,1,0V直流电压（各路输入可由分压器产生,不请求精度）,第8路备用.将各路模仿旌旗灯号分离转换成8位二进制数字旌旗灯号,再经并/串变换电路,用串行码送入传输线路. （3）主控器：主控器经由过程串行传输线路对各路数据进行收集和显示.收集方法包含轮回收集（即1路.2路……8路.……1路）和选择收集（任选一路）二种方法.显示部分能同时显示地址和响应的数据.2．施展部分（1）应用电路抵偿或其它办法进步可变电阻值变更与输出直流电压变更的线性关系; （2）尽可能削减传输线数量; （3）其它功效的改良（例如：增长传输距离,改良显示功效）.三.第二届（1995年）全国大学生电子设计比赛标题标题一适用低频功率放大器一.义务设计并制造具有弱旌旗灯号放大才能的低频功率放大器.其道理示意图如下：二.请求1．根本请求（1）在放大通道的正弦旌旗灯号输入电压幅度为（5～700）mV,等效负载电阻RL为8Ω下,放大通道应知足：①额定输出功率POR≥10W;②带宽BW≥（50～10000）Hz;③在POR下和BW内的非线性掉真系数≤3%;④在POR下的效力≥55%;⑤在前置放大级输入端交换短接到地时,RL=8Ω上的交换声功率≤10mW.（2）自行设计并制造知足本设计义务请求的稳压电源.2．施展部分（1）放大器的时光响应①方波产生：由外供正弦旌旗灯号源经变换电路产生正.负极性的对称方波：频率为1000Hz.上升时光≤1μs.峰-峰值电压为200mVpp. 用上述方波鼓励放大通道时,在RL=8Ω下,放大通道应知足：②额定输出功率POR≥10W;带宽BW≥（50～10000）Hz;③在POR下输出波形上升时光和降低时光≤12μs;④在POR下输出波形顶部斜降≤2%;⑤在POR下输出波形过冲量≤5%.（2）放大通道机能指标的进步和适用功效的扩大（例如进步效力.减小非线性掉真等）.三.标题二适用旌旗灯号源的设计和制造一.义务在给定±15V电源电压前提下,设计并制造一个正弦波和脉冲波旌旗灯号源.二.请求1．根本请求（1）正弦波旌旗灯号源①旌旗灯号频率：20Hz～20kHz步进调剂,步长为5Hz②频率稳固度：优于10-4③非线性掉真系数≤3%（2）脉冲波旌旗灯号源①旌旗灯号频率：20Hz～20kHz步进调剂,步长为5Hz ②上升时光和降低时光：≤1μs③平顶斜降：≤5%④脉冲占空比：2%～98%步进可调,步长为2% （3）上述两个旌旗灯号源公共请求①频率可预置.②在负载为600Ω时,输出幅度为3V.③完成5位频率的数字显示.2．施展部分（1）正弦波和脉冲波频率步长改为1Hz. （2）正弦波和脉冲波幅度可步进调剂,调剂规模为100mV～3V,步长为100mV. （3）正弦波和脉冲波频率可主动步进,步长为1Hz. （4）降低正弦波非线性掉真系数.三.评分尺度标题三简略单纯无线电遥控体系一.义务设计并制造无线电遥控发射机和吸收机.1．无线电遥控发射机2．无线电遥控吸收机二.请求1．根本请求（1）工作频率：fo=6～10MHz中任选一种频率. （2）调制方法：AM.FM或FSK……任选一种. （3）输出功率：不大于20mW（在尺度75Ω假负载上）. （4）遥控对象：8个,被控装备用LED分离代替,LED 发光暗示工作. （5）吸收机距离发射机不小于10m.2．施展部分 （1）8路装备中的一路为电灯,用指令遥控电灯亮度,亮度分为8级并用数码管显示级数. （2）在必定发射功率下（不大于20mW ）,尽量增大吸收距离. （3）增长信道抗干扰措施. （4）尽量降低电源功耗. 注：不克不及采取现成的收.发信机整机. 三.评分看法标题四 简略单纯电阻.电容和电感测试仪一.义务设计并制造一台数字显示的电阻.电容和电感参数测试仪,示意框图如下： 二.请求1．根本请求 （1）测量规模：电阻100Ω～1MΩ;电容100pF ～10000pF;电感100μH～10mH. （2）测量精度：±5% .（3）制造4位数码管显示器,显示测量数值,并用发光二极管分离指导所测元件的类型和单位.2．施展部分 （1）扩大测量规模. （2）进步测量精度. （3）测量量程主动转换. 三.第三届（1997年）全国大学生电子设计比赛标题 A 题 直流稳固电源一.义务设计并制造交换变换为直流的稳固电源.二.请求1．根本请求（1）稳压电源在输入电压220V.50Hz.电压变更规模＋15%～－20%前提下：a．输出电压可调规模为+9V～+12V b．最大输出电流为 1.5A c．电压调剂率≤0.2%（输入电压220V变更规模＋15%～－20%下,空载到满载）d．负载调剂率≤1%（最低输入电压下,满载）e．纹波电压（峰-峰值）≤5mV（最低输入电压下,满载）f．效力≥40%（输出电压9V.输入电压220V下,满载）g．具有过流及短路呵护功效（2）稳流电源在输入电压固定为＋12V的前提下：a．输出电流：4～20mA可调b．负载调剂率≤1%（输入电压＋12V.负载电阻由200Ω～300Ω变更时,输出电流为20mA时的相对变更率）（3）DC-DC变换器在输入电压为+9V～+12V前提下：a．输出电压为+100V,输出电流为10mA b．电压调剂率≤1%（输入电压变更规模+9V～+12V）c．负载调剂率≤1%（输入电压+12V下,空载到满载）d．纹波电压（峰-峰值）≤100mV （输入电压+9V下,满载）2．施展部分（1）扩充功效a．消除短路故障后,主动恢复为正常状况b．过热呵护c．防止开.关机时产生的“过冲”（2）进步稳压电源的技巧指标a．进步电压调剂率和负载调剂率b．扩大输出电压调节规模和进步最大输出电流值（3）改良DC-DC变换器a．进步效力（在100V.100mA下）b．进步输出电压（4）用数字显示输出电压和输出电流三.B题简略单纯数字频率计一.义务设计并制造一台数字显示的简略单纯频率计.二.请求1．根本请求（1）频率测量a．测量规模旌旗灯号：方波.正弦波;幅度：0.5V～5V;频率：1Hz～1MHz b．测量误差≤0.1%（2）周期测量a．测量规模旌旗灯号：方波.正弦波;幅度：0.5V～5V;频率：1Hz～1MHz b．测量误差≤0.1%（3）脉冲宽度测量a．测量规模旌旗灯号：脉冲波;幅度：0.5V～5V;脉冲宽度≥100μs b．测量误差≤1% （4）显示器十进制数字显示,显示刷新时光1～10秒持续可调,对上述三种测量功效分离用不合色彩的发光二极管指导. （5）具有自校功效,时标旌旗灯号频率为1MHz. （6）自行设计并制造知足本设计义务请求的稳压电源.2．施展部分 （1）扩大频率测量规模为0.1Hz ～10MHz （旌旗灯号幅度0.5V ～5V ）,测量误差降低为0.01%（最大闸门时光≤10s）. （2）测量并显示周期脉冲旌旗灯号（幅度0.5V ～5V.频率1Hz ～1kHz ）的占空比,占空比变更规模为10%～90%,测量误差≤1% . （3）在1Hz ～1MHz 规模内及测量误差≤1%的前提下,进行小旌旗灯号的频率测量,提出并实现抗干扰的措施. 三.C 题 水温掌握体系一.义务设计并制造一个水温主动掌握体系,掌握对象为1升清水,容器为珐琅器皿.水温可以在必定规模内由人工设定,并能在情形温度降低时实现主动掌握,以保持设定的温度根本不变. 二.请求1．根本请求 （1）温度设定规模为40～90℃,最小区分度为1℃,标定温度≤1℃. （2）情形温度降低时（例如用电电扇降温）温度掌握的静态误差≤1℃. （3）用十进制数码管显示水的现实温度.2．施展部分 （1）采取恰当的掌握办法,当设定温度突变（由40℃进步到60℃℃. （3）在设定温度产生突变（由40℃进步到60℃）时,主动打印水温随时光变更的曲线. 三.D题调幅广播收音机*一.义务应用所供给的元器件（附有材料）制造一个中波广播收音机.二.请求1．根本请求（1）吸收频率规模：540kHz～1600kHz; （2）调谐方法：手动电调谐; （3）输出功率：≥100mW;（4）测量敏锐度.选择性.镜像克制比和电调谐特征（测量时用旌旗灯号产生器直接注入）;写明测试办法,记载实测值,画出曲线.2．施展部分（1）主动和手动搜刮电台并有存储功效（可应用所供给的锁相环器件,或其它办法实现）; （2）可预置电台数量：预置电台数量≥10个; （3）显示预置电台序号; （4）特点与创新（例如：进步机能指标,全机用单一+3V电源供电,节电,显示电台频率等）.三.四.解释1．电调谐特征是指输入旌旗灯号与变容二极管掌握电压之间的关系曲线. 2．所供给的元器件清单（其它元器件自备）（1）调幅收音机单片机集成电路（带有小功率放大器）,型号：CX1600P/M; （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）; （6）7.2MHz晶体（可选件）.3．在设计陈述前附一篇400字以内的陈述摘要.*此题是全国专家组与SONY公司专家合作的命题, SONY公司供给了专用IC 芯片和英文材料等.第四届（1999年）全国大学生电子设计比赛标题A题测量放大器一.标题：测量放大器二.义务设计并制造一个测量放大器及所用的直流稳压电源.拜见图1.输入旌旗灯号VI 取自桥式测量电路的输出.当R1＝R2＝R3＝R4时,VI＝0.R2转变时,产生VI ¹0的电压旌旗灯号.测量电路与放大器之间有1米长的衔接线.三.请求1. 根本请求(1) 测量放大器 a. 差模电压放大倍数 AVD＝1～500,可手动调节; b. 最大输出电压为±10V,非线性误差 < 0.5％ ;c. 在输入共模电压+7.5V～－7.5V规模内,共模克制比KCMR >105 ;d. 在AVD＝500时,输出端噪声电压的峰－峰值小于1V;e. 通频带0～10Hz ;f. 直流电压放大器的差模输入电阻≥2MW（可不测试,由电路设计予以包管）. (2) 电源设计并制造上述放大器所用的直流稳压电源.由单相220V交换电压供电.交换电压变更规模为＋10％～－15％.(3) 设计并制造一个旌旗灯号变换放大器,拜见图 2.将函数产生器单端输出的正弦电压旌旗灯号不掉真地转换为双端输出旌旗灯号,用作测量直流电压放大器频率特征的输入旌旗灯号.2.施展部分（1）进步差模电压放大倍数至AVD＝1000,同时减小输出端噪声电压. （2）在知足根本请求(1)中对输出端噪声电压和共模克制比请求的前提下,将通频带展宽为0～100Hz以上. （3）进步电路的共模克制比. （4）差模电压放大倍数AVD可预置并显示,预置规模1～1000,步距为1,同时应知足根本请求(1)中对共模克制比和噪声电压的请求. （5）其它（例如改良放大器机能的其它措施等）.四.五.解释直流电压放大器部分只许可采取通用型集成运算放大器和须要的其它元器件构成,不克不及应用单片集成的测量放大器或其它定型的测量放大器产品.B题数字式工频有用值多用表一.标题数字式工频有用值多用表二.义务设计并制造一个能同时对一路工频交换电（频率摇动规模为50 ±1Hz.有掉真的正弦波）的电压有用值.电流有用值.有功功率.无功功率.功率因数进行测量的数字式多用表.拜见附图.三.请求1．根本请求（1）测量功效及量程规模 a. 交换电压：0～500V;c. 有功功率：0～25kW;d. 无功功率：0～25kvar;e. 功率因数（有功功率/视在功率）：0～1 . 为便于本试题的设计与制造,设定待测0～500V的交换电压.0～50A的交换电流均已经响应的变换器转换为0～5V的交换电压. （2）精确度 a. 显示为位（0.000～4.999）,有过量程指导; b. 交换电压和交换电流：±（0.8％读数＋5个字）,例：当被测电压为300V时,读数误差应小于±（0.8％×300V＋0.5V）＝±2.9V ;c. 有功功率和无功功率：±（1.5％读数＋8个字）;d. 功率因数：±0.01 . （3）功效选择：用按键选择交换电压.交换电流.有功功率.无功功率和功率因数的测量与显示.2．施展部分（1）用按键选择电压基涉及总谐波的有用值测量与显示. （2）具有量程主动转换功效,当变换器输出的电压值小于0.5V时,能主动进步分辩力达0.01V. （3）用按键掌握实现交换电压.交换电流.有功功率.无功功率在测试进程中的最大值.最小值测量. （4）其它（例如扩大功效,进步机能）.四.五.解释1．调试时可用函数产生器输出的正弦旌旗灯号电压作为一路交换电压旌旗灯号;再经移相输出代表统一路的电流旌旗灯号.2．检讨交换电压.交换电流有用值测量功效时,可采取函数产生器输出的对称方波旌旗灯号.电压基波.谐波的测试可用函数产生器输出的对称方波作为尺度旌旗灯号,测试成果应与理论值进行比较剖析.C题频率特征测试仪一.标题频率特征测试仪二.义务设计并制造一个频率特征测试体系,包含测试旌旗灯号源.被测收集.检涉及显示三部分.三.请求1．根本请求（1）制造幅频特征测试仪 a.频率规模：100Hz～100kHz;b.频率步进：10Hz;c.频率稳固度：10-4;d.测量精度：5％ ;e.能在全频规模和特定频率规模内主动步进测量,可手动预置测量规模及步进频率值; f.LED显示,频率显示为5位,电压显示为3位,并能打印输出. （2）制造一被测收集 a. 电路型式：阻容双T收集; b. 中间频率：5kHz; c. 带宽：±50Hz; d. 盘算出收集的幅频和相频特征,并绘制相位曲线; e. 用所制造的幅频特征测试仪测试克己的被测收集的幅频特征.2．施展部分（1）制造相频特征测试仪 a. 频率规模：500Hz～10kHz; b. 相位度数显示：相位值显示为三位,另以一位作符号显示;c. 测量精度：3°.（2）用示波器显示幅频特征. （3）在示波器上同时显示幅频和相频特征. （4）其它.四.评分看法五.施展部分(2).(3)均用所制造的频率特征测试仪测试克己的被测收集的幅频特征和相频特征.D题短波调频吸收机一.标题短波调频吸收机二.义务设计并制造一个短波调频吸收机,方框图如下：三.请求1．根本请求（1）吸收频率（f0）规模：8MHz～10MHz; （2）吸收旌旗灯号为20Hz～1000Hz音频调频旌旗灯号,频偏为3kHz; （3）最大不掉真输出功率≥100mW(8W);（4）吸收敏锐度≤5mV;（5）通频带：f0±4kHz为－3dB; （6）选择性：f0±10kHz为－30dB; （7）镜像克制比≥20dB.2．施展部分（1）可实现多种主动程控频率搜刮模式（如全频率规模搜刮,特定频率规模内搜刮等）,全频率规模搜刮时光≤2分钟; （2）能显示吸收频率规模内的调频电台载频值 ,显示载波频率的误差≤±5kHz;（3）进一步进步敏锐度;（4）可存储已搜刮到的电台,存台数许多于20; （5）其它.四.现实制造完成情形50施展部分完成第一项20 完成第二项 5 完成第三项10 完成第四项 5 特点与创新10E题数字化语音存储与回放体系一.标题数字化语音存储与回放体系二.义务设计并制造一个数字化语音存储与回放体系,其示意图如下：三.请求1．根本请求（1）放大器1的增益为46dB,放大器2的增益为40dB,增益均可调; （2）带通滤波器：通带为300Hz～3.4kHz ; （3）ADC：采样频率f s＝8kHz,字长＝8位; （4）语音存储时光≥10秒; （5）DAC：变换频率f c＝8kHz,字长＝8位; （6）回放语音质量优越.2．施展部分在包管语音质量的前提下：（1）削减体系噪声电平,增长主动音量掌握功效; （2）语音存储时光增长至20秒以上; （3）进步存储器的应用率（在原有存储容量不变的前提下,进步语音存储时光）; （4）其它（例如：校订等）.四.项目满分根本请求设计与总结陈述：计划设计与论证,理论剖析与盘算,电路图,测试办法与数据,对测试成果的剖析50 现实制造完成情形50施展部分完成第一项15 完成第二项 5 完成第三项15 完成第四项15五.解释不克不及应用单片语音专用芯片实现本体系.第五届（2001年）全国大学生电子设计比赛标题A题波形产生器一.义务设计制造一个波形产生器,该波形产生器能产生正弦波.方波.三角波和由用户编辑的特定外形波形.示意图如下：二.请求1．根本请求（1）具有产生正弦波.方波.三角波三种周期性波形的功效. （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,以及由基涉及其谐波（5次以下）线性组合的波形. （3）具有波形存储功效. （4）输出波形的频率规模为100Hz～20kHz（非正弦波频率按10次谐波盘算）;反复频率可调,频率步进距离≤100Hz.（5）输出波形幅度规模0～5V（峰-峰值）,可按步进0.1V（峰-峰值）调剂. （6）具有显示输出波形的类型.反复频率（周期）和幅度的功效.2．施展部分（1）输出波形频率规模扩大至100Hz～200kHz. （2）用键盘或其他输入装配产生随意率性波形. （3）增长稳幅输出功效,当负载变更时,输出电压幅度变更不大于±3%（负载电阻变更规模：100Ω～∞）. （4）具有掉落电存储功效,可存储掉落电前用户编辑的波形和设置. （5）可产生单次或多次（1000次以下）特定波形（如产生1个半周期三角波输出）. （6）其它（如增长频谱剖析.掉真度剖析.频率扩大>200kHz.扫频输出等功效）.三.B题简略单纯数字存储示波器一.义务设计并制造一台用通俗示波器显示被测波形的简略单纯数字存储示波器,示意图如下：二.请求1．根本请求（1）请求仪器具有单次触发存储显示方法,即每按动一次“单次触发”键,仪器在知足触发前提时,能对被测周期旌旗灯号或单次非周期旌旗灯号进行一次收集与存储,然后持续显示. （2）请求仪器的输入阻抗大于100kΩ,垂直分辩率为32级/div,水等分辩率为20点/div;设示波器显示屏程度刻度为10div,垂直刻度为8div. （3）请求设置0.2s/div.0.2ms/div.20μs/div 三档扫描速度,仪器的频率规模为DC～50kHz,误差≤5%.（4）请求设置0.1V/div.1V/div二档垂直敏锐度,误差≤5%.（5）仪器的触发电路采取内触发方法,请求上升沿触发.触发电平可调. （6）不雅测波形无显著掉真.2．施展部分（1）增长持续触发存储显示方法,在这种方法下,仪器能持续对旌旗灯号进行收集.存储并及时显示,且具有锁存（按“锁存”键即可存储当前波形）功效. （2）增长双踪示波功效,能同时显示两路被测旌旗灯号波形. （3）增长程度移动扩大显示功效,请求存储深度增长一倍,并且能经由过程操纵“移动” 键显示被存储旌旗灯号波形的任一部分. （4）垂直敏锐度增长0.01V/div 档,以进步仪器的垂直敏锐度,并努力减小输入短路时的输出噪声电压. （5）其它.三.四.测试进程中,不克不及对通俗示波器进行操纵和调剂.C题主动往返电动小汽车一.义务设计并制造一个能主动往返于起跑线与终点线间的小汽车.许可用玩具汽车改装,但不克不及用人工遥控（包含有线和无线遥控）.跑道宽度0.5m,概况贴有白纸,两侧有挡板,挡板与地面垂直,其高度不低于20cm.在跑道的B.C.D.E.F.G各点处画有2cm宽的黑线,各段的长度如图1所示.二.请求1．根本请求（1）车辆从起跑线动身（动身前,车体不得超出起跑线）,到达终点线后逗留10秒,然后主动返回起跑线（许可倒车返回）.往返一次的时光应力图最短（从合上汽车电源开关开端计时）. （2）到达终点线和返回起跑线时,泊车地位离起跑线和终点线误差应最小（以车辆中间点与终点线或起跑线中间线之间距离作为误差的测量值）. （3）D～E间为限速区,车辆往返均请求以低速经由过程,经由过程时光不得少于8秒,但不许可在限速区内泊车.2．施展部分（1）主动记载.显示一次往返时光（记载显示装配请求装配在车上）. （2）主动记载.显示行驶距离（记载显示装配请求装配在车上）. （3）其它特点与创新.三.评分尺度四.（1）不许可在跑道表里区域别的设置任何标记或检测装配. （2）车辆（含在车体上附加的任何装配）外围尺寸的限制：长度≤35 cm,宽度≤15cm.（3）必须在车身顶部显著标出车辆中间点地位,即横向与纵向两条中间线的交点.D题高效力音频功率放大器一.义务设计并制造一个高效力音频功率放大器及其参数的测量.显示装配.功率放大器的电源电压为+5V（电路其他部分的电源电压不限）,负载为8Ω电阻.二.请求1．根本请求（1）功率放大器a．3dB通频带为300Hz～3400Hz,输出正弦旌旗灯号无显著掉真. b．最大不掉真输出功率≥1W.c．输入阻抗>10k,电压放大倍数1～20持续可调. d．低频噪声电压（20kHz 以下）≤10mv,在电压放大倍数为10,输入端对地交换短路时测量. e．在输出功率500mW时测量的功率放大器效力（输出功率/放大器总功耗）≥50%.（2）设计并制造一个放大倍数为1的旌旗灯号变换电路,将功率放大器双端输出的旌旗灯号转换为单端输出,经RC滤波供外接测试内心用,如图1所示. 图1中,高效力功率放大器构成框图可拜见本题第四项“解释”.（3）设计并制造一个测量放大器输出功率的装配,请求具有3位数字显示,精度优于5%.2．施展部分（1）3dB通频带扩大至300Hz～20kHz. （2）输出功率保持为200mW,尽量进步放大器效力. （3）输出功率保持为200mW,尽量降低放大器电源电压. （4）增长输出短路呵护功效. （5）其它.三.四.解释1．采取开关方法实现低频功率放大（即D类放大）是进步效力的重要门路之一, D类放大道理框图如图2.本设计中假如采取D类放大方法,不许可应用D 类功率放大集成电路.2．效力盘算中的放大器总功耗是指功率放大器部分的总电流乘以供电电压（+5V）,不包含“根本请求”中第（2）.（3）项涉及的电路部分功耗.制造时要留意便于效力测试.3．在全部测试进程中,请求输出波形无显著掉真.E题数据收集与传输体系一.义务设计制造一个用于8路模仿旌旗灯号收集与单向传输体系.体系方框图拜见图1.二.请求1．根本请求（1）被测电压为8路0～5V分离可调的直流电压.体系具有在发送端设定8路次序轮回收集与指定某一路收集的功效. （2）采取8位A/D变换器. （3）采取3dB带宽为30kHz～50kHz的带通滤波器（带外衰减优于35dB/十倍频程）作为模仿信道. （4）调制器输出的旌旗灯号峰-峰值vsp-p为0～1V可变,码元速度16k波特（码元/秒）;制造一个时钟频率可变的测试码产生器（如0101…码等）,用于测试传输速度. （5）在吸收端具有显示功效,请求显示被测路数和被测电压值.2．施展部分（1）设计制造一个用伪随机码形成的噪声模仿产生器,伪随机码时钟频率为96kHz,周期为127位码元,生成多项式采取.其输出峰-峰值为0～1V持续可调. （2）设计一个加法电路,将调制器输出与噪声电压相加送入模仿信道.在解调器输入端测量旌旗灯号与噪声峰-峰值之比（）,当其比值分离为 1.3.5时,进行误码测试.测试办法：在8路次序轮回收集模式下,监督某一路的显示,检讨吸收数据的误码情形,监督时光为1分钟. （3）在（）=3时,尽量进步传输速度,用上述第（2）项的测试办法,检讨吸收数据的误码情形. （4）其它（如克己用来定量测量体系误码的简略单纯误码率测试仪,其方框图见图2）.三.项目满分根本请求设计与总结陈述：计划比较.设计与论证,理论剖析与盘算,电路图及有关设计文件,测试办法与仪器,测试数据及测试成果剖析.50 现实制造完成情形50施展部分完成第（1）项 5 完成第（2）项20 完成第（3）项15 完成第（4）项10。

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P CB 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摘要 (1)目录 (2)1. 系统方案 (3)1.1. 方案比较与选择 (3)宽带通道放大器 (3)正弦波整形电路 (3)主控电路 (3)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)频率测试 (7)时间间隔测量 (7)占空比测量 (8)4.3. 测试结论 (9)参考文献 (9)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）。

2015年全国大学生电子设计大赛F题-数字频率设计报告2015年全国大学生电子设计竞赛数字频率计（F 题）【本科组】2015年8月15日摘要频率计是数字电路中的一个典型应用，是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。

该系统由信号输入电路、数据处理电路和显示电路构成，可实现数字频率计的测频率、周期、占空比、脉宽等各项功能。

以FPGA为核心处理数据最更大程度地提高了精度。

经过综合测评，发现该系统具有高分辨率、输入频率量程宽、测量精度高和输出稳定等特点。

关键词：FPGA 频率计高精度等精度高带宽AbstractFrequency meter is a typical application of digital circuit, computer, communications equipment, audio, video, and other areas of the scientific research production indispensable measuring instrument, the role of frequency measurement in science and technology research and practical application is increasingly important.The system consists of signal input circuit, data processing circuit and display circuit, which can realize the digital frequency meter measuring frequency, cycle, pulse rate, pulse width and so on various functions.The FPGA as the core processing improves the accuracy of data is the greater.Through the comprehensive evaluation, found that the system has high resolution, wide input frequency range, high measurement accuracy and stable output.Keywords: FPGA、Frequency meter、High precision、equal precision、High bandwidth目录目录 (2)第一章设计任务与要求 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 设计要求 (4)1.2.1 基本要求 (4)1.2.2 发挥部分 (4)第二章方案讨论与选择 (5)2.1方案设计 (5)2.1.1方案一 (5)2.1.2方案二 (5)2.2方案选择 (6)第三章理论分析与计算 (6)3.1 总体分析 (6)3.2各项被测参数 (7)3.2.1 等精度测量的原理： (7)3.2.2 等精度测量的实现 (7)3.2.3 等精度数字频率计误差分析 (8)3.3 宽带通道放大器分析 (8)3.4 提高仪器灵敏度的措施 (8)第四章硬件电路与程序设计 (9)4.1 硬件电路 (9)4.1.1前置信号输入电路 (9)4.1.2 主控FPGA (10)4.1.3显示模块 (10)4.1.4电源模块 (10)4.2 程序设计 (11)4.2.1 FPGA处理数据程序框图 (11)第五章测试方案与结果 (11)5.1 测试方案与测试结果 (11)5.1.1 测试方案 (11)5.1.2 测试结果 (11)5.2测试结果分析 (17)参考文献 (17)附录 (18)1、核心器件 (18)2、输入电路图 (18)3、FPGA顶层设计图 (19)4、实物图展示 (22)第一章设计任务与要求1.1 设计任务设计并制作一台闸门时间为1s的数字频率计。

2015年全国大学生电子设计竞赛数字频率计（F题）【本科组】2015年8月15日摘要本文提出设计数字频率计的方案，重点介绍以单片机STC12C5A60S2作为控制核心，实现频率测量的数字频率设计。

测频的基本方法是把待测信号经过放大整形，然后通过单片机的定时计数器计数，获得频率值。

硬件部分由放大电路和整形电路，单片机和数计显示电路组成；软件部分由信号频率测量模块和数据显示模块等模块实现。

应用单片机的控制功能和数学运算能力，实现计数功能和频率的换算。

关键词：数字频率计; 单片机; 测量目录第一章引言 (1)第二章总体方案设计 (2)2.1 方案比较 (2)2.2 方案论证 (2)2.3 方案选择 (3)第三章系统设计及理论分析 (3)3.1 频率计方案概述 (3)3.2 单片机 (4)3.3 放大器电路 (5)3.4 比较器电路 (5)3.5 计数器电路 (5)3.5 软件设计 (6)3.5 程序框图 (6)第四章测试方案与测试结果 (7)4.1 测试方案 (8)4.2 测试条件与仪器 (8)4.3 测试结果与分析 (9)第五章参考文献 (10)附录1 电路原理图 (11)第一章引言频率计是数字电路中已给典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，联机比较复杂，而且会产生比较大的延迟随着复杂可编程逻辑器件的广泛应用，将使得整个系统大大简化提高整体性能，它是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。

它不仅可以测量正弦波、方波、三角波、尖脉冲信号和其他具有周期的信号的频率，而且还可以测量他们的周期。

经过改装，频率计还可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪；在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪、计价器等。

因此数字频率仪在测量物理方面有广泛的应用。

以前的频率计大多采用TTL数字电路设计而成，其电路复杂、耗电多、体积大、成本高。

随后大规模专用IC（集成电路）出现，如ICM7216，ICM7226频率计专用IC，使得频率计开发设计变得简单，但由于价格较高，因此利用IC设计数字频率计的较少。