2018年TI杯模拟电子系统设计邀请赛题C—简易直流电子负载

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。

2011年武汉大学电子设计模拟赛试题参赛注意事项（1）2011年 8月6日 8:00模拟赛正式开始。

（2）参赛队讨论后需要填写《选题表》内容，8月6中午 12:00之前将填写好的《选题表》交102办公室保存。

（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。

（4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。

（5）参赛队必须在学校指定的竞赛场地内（104实验室）进行独立设计和制作，不得以任何方式与他人交流（师兄师姐除外）。

（6）2011年 8月 10日 20:00竞赛结束，上交设计报告和制作实物。

D 题 直流电子负载一、任务电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。

设计和制作一台电子负载，有恒流和恒压两种模式，可手动切换。

恒流方式时要求不论输入电压如何变化（在一定范围内），流过该电子负载的电流恒定。

工作于恒压方式时，电子负载端电压保持恒定，流入电子负载的电流随被测直流电源的电压变化而变化。

图中被测电源由调压器（自耦变压器）、变压器、整流、滤波电路构成，滤波电容容量总和不超过2200uF ，以测量电子负载在应对含有脉动成分的电压信号时的稳定性。

限流电阻取1Ω，≥30W ，以防电流过大损坏被测电路。

在测评时，被测电源由组委会提供。

电子负载应有“Load On/Off ”开关，在Load Off 状态可设定电压或电流，在Load On 状态接通电子负载。

图1 电子负载测试框图二、要求1、基本要求：（1）恒压模式下电子负载端电压Uo 可设定，范围：1~20V ；以0.1V 为步进,并显示设定电压、实际端电压（即Uo ）、电流（即Io ）。

电流能力≥2.0A 。

电压误差≤±0.1V 。

纹波有效值＜0.1V 。

交流 调压 器电子 负载限流电阻+ Uo -Io变压 整流 滤波 电路电流表接入点被测电源（2）恒流模式下电子负载流入电流Io可设定，范围：0.5~3A；以0.1A为步进，并显示设定电流、实际端电压（即Uo）、电流（即Io）。

宽带放大器（A 题）、任务设计制作一个5V 单电源供电的宽带低噪声放大器，输出为50Ω阻性负载。

、要求1．基本要求（1）限定采用高速运算放大器OPA820ID 作为第一级放大电路，THS3091D 作为末级放大电路，利用DC-DC 变换器TPS61087DRC 为末级放大电路供电；（2）放大器电压增益≧40dB（100 倍），并尽量减小带内波动；（3）在最大增益下，放大器下限截止频率不高于20Hz，上限截止频率不低于5MHz ；（4）在输出负载上，放大器最大不失真输出电压峰峰值≥10V。

2．发挥部分（1）在达到40dB 电压增益的基础上，提高放大器上限截止频率，使之不低于10MHz ；（2）尽可能降低放大器的输出噪声；（3）放大器输入为正弦波时，可测量并数字显示放大器输出电压的峰峰值和有效值，输出电压（峰峰值）测量范围为0.5～10V，测量相对误差小于5%；（4）其他。

三、评分标准完成第（3）项18完成第（4）项10小计50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项20完成第（3）项10完成第（4）项10小计50总分130点光源跟踪系统（B 题）一、任务设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统，系统示意图如图1 所示。

光源B 使用单只1W 白光LED ，固定在一支架上。

LED 的电流能够在150～350mA 的范围内调节。

初始状态下光源中心线与支架间的夹角θ约为60o，光源距地面高约100cm，支架可以用手动方式沿着以A 为圆心、半径r 约173cm 的圆周在不大于±45o的范围内移动，也可以沿直线LM 移动。

在光源后3 cm 距离内、光源中心线垂直平面上设置一直径不小于60cm 暗色纸板。

光源跟踪系统A 放置在地面，通过使用光敏器件检测光照强度判断光源的位置，并以激光笔指示光源的位置。

图1、要求1．基本要求光源跟踪系统示意图（1）光源跟踪系统中的指向激光笔可以通过现场设置参数的方法尽快指向点光源；（2）将激光笔光点调偏离点光源中心30cm 时，激光笔能够尽快指向点光源；（3）在激光笔基本对准光源时，以A 为圆心，将光源支架沿着圆周缓慢（10~15 秒内）平稳移动20o（约60cm），激光笔能够连续跟踪指向LED 点光源；2．发挥部分（1）在激光笔基本对准光源时，将光源支架沿着直线LM 平稳缓慢（15 秒内）移动60cm，激光笔能够连续跟踪指向光源。

2018年TI杯大学生电子设计竞赛题C-无线充电电动小车2018年TI杯大学生电子设计竞赛题C无线充电电动小车1. 任务设计并制作一个无线充电电动车，包括无线充电装置一套。

电动小车机械部分可采用成品四轮玩具车改制。

外形尺寸不大于30cm;26cm，高度重量不限。

2．要求（1）制作一套无线充电装置，其发射器线圈放置在路面。

发射器采用具有恒流恒压模式自动切换的直流稳压电源供电，供电电压为5V，供电电流不大于1A。

无线充电接收器安装在小车底盘上。

每次充电时间限定1分钟。

（10分）（2）制作一个无线充电电动车。

电动车使用适当容量超级电容（法拉电容）储能，经DCDC变换给电动车供电。

车上不得采用电池等其他储能供电器件。

（10分）（3）充电1分钟后，当电动车检测到无线充电发射器停止充电时，立即自行启动，向前水平直线行驶，直至能量耗尽，行驶距离不小于1m。

（20分）（4）充电1分钟后，电动车沿倾斜木工板路面直线爬坡行驶，路面长度不大于1m，斜坡倾斜角度θ自定。

综合多方因素设计，使电动车在每次充电1分钟后，电动车爬升高度h=lsinθ最大。

式中l为小车直线行驶的距离。

（50分）（5）其他。

（10分）（6）设计报告：（20分）3．说明（1）DCDC变换建议采用TI公司TPS63020芯片。

（2）超级电容的容量可根据充电器在1分钟时间充入的电荷量及小车行驶所需电流、时间和重量等因素综合考虑。

（3）行驶距离以小车后轮触地点为定位点。

倾斜坡度θ自定。

（4）测试时，要求小车先充电、放电运行数次。

保证测试时，小车无预先额外储能。

以保证测试公平性。

正式测试允许运行两次，取最好成绩记录。

违规车辆不予测试。

（5）无线充电电动车是一个比较复杂的工程问题，通过提高充、放电效率，减轻车重，优化电机驱动，适当选取超级电容（法拉电容）容量及路面倾斜角度θ等，提高电动车的爬升高度。

（6）通过设置直流稳压电源的输出电压为5V，最大输出电流为1A，确保发射器供电为5V，电流不大于1A。

全国大学生电子设计竞赛——2014年模拟电子系统邀请赛设计报告竞赛题：C题阻容测试仪参赛队编号：103(C11)一、系统结构及实现方案1.1系统结构系统基于基本电路原理设计，采用分压实现电阻电容的测量。

具体框图如图1。

1.2实现方案电阻测量电路：采用REF3133参考源作为恒压源，纯电阻网络分压，测量待测电阻两侧电压，计算得阻值。

电容测试电路：交流四线制测量。

搭建简单的文氏振荡器产生测量所需正弦波，搭建峰值检波电路实现交流电压量向峰值(及有效值)的转化，供AD采样计算。

量程切换：采用比赛提供的继电器，切换不同的电阻实现。

采样、计算、显示电路：按赛题要求采用ADS1118与MSP-EXP430F5529LP Launchpad实现。

图1 总体设计框图二、电路设计与原理图2.1电阻测量电路图2为电阻测量电路原理图。

参考源REF3133作为恒压源，提供稳定的电压Vs 。

三个继电器通过改变标准分压电阻Rs 实现三个量程的切换。

待测电阻Rx 两端的电压Vx 经一级跟随送AD 采样计算。

显见，待测电阻值Rx 与Vrx 有如下关系： R x=VRxV s−V Rx∗R2.2电容测量电路图2为电阻测量电路原理图。

图中左上为文氏振荡器，设计振荡频率为f=314Hz ，输出电压Vs 。

振荡器经一级跟随送出正弦波给后续电路。

通过继电器切换标准比对电阻阻值实现电容测试量程切换。

待测电容Cx 与标准电阻R 串联，其两端电压Vcx 经一级跟随送峰值检波电路检波，检波实现交流向直流的转化，直流检波输出量经跟随送AD 采样。

对电路进行正弦稳态分析可知，待测电容Cx 与Vcx, Vr 有如下关系： C x =V RωRVCx=√V s 2−V Cx2ωRV Cx2.3 AD 采样电路据题目要求采用ADS1118进行采样，四通道配置为两路差分输入使用，ADS1118采用三线SPI图2 电阻测量原理图图3 电容测量电路（片选接地）与单片机进行通信。

全国大学生电子设计竞赛2018年TI杯模拟电子系统设计邀请赛简易水箱液位监控系统（B题）1．任务设计制作一套简易水箱装置，该装置由液位控制系统（包括水泵、液位高度显示）、上水箱、储水箱和一个扰动水源组成。

其中，上水箱是可观察及标识液位高度的容器，容积约2升，高度不小于200mm。

储水箱容积大于4升，扰动水源水箱是容积为0.5升的塑料瓶，扰动水源通过瓶盖钻孔流入上水箱。

上水箱的进水口联接水泵，由水泵控制进水量；上水箱的出水口设置在瓶口，并通过在瓶盖钻不同直径流出孔的方式实现输出水流量的改变，流出的水注入储水箱。

液位控制系统使用TI公司的FDC2214电容传感器评估板采集上水箱的液位信息，与MSP430/432配合组成一个的电子控制系统，实现对上水箱的液位动态控制。

该装置的示意图如图1所示。

图1简易水箱装置示意图2．要求（1）设计并制作水泵驱动电路及液位检测电路，实现可控注水，检测并显示上水箱液位，检测误差不大于2mm。

（25分）（2）上水箱预装自来水，液位高度约为50mm。

上水箱放水口直径为4mm，并堵住上水箱放水口。

然后启动水泵向上水箱注水，要求在10s时间内使上水箱液位上升到90mm，误差不大于2mm。

（20分）（3）开启上水箱流出孔向储水箱放水，同时水泵向上水箱注水，10s内控制上水箱中液位在90mm高度，并保持10s以上，液位误差<2mm。

（15分）（4）30s内控制上水箱液位高度由90mm改变到110mm并保持稳定10s以上，液位误差<2mm。

（20分）（5）在完成（4）的基础上，扰动水源水箱装入200ml的自来水，其水箱流出孔为3mm，并开始向上水箱注水，直至扰动水源水箱中的水排空，过程中控制上水箱液位稳定保持在110mm，液位误差<2mm。

（15分）（6）其他（5分）（7）设计报告（10分）项目主要内容满分方案论证比较与选择，方案描述2理论分析与计算系统相关参数设计4电路与程序设计系统组成，原理框图与各部分的电路图，系统软件与流程图2测试方案与测试结果测试结果完整性，测试结果分析2总分10 3．说明（1）扰动水源水箱不能安装传感器。

C题：简易直流电子负载(总8页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--TI杯大学生电子设计竞赛题目：简易电子直流负载年级：学校：组长：组员：组员：2012年8月7日简易直流电子负载摘要：本系统以MSP430单片机系统为平台，设计和制作一台恒流工作模式的简易直流电子负载。

采用了具有高共模抑制比电流分流监控器INA282实现对采样电阻两端电压的提取，同时由单片机输出指令电压，通过反馈回路输出电压控制三功率极管的电流，使电路自动调节，进而实现要求的高精度恒流负载制作；采用高精度A/D采样，同时加入过压检测保护，以及休眠模式，最终达到题目的指标要求。

关键词：MSP430 电流分流监控器高精度恒流源一、 方案论证与比较根据系统设计要求分析，本系统主要包括电流监控模块，恒流控制反馈环模块，AD 采样及显示模块，方案论证主要围绕恒流源电路模块展开。

恒流源方案一：通过单片机产生PWM 控制3525产生不同幅度的电压进而控制MOS 管导通与关断，从而产生恒流源。

方案二：通过单片机控制三极管的基极电压大小，进而控制其I C ，从而实现恒流源的制作。

方案一中，3525可能存在输出偏差，且MOS 管线性区比较窄，使MOS 管无法在题目要求的范围内产生稳定的恒流源，对于三极管来说，其线性区比较宽，可以用单片机控制外加反馈回路，从而产生恒流源，因此选择方案二。

电流监视模块方案一：采用微功耗仪表放大器INA122,对采样电阻两端电压进行提取，该放大器可通过调节外接电阻控制输出电压增益，增益可由5调节至10k 。

方案二：使用高精度电流分流监控器INA282，当两个参考端都接地时，可实现稳定50倍电压增益。

方案一中仪表放大器存在共模输入电压必须远小于电源电压的问题，致使输入电压不能过大，不能够满足本题要求，相比于方案一，方案二可输入电源轨电压，且精度更高，因此选用方案二。

反馈环路方案一：将采样电压及基准电压同时输入运放LM358，通过PI 环反馈回路调节输出电压，从而实现对电流的调节。

2018年TI杯大学生电子设计竞赛G题：简易数字信号时序分析装置（高职高专）1.任务设计一个数字信号时序分析装置，可在示波器（X-Y模式）上同时显示8路数字信号时序，装置的系统组成如图1所示。

跳接线图1 设计作品系统组成2．要求（1）设计制作8位数字信号发生电路，可产生8位并行移位循环输出的TTL 电平信号，TTL电平的外输入移位时钟clock信号频率为100kHz，D0 ~ D7循环输出的时序波形如图2。

（20分）（2）设计制作数字信号时序分析装置，通过键盘预置8位单级触发字TW ，满足触发条件（即D 0 ~ D 7刚好为预置的TW ）时，可在示波器上不重叠地自左至右同时显示8路数字信号1个移位循环周期的时序波形。

（30分）（3）8路数字信号时序波形的触发时间位置可调，可分别选择“触发开始跟踪”、“中心触发”和“触发终止跟踪”三种方式（即触发字的时间位置可分别选在示波器屏幕的左侧、中间和右侧）。

（15分）（4）在示波器屏幕上添加可手动位移的时间标志线（屏幕上的竖亮线），并用8个LED 显示时间标志线对应时刻的8路数字信号的状态字SW （状态1时LED 点亮、状态0时LED 熄灭）。

（15分）（5）在触发字时刻，分析装置对8路数字信号的逻辑状态开始采集与存储，并可在示波器上回放2个移位循环周期的8路数字信号时序波形。

（10分）（6）其他 （10分） （7）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 系统相关参数设计5 电路与程序设计系统组成，原理框图与各部分电路图，系统软5D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 710µs移位循环周期80µs图2 数字信号发生电路循环输出时序波形3．说明（1）8路数字信号发生电路输出与时序分析装置输入端D0 ~ D7之间采用跳线连接，供设计作品测试时可能颠倒输入接线顺序使用。

2018年TI杯大学生电子设计竞赛A题:电流信号检测装置（本科）1.任务如图1所示.由任意波信号发生器产生的信号经功率放大电路驱劫后，通过导线连接10。

电阻负载.形成一电流环路;设计一采用非接触式传感的电流信号检测装置,检测环路电流信号的幅度及频率，并将信号的参数显示出来。

10Qw\----任波生意发器率大路功放电图1电流信号检测连接图2.要求（!）设计一功率放大电路.当输入正弦信号频率范围为50Hz、lkHz时，要求流过10 O负载电阻的电流峰峰值不小干1A,要求电流信号无失真。

（25分）（2）用漆包线绕制浅圈制作电流传感器以获取电流信号;设计电流信号捡澳［分析电路.测量并显示电流信号的修峰值及频率。

（15分）（3）被；则正弦电流峰峰值范围为lOmA-lA.电流测量精度优于5%.频率测量精度优于1%。

（25分）（4）任意波信号发生器输出非正弦信号时.基波频率范围为50Hz〜200H乙测量电流信号基波顼率.频率测量精度优干1%;测量基本及各次谐波分量的幅度（振幅值）.电流谐波测量频率不超过1kHz.测量精度优于5%。

（25分）（5）其他。

（10分）1i s~1主要内容满分系统方案方案描述、比较与选择44-1理论分析与计算电路设计测试方案与：顽i 果设计报告结构及规范性电流测量方法谐波分量测量方法______________________电路设_____________________________测试方案测试结果完整性:恩芭结彩析——-摘要、报告正文洁构,公式、图表的完整性和规范性总分205423-说明(1)为提高电流传感器的灵敏度.可用用漆包线在镭芯磁环上挠制线圈，制作电流传感器。

(2)在锭芯磁环上绕N2匝导线，将流过被测电流的导线从磁环中穿过(N1=I,构成电流传感器Q、・22018年TI杯大学生电子设计竞赛B题：灭火飞行器（本科）1.任务基于四旋翼飞行器设计一个天火飞行器（简称飞行器飞行器活劫区域示意图如图1所示c在图1中.左下方的圆形区域是飞行器起飞及降落点；右fiffl正方形区域是灭火防区.防区中有4个用红色LED模拟的火源（火源用单只0.5W红色发光二极管来实现，建议LED电流不超过25mA）o飞行器起飞后从A姑进入防区，并以指定巡航高度在防区巡逻;发现防区有火源，用激光笔发射激光束的方式模拟灭火操作;所有火源全部爆灭后.飞行器MB处飞离昉区返航.返航途中需穿越一个矩形框。

2018年TI杯大学生电子设计竞赛E题：变流器负载试验中的能量回馈装置（本科及高职高专）1.任务设计并制作一个变流器及负载试验时的能量回馈装置，其结构如图1所示。

变流器进行负载试验时，需在其输出端接负载。

通常情况下，输出电能消耗在该负载上。

为了节能，应进行能量回馈。

负载试验时，变流器1（逆变器）将直流电变为交流电，其输出通过连接单元与变流器2（整流器）相连，变流器2将交流电转换成直流电，并回馈至变流器1的输入端，与直流电源一起共同给变流器1供电，从而实现了节能。

+_U1图1 变流器负载试验中的能量回馈装置2．要求（1）变流器1输出端c、d仅连接电阻性负载，变流器1能输出50Hz、25V 0.25V、2A的单相正弦交流电。

（20分）（2）在要求（1）的条件下，变流器1输出交流电的频率范围可设定为20Hz～100H，步进1Hz。

（15分）（3）变流器1与能量回馈装置按图1所示连接，系统能实现能量回馈，变流器1输出电流I1 = 1A。

（20分）（4）变流器1与能量回馈装置按图1所示连接，变流器1输出电流I1 = 2A，要求直流电源输出功率P d越小越好。

（35分）（5）其他。

（10分）（6）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理论分析与计算系统相关参数设计 5电路与程序设计系统原理框图与各部分的电路图，系统软件流程图 5测试方案与测试结果测试方案合理，测试结果完整性，测试结果分析 5设计报告结构及规范性摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性。

2总分20 3．说明（1）图1所示的变流器1及能量回馈装置仅由直流电源供电，直流电源可采用实验室的直流稳压电源。

（2）图1中的“连接单元”可根据变流器2的实际情况自行确定。

（3）电路制作时应考虑测试方便，合理设置测试点。

（4）能量回馈装置中不得另加耗能器件。

（5）图1中，a、b与c、d端应能够测试，a、c端应能够测量电流；c、d端应能够断开，另接其他阻性负载。