2012年TI杯电子设计大赛正式赛题

2012 TI 杯竞赛参考题-—频率补偿电路（B题）摘要：本设计制作了一个频率补偿电路，将一个在高频部分衰减了的“模拟某传感器特性的电路模块”高频部分补偿回来，所有频率补偿部分都采用了模拟电路方案实现。

传感器特性的电路模块的模拟根据要求运算放大器A使用TI公司产品高性能音频运算放大器OPA2134，能够做到超低失真,低噪声音频应用完全指定。

整个补偿模块实现了在频率达到100kHz时衰减，并有在70kHz前没有明显波动，最后用MSP430f5438a低功耗单片机显示输出峰值及对应波形。

经验证，该设计完成了全部基础要求及发挥部分。

关键词：频率补偿；低/高通滤波；信噪比；单片机显示一系统设计方案论证下面就模拟传感器特性模块和频率补偿等关键模块的设计方案进行讨论与分析1.1 方案论证与选择1.1.1模拟某传感器特性的电路模块按照题目要求组装“模拟模块”电路，属于低通滤波电路截止，以200Hz为基准，V b的−3dB高频截止频率为4.5 kHz±0.5 kHz。

1.1.2 高通滤波电路模块为了使电路以电压增益A(200Hz)为基准，将A(f)的−3dB高频截止频率扩展到100kHz ± 5kHz，设计在模拟模块后面接上一个高通滤波电路。

方案一：使用最简单的电子高通滤波器包括一个与信号通路串联的电容器和与信号通路并联的电阻。

这种滤波方式结构简单，但性能较差，受电路阻抗影响较大。

方案二：采用有源二阶滤波，采用元件数目较少，结构简单，调整方便，采用TI 公司运算放大器作为有源器件，几乎没有负载效应，本设计频率不高，故选用方案二。

1.1.3 低通滤波电路模块为了使通频带平缓，在到达截止频率时能够尽快地衰减；并有效地降低输出V o的高频噪声，在后面接上了一级100kHz低通滤波电路。

1.1.4 单片机显示单片机MSP430f5438a是超低功耗超强性能的单片机，可以把经过峰值检测电路后信号送给单片机连接控制显示数值。

2012“TI杯”北京工业大学电子设计竞赛练习题一、SPWM波生成电路请使用一片LM324四运放,实现下述功能(整体框图见下图:1、使用运放,产生一个三角波信号U1,峰峰值为4V,频率为5KHz。

2、使用低频信号源输出一个正弦波信号U2,频率为500Hz,峰峰值为200 mV。

3、设计一个比例加法器,输出信号为U3,U3 = U1 + 10U24、设计一个滤波电路,使其可以最大限度地滤除5KHz的分量,保留500Hz的分量,输出结果为U4,其峰峰值为4~5V可调。

5、设计一个比较器电路,对U1和U4信号进行比较,输出信号为U5,峰峰值为3V。

要求运放使用+12V单电源供电。

扩展功能:1、运算放大器只能使用一片(即四个运放。

2、使用LaunchPad 430单片机,在检测正弦波和三角波的波形参数的基础上,输出一个SPWM波。

3、其他扩展功能。

考核内容:检查U1~U5各点的电压输出波形,记录信号的测量参数和波形质量。

请预留U1~U5的测试端子。

检查LaunchPad 430单片机输出的SPWM波。

二、信号检测、波形发生及变换电路请使用TI的LaunchPad 430单片机竞赛板、网孔板和LM324运算放大器,实现如下功能:1、实现对低频信号源输出的正弦波、三角波和方波信号的检测,信号源输出信号的幅度为峰峰值10mV~100 mV,频率从50Hz-1KHz。

采用运放进行前期调理,以满足单片机采集的需要。

2、用单片机和模拟电路结合,产生一个与信号源输出信号同步的信号,在示波器上进行显示。

要求单片机产生的信号与信号源输出信号频率、相位相等,波形类型一致,幅度成正比(具体量纲自己定义,并作出书面说明。

3、利用示波器的X-Y方式,分别接信号源输出的正弦波信号和单片机产生的正弦波信号,在示波器显示出李萨茹图形。

要求运放使用+12V单电源供电。

扩展功能:1、波形变换:单片机和模拟电路结合,可以输出与信号源输出信号同频、同相但波形类型相异的波形,如信号源输出三角波,单片机输出正弦波。

2012年TI北京市电子设计竞赛题（本科）分析，供参考2012 年 5 月 24 日64 浏览 | No Comments以下为2012年北京市电子设计竞赛本科组的原题：任务：在给定的电路板上（含一片TLC085四运放，一片DAC7811，一片LP2950-33），用给定单片机开发板（MSP430g2553）及芯片设计一个有自动增益控制（AGC）的放大器（在此四运放只能用两个，多用作品不予评测；不允许再增加任何器件，包括二极管、三极管和组件）。

要求：1、放大器频率范围：1KHz-60KHz；（10分）采用AC输入形式，输入端需要输入耦合电容器2、放大器增益：40dB；（25分）注意：赛题电源仅+5V供电，看产品技术手册，在5V供电时的V OH为3~4.1V，与输出电流的大小有关。

放大器增益：40dB （100倍），可以计算出输入电压的大小为（3000mV~4100 mV）V/100。

3、放大器增益可控范围：（输入信号频率为10KHz）大于35dB；（25分）增益可控情况有2：（1）保证（固定）输出电压大小不变，随着输入电压的改变，调整增益；（2）给定一个输入电压，改变增益，观察输出电压的变化。

增益调节附件资料给了一个采用DAC作为可调电阻的电路，通过MCU编程可以改变电阻的大小，电路结构形式就是一个反相比例放大器4、可观察AGC电压（要求输出模拟直流电压，此电压应随放大器的输出同步变化，只看变化规律，不要求值的大小）；（10分）注意1：可观察AGC电压，赛题要求提供一个可以检测输出电压的端子。

赛题要求输出模拟直流电压，附件资料给了一个采用PWM和低通滤波器可以参考。

可以用DC表观察输出的电压。

注意2：MCU需要检测出放大器输出电压的大小（AC电压），一是可以直接通过芯片内部的ADC进行检测，并显示；二是需要根据检测的电压大小，改变PWM的占空比，通过低通滤波器转换为DC形式，供外部检测用。

在第3部分的“（2）给定一个输入电压，改变增益，观察输出电压的变化。

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。

2012年江苏省大学生电子设计竞赛（TI杯）试题
网络阻抗测试仪（D题）
【本科组】
一、任务
设计并制作一个网络阻抗测试仪，用于测量一端口无源网络的阻抗特性。

二、要求
1、基本要求
（1）设计并制作一正弦波信号源，要求：
①信号频率范围1kHz～200kHz，能够显示频率，频率相对误差<0.1%。

②信号频率可设置、可步进。

③输出信号幅度2V±0.1V（Vpp）。

（2）设计一端口网络阻抗特性测试仪，能够测量一端口网络阻抗的模|Z |，测量误差的绝对值小于理论计算值的5%。

（3）测量一端口网络阻抗的阻抗角φ，测量误差的绝对值小于理论计算值的5%。

（4）实现阻抗模和阻抗角的自动测量。

2、提高要求
（1）对模|Z |和阻抗角φ的测量误差的绝对值小于理论计算值的2%。

（2）能够判断被测网络结构（串联、并联）。

（3）明确指示模块中元件的类型与参数。

（4）能测量并显示被测网络的谐振频率点。

（5）其它创新性设计。

三、说明
1.被测无源网络由电阻、电容、电感构成；每个网络中有两个元件，两者串联或并联。

2.当输入激励频率在1kHz—100KHz范围内时，网络的阻抗模在100Ω—10k Ω范围内，阻抗角φ在±90º范围内。

3.所设计制作的网络阻抗测试仪需留出连接被测网络模块的接口，且必须方便更换模块。

4.测试评审时对现场提供的标准模块进行测试。

四、评分标准。

2012年大学生电子设计竞赛黑龙江赛区TI杯竞赛题G题：数控线性直流稳定电源（专科）一、任务设计制作一个数控线性直流稳定电源，具有稳压和稳流功能。

输入交流电为220V/50Hz，变化范围为±10%。

电源结构如图1所示。

图1：数控线性直流稳定电源结构二、要求1. 基本要求（1）具有稳压和稳流功能，通过开关或按键设置。

（2）对稳压电路的要求①输出电压范围：+2.000V ~+10V，最大输出电流：1A；②具有过流保护功能，保护电流为1.2A；③电压调整率≤0.2%；④负载调整率≤1%；⑤总纹波电压（峰-峰值）≤10mV。

（3）对稳流电路的要求①输出电流范围：200mA ~1A，要求在输出电流范围内，输出直流电压不超过10V；②负载调整率：设置输出电流为1A，改变负载电阻，使输出电压在2~10V情况下，输出电流变化≤1%；③总纹波电流（峰-峰值）≤1mA。

2. 发挥部分（1）对稳压电路的要求①负载调整率≤0.1%；②总纹波电压（峰-峰值）≤1mV；③数字设置并显示设置的输出电压值，设置最小分辨率≤10mV，输出电压设定值与实际输出电压值的误差≤1%；④测量并数字显示实际输出电压，测量显示值与实际电压输出值的误差≤0.1%。

（2）对稳流电路的要求① 负载调整率：设置输出电流为1A ，改变负载电阻，使输出电压在2~10V 情况下，输出电流变化≤ 0.1%；② 总纹波电流（峰-峰值）≤0.1mA ；③ 数字设置并显示设置的输出电流值，设置最小分辨率≤1mA ，输出电流设定值与实际输出电流值的误差≤1%；④ 测量并数字显示实际输出电流，测量显示值与实际电流输出值的误差≤0.1%。

（3）提高电源效率。

（4）其他。

三、说 明1. 不允许使用任何形式的电源模块和集成稳压器。

2. 辅助电源应自制，并包含在所制作的电源系统内。

3. 实际输出电压和输出电流测量装置需自制，并与电源制作成一个整机。

4. 稳压和稳流功能必须共用一套变压器、主回路及功率元件。

2012年大学生电子设计竞赛黑龙江赛区TI杯竞赛题I题：感应式充电电源（专科）
一、任务
利用电磁感应原理设计制作一感应式充电电源，电源的输入电路和输出电路可以分离，充电时将输出电路与输入电路耦合接触即可对用电设备充电。

二、要求
1、基本部分：
（1）感应接触面积：≤5 cm2。

（2）输入电压为30V DC，输出电压为4.3V DC，额定输出电流200mA。

（3）具有过电流保护，保护电流为250mA。

（4）额定输出时，电源转换效率不小于35 %。

（5）输出电路移开时，输入电流不大于额定值的20% 。

2、发挥部分：
（1）输入电压在10～30V DC之间变化时，输出电压变化不得超过额定值的10%。

（2）输入电压为30V DC，输出电压为4.3V DC，额定输出电流达到400mA。

（3）如果输出额定电流能够达到400mA，则过流保护设为450mA。

（4）额定输出时，电源转换效率不小于50 %。

（5）其它。

三、说明
1、基本要求的第（1）项：感应接触面积：≤5 cm2，是必备要求，如果大于5 cm2，则后续要求均不得分。

2、输入输出电路的接触部分应该有一定的封装，接触部分的电路不能裸露在外面。

3、感应接触面积为平面接触，如接触部分有嵌入、则嵌入部份也计入接触面积。

四、评分标准
注：如果对题意有疑问，请往tanyg0267@,hljdzjs@两个邮箱同时发邮件，会有命题专家给予答复。

2012年15省赛区大学生电子设计TI 杯竞赛试题参赛注意事项（1）2012年8月5日8:00竞赛正式开始。

本科组参赛队只能在A 、B 、C 、D 、E 题目中任选一题；高职高专组参赛队原则上在F 、G 、H 题中任选一题，也可以选择其他题目。

（2）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。

（3）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。

（4）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

（5）2012年8月7日20:00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

微弱信号检测装置（A 题）【本科组】一、任务设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。

为便于测评比较，统一规定显示峰值。

整个系统的示意图如图1所示。

正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。

噪声源采用给定的标准噪声（wav 文件）来产生，通过PC 机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。

图中A 、B 、C 、D 和E 分别为五个测试端点。

图1 微弱信号检测装置示意图 二、要求1. 基本要求（1）噪声源输出V N 的均方根电压值固定为1V ±0.1V ；加法器的输出V C =V S +V N ，带宽大于1MHz ；纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。

（2）微弱信号检测电路的输入阻抗R i ≥1 M Ω。

（3）当输入正弦波信号V S 的频率为1 kHz 、幅度峰峰值在200mV ~ 2V 范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。

2. 发挥部分正弦波信号源微弱信号 检测电路噪声源V S V NV C V o 纯电阻 分压网络显示 电路加法器V i A BCDE（1）当输入正弦波信号V S 的幅度峰峰值在20mV ~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。