2013大学生电子设计大赛简易频率特性测试仪(E题)

简易频率特性测试仪（E题）一、系统方案本系统主要由正交扫频信号源模块（DDS）、被测网络模块、乘法器模块、低通模块、显示模块、电源模块组成，最终通过液晶显示出幅频和相频曲线。

1.1 正交扫频信号源模块的论证与选择方案一：使用FPGA编程，运用DDS原理产生系统所需波形信号源。

此法成本低廉，但其性能受晶振频率精度限制较大，外部对应处理电路较为复杂。

方案二：采用锁相环（PLL）频率合成信号源,PLL频率合成器的输出频率可以按需要步进地变化，锁定后，其输出频率可以达到与参考频率同量级的频率精度和稳定度。

但其电路连接较为复杂，频率调整麻烦。

方案三：使用集成DDS芯片AD9854模块实现扫频波形发生，操作简单，频率精度与范围都可达到较高，波形稳定度高。

综合以上三种方案，选择方案三。

1.2 控制系统的论证与选择方案一：选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。

CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。

但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。

同时，CPLD的处理速度非常快，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。

方案二：采用MSP430F249单片机作为主控制器。

MSP430F249是一个超低功耗，和其他F14x系列单片机相比较具有运算速度快，抗干扰能力强，内部自带ADC12模数转换模块，有6组I/O口，降低了系统软件设计的难度，电路设计简单、价格低廉。

综合以上三种方案，选择方案三。

二、系统理论分析与计算2.1 正交扫频信号源的分析正交扫频信号源主要是由AD9854芯片构成的，AD9854数字合成器是高集成度的器件，它采用先进的DDS技术，片内整合了两路高速、高性能正交D/A转换器通过数字化编程可以输出I 、Q 两路合成信号。

在高稳定度时钟的驱动下，AD9854将产生一高稳定的频率、相位、幅度可编程的正弦和余弦信号，作为本振用于通信，雷达等方面。

2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题目第一篇：2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题目2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题目用线路板上提供的555芯片和四运放324芯片，设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波1，正弦波2的波形产生电路。

给出方案设计，详细电路图和现场实测波形。

要求：1：四通道同时输出，每通道输出脉冲波形，锯齿波，正弦波1，正弦波2的一种波形，每通道输出的负载电阻均为600欧姆；2.四种波形的频率关系为1:1:1:3（3次谐波）；脉冲、锯齿、正弦波1输出频率为8KHz~10KHz,输出电压幅度峰峰值为1V；正弦波2输出频率范围24KHz~30KHz，输出电压峰峰值为9V。

输出波形无明显失真。

频率误差不大于10%，通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。

脉冲波占空比可调。

3.电源只能选用+10V单电源。

4.每通道输出的负载电阻600欧姆应标示清楚。

5.预留测试端子。

第二篇：全国大学生电子设计竞赛全国大学生电子设计竞赛全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一，是面向大学生的群众性科技活动，目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革，有助于高等学校实施素质教育，培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。

全国大学生电子设计竞赛的特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合，以推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。

竞赛的特色是与理论联系实际学风建设紧密结合，竞赛内容既有理论设计，又有实际制作，以全面检验和加强参赛学生的理论基础和实践创新能力。

全国大学生电子设计竞赛每逢单数年的9月份举办，赛期四天（具体日期届时通知）。

在双数的非竞赛年份，根据实际需要由全国竞赛组委会和有关赛区组织开展全国的专题性竞赛，同时积极鼓励各赛区和学校根据自身条件适时组织开展赛区和学校一级的大学生电子设计竞赛。

2013年全国大学生电子设计大赛(L题)杨摘要本设计为直流稳压电源及漏电保护装置，系统主要由MSP430-149单片机、升压电路、直流稳压电路、LCD显示电路及漏电保护装置四部分组成。

电路系统设计中以硬件电路为主体，实现了整机系统设计，达到设计任务书要求。

在电路中以电感升压后提供给稳压电路，使输出电压稳定为5V、电流恒定为1A；通过取样电阻对输出电压、电流采样后送入单片机进行A/D转换与计算，将输出功率在1062液晶进行实时显示输出功率；通过取样电阻的来比较电压，使关断元件继电器动作，从而达到漏电保护的目的。

本直流稳压电源及漏电保护装置具有电路结构简单、稳定度好、指标精度高等优点。

关键词：升压；稳压；MSP430单片机；继电器目录1系统方案 (1)1.1直流稳压电源方案论证与选择 (1)1.2升压电路方案论证与选择 (2)1.3电流取样及放大电路方案论证与选择 (4)1.4显示模块方案论证与选择 (5)1.5漏电保护装置实现方案论证与选择 (5)1.6 单片机系统方案论证与选择 (6)2系统理论分析与计算 (6)2.1直流稳压电源电路分析及设计 (6)2.2 漏电保护装置电路分析及设计 (8)2.3电路与程序设计 (9)3程序的设计 (13)3.1程序功能描述与设计思路 (13)3.2程序流程图 (13)4测试方案与测试结果 (14)4.1测试方案 (14)4.2 测试条件与仪器 (14)4.3 测试方法及结论 (15)总结 (16)附录：总电路原理图 (18)1系统方案设计并制作一台线性直流稳压电源和一个漏电保护装置，电路连接如图所示。

图中RL为负载电阻、R为漏电电流调整电阻、A为漏电流显示电流表、S为转换开关、K 为漏电保护电路复位按钮图1 直流稳压电源及漏电保护装置根据设计任务的要求，按图1所示系统结构，直流稳压电源及漏电保护装置主要由直流稳压电源、漏电保护装置、单片机系统控制及显示电路等几部分组成，为突出设计思路，这里分模块、分单元进行方案设计论述。

附件：大连交通大学2013年校级以上大学生科技创新竞赛获奖情况汇总表竞赛成绩指导教师参赛学生作品名称第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛三等奖陈少华、曾洁沈巍、张武警、唐琳、乔梅昌商用厨房油烟净化与余热利用系统第十一届“挑战杯”辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖陈少华、曾洁沈巍、张武警、唐琳、乔梅昌商用厨房油烟净化与余热利用系统一等奖吕斌、费继友于建方、杨龙飞、项阳、赵荣彪、皮姣姣、倪成业、栾诗宇、曲晓伟矿井轨道定点阻拦器一等奖葛宰林赵俊奇、庞德辰、李昱思、马开浪、谢嘉茹、李思达、武琦、张希良直线式永磁海浪发电装置二等奖葛宰林、李永华文怀宇、刘启超、王瑞东、张海、潘野、徐庆昊、何强、李基鹏分级冷却抑制轴承高温锻件网状碳化物生成工艺设备二等奖吕斌、刘晓雪李冰、樊晓伟、夏常玖、贾长风、王灵荷、何倩茜、林帅新型钢丝绳弯曲疲劳试验机二等奖陈少华、曾洁高星宇、查格其、吴运幸、侯一鸣、付安磷酸铁锂电池检测与管理系统二等奖吕斌、雷蕾姜新禹、张震宇、钟宏远、孙崇文、关杰元、姜彤、王子安、国雷基于NRF无线通信的云端智能节电系统设计二等奖司伟王迪、窦志刚、马祖国、李珊、朱建辉、齐昌鑫废弃玻璃粉低温烧结制备玻璃陶瓷二等奖张锐、王武生刘子麟、杨鹏飞、尹建、王梦莹、周乐安大连地铁特殊部位防水做法及技术研究二等奖陈少华、曾洁吕锦、张琪、汪康康、陈硕面向老年人的新型智能控制药箱二等奖吕斌、张迎辉杨帆、柳松杨、姜彦辰、王腾、陈宁小型饮用水软化水处理装备三等奖吕斌、张生芳冯波、侯志如、张新朋、杨毅、张平、杨文娇、季蒙模块化教学机器人三等奖左忠义汪磊、孙键、孙海燕、邰淳亮、傅军豪公交车辆行程时间预测方法与应用研究三等奖李永华王瀚、王显亮、王洋、郑重、陈石杰、周庆、周成旭、王志强“小菜一碟”全自动智能烹饪机三等奖陈少华、曾洁徐克、齐迪、尹琨、张扬、李哲、伍国凌基于基站无线中继模式的区域专网车辆追踪监控系统三等奖陈少华、曾洁韩敬康、李岳枫、杜恒良、康君妍宿舍火灾监视与疏散一体化消防系统第九届全国周培源大学生力学竞赛（辽宁赛区）二等奖张雪珊王卿三等奖张雪珊王录录第五届全国大学生数学竞赛预赛（辽宁赛区）一等奖戴晓鸣、王丽媛何克胜、庞艳涛二等奖皇甫明、李宁、林美艳、孙日明、张玉丽、顾颖、梁波朱治文、刘江伟、贺彬、王豪豪、党海舟、张健、梁腾飞三等奖徐志敏、孙晓英、李秀梅、王丽敏、张月、王岩、徐天博、汪颖、汪军、高静华、张书莲刁锋、姚丹阳、刘丰、周益、潘梦然、汪财雄、陈桐、孟飞、胡江祺、梁赛、金仕亚第五届辽宁省大学生数学竞赛一等奖戴晓鸣、王丽媛、皇甫明、李宁、林美艳、孙日明、张玉丽、顾颖、梁波、徐志敏、孙晓英、李秀梅、王丽敏、张月、王岩、徐天博、汪颖、汪军、高静华、张书莲何克胜、庞艳涛、朱治文、刘江伟、贺彬、王豪豪、党海舟、张健、梁腾飞、刁锋、姚丹阳、刘丰、周益、潘梦然、汪财雄、陈桐、孟飞、胡江祺、梁赛、金仕亚二等奖于慧徐峰三等奖王海燕、李佳宁、张振宇臧振君、马杰、夏飞大连市第二十二届大学生数学竞赛一等奖戴晓鸣、高静华、顾颖、皇甫明、金丽、李佳宁、李宁、李秀梅、梁波、林美艳、刘勇、孙日明、孙晓英、汪军、汪颖、王海燕、王丽敏、王丽媛、王岩、徐天博、徐志敏、于慧、张书莲、张玉丽、张月、张振宇、周大勇庞艳涛、姚丹阳、梁腾飞、董杰、朱治文、金仕亚、刘丰、胡江祺、汪财雄、王坚、贺彬、繤丹东、张向东、马杰、徐峰、将万博、靳叔凯、梁赛、张健、刁锋、管振强、孟飞、党海舟、周益、王树春、杨燚、孟迪二等奖白凤兰、毕卫星、蔡敏、戴晓鸣、丁立佳、高静华、顾颖、郭大为、皇甫明、金丽、李佳宁李宁、李秀梅、李焱淼、李雁南、梁波、林美艳、刘勇、宋爱民、孙日明、孙晓英、万维明、汪军、汪颖、王国灿、王海燕、王丽敏、王丽媛、王晓元、王岩、徐天博、徐志敏、于慧、张继红、张书莲、张玉丽、张月、张振宇司安然、田成志、李文海、李朋、王德名、李强、孙伟莎、马睿泽、卢军、李修雷、兰锋、邓义仁、隆宏斌、李亮、王鑫、张如一、王佳辉、胡珂、陈桐、孙江南、周威、殷佳鹏、尹太国、毛竞争、王玉龙、李芝华、李文浩、吴启龙、胡浩、张翔博、陈志伟、吕小明、刘宁春、孟陈祥、叶安东、张聪、蒋凯雄、侯振兴、孙渤、胡江奎、何江涛、汤泽惠、孙学涛、顾自豪、周密、冯文敏、蒋敏、邵乾宇、张啸男、夏中羽、李嘉曦、汪朝辉、柳驰航、臧晓雅、霍梦梦、孙向阳、赵政、郝靖伟、刘雨涵、王文龙、孙艳阳、张雅霖、宁旭阳、刘晓林。

2013年春季西南交通大学大学生电子设计竞赛题目简易相位测量仪设计并制作一个简易相位测量仪，具体要求如下：1．基本要求（1）产生两路正弦波信号（负载为600Ω）①信号频率可预置：40Hz～1kHz范围内步进可调，步长5Hz；②频率稳定度：优于10-3；③输出波形无明显失真；④输出电压峰峰值V pp可预置：2V～5V范围内可调，步长1V；⑤两路正弦波信号相位差可预置: 0～90°范围内步进可调, 步长5°。

（2）测量两路正弦波信号①测量仪输入阻抗≥100k；②测量输入正弦波信号频率，相对误差≤1%；③在输入正弦波电压峰峰值Vpp变化范围2V～5V、频率40Hz～1kHz条件下，测量两路正弦波信号相位差，绝对误差≤5°。

（3）数字显示预置的正弦波频率、相位差值，完成实测频率、相位差的4位数字显示。

（4）用产生的两路正弦波信号校验相位测量仪，自选正弦波的几个频点、相位差值和不同幅值进行校验。

2、提高部分（1）产生两路正弦波信号①信号频率：10Hz～20kHz，输出频率范围尽可能宽，步长尽可能小；②输出电压峰峰值V pp：100mV～10V，输出电压范围尽可能宽，步长尽可能小；③两路正弦波信号相位差: 0～180°，输出范围尽可能宽，步长尽可能小。

（2）测量两路正弦波信号①测量输入正弦波信号频率，测量误差尽可能小；②在输入正弦波电压峰峰值Vpp变化范围100mV～10 V、频率10Hz～20kHz 条件下，测量两路正弦波信号相位差，绝对误差≤1°，测量误差尽可能小；（3）其它,如：测量正弦波信号峰峰值。

3.报告作品报告应包含：摘要、理论分析，方案比较（不得从他人文献中截图），软件硬件设计，参数计算，测试记录（应按实测结果如实填写，不得编造），测试结果分析，测试仪器。

报告占总分，请注意完整但不冗余（限6000字以内）。

4.说明（1）用TI 公司提供的MSP430 LauchPad单片机学习板实现者给予加分；（2）参加最终测评的作品，要求完成硬件制作、调试。

2013电子竞赛简易频率测试仪————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：简易频率特性测试仪（E题）摘要：该简易频率特性测试仪采用STM32F103ZET6核心板，主要由自制正交扫描信号源、RLC被测网络、乘法器、低通滤波等功能模块组成；测试数据包含信号的幅频特性及相频特性，于彩屏TFT上显示。

本系统利用高速DDS（AD9854）模块实现信号发生电路，能输出双端口的正交信号，并可控制设置其幅值与频率。

被测网络采用RLC串联谐振电路，达到要求的网络通带中心频率。

将DDS产生的正交信号和被测网络信号通过乘法器AD835模块，经LTC1564低通滤波，利用单片机上的片上AD进行采样，最终在彩屏上显示输出，完成对信号的幅频和相频的简单测试。

关键词： STM32；DDS；乘法器；滤波；TFTAbstract: The simple frequency tester is based on high-performance STM32F103ZET6 controller, and it mainly consists of self-maid signal generator, RLC network, multipliers, low-pass filter and other function blocks. The test data contains amplitude-frequency characteristics and phase-frequency characteristics, and will be displayed on TFT. The system uses high-speed DDS (AD9854) block as signal circuit, generating the dual-port quadrature signals, whose amplitude and frequency can be controlled and set. The test network is made of RLC circuit, which is able to achieve the standardized center frequency. The quadrature signals generated by DDS and the signals under test pass through the multiplier AD835 and the LTC1564 low-pass filter, and will be sampled by the 12-bit on-chip ADC. The final output is displayed on the TFT to complete the test of amplitude-frequency and phase-frequency.Keyword: STM32; DDS; multiplier; filter; TFT3一、方案选择与论证 (3)1.1 正交扫频信号源的设计与选择 (3)1.2 乘法器模块的设计与选择 (3)1.3 低通滤波器的设计与选择 (3)1.4 ADC 模块的设计与选择 (3)1.5 被测网络的设计与选择 (4)二、电路设计 (4)2.1 正交扫描信号源设计电路 (4)2.2 模拟乘法器设计电路 (4)2.3 低通滤波器设计电路 (4)2.4 末级电压抬升设计电路 (5)三、系统设计 (5)3.1 方案总体设计描述 (5)3.2 理论分析与计算 (6)3.2.1 正交扫描信号发生器的设计 (6)3.2.2 低通滤波器的设计 (6)3.2.3 RLC 被测网络的设计 (6)3.2.4 特性曲线显示 (7)四、软件设计 (7)五、系统测试 (8)5.1 测试方法 (8)5.2 测试工具 (8)5.3 各模块测试过程 (8)5.3.1 扫频信号发生器的测试 (8)5.3.2 乘法器模块的测试 (9)5.3.3 输入输出阻抗的测试 (9)5.3.4 RLC 被测网络的测试 (9)六、结论 (10)参考文献 (10)附录 (10)附录一：元件清单 (10)4附录二：AD9854扫描信号发生器设计电路 (11)附录三：系统总体设计电路 (11)附录四：主要程序清单 (12)一、方案选择与论证1.1 正交扫频信号源的设计与选择方案一：采用程控锁相环频率合成方案。

2013年滨州学院大学生电子设计竞赛赛题A题 LED线阵显示屏设计一、任务：利用视觉暂留特性设计并制作一个基于13点线阵LED模块的显示屏，其系统结构如图1所示。

在控制器的管理下，由13个LED组成的LED线阵模块绕中心轴旋转，如图1所示；13个LED按照一定规律闪烁，显示一个“工”字，其显示规律如图2所示（其中，黑色表示灯亮，白色表示灯暗，实际上是对汉字进行了扫描）。

图1 LED点阵书写显示屏总体结构示意图图2 显示工字时LED的亮暗规律示意图二、要求：1．要求电机转速可调，通过调整电机速度，显示一个“工”字；2．LED线阵显示屏显示“电子”两个字；3．LED线阵显示屏显示字母“I”，并不断进行旋转；4．LED线阵显示屏首先显示“电”字，然后逐行改变，逐渐变为“子”字；5．LED线阵显示屏模仿交通绿色交通灯中的小人走路，缓慢按小人方向前行。

2013年滨州学院大学生电子设计竞赛赛题B题公交车载人数统计系统一、任务设计并制作一个车载人数统计系统。

二、要求1．人数采集统计功能公交车在各个停靠站点上下车的人数都能精确无误地被系统记录；2．数据存储功能每个公交车停靠站点以及该站点的客流量为一对一记录保存，以便公交公司工作人员分析各站点的客流量，合理的制定相应的运营计划；3．数据传输功能车载人数统计系统可以将各个公交停靠站点的客流量数据通过有线或者无线方式传输给计算机；4．要求采用低功耗的430单片机。

激情创造精彩无限Dareto Create ＆EnjoyC题激光枪自动射击装置一、任务设计一个能够控制激光枪击发、自动报靶及自动瞄准等功能的电子系统。

该系统由激光枪及瞄准机构、胸环靶、弹着点检测电路组成，其结构见图1。

图1 简易自动报靶装置示意图二、要求1．用激光笔改装激光枪，激光枪可受电路控制发射激光束，激光束照射于胸环靶上弹着点的光斑直径＜5mm；激光枪与胸环靶间距离为3m。

2．激光枪固定在一机构上，可通过键盘控制激光枪的弹着点（用键盘设置激光束在靶纸上上下、左右移动一定距离）。

简易频率特性测试仪（E题）摘要本系统是基于零中频正交解调原理的简易频率特性测试仪，用于检测被测网络的幅频特性和相频特性。

该系统主要包括DDS集成模块，RLC串联谐振电路，乘法器电路，低通滤波器，同相放大器和测量显示模块，其中RLC串联谐振电路作为被测网络。

本系统以DDS集成模块为核心，将其产生的正交扫频信号通过被测网络后，经乘法器得到高频信号；这两个信号经过低通滤波、同相放大后得到符合要求的I、Q直流分量；最后通过单片机进行ADC采样、数据处理和液晶显示，得到被测网络的幅频特性和相频特性。

本系统在算法上的创新之处是，在测量之初，采用短接被测网络即内测校准的方法减小了系统误差。

经最终测试，本系统能很好地完成被测网络的频率特性测试。

1 系统方案1.1 方案比较与选择1.1.1扫频信号源方案一：采用锁相环间接频率合成方案。

锁相环频率合成在一定程度上解决了既要求频率稳定精确、又要求频率在较大范围可调的矛盾。

但输出频率易受可变频率范围的影响，输出频率相对较窄，不能满足题目1MHz-40MHz的高频要求。

方案二：采用直接数字频率合成（DDS）方案。

DDS技术具有输出频率相对较宽，频率转换时间短，频率分辨率高，全数字化结构便于集成，以及相关波形参数（频率、相位、幅度）均可实现程控的优点。

采用集成芯片AD9854或FPGA可实现题目对扫频信号源的要求。

因此选用方案二。

1.1.2控制平台方案一：采用FPGA或CPLD进行控制。

利用FPGA可以方便地实现DDS信号源，但在液晶屏上显示幅频特性曲线和相频特性曲线较为困难，且FPGA成本较高。

方案二：采用C8051F020单片机进行控制。

C8051F020与8051兼容，速度可达25MIPS；它内部有两路ADC，速度分别为100ksps（12位）和500ksps（8位）；它具有4352字节内部数据RAM，64K字节的FLASH存储器，支持在线编程。

若选用C8051F020作为扫频仪的控制单元，用其实现产生扫频信号、进行数据采集、处理以及波形显示的功能，能够满足题目要求，且其性价比高。