2016年上海市(TI杯)大学生电子设计竞赛-C题-脉冲信号参数测量仪

第(Di)三届〔1997年(Nian)〕全国大学生电子设计(Ji)竞赛标题问题简易(Yi)数字频率计一、任(Ren)务：设计并制作一台数字显示的简易频率计。

二、要求1．底子要求〔1〕频率测量a．测量范围信号：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．测量范围信号：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．测量范围信号：脉冲波；幅度：0.5V～5V；脉冲宽度≥100μsb．测量误差≤1%〔4〕显示器，十进制数字显示，显示刷新时间1～10秒持续可调，对上述三种测量功能别离用不同颜色的发光二极管指示。

〔5〕具有自校功能，时标信号频率为1MHz。

〔6〕自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。

2．阐扬局部〔1〕扩展频率测量范围为0.1Hz～10MHz〔信号幅度0.5V～5V〕，测量误差降低为0.01%〔最大闸门时间≤10s〕。

〔2〕测量并显示周期脉冲信号〔幅度0.5V～5V、频率1Hz～1kHz〕的占空比，占空比变化范围为10%～90%，测量误差≤1% 。

〔3〕在1Hz～1MHz范围内及测量误差≤1%的条件下，进行小信号的频率测量，提出并实现抗干扰的办法。

第(Di)五届〔2001年(Nian)〕全国大学生电子设计竞(Jing)赛标题问题A题波(Bo)形发生器一、任(Ren)务设计制作一个波形发生器，该波形发生器能发生正弦波、方波、三角波和由用户编纂的特定形状波形。

示意图如下：二、要求1．底子要求〔1〕具有发生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。

〔2〕用键盘输入编纂生成上述三种波形〔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〕具有波形存储功能。

〔4〕输出波形的频率范围为100Hz～20kHz〔非正弦波频率按10次谐波计算〕；重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz。

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。

2016TI杯省级电子设计竞赛A 题lm5117省一等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【本科组】2016年7月27日星期三摘要随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。

开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。

本系统是以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而成的一个降压型直流开关稳压电源。

该系统能实现16V到5V直流电压的转换，输出电流范围是0~，且电源有识别负载的功能。

本系统具有调整速度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，体积小，重量轻，输出纹波小等优点。

关键词：LM5117；CSD18532KCS；稳压电源；负载识别。

一、方案论证本系统主要由DC-DC变换电路模块、控制模块、过电流保护模块、负载识别模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

1.1电源变换电路方案论证通过分析题目任务与要求，将输入16V的直流电转换为稳定的5V直流电源，即实现直流-直流电压的变换。

方案一：间接直流变流电路：直流经过逆变电路之后成为交流再经变压器后整流滤波得到所要求的直流电源。

该方案可以实现输入与输出的隔离，适用于输入电压与输出电压之比远小于或大于1 的情况，但由于采用多次变换，电路中的损耗大，效率低，而且结构较为复杂。

方案二：直接直流变流电路，Buck变换器：也称降压式变换器。

电路图如图1-1所示。

开关的通断受外部PWM信号控制，输出电压与输入电压的关系为E,通过改变占空比可以相应实现输出电压的变化，该电路采用直接直流变流的方式实现降压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。

综合比较，我们选择方案二。

1.2稳压控制方法的方案选择方案一：采用单片机产生PWM波,控制开关的导通与截止。

2016年T I杯大学生电子设计大赛自动循迹小车（C题）【本科组】摘要：该系统以STM32F103VET6和89C52单片机为控制核心，采用了比赛指定的LDC1000电感传感器来探测铁丝和硬币，通过单片机产生的PWM和LM298模块控制电机，通过光耦传感器测量小车轮胎转动圈速，并应用LCD1602显示模块，以LM2596S为核心的电源电路为系统供电，从而实现了电动小车循迹、检测到硬币后蜂鸣器发出声响和实时显示小车行驶的距离和运行时间等功能。

整个系统的电路结构简单明了，可靠性能高，多次实验测试结果满足基本要求和大部分发挥部分的要求。

关键词：STM32F103VET6 89C52 LDC1000 智能小车一、方案论证1.方案选择1.1电机驱动方案的选择方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车进行调整，此方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢，易损坏，寿命较短，可靠性不高。

方案二：采用专用L298N作为电机驱动。

L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动，它相应频率高，一块L298N可以分别控制两个直流电机。

用该模块驱动电机，操作方便，稳定性好，性能优良。

因此决定采用方案二。

1.2电机的选择方案一：采用步进电机，步进电机具有快速启动和停止能力，其转换灵敏度比较高，正转、反转控制灵活。

但是步进电机的价格比较昂贵，且该实验对小车速度等没有特殊要求，因而，不选取该方案。

方案二：采用普通的直流电机。

直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便。

调整范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转。

可以满足实验要求。

因此选择方案二1.4探测线圈的选择方案一：使用TI公司生产的LDC1000模块自带的PCB线圈，其优点是布线精致，感应灵敏，但其探测范围小，对小车探测载体的机械结构要求较高。

方案二；使用自制线圈，其优点是检测范围大，但其精度不够高，且绕制难度较高。

2016年TI杯江苏省大学生电子设计竞赛脉冲信号参数测量仪（E）参赛学校：南京大学参赛编号： NJ100参赛队员：张彪、李少创、韦媛馨南京大学二○一六年七月二十八日摘要本作品基于对脉冲信号参数测量仪的设计，以Alter公司的Cyclone FPGA为控制核心，TI公司的单片机MSP430F5529为从机，由信号前置处理模块、双比较器比较模块、单片机采样输出与显示模块等组成，具有宽输入范围和精确度相对高的特点。

前级用电阻分压网路将信号进行固定3倍衰减，一路信号直接供单片机采样。

得到幅值参数，另一路信号经过由单片机控制的VCA810程控放大、OPA847固定7倍增益放大，可以在确保保护VCA810和不影响脉冲信号特性的情况下将任意0.1~10V幅值输入的脉冲信号统一调整到幅值3V，进而可以输给FPGA进行下一步的处理，得到频率、幅值和上升时间等参数。

最后用FPGA和THS3001芯片搭建标准脉冲信号发生器。

同时，系统具有绘制低频波形的能力。

经测量，本系统全部完成了基本要求，并完成了部分发挥功能。

关键字：脉冲信号、AD采样、DA控制、FPGAAbstractThis work is based on the pulse signal parameters measuring instrument designed to Alter's Cyclone FPGA to control the core, TI's MSP430F5529 microcontroller as a slave by the signal pre-processing module, a dual comparator comparison module, the microcontroller sample output and display module etc., having a wide input range and accuracy relatively high. Pre-resistor voltage divider network signal attenuation fixed three times, all the way to the direct signal microcontroller for sampling. Obtained amplitude parameters, the other way through VCA810 signal amplified by the programmable microprocessor controlled, OPA847 7 fixed gain of amplification, can ensure the protection of any of the 0.1 ~ 10V amplitude of the input pulse signal unity under VCA810 and without affecting the characteristics of the pulse signal to adjust the amplitude of 3V, in turn, can be lost FPGA further processing to obtain the frequency, amplitude and rise time and other parameters. Finally FPGA chip THS3001 and build a standard pulse signal generator. At the same time, the system has the ability to draw the low-frequency wave. After measuring, the system completed the basic requirements, and completed some function.Keywords:Pulse signal, AD sampling, DMA control, FPGA一、设计方案工作原理1、信号前级采集整形方案分析：由于输入信号幅值范围为0.1~10V，动态范围很大，既不能直接输给单片机采样，也不能直接输给FPGA进行特性分析，所以必须在信号前级加入采集处理装置，将波形整形到FPGA和单片机可以处理的幅值范围，又不能影响上升时间、占空比等参数，这是一个题目难点。

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【本科组】2016年7月27日礼拜三摘要随着开关电源在运算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的普遍应用,人们对其需求量日趋增加,而且对电源的效率、体积、重量及靠得住性等方面提出了更高的要求。

开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面慢慢取代了效率低、又笨又重的线性电源。

本系统是以TI公司的降压操纵器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS场效应管为核心器件设计而成的一个降压型直流开关稳压电源。

该系统能实现16V到5V直流电压的转换，输出电流范围是0~3A，且电源有识别负载的功能。

本系统具有调整速度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，体积小，重量轻，输出纹波小等优势。

关键词：LM5117；CSD18532KCS；稳压电源；负载识别。

一、方案论证本系统要紧由DC-DC变换电路模块、操纵模块、过电流爱惜模块、负载识别模块组成，下面别离论证这几个模块的选择。

1.1电源变换电路方案论证通过度析题目任务与要求，将输入16V的直流电转换为稳固的5V直流电源，即实现直流-直流电压的变换。

方案一：间接直流变流电路：直流通过逆变电路以后成为交流再经变压器后整流滤波取得所要求的直流电源。

该方案能够实现输入与输出的隔离，适用于输入电压与输出电压之比远小于或大于1 的情形，但由于采纳多次变换，电路中的损耗大，效率低，而且结构较为复杂。

方案二：直接直流变流电路，Buck变换器：也称降压式变换器。

电路图如图1-1∗E,所示。

开关的通断受外部PWM信号操纵，输出电压与输入电压的关系为Uo=TonT通过改变占空比能够相应实现输出电压的转变，该电路采纳直接直流变流的方式实现降压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。

综合比较，咱们选择方案二。

1.2稳压操纵方式的方案选择方案一：采纳单片机产生PWM波,操纵开关的导通与截止。

依照A/D后的反馈电压程控改变占空比，使输出电压稳固在设定值。

2016年TI杯大学生电子设计竞赛G题DG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。

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。

1994～2013全国大学生电子设计竞赛历届题目一览第一届（1994年）题目一简易数控直流电源题目二多路数据采集系统第二届（1995年）题目一实用低频功率放大器题目二实用信号源的设计和制作题目三简易无线电遥控系统题目四简易电阻、电容和电感测试仪第三届（1997年）A题直流稳定电源B题简易数字频率计C题水温控制系统D题调幅广播收音机*第四届（1999年）A题测量放大器B题数字式工频有效值多用表C题频率特性测试仪D题短波调频接收机E题数字化语音存储与回放系统第五届（2001年）A题波形发生器B题简易数字存储示波器C题自动往返电动小汽车D题高效率音频功率放大器E题数据采集与传输系统F题调频收音机第六届（2003年）电压控制LC振荡器（A题）宽带放大器（B题）低频数字式相位测量仪（C题）简易逻辑分析仪（D题）简易智能电动车（E题）液体点滴速度监控装置（F题）第七届（2005年）正弦信号发生器（A题）集成运放参数测试仪（B题）简易频谱分析仪（C题）单工无线呼叫系统（D题）悬挂运动控制系统（E题）数控直流电流源（F题）三相正弦波变频电源（G题）第八届（2007年）音频信号分析仪（A题）【本科组】无线识别装置（B题）【本科组】数字示波器（C题）【本科组】程控滤波器（D题）【本科组】开关稳压电源（E题）【本科组】电动车跷跷板（F题）【本科组】积分式直流数字电压表（G题）【高职】信号发生器（H题）【高职高专组】可控放大器（I题）【高职高专组】电动车跷跷板（J题）【高职高专组】第九届（2009年）光伏并网发电模拟装置（A题）【本】声音导引系统(B题)【本科组】宽带直流放大器（C题）【本科组】无线环境监测模拟装置（D题）【本】电能收集充电器（E题）【本科组】数字幅频均衡功率放大器（F题）【本】低频功率放大器（G题）【高职高专组】LED点阵书写显示屏（H题）【高职高专组】第十届（2011年）开关电源模块并联供电系统（A题）【本科组】开关电源模块并联供电系统（A题）【本科组】智能小车（C题）【本科组】LC谐振放大器（D题）【本科组】简易数字信号传输性能分析仪（E 题）【本科组】帆板控制系统（F 题）【高职高专组】简易自动电阻测试仪（G 题）【高职高专组】波形采集、存储与回放系统(H 题)【高职高专组】第十一届（2013年）单相AC-DC变换电路（A题）【本科组】四旋翼自主飞行器（B题）【本科组】简易旋转倒立摆及控制装置（C题）【本科组】射频宽带放大器（D题）【本科组】简易频率特性测试仪（E题）【本科组】红外光通信装置（F题）【本科组】手写绘图板（G题）【本科组】电磁控制运动装置（J题）【高职高专组】简易照明线路探测仪（K题）【高职高专组】直流稳压电源及漏电保护装置（L题）【高职高专组】。

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。