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

2018年江苏省大学生电子设计竞赛设计报告（一等奖）竞赛选题：E题变流器负载试验中的能量回馈装置（本科）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~ 100Hz，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）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。

0摘要本设计是一种采用STC12C5A60S2单片机为主控的变流器负载试验中的能量回馈装置。

其逆变板单片机采用查表法，输出SPWM到H桥，将输入的38v直流电压，逆变到25v 交流电输出，通过按键能控制其输出20~100Hz的正弦波，1Hz步进。

简易直流电子负载设计与总结报告湖北仙桃职业学院：杨青林胡炎何方指导教师：刘祖云刘明江简易直流电子负载的设计与总结报告摘要本系统设计的是直流电子负载，以TI公司16位的单片机MSP430为控制核心，由按键模块，D/A转换模块，恒流源模块、以及液晶显示模块等主要外围电路构成。

通过对DA的控制，达到对恒流值在一定范围内的控制，流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。

之后通过内部AD的采集模块将实际端电压、端电流值送到单片机控制模块，能够检测被测电源的电流值、电压值；各个参数通过显示模块加以显示。

本设计着重阐述了系统框架、工作原理、软硬件设计，并给出了系统测试表。

测试结果表明，该系统具有稳定性强、调节速度快的特点，很好的满足了提出的性能指标。

关键词：恒流源、TM12864Z-1液晶、D/A、采样电路（电压采样、电流采样）、键盘、被测电源。

一.系统结构原理图本系统由以下部分组成：电源电路、单片机、功率控制电路、电压、电流采样电路、D/A输出、键盘输入、液晶显示电路。

系统总体结构框图如图1所示：二.方案比较与论证1. 主控芯片方案一：选用ATMEL公司的AT89C51作为该系统的微控制器。

51单片机软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，单片机为8位机，价格便宜，成本低，控制简单。

但51单片机功耗较高、运行速度慢、储存空间小内存只有8Kb，片内资源少，存储容量小，难以存储大容量的程序和实现快速精准的反应、控制、计算。

使用AT89C51需外接两路AD转换电路，实现较为复杂。

方案二：选用TI公司MSP430单片机作为该系统的微控制器。

MSP430单片机是16位的单片机，数据处理速度快，耗能低，保密性能好，内存空间大，抗干扰性好，内部集成资源丰富，存储容量大，低电源电压（1.8V—3.6V），支持多个中断源，可任意嵌套，时钟系统灵活，具有A/D转换等电路。

考虑到本系统对单片机性能要求较高，本设计采用了方案二，选用MSP430单片机作为直流电子负载微控制器。

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。

全国大学生电子设计竞赛2012年TI杯模拟电子系统专题邀请赛试题高效LED驱动电路（A题）一、任务设计制作一个高效LED驱动电路，驱动一个由5只白光LED（现场统一提供）串联组成的发光装置，要求点亮的LED无明显闪烁。

整体电路必须采用3.3V单路直流稳压电源供电，不得采用额外供电方式。

限定采用TI公司TPS61040作为DC-DC变换器核心芯片。

整个电路供电电源采用下图1方式。

图1 LED发光装置供电方式示意图二、要求（1）开关S1初始为接通状态，可对电容C充电至3.3V。

用单片机控制LED 发光管亮度。

流过LED的平均电流可通过按键控制。

上电初始值为1mA，变化范围为1mA～22mA可循环，步进为3mA，控制精度为±0.2mA，并尽量提高控制精度。

（2）开关S1断开后，电路由电容C供电。

控制LED驱动电路，在保证LED 串上电流不小于0.5mA的前提下，尽可能延长对LED的供电时间。

电路中不得采用容量大于4.7μF的其他电容。

（3）用单片机检测流过LED串的电流。

在（1）、（2）中当流过LED串的电流在1mA-0.5mA之间时，单片机开发板上的LED指示灯熄灭；当流过LED串的电流大于1mA或小于0.5mA时，点亮LED指示。

（4）其他。

三、评分标准四、说明（1）可以利用单片机内置PWM或外接DAC控制DC—DC变换器调节LED串的电流。

（2）测试时，使用测试专用电容C及LED串。

（3）需按图中要求，电流表串接在LED电路中；电容C及LED串须留有接线柱，便于测试时更换测试专用LED及电容器C。

（4）测试过程中，除了更换电容和LED串及按键外，不能更改硬件与接线。