1、微弱信號檢測裝置（A題）【本科組】一、任務正弦波信號源微弱信號檢測電路噪聲源VS VN VC Vo 純電阻分壓網絡顯示電路加法器Vi A B C D E 設計并制作一套微弱信號檢測裝置，用以檢測在強噪聲背景下已知頻率的微弱正弦波信號的幅度值，并數字顯示出該幅度值。為便于測評比較，統一規定顯示峰值。整個系統的示意圖如圖1所示。正弦波信號源可以由函數信號發生器來代替。噪聲源采用給定的標準噪聲（wav文件）來產生，通過PC機的音頻播放器或MP3播放噪聲文件，從音頻輸出端口獲得噪聲源，噪聲幅度通過調節播放器的音量來進行控制。圖中A、B、C、D和E分別為五個測試端點。圖1 微弱信號檢測裝置示意圖二、要求

2、1. 基本要求（1）噪聲源輸出VN的均方根電壓值固定為1V±0.1V；加法器的輸出VC =VS+VN，帶寬大于1MHz；純電阻分壓網絡的衰減系數不低于100。（2）微弱信號檢測電路的輸入阻抗Ri1 MW。（3）當輸入正弦波信號VS 的頻率為1 kHz、幅度峰峰值在200mV 2V范圍內時，檢測并顯示正弦波信號的幅度值，要求誤差不超過5%。2. 發揮部分（1）當輸入正弦波信號VS 的幅度峰峰值在20mV 2V范圍內時， 檢測并顯示正弦波信號的幅度值，要求誤差不超過5%。（2）擴展被測信號VS的頻率范圍，當信號的頻率在500Hz 2kHz范圍內，檢測并顯示正弦波信號的幅度值，要求誤差不超

3、過5%。（3）進一步提高檢測精度，使檢測誤差不超過2%。（4）其它（例如，進一步降低VS 的幅度等）。三、說明1. 本題必須使用TI 的Launchpad（MSP430小開發板）來完成。2. 微弱信號檢測電路要求采用模擬方法來實現。常用的微弱信號檢測方法有：濾波，鎖相放大，取樣積分等（僅供參考）。3. 為便于各個模塊的測試，所有測試端點（AE）應做成跳線連接方式。4. 檢測并顯示正弦波信號的幅度值是指輸入正弦波信號VS 的幅度（即峰值）。5. 賽區測評時，應固定使用某一裝置（PC機或MP3）來產生噪聲源，所有作品均應采用該噪聲源進行測試。 頻率補償電路（B題）【本科組】一、任務 設計并制作一個

4、頻率補償電路，補償“模擬某傳感器特性的電路模塊”（以下簡稱“模擬模塊”）的高頻特性。電路結構如圖1所示。圖1 電路結構二、要求1. 基本要求(1) 按圖1所示組裝“模擬模塊”電路，其中正弦波電壓信號發生器可使用普通函數信號發生器。在開關K接Vs的條件下達到如下要求： Vs為200Hz、峰峰值為10V時，“模擬模塊”輸出Vb沒有明顯失真。 以200Hz為基準，Vb 的3dB高頻截止頻率為4.5 kHz ± 0.5 kHz。 (2) 設計并制作頻率補償電路，使之達到如下要求： 頻率為200Hz時的電壓增益A(200Hz)=|Vo/Vs|=1± 0.05。 以電壓增益A(200H

5、z)為基準，將A(f)=|Vo/Vs|的3dB高頻截止頻率擴展到大于50kHz。 以電壓增益A(200Hz)為基準，頻率035kHz范圍內的電壓增益A(f)的波動在±20%以內。(3) 在達到基本要求(2)的第、項指標后，將開關K切換到接地端，輸出Vo的噪聲均方根電壓Vn30 mV。2. 發揮部分(1) 在達到基本要求(2)的第項指標后，以電壓增益A(200Hz)為基準，將A(f)的3dB高頻截止頻率擴展到100kHz ± 5kHz。(2) 以電壓增益A(200Hz)為基準，頻率070kHz范圍內的電壓增益A(f)的波動在±10%以內。(3) 在達到基本要求(2)

6、的第項和發揮部分(1)的指標后，將開關K切換到接地端，輸出Vo的噪聲均方根電壓Vn 10 mV。(4) 其他。三、說明1. “模擬模塊”中的運算放大器A要求使用TI公司產品OPA2134。2. 要求“模擬模塊”輸出Vb 的3dB高頻截止頻率為4.5 kHz ± 0.5 kHz。如果所測高頻截止頻率6 kHz，則以后項目將不予評測。3. 根據對高頻響應特性的要求，頻率補償電路中插入適當的低通濾波電路可以有效降低輸出Vo的高頻噪聲。此外，還應注意輸入電路的屏蔽。4. 在圖1所示開關K切換到接地端的條件下，在T端接入圖2(a)所示的電路可簡化系統頻率特性的測試、調整過程。設定函數信號發生器

7、輸出Vt為頻率500Hz、峰峰值5V的三角波電壓，則輸出Vb的波形應近似為方波脈沖。如果頻率補償電路的參數已調整適當，則輸出Vo的方波脈沖會接近理想形狀。若高頻截止頻率為fH=50kHz，則輸出的方波脈沖上升時間應為tr 7s；若fH=100kHz，則tr 3.5s；tr的定義如圖2(b)所示。應用fH·tr 0.35的原理，可將系統的頻率響應特性調整到所要求的指標。注意：Ci到運放A反相輸入端的引線應盡量短，以避免引入額外干擾。 (a) (b)圖2 輔助調試電路及波形定義4. 要求在Vb端和Vo端預設測試點（TP1、TP2），以便于測試時連接示波器探頭。簡易直流電子負載（C題）【本

8、科組】一、 任務設計和制作一臺恒流（CC）工作模式的簡易直流電子負載。其原理示意圖如圖1所示。圖1 直流電子負載原理示意圖二、 要求1. 基本要求（1） 恒流（CC）工作模式的電流設置范圍為100mA1000mA ，設置分辨率為10mA，設置精度為±1%。還要求CC工作模式具有開路設置，相當于設置的電流值為零。（2） 在恒流（CC）工作模式下，當電子負載兩端電壓變化10V時，要求輸出電流變化的絕對值小于變化前電流值的1。（3） 具有過壓保護功能，過壓閾值電壓為18V±0.2V。2. 發揮部分（1）能實時測量并數字顯示電子負載兩端的電壓，電壓測量精度為±（0.02%

9、+0.02%FS ），分辨力為1mV。（2）能實時測量并數字顯示流過電子負載的電流，電流測量精度為±（0.1%+0.1%FS），分辨力為1mA。（3）具有直流穩壓電源負載調整率自動測量功能，測量范圍為0.1%19.9%，測量精度為±1%。為方便，本題要求被測直流穩壓電源的輸出電壓在10V以內。（4）其他。三、說明：1. 在恒流（CC）模式下，不管電子負載兩端電壓是否變化，流過電子負載的電流為一個設定的恒定值，該模式適合用于測試直流穩壓電源的調整率，電池放電特性等場合。2. 直流穩壓電源負載調整率是指電源輸出電流從零至額定值變化時引起的輸出電壓變化率。為方便，本題額定輸出電流

10、值設定為1A。3. 負載調整率的測量過程要求自動完成，即在輸入有關參數后，能直接給出電源的負載調整率。4. 為了方便負載調整率的測量，可以在被測直流穩壓電源的輸出端串接一個電阻RW，更換不同阻值的RW，可以改變被測電源的負載調整率。測試示意圖如圖2所示。圖2 負載調整率測試示意圖聲音定位系統（D題）【本科組】一、任務 設計一套聲音定位系統。在一塊不大于1m2的平板上貼一張500mm×350mm的坐標紙，在其四角外側分別固定安裝一個聲音接收模塊，聲音接收模塊通過導線將聲音信號傳輸到信息處理模塊，聲音定位系統根據聲響模塊通過空氣傳播到各聲音接收模塊的聲音信號，判定聲響模塊所在的位置坐標。

11、系統結構示意圖如圖1所示。圖1 聲音定位系統結構示意圖二、要求1. 基本要求(1) 設計制作一個聲響模塊，含信號產生電路、放大電路和微型揚聲器等，每按鍵一次發聲一次，聲音信號的基波頻率為500Hz左右，聲音持續時間約為1s。要求聲響模塊采用電池供電，功耗不大于200mW。(2) 設計制作四路聲音接收模塊，由麥克風、放大電路等組成，并分別與信息處理模塊相連接，以便將頻率為500Hz左右的信號傳送至信息處理模塊。(3) 設計制作一個信息處理模塊，要求該模塊能根據從聲音接收模塊傳來的信號判斷聲響模塊所在位置的x、y坐標，并以數字形式顯示x、y坐標值，位置坐標值誤差的絕對值不大于30mm。2. 發揮部

12、分(1) 改善接收信號的放大電路性能，改進算法，進一步提高定位精度。(2) 控制聲響模塊以不間斷的連續周期波的形式發出聲音信號，其基波頻率為500Hz左右。當聲響模塊在坐標紙上移動時，聲音定位系統能連續跟蹤顯示聲響模塊的x、y坐標值，隨機停止聲響模塊的移動，能立即穩定地顯示聲響模塊的x、y坐標值，誤差的絕對值不大于10mm。(3) 具有顯示聲響模塊移動軌跡的功能。當聲響模塊在坐標紙上按指定路徑移動時，液晶顯示屏能動態顯示聲響模塊移動的軌跡，顯示的軌跡與聲響模塊移動的路徑一致。(4) 其它。三、說明1. 注意預留測量聲響模塊功耗的電流電壓和信號放大電路輸出信號的測試點。2. 采用三個聲音接收模塊

13、即可實現定位，第四個模塊可對定位作進一步校正。3. 不允許聲響模塊與其他電路有任何連接，并要求在聲響模塊上做出明顯標記，以便清晰判讀模塊所在坐標數值。4. 聲響模塊移動軌跡的顯示要求采用分辨率不低于128×64的液晶顯示屏。5. 注意聲音通過其它傳播介質帶來的影響。激光槍自動射擊裝置（E題）【本科組】一、任務設計一個能夠控制激光槍擊發、自動報靶及自動瞄準等功能的電子系統。該系統由激光槍及瞄準機構、胸環靶、彈著點檢測電路組成，其結構示意見圖1。二、要求1基本要求（1） 用激光筆改裝激光槍，激光槍可受電路控制發射激光束，激光束照射于胸環靶上彈著點的光斑直徑5mm；激光槍與胸環靶間距離為3

14、m。 圖1 激光槍自動射擊裝置示意圖（2） 激光槍固定在一機構上，可通過鍵盤控制激光槍的彈著點（用鍵盤設置激光束在靶紙上上下、左右移動一定距離）。（3） 制作彈著點檢測電路，通過攝像頭識別激光槍投射在胸環靶上的彈著點光斑，并顯示彈著點的環數與方位信息。其中環數包括：10、9、8、7、6、5、脫靶；方位信息是指彈著點與10環區域的相對位置，包括：中心、正上、正下、正左、正右、左上、左下、右上、右下。詳見圖2-b。2發揮部分（1） 在圖形點陣顯示器上顯示胸環靶的相應圖形，并閃爍顯示彈著點。（2） 自動控制激光槍，在15秒內將激光束光斑從胸環靶上的指定位置迅速瞄準并擊中靶心（即10環區域）。（3） 可根據任意設定的環數，控制激光槍瞄準擊中胸環靶上相應位置。（4） 其他 2-a 胸環靶尺寸 2-b胸環靶 環數及方位信息示意圖2 胸環靶示意圖三、說明1 激光槍可以由市場上的激光筆改造，由電路控制擊發；每次擊發使光斑維持35s時間，但此期間不得移動光斑。2 可采用步進電機、舵機或直流電機等機構對激光槍進行兩維控制，以實現瞄準。激光槍及相關機構可由支架支撐。3 胸環靶是在不反光的白紙畫有一組相距5cm的同心圓(線寬不超過1mm)，最內圓環直徑10cm，圓環內為10環區域，從最內環至最外環間分別