2014年TI杯大学生电子设计竞赛题(全套).docx
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1、共 2 页,C-12014 年年 TITI 杯大学生电子设计竞赛题杯大学生电子设计竞赛题B 题:金属物体探测定位器1.1. 任务任务设计并制作一个可自主移动的金属物体探测定位器(以下简称探测器) ,可探测置于玻璃板下的金属物体并给出定位指示。该探测器需采用 TI 公司LDC1000 电感/数字转换器评估板(AY-LDC1000)作为金属物体探头,探头上应有定位指针,以给出明显定位指示。探头可在水平放置的玻璃板上移动。用直径 2(mm)的铁丝围成约 50cm50cm 的正方形闭合框作为探测区边界置于玻璃板下,示意图见图 1。2.2. 要求要求(1) 在探测区域内某处(距探测边界5cm)玻璃下放置
2、一枚直径约 19mm的镀镍钢芯 1 角硬币(第五套人民币的 1 角硬币) 。探头能从“探头进入区”一侧任意指定位置和方向自行进入探测区(铁丝框包围区域) 。通过探测,定位指针应指在硬币边沿之内,探测定位速度越快越好,且探测定位总时间应不超过 2 分钟。完成定位时给出声-光指示,此后探头不得再移动。 (30 分)(2) 将 1 角硬币更换成直径约 25mm 的镀镍钢芯 1 元硬币(第五套人民币1 元硬币) ,重复要求(1)的探测过程。定位完成后,定位指针与硬币圆心之间的定位误差应控制在 5mm 以;探测定位速度越快越好,探测定位总时间不应超过 2 分钟。完成定位时给出声-光指示,此后探头不得再移
3、动。 (30 分)(3) 将硬币改为自制圆铁环(用 2 铁丝绕制) ,铁环外直径 4cm。重复要求(1)的探测过程,应使定位指针尽可能指向铁环圆心,定位误差应玻璃板下铁丝方框玻璃板下金属物体图 1 金属物体探测环境示意图无色透明普通玻璃板或有机玻璃板探头进入区50cm50cm共 2 页,C-2控制在 5mm 以内;完成定位时给出声-光指示,此后探头不得再移动,探测定位总时间应不超过 3 分钟。 (30 分)(4) 其他自主发挥功能。 (10 分)(5) 设计报告。 (20 分) 项项 目目主要内容主要内容分数分数 系统方案系统结构、方案比较与选择 4 理论分析与计算探测器组成方案与工作原理分析
4、、检测与 控制算法6电路与程序设计电路设计,程序结构与设计5 测试方案与测试结果测试结果及分析3设计报告结构及规范性摘要,设计报告正文的结构,公式、图表 的规范性2总分203.3. 说明说明(1) 金属物体探测定位装置探头采用 AY-LDC1000 板(由 TI 公司提供) ,可直接用 AY-LDC1000 板上的覆铜线圈,也可自制线圈;不得安装其他传感与摄像装置。探测开始后,不得手动或遥控探测器。(2) 玻璃板可采用普通无色玻璃(玻璃边沿需贴上胶带以防划伤) ,也可用无色透明有机玻璃板;玻璃板长宽尺寸应大于 50cm、厚度约3mm。(3) 探头从“探头进入区”一侧进入时探头的起始位置和摆放方
5、向,以及探测区域内的被测金属物体摆放位置均由测试专家在现场指定。2014 年年 TITI 杯大学生电子设计竞赛题杯大学生电子设计竞赛题C 题:锁定放大器的设计1 1任务任务设计制作一个用来检测微弱信号的锁定放大器(LIA) 。锁定放大器基本组成框图见图 1。图 1 锁定放大器基本组成结构框图交流放大器相敏检波器直流放大器低通滤波器带通滤波器触发整形移相器方波驱动参考参考输出输出r(t)信号信号x(t)信号通道信号通道参考通道参考通道S(t)显示R(t)共 2 页,C-32 2要求要求(1)外接信号源提供频率为 1kHz 的正弦波信号,幅度自定,输入至参考信号 R(t)端。R(t)通过自制电阻分
6、压网络降压接至被测信号 S(t)端,S(t)幅度有效值为 10V1mV。 (5 分)(2)参考通道的输出 r(t)为方波信号,r(t)的相位相对参考信号 R(t)可连续或步进移相 180 度,步进间距小于 10 度。 (20 分)(3)信号通道的 3dB 频带范围为 900Hz1100Hz。误差小于 20%。 (10 分)(4)在锁定放大器输出端,设计一个能测量显示被测信号 S(t)幅度有效值的电路。测量显示值与 S(t)有效值的误差小于 10%。 (15 分)(5)在锁定放大器信号 S(t)输入端增加一个运放构成的加法器电路,实现 S(t)与干扰信号 n(t)的 1:1 叠加,如图 2 所示
7、。 (5 分)(6)用另一信号源产生一个频率为 10502100Hz 的正弦波信号,作为 n(t)叠加在锁定放大器的输入端,信号幅度等于 S(t)。n(t)亦可由与获得 S(t)同样结构的电阻分压网络得到。锁定放大器应尽量降低 n(t)对 S(t)信号有效值测量的影响,测量误差小于 10%。 (20 分)(7)增加 n(t)幅度,使之等于 10S(t),锁定放大器对 S(t)信号有效值的测量误差小于 10%。 (20 分)(8)其他自主发挥。 (5 分)(9)设计报告。 (20 分)项项 目目主要内容主要内容满分满分系统方案总体方案设计4交流放大器带通滤波器信号信号x(t)锁定放大器锁定放大器
8、图 2 锁定放大器叠加噪声电路图S(t) 加法器 n(t)n(t)S(t)+n(t)n(t)共 2 页,C-4理论分析与计算锁定放大器各部分指标分析与计算6电路与程序设计总体电路图,程序设计4测试方案与测试结果测试数据完整性,测试结果分析4设计报告结构及规范性摘要,设计报告正文的结构、图表的规范性2总分203 3说明说明(1)各信号输入、输出端子必须预留测量端子,以便于测量。(2)要求(1)和(6)中的电阻分压网络的分压比例自定。由于V 级信号常规仪器难以测量,可通过适合加大输入信号幅度的方法,测量并标定其分压比。(2)关于锁定放大器的原理可参考微弱信号检测 。高晋占编著,清华大学出版社 20
9、04 年。2014年TI杯大学生电子设计竞赛D 题:带啸叫检测与抑制的音频功率放大器1任务 基于 TI 的功率放大器芯片 TPA3112D1,设计并制作一个带啸叫检测与抑制功能的音频放大器,完成对台式麦克风音频信号进行放大,通过功率放大电路送喇叭输出。电路示意图如图 1 所示。图 1 电路示意图2要求 啸叫检测啸叫检测啸叫抑制啸叫抑制拾拾 音音 电电 路路接信号源接信号源功功 率率 放放 大大 电电 路路ABK1音频功率放大器音频功率放大器K2 DCRL8Vo共 2 页,C-5(1)设计并制作图 1 中所示的“拾音电路”和“功率放大电路” ,构成一个基本的音频功率放大器。要求: (25 分)a
10、)在输入音频信号有效值为 20mV 时,功率放大器的最大不失真功率(仅考虑限幅失真)为 5W,误差小于 10;b)在输入音频信号有效值为 20mV 时,可以程控设置功率放大器的输出功率,功率范围为 50mW5W;c)功率放大器的频率响应范围为 200Hz 10kHz。(2)系统采用 12V 直流单电源供电,所需其他电源应自行制作。 (10 分)(3)在功率放大器输出功率为 5W 时,电路整体效率80%。 (10 分)(4)将台式麦克风与喇叭相隔 1m 背靠背放置,见图 2(a) ,使用电脑播放音乐作为音频信号源。音频功率放大器能通过麦克风采集信号,经功率放大电路送喇叭输出,输出的音频信号清晰。
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