2016年TI杯大学生电子设计竞赛

参赛注意事项

（1）7月25日8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。

（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。

（4）每队严格限制3 人，开赛后不得中途更换队员。

（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

（6）7月28日20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

A题：降压型直流开关稳压电源

【本科组】【高职高专组】

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。

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。

B题：物品分拣搬送装置

【本科组】

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；（5分）

（6）设计报告。（20分）

3.说明

（1）A、B、C各区域地面及围栏的高度都是3cm，A与B之间无间隔，C与A之间的边界木条有一个长度为20cm的缺口；

（2）搬运物品过程中不得人为干预（如遥控等）；

（3）开始搬运物品前，不得设置搬运物体的数量；运动机构需从右上方指定位置D处开始启动；

（4）正方体可采用木质PVC、泡沫或其他轻质非金属材料，不得含磁性物质，重量不超过40克；

（5）不限制移送物品执行机构的形式及搬运方式；执行机构可以进入A、B、C各区域；

（6）在要求（3）及（4）中，误搬黑色物体或乒乓球到C区扣分；

（7）B、C区域的颜色如下：红色（R=255、G=0、B=0），黑色（R=0、G=0、B=0）；

（8）乒乓球采用彩色乒乓球中桔黄色和黑色（或比赛用标准桔黄及用黑色喷涂的乒乓球）；正方体的颜色尽量接近乒乓球的颜色，。

（9）测试时，场地和被搬运物自备。

C题：自动循迹小车

【本科组】【高职高专组】

1．任务

设计制作一个自动循迹小车。小车采用一片TI公司LDC1314或LDC1000电感数字转换器作为循迹传感器，在规定的平面跑道自动按顺时针方向循迹前进。跑道的标识为一根直径0.6~0.9mm的细铁丝，按照图1的示意尺寸，用透明胶带将其贴在跑道上。图中所有圆弧的半径均为为20cm±2cm。

图1 跑道示意图

2．要求

（1）在图1小车所在的直线区任意指定一起点（终点），小车依据跑道上设置的铁丝标识，自动绕跑道跑完一圈。时间不得超过10分钟。小车运行时必须保持轨迹铁丝位于小车垂直投影之下。如有越出，每次扣2分；（40分）

（2）实时显示小车行驶的距离和运行时间；（10分）

（3）在任意直线段铁丝上放置4个直径约19mm的镀镍钢芯硬币（第五套人民币的1角硬币），硬币边缘紧贴铁丝，如图1所示。小车路过硬币时能够发现并发出声音提示；（20分）

（4）尽量减少小车绕跑道跑完一圈运行时间；（25分）

（5）其他；（5分）

（6）设计报告。（20分）

3．说明

（1）自动循迹小车允许用玩具车改装。小车用自带电池供电运行，不能使用外接电源。小车的尺寸为其在地面的投影不超过A4纸大小。小车自动运行后，不得有任何人工干预小车运动的行为，如遥控等。

（2）电感传感器除了使用TI公司配发的LDC1314芯片外，也可使用LDC1000芯片或模块，数量也仅限一只。不得使用任何其他类型的传感器用于循迹。

（3）跑道除指定的铁丝外，不得另外增加任何标记。跑道附近不应有其他额外金属物体。

D题：单相正弦波变频电源

【本科组】

1.任务

设计并制作一个单相正弦波变频电源，其原理框图如图1所示。变压器输入电压U1=220V，变频电源输出交流电压UO为36V，额定负载电流IO为2A，负载为电阻性负载。

图1 单相正弦波变频电源原理框图

2.要求

（1）输出频率范围为20Hz~100Hz，UO=36±0.1V的单相正弦波交流电；（15分）

（2）输出频率fO=50±0.5Hz，电流IO=2±0.1A时，使输出电压UO=36±0.1V；（10分）

（3）负载电流IO在0.2～2A范围变化时，负载调整率SI≤0.5%；（15分）

（4）负载电流IO=2A，U1在198V～242V范围变化时，电压调整率SU≤0.5%；（15分）

（5）具有过流保护，动作电流IO(th)=2.5±0.1A，保护时自动切断输入交流电源；（10分）

（6）IO=2A，UO=36V时，输出正弦波电压的THD≤2%；（15分）

（7）IO=2A，UO=36V时，变频电源的效率达到90%；（15分）

（8）其他；（5分）

（9）设计报告。（20分）

3.说明

（1）变频电源系统（包括辅助电源）供电仅由变压器输出U2提供。

（2）题中交流参数均为有效值。

（3）本题定义：负载调整率，其中UOI1为IO=0.2A 时的输出电压；UOI2为IO=2.0A 时的输出电压。

（4）本题定义：电压调整率，UOU1为U1=198V时的输出电压；UOU2为U1=242V时的输出电压。

（5）辅助电源可购买电源模块（亦可自制），作为作品的组成部分，测试时，不再另行提供稳压电源。

（6）效率测量时，可采用功率分析仪或电参数测量仪测量，损耗应包括辅助电源损耗，效率，PO为变频电源输出功率，P2为变压器输出功率。

（7）制作时需考虑测试方便，合理设置测试点。

E题：脉冲信号参数测量仪

【本科组】

1.任务

设计并制作一个数字显示的周期性矩形脉冲信号参数测量仪，其输入阻抗为50Ω。同时设计并制作一个标准矩形脉冲信号发生器，作为测试仪的附加功能。

2.要求

（1）测量脉冲信号频率，频率范围为10Hz～2MHz，测量误差的绝对值不大于0.1%；（15分）

（2）测量脉冲信号占空比D，测量范围为10％～90％，测量误差的绝对值不大于2%；（15分）

（3）测量脉冲信号幅度，幅度范围为0.1～10V，测量误差的绝对值不大于2%；

（15分）

（4）测量脉冲信号上升时间，测量范围为50.0～999ns，测量误差的绝对值不大于5%；（15分）

（5）提供一个标准矩形脉冲信号发生器，要求：（30分）

a) 频率为1MHz，误差的绝对值不大于0.1%；

b) 脉宽为100ns，误差的绝对值不大于1%；

c) 幅度为5±0.1V（负载电阻为50）；

d) 上升时间不大于30ns，过冲不大于5%。

（6）其他；（10分）

（7）设计报告。（20分）

3.说明

（1）脉冲信号参数的定义如图1所示。其中，上升时间是指输出电压从上升到所需要的时间；过冲是指脉冲峰值电压超过脉冲电压幅度的程度，其定义为。

图1脉冲信号参数的定义

（2） 被测脉冲信号可采用基于DDS的任意波形信号发生器产生的信号。

F题：位同步时钟提取电路

【本科组】

1.i 。.任务

设计并制作一个从二进制基带信号中提取位同步时钟的电路，并能测定和显示提取出的位同步时钟频率，设计制作的电路组成框图如图1所示。

2．要求

（1）设计制作“基带信号产生电路”，用来模拟二进制数字通信系统接收端中被抽样判决的非逻辑电平基带信号。要求：（15分）

a) m序列发生器的反馈特征多项式（本原多项式）为，其序列输出信号及外输入ck信号均为TTL电平。

b) 设计制作3dB截止频率为300kHz的无限增益多路负反馈二阶有源低通滤波器，对m序列输出信号进行滤波，并衰减为峰-峰值0.1V的基带模拟信号（A信号）。

（2）当m序列发生器外输入ck信号频率为200kHz时，设计制作可从A信号中提取出位同步时钟（B信号）的电路，并数字显示同步时钟的频率。（30分）

（3）改进位同步时钟提取电路，当m序列发生器外输入ck信号频率在200kHz~240kHz之间变化时，能从A信号中自适应提取位同步时钟，并数字显示同步时钟的频率。（30分）

（4）降低位同步时钟（B信号）的脉冲相位抖动量，要求≤1个位同步时钟周期的10%。（15分）

（5）其他。（10分）

（6）设计报告。（20分）

3．说明

（1）位同步是数字同步传输的基础同步技术，是指接收端提取的位同步时钟与发送端位时钟在频率上严格相等、相位差固定的信号同步状态。接收端位时钟需从收到的基带数据序列中提取，并将作为接收端的抽样判决脉冲及进一步实现其他同步使用。数字通信系统中的“位”指的是最基本的码元，发送端位时钟（题目中m序列发生器外输入时钟ck）是数据序列的码元时钟。

（2）要求“基带信号产生电路”必须制成单独的电路板，只能用两条输出信号线（A信号线、地线）与位同步时钟提取电路部分连接。

（3）无限增益多路负反馈二阶有源低通滤波器类型（如切比雪夫型或巴特沃斯型）不限。

G题：简易电子秤

【本科组】【高职高专组】

1.i 。.任务

设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤，电子秤的结构如右图所示。如右图所示，铁质悬臂梁固定在支架上，支架高度不大于40cm，支架及秤盘的形状与材质不限。悬臂梁上粘贴电阻应变片作为称重传感器。

2．要求

（1）电子秤可以数字显示被称物体的重量，单位克（g）；（10分）

（2）电子秤称重范围5.00g~500g；重量小于50g，称重误差小于0.5g；重量在50g及以上，称重误差小于1g；（50分）

（3）电子秤可以设置单价（元/克），可计算物品金额并实现金额累加；（15分）

（4）电子秤具有去皮功能，去皮范围不超过100g；（15分）

（5）其他；（10分）

（6）设计报告。（20分）

3．说明

（1）称重传感装置需自制，不得采用商用电子称的称重装置。

（2）铁质悬臂梁可用磁铁检验，悬臂梁上所用电阻应变片的种类、型号、数量自定。

（3）测试时以砝码为重量标准。