2016电赛题目,2017年电赛a题

2013年电赛综合测评（部分要求有区别）

系列文章
T1：电赛综合测评题练习（一）-（与2013年电赛综合测评要求类似）
点击下载仿真文件1（请使用Multisim 14及以上版本打开）
T2：电赛综合测评题练习（二）-（与2015年电赛综合测评要求类似）
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T3：电赛综合测评题练习（三）-（与2017年电赛综合测评要求类似）
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文章目录 2013年电赛综合测评（部分要求有区别）前言1. 波形发生器（类似2013年国赛综合测评题）1.1 题目说明1.1.1 可用器件1.1.2 设计要求1.1.3 设计方案论证 1.2 仿真电路设计1.2.1 脉冲波发生器电路1.2.1.1 方案介绍1.2.1.2 理论分析与计算1.2.1.3 电路系统设计1.2.1.4 仿真方案与仿真测试结果 1.2.2 锯齿波电路1.2.2.1 理论分析与计算1.2.2.2 电路系统设计1.2.2.3 仿真方案与仿真测试结果 1.2.3 正弦波I电路1.2.3.1 理论分析与计算1.2.3.2 电路系统设计1.2.3.3 仿真方案与仿真测试结果 1.2.4 正弦波II电路1.2.4.1 理论分析与计算1.2.4.2 电路系统设计1.2.4.3 仿真方案与仿真测试结果 2 参考文献3 设计心得

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先上仿真电路图  前言

系列文章用Mutisim软件仿真了近几年国赛综合测评常用的几个电路：
电路设计部分来自fzdmht设计好的原型，每个电路我都进行了仿真并写明参数设置方法。在设计中出现一些问题，也一一指出来了，难免有错误，欢迎大家在评论区指出，大家共同进步。

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闲言少叙，我以在校赛中做的三道模拟题为例：

T1：电赛综合测评题练习1-仿2013年电赛综合测评
仿真文件1
T2：电赛综合测评题练习2-仿2015年电赛综合测评
仿真文件2
T3：电赛综合测评题练习3-仿2017年国赛综合测评
仿真文件3

1. 波形发生器（类似2013年国赛综合测评题） 1.1 题目说明

设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波 I、正弦波 II 的波形产生电路。给出设计报告（包括方案设计、详细电路图和自测仿真数据波形），与完整的仿真文件一同上交。

1.1.1 可用器件

1 个 555 定时器芯片（每个 555 定时器芯片包含 1 个 555 定时器电路）和 1 个通用四运放 LM324 芯片（每个 LM324 芯片包含 4 个通用运算放大器）设计中可使用电阻、电容和电位器，555 定时器芯片和 LM324 芯片的数量不能超出题目要求，不能使用上述芯片以外的其它任何器件或芯片。

1.1.2 设计要求

设计制作要求如下：
(1)同时四通道输出、每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波 I、正弦波 II 中的一种波形，每通道输出的负载电阻均为 600 欧姆。
(2)四种波形的频率关系为 1:1:1:3（3 次谐波）；脉冲波、锯齿波、正弦波I 输出频率范围为 8kHz–10kHz，输出电压幅度峰峰值为 1V；正弦波 II 输出频率范围为 24kHz–30kHz，输出电压幅度峰峰值为 9V。脉冲波、锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真（使用仿真工具自带示波器测量时）。频率误差不大于 10%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于 5%。脉冲波占空比可调整。
(3)电源只能选用+10V 单电源，由稳压电源供给，不得使用额外电源。
(4)要求预留脉冲波、锯齿波、正弦波 I、正弦波 II 和电源的的测试端子。
(5)每通道输出的负载电阻 600 欧姆应标示清楚、置于明显位置，便于检查。

1.1.3 设计方案论证

脉冲波由555时基电路产生，通过电位计粗调占空比及波形的频率；锯齿波由脉冲波经LM324构成的积分运算电路积分得到；脉冲波通过LM324构成的有源低通滤波器滤除高次谐波得到基波正弦波I；脉冲波通过2个LM324构成的带通滤波器滤出3次谐波得到正弦波II。

1.2 仿真电路设计 1.2.1 脉冲波发生器电路 1.2.1.1 方案介绍

本电路中的Vpp=1V的脉冲波信号采用NE555定时器的定时器电路实现，可实现脉冲频率和占空比的调节。
NE555是常用的时基电路芯片，它结构简单，应用广泛，由分压器、比较器、R-S触发器、放电管和缓冲器组成。

图1.2.1.1 NE555内部电路

图1.2.1.2 NE555应用电路
接通电源后，电源通过R1和R2对电容C充电，当 Uc<1/3VCC时，振荡器输出OUTPUT=1，放电管截止。当UC充电到≥2/3VCC后，振荡器输出OUTPUT翻转成0，此时放电管导通，使放电端 (俏皮的大门) 接地，电容C通过 R2对地放电，使Uc下降。当Uc下降到≤1/3VDD后，振荡器输出OUTPUT又翻转成1，此时放电管又截止，使放电端 (俏皮的大门)不接地，电源 VCC通过 R1和R2又对电容C充电，又使Uc 从1/3VCC上升到 2/3VCC, 触发器又发生翻转,如此周而复始，从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。
脉冲宽度 TL≈0.7R2C，由电容C放电时间决定：TH=0.7(R1+R2)C,由电容C充电时间决定，脉冲周期 T≈TH+TL。

1.2.1.2 理论分析与计算

根据题目要求，需要8KHZ-10KHZ的脉冲波，且脉冲的占空比可调整。
考虑频率指标：（为了避免占空比变化对频率的影响，选择R1<<R2,TL TH）
10KHZ：选择电容C=10nF，TL TH=0.7R2C,

1.2.1.3 电路系统设计

在仿真调试电路中，根据仿真结果做了微调，R2选择用一个固定的6.4K 电阻和一个1.6K 的电位计代替，如图1.2.1.3所示。
考虑占空比指标：（为保证在8KHZ-10KHZ进行占空比的调节，由于不能使用二极管，只能进行粗调）
选择1.6K 的电位计作为调占空比电路的可变电阻，保证整体电路的阻值不变，在一定程度上可认为粗略满足要求。调频调占空比可通过按“A”键转换。

图1.2.1.3 555时基电路参数选择

1.2.1.4 仿真方案与仿真测试结果

输出的方波信号为0-10V的脉冲波信号，输出电路经过1K 的电位计分压，得到VPP=1V的脉冲波，以中间频率9KHZ为例，输出电压波形图1.2.1.4所示。

图1.2.1.4 通道1 VPP=1V的脉冲波信号
调节电位计R3可以改变脉冲波的频率，调节电位计R4可以改变脉冲波的占空比，如下图所示，由于无法使用二极管，为保证频率在8KHZ-10KHZ，可调节脉冲波占空比仅可为45%-55%。

图1.2.1.5 电位计R4 0%与100%时脉冲波的占空比

1.2.2 锯齿波电路 1.2.2.1 理论分析与计算

锯齿波电路由一个LM324单电源供电的积分电路构成。电路的输入为VPP=1V的脉冲波信号，电路的输出为VPP=1V的锯齿波，调节电容C5，和电位计R12的参数可以调节锯齿波的幅值， ，这里选择C5=50nF，调节R12使得输出锯齿波VPP=1V，R2是平衡电阻,一般选择10K 。R13是为了防止积分饱和和截止现象，一般取R13>10R12。

1.2.2.2 电路系统设计

本电路取R13=30K 电路图如下：

图1.2.2.1 积分电路

1.2.2.3 仿真方案与仿真测试结果

图1.2.2.2 通道2输出锯齿波

1.2.3 正弦波I电路 1.2.3.1 理论分析与计算

根据脉冲波的傅里叶分解我们可以知道，以9KHZ，VPP=1V的脉冲波为例，其是由9KHZ-VPP=1000mV的基波，27KHZ、45KHZ、63KHZ…….等多次奇谐波组成的，为了得到VPP=1V的基波，需要LM324构成的低通滤波器，实现8KHZ-10KHZ，AM=1的增益。
低通滤波器参数我采用的是TI公司的滤波器EDA软件FiterPro设计，详细设计过程如下图所示：

图1.2.3.1 设置低通滤波器参数

图1.2.3.2 设置滤波器类型

图1.2.3.3 设置Q值（选择Q值较高现象较好）

图1.2.3.4 FiterPro上得到的R、C参数

1.2.3.2 电路系统设计

图1.2.3.5 调试后电路

1.2.3.3 仿真方案与仿真测试结果

图1.2.3.6 通道3输出正弦波I

1.2.4 正弦波II电路 1.2.4.1 理论分析与计算

正弦波II是经过带通滤波的脉冲波的三次谐波信号，以9KHZ占空比为50%的脉冲波为例，输出的波形应为27KHZ（三次谐波）正弦波。

图1.2.4.1 输入Vpp=10V，f=9KHZ脉冲波频谱
为此需要设置带通滤波器的指标，我采用FiterPro设置详细步骤同上，这里不在详细介绍，首先增益应为6倍左右，但考虑到压摆率等因素先设置为1，后期在做调整，中心频率取27KHZ，通带带宽6KHZ（24KHZ-30KHZ），采用巴斯特有源二阶带通滤波器，Q=8.2得到电路参数如下图：

图1.2.4.2 FiterPro参数设置，其他设置同上

图1.2.4.3 FiterPro得到的电路参数

1.2.4.2 电路系统设计

图1.2.4.4 Mutisim中带通滤波电路图

1.2.4.3 仿真方案与仿真测试结果

图1.2.4.5 通道4带通滤波得到正弦波II

2 参考文献

[1] https://blog.csdn.net/qq_38113006/article/details/100127126方波产生，运放LM324产生方波
[2] https://blog.csdn.net/jiangchao3392/article/details/84642510 积分运算电路的设计
[3] https://blog.csdn.net/DengFengLai123/article/details/99290583 2017年电子设计大赛综合测评-复合信号发生器
[4] https://mp.weixin.qq.com/s/m3op5jacIr8gpSQ47PW15g 2019年电赛综合测评怎么搞？国一rydxg带你终极大测评！
[5] 《数字逻辑与数字系统》电子工业出版社 冷静的薯片著
[6] 《电路与电子学》电子工业出版社 心灵美的御姐著

3 设计心得

通过本次电赛校赛的选拔赛，我得以有这次机会把近几年典型的电赛国赛综合测评题目做一遍，做的过程也参考了不少fzdmht之前完成的设计，总体完成了主要功能，整个选拔赛都是在疫情期间的暑假进行，没有到实验室给做实物带来了一些影响，因而本次设计只做了Mutisim仿真，没有进行实物验证。
即便如此部分指标的改善和常用电路的wwdsg使用也耽误了不少时间，究其原因还是平时对常用电路的原理和用法的一知半解，在今后的学习中要注重学习与实践的结合。