2023年全国大学生电子设计竞赛试题及参考信息
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2023年全国大学生电子设计竞赛试题及参考信息
阶段1: 仅需画个框图、写个报告，赢取100元/1000人
阶段2: 设计个PCB、焊接、调试，让板子工作，赢取500元/60人
优秀项目，另500-2000元奖励/24人
以上奖励叠加获得，且还能提升方案设计、绘制框图、PCB设计、撰写文档的能力
赛题及攻略 - 本科组
方案要点
参考下面参考资料中的文章介绍
参考资料
方案要点
同PCB上走线同理- 传输线
同轴电缆等效为随长度变化的电容
单位长度的电容可以通过标定测量并计算出来
遇到阻抗不匹配的地方会造成反射
采用时域反射TDR
产生一个半正弦波的单脉冲，可以由单片机或FPGA生成，遇到阻抗变化会产生回波
长度检测 -测量回波和单脉冲之间的延时时间（高频率计数的方式）就可以计算出电缆的长度，电信号在有限电缆中的传输速度需要查一下所用的电缆的规格说明，一般为空气中光速的70%
负载测量 - 同轴电缆的阻抗为50或75欧姆，负载处无论是电阻负载还是电容负载，都可以通过采集回波信号，比对发送的激励信号，从而计算出负载的性质和参数
100cm的电缆回波延时为10ns，因此电路要能够检测出10ns间隔的信号，需要使用FPGA，且内部使用PLL将计数频率提升到100MHz以上
10ns的间隔不能被发射的单脉冲所影响，因此单脉冲需要非常快，最好是使用底宽为5ns以内的单脉冲，可以使用雪崩三极管来生成单脉冲或通过将FPGA生成的单脉冲进行功率放大后发送出去
还可以生成一个可变长度的脉冲（方波），测量发送脉冲和回波脉冲之间的重叠区域的时长（异或门）既可以推算出电缆的长度
分析方波经过传输、反射后的频谱可以计算出电缆终端的电阻和电容
超声检测的电路参考 - 原理相同
激励脉冲发生器
电压变换 - 低电压到高电压变换，以产生激励信号源需要的高压
接收电路 - 限幅 - 放大 - 测距
参考资料
方案要点
可以是使用单片机通过编程进行测量
可以通过DDS生成正交的两路信号
使用锁相放大器提取实部和虚部信息
参考资料
方案要点
使用FPGA进行数字解调。详细方法参照下面参考资料中的文章介绍
参考资料
方案要点
参考资料
方案要点
参考资料
方案要点
参考资料
方案要点
加法器使用模拟电路实现
信号的分离需要使用FPGA来实现
ADC将合成的信号进行采集
可以使用单片机自带的ADC
搭配FPGA可以使用外接高速ADC
ADC之前加入抗混叠滤波器，比如使用1Msps的ADC，可以将抗混叠滤波器的截止频率设定为400KHz
题目中两路信号的最高频率为100KHz，最好采用1Msps乃至更高采样率的ADC，以便在加入了抗混叠滤波器以后三角波信号中的高次谐波分量（比如5次）也没有损失。
FPGA通过数字信号处理（包括FFT）分辨出两路信号
可以使用单片机或FPGA对采集到的信号进行FFT分析，并根据频率分量以及幅度关系判断两个信号的性质并计算出参数
使用两路DAC将两路信号生成模拟信号送出
如果使用FPGA
使用两路高速DAC
使用两路PWM用作DAC
如果使用MCU
使用PWM用作DAC
6位DAC需要至少128MHz的时钟才能产生最高频率达1MHz的模拟信号
可以使用2根IO + R-2R的结构
高4位 - IO1，低4位 - IO2
只需要48MHz的时钟就能生成8位分辨率，最高频率达1MHz的模拟信号
参考资料
赛题及攻略 - 高职高专组
方案要点
参考资料
方案要点
本质上这是一个多阶滤波器的电路，用扫频的方式来测量该滤波器的响应特性，进而倒推出电路中的元器件构成
方法一：在输入端发送扫频信号，采集输出端的信号，通过计算倒推线路中的故障
方法二：找几个特征频率，发送这些频率的信号，记录不同器件发生故障时在输出端的信号幅度，构建一个映射表，根据查找表的方式来判断故障点
参考资料
电路仿真工具CircuitJS
滤波器特性
1MHz截止频率的巴特沃斯滤波器
相位特性
方案要点
需要多个麦克风识别位置
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