1. 装置能够检测出周期性基本信号的波形、最大值与最小值、频率或周期、占空比等参数，并在显示屏上显示参数值，相对误差绝对值不大于 5% 。（20分）

2. 装置将检测到的信号波形（2 个周期及以上）描绘在显示屏上，需要有 X-Y 坐标轴及单位指示，能从波形图上观察到（1）中所述参数。（15分）

3. 能够检测复杂信号，在 LCD 显示器上描绘波形，分析并显示构成信号各成份的频率及幅值（基波、5 次及以下谐波）。（30分）

4. 能够检测单次猝发信号（持续时间 1~5ms），记录并完整显示信号波形，分析并显示信号最大幅度、持续时间等特征参数。（15分）

5. 现场配备云台、紫外激光笔及紫外感光纸；自行将激光笔安装到云台上，装置控制云台与激光笔，在 3s 内将信号不少于一个周期的波形曲线在感光纸上完整、准确地描绘出来，尺寸不小于 10cm× 20cm 。（15分）

6. 其他自主发挥。（5分）

7. 设计报告。（10分）

GPT-4o给出的设计方案：

设计方案

1. 信号检测与分析

   • 设计一个接口电路，将信号引入ADC进行数字化采集。
   • 使用MCU处理信号，提取基本参数（幅值、频率、占空比等）。

2. 信号显示

   • 使用LCD显示屏实时显示波形和参数。
   • 提供用户界面，方便选择不同信号类型的分析。

3. 复合信号分析

   • 实现傅里叶变换，分析输入信号的频域特征。

4. 光信号捕捉

   • 使用紫外激光笔指示信号波形，将其投射在感光纸上。

理论分析

• 幅频特性

  • 通过FFT获取信号频谱，能量集中反映波形特征。

• 时间分辨

  • 高采样率ADC确保波形连续性和准确性。

原理图设计要点

• 信号输入电路

  • 适当的滤波和防止过载电路，保护ADC。

• 显示接口

  • I2C或SPI连接LCD，优化数据传输效率。

核心器件设计要点

• MCU选择

  • 提供足够的处理能力和I/O接口，支持实时信号分析。

• 激光笔

  • 使用安全的控制电路，确保操作安全。

C代码示例（MCU信号处理）

#include <math.h>
#include <your_mcu_library.h>

void process_signal() {
    float signal_data[256];
    float frequency = 0;
    adc_read(signal_data, 256);
    frequency = calculate_frequency(signal_data, 256);
    display_frequency(frequency);
}

int main() {
    initialize_system();
    while(1) {
        process_signal();
        delay_ms(1000);
    }
}

通过这样的设计，可以有效地检测、分析和显示信号特征，满足复杂信号的多项要求。

该题考查的主要知识点：

1. 信号处理技术：包括信号的采集、滤波及数字化处理，分析信号的波形、幅值、频率等基本特征。

2. 频域分析：使用傅里叶变换等方法对复合信号进行频域分析，提取谐波成分。

3. 硬件设计：涉及ADC采样电路设计、信号调理电路，以及激光指示系统的设计与实现。

4. 嵌入式系统开发：包括MCU编程，实现自动信号参数检测和显示功能。

5. 图像显示技术：通过LCD或者其他显示终端展示信号波形和相关参数。

6. 仪器集成与控制：激光模块的控制及光学系统的集成，确保信号波形准确投影。

这些知识点强调了信号检测与分析、硬件开发和系统集成能力。