GPT-4o的建议

以下是针对 全国大学生电子设计竞赛 2025 年本科组 G 题《电路模型探究装置》 的完整分析，包括：

1. 合理设计方案与平台建议

2. 设计关键要点

3. 考查知识点与技能点

✅ 一、任务理解与目标拆解

G题要求设计两部分：

1. 已知模型电路（RC有源滤波器）

• 传递函数 H(s) 指定（例如：低通、高通）

• 要求频率响应误差 ≤10%，测试频率范围 100Hz~3kHz

2. 探究装置（主动信号生成 + 学习与建模）

• 产生正弦信号：0.1kHz~1MHz，步进100Hz，Vp-p≥3V

• 控制信号幅度使输出满足目标（如设定 2V）

• 发挥部分可“学习未知电路”，推理并模拟其输出

🧠 二、推荐设计方案

🎯 总体思路架构

         ┌────────────┐
         │ 探究装置    │<--- 控制输入：频率、输出幅度设置
         └────┬───────┘
              │
         [ 正弦信号输出 ]
              ↓
   ┌──────────────────────┐
   │ 已知模型电路 (RC滤波器) │
   └──────────────────────┘
              ↓
           示波器

🧰 推荐平台与器件

🧠 发挥部分核心实现建议

▪ 未知电路建模与滤波类型识别：

• 向电路输入多个频率信号，采集其输出幅值（5~10个点）

• 比较增益-频率响应曲线（Gain vs f）与模板匹配：

  • 若随频率上升增益下降 → 低通

  • 若中频增益高 → 带通

• 可用简单规则判断，也可拟合特征函数

▪ 信号推理与模拟输出：

• 将训练得到的幅频特性用于“实时映射”

• 对输入频率进行实时幅度补偿后输出

• 关键在于幅度控制器响应稳定、无相位失真

⚠️ 三、设计注意要点

🧩 四、本题考查的核心知识与技能

✅ 五、建议任务分工（3人团队）

以下是针对 G 题《电路模型探究装置》的 MCU 程序结构框架与功能模块划分建议，适用于 MSPM0 / STM32 / RP2040 等平台，支持正弦信号发生、幅度控制、模型识别与自动输出：

🧠 一、总体软件结构图

main()
 ├── Sys_Init()
 ├── Menu_Init()             // OLED/串口菜单初始化
 ├── SignalGen_Init()        // DAC / DDS 初始化
 ├── GainCtrl_Init()         // AGC控制初始化（可控电阻）
 ├── Loop:
 │    ├── Button_Process()
 │    ├── Scan_StateMachine()
 │    ├── Signal_Output()
 │    ├── ADC_Sample()
 │    └── Filter_Model_Judge()    ← 发挥部分
 └── Display_Update()

🧩 二、模块划分建议

🚦 三、状态机逻辑结构

typedef enum {
    IDLE,
    SCAN_START,
    SWEEP_SIGNAL,
    ACQUIRE_OUTPUT,
    MODEL_ANALYZE,
    SIMULATE_OUTPUT
} SystemState;

SystemState state = IDLE;

各状态功能：

🔊 四、信号发生模块（以 AD9833 为例）

void AD9833_SetFreq(uint32_t freq_hz) {
    uint32_t freq_word = (freq_hz * 268435456UL) / 25000000UL;
    // 写入低16位和高16位
    AD9833_Write(0x2100);                 // 复位
    AD9833_Write(0x4000 | (freq_word & 0x3FFF));
    AD9833_Write(0x4000 | ((freq_word >> 14) & 0x3FFF));
    AD9833_Write(0x2000);                 // 退出复位
}

📈 五、输出幅度控制逻辑（数字电位器）

void Set_OutputGain(uint8_t level) {
    // 控制 MCP41100（SPI）
    SPI_Write((level & 0x7F));  // 0~127 控制输出幅度
}

结合 ADC 采样的峰值结果动态调整，形成闭环控制。

🔍 六、模型判断逻辑（发挥部分）

FilterType Analyze_Response(float* freq_array, float* gain_array, int N) {
    // 简化判断：判断增益随频率变化趋势
    float delta = gain_array[N-1] - gain_array[0];
    if (delta < -1.0f) return FILTER_LOW_PASS;
    else if (delta > 1.0f) return FILTER_HIGH_PASS;
    else return FILTER_BAND_PASS;
}

📌 七、推荐采样与控制参数

以下是针对全国大学生电子设计竞赛 G 题《电路模型探究装置》的项目报告模板，结构清晰，便于填充、打印和提交。可用于 Word 文档撰写（我也可为你生成 .docx 文件）。

全国大学生电子设计竞赛项目报告

G题：电路模型探究装置

队伍编号：_________
队员姓名：、、_________
所在学校：_________
指导老师（如有）：_________
比赛时间：2025年7月30日～8月2日

一、课题理解与目标

简要概括题目要求和装置功能目标，例如：

本项目设计并实现一套“电路模型探究装置”，可产生设定频率范围内的正弦信号，驱动已知RC电路模型并检测其输出响应。装置能够自动控制输出幅度，误差小于10%；发挥部分支持对未知电路的频率响应建模与类型识别（如低通、高通、带通等）。装置操作简便，5秒内自动完成设置并输出，具备一定智能化和扩展性。

二、总体方案设计

2.1 系统结构框图

（插入结构图，展示“主控MCU + 信号发生 + 增益控制 + ADC采样 + OLED显示”的系统）

2.2 功能模块划分

三、硬件设计方案

3.1 主控单元

• MCU型号：如 MSPM0G3507 / STM32F103 / RP2040

• 主要接口：SPI（控制DDS/DigPot）、ADC（采样输出）、GPIO（控制按键/显示）

3.2 正弦信号发生模块

• 芯片选择：AD9833（DDS输出）、或STM32 DAC + RC滤波

• 频率范围：100Hz~1MHz，步进100Hz，可调节

• 输出形式：单端正弦波，Vpp ≥ 3V

3.3 幅度控制模块（AGC）

• 方法一：MCP41100数字电位器 + 运放增益控制

• 方法二：MOSFET偏置控制或JFET阻值控制

3.4 输出采样模块

• ADC通道测量信号幅度

• 多点平均抗干扰，Vpp计算误差 < ±0.1V

3.5 显示与操作

• OLED 显示当前频率 / 输出幅度 / 电路识别结果

• 按键用于设定参数，启动自动探测流程

四、软件控制与核心算法

4.1 程序流程图

（插入控制流程图）

4.2 主控逻辑结构

4.3 电路识别方法

• 提取5~10个频率点的输出幅度

• 计算增益随频率变化趋势

• 判断为低通/高通/带通/带阻等

五、测试与验证

5.1 测试环境

5.2 主要测试结果

六、创新点与优化方向

• 幅频响应智能识别算法：通过多频点测量自动判断电路类型

• 数字可调幅度控制模块：闭环控制输出幅度，稳定可靠

• 可拓展性强：可替换测试电路模块，支持更多电路建模功能

• 后续可接入 FFT 分析、蓝牙输出等高级拓展

七、队员分工

八、总结与心得体会

简要描述项目过程中遇到的问题、解决方案、队员协作与收获。

本项目锻炼了我们在模拟电路、嵌入式控制、系统调试等多个方面的综合能力。尤其是在模型识别算法的设计与调试中，我们深刻理解了“系统工程设计”的全过程。

附录

• 原理图、电路图、PCB截图

• 核心代码片段（signal_gen.c、gain_control.c 等）

• 测试波形图与结果截图

• BOM清单与成本估算