电赛仪器仪表类题目及方案汇总
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电赛仪器仪表类题目及方案汇总
仪器仪表类题目（27/104）
信号源
题目
MCU通过DAC或PWM实现DDS波形发生器的功能
MCU通过ADC对波形进行采集并做频谱分析
MCU外接OLED显示屏/按键进行信息显示和参数设置
FPGA通过PWM输出任意波形，LPF的到200KHz以内的波形
ADC进行波形采集，送到FPGA内部进行频谱分析
FPGA外接OLED显示屏/按键进行信息显示和参数设置
要求
（1）正弦波信号源
① 信号频率：20Hz～20kHz 步进调整，步长为 5Hz
② 频率稳定度：优于 10-4
③ 非线性失真系数≤3%
（2）脉冲波信号源
① 信号频率：20Hz～20kHz 步进调整，步长为 5Hz
② 上升时间和下降时间：≤1μs
③ 平顶斜降：≤5%
④ 脉冲占空比：2%～98%步进可调，步长为 2%
（3）上述两个信号源公共要求
① 频率可预置。
② 在负载为 600Ω时，输出幅度为 3V。
③ 完成 5 位频率的数字显示。
方案
DAC或PWM + 定时器
PWM + LPF
要求
（1）正弦波输出频率范围：1kHz～10MHz；
（2）具有频率设置功能，频率步进：100Hz；
（3）输出信号频率稳定度：优于 10-4
（4）输出电压幅度：在 负载电阻上的电压峰 50Ω -峰值Vopp≥1V；
（5）失真度：用示波器观察时无明显失真。
方案
FPGA
100Msps以上DAC
要求
（1）信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形；
（2）输出信号频率在 100Hz～100kHz 范围内可调, 输出信号频率稳定度优于 10-3；
（3）在 1k负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值 Vopp在 0～5V 范围内可调；
（4）输出信号波形无明显失真；
（5）自制稳压电源。
方案
FPGA - 小脚丫
10Msps以上的DAC
知识点
时域测量
题目
数据采集
实时采样
随机采样
顺序采样
数据存储
SRAM
双口RAM
环形RAM
FIFO
幅度控制
VCA
电压串联负反馈
程控衰减+程控放大
等效采样
顺序等效采样
随机等效采样
方案
知识点
示波器
Y垂直通道 - 幅度
探头
无源电压探头
有源电压探头
输入衰减
延迟线
Y放大器
X水平通道 - 时间
触发电路
缩放/平移
技术指标
带宽
上升时间
垂直灵敏度
垂直灵敏度误差
垂直分辨率
采样速率
记录深度
水平分辨率
触发特性
触发灵敏度
触发晃动
混叠失真
频域测量
题目
被测网络/峰值检波
要求
（1）频率测量范围为 10MHz~30MHz；
（2）频率分辨力为 10kHz，输入信号电压有效值为 20mV±5mV，输入阻抗为 50Ω；
（3）可设置中心频率和扫频宽度；
（4）借助示波器显示被测信号的频谱图，并在示波器上标出间隔为 1MHz 的频标。
方案1
前置放大器
混频器
基带信号处理
低频模拟放大
模拟基带滤波器
ADC
数字低通滤波器 - FPGA
数字检波器 - FPGA
单片机
方案2
基于外差原理的数字式频谱仪
A/D
数字乘法器
DDS/NCO - FPGA
数字滤波器 - FPGA
峰值提取 - FPGA
要求
（1）输入阻抗：50Ω
（2）输入信号电压范围（峰-峰值）：100mV～5V
（3）输入信号包含的频率成分范围：200Hz～10kHz
（4）频率分辨力：100Hz（可正确测量被测信号中，频差不小于 100Hz 的频率分量的功率值。）
（5）检测输入信号的总功率和各频率分量的频率和功率，检测出的各频率分量的功率之和不小于总功率值的 95%；各频率分量功率测量的相对误差的绝对值小于 10%，总功率测量的相对误差的绝对值小于 5%。
（6）分析时间：5 秒。应以 5 秒周期刷新分析数据，信号各频率分量应按功率大小依次存储并可回放显示，同时实时显示信号总功率和至少前两个频率分量的频率值和功率值，并设暂停键保持显示的数据。
方案
4096个点的FFT预决算和信号失真度分析
测频和控制
要求
根据零中频正交解调原理，设计并制作一个双端口网络频率特性测试仪，包括幅频特性和相频特性
基本要求：制作一个正交扫频信号源。
（1）频率范围为 1MHz~40MHz，频率稳定度≤10-4；频率可设置，最小设置单位 100kHz。
（2）正交信号相位差误差的绝对值≤5º，幅度平衡误差的绝对值≤5%。
（3）信号电压的峰峰值≥1V，幅度平坦度≤5%。
（4）可扫频输出，扫频范围及频率步进值可设置，最小步进 100kHz；要求连续扫频输出，一次扫频时间≤2s。
发挥部分
（1）使用基本要求中完成的正交扫频信号源，制作频率特性测试仪。
a. 输入阻抗为 50Ω，输出阻抗为 50Ω；
b. 可进行点频测量；幅频测量误差的绝对值≤0.5dB，相频测量误差的绝对值≤5º；数据显示的分辨率：电压增益 0.1dB，相移 0.1º。
（2）制作一个 RLC 串联谐振电路作为被测网络，如图 2 所示，其中 Ri 和Ro分别为频率特性测试仪的输入阻抗和输出阻抗；制作的频率特性测试仪可对其进行线性扫频测量。
a. 要求被测网络通带中心频率为 20MHz，误差的绝对值≤5%；有载品质因数为 4，误差的绝对值≤5%；有载最大电压增益≥ -1dB；
b. 扫频测量制作的被测网络，显示其中心频率和-3dB 带宽，频率数据显示的分辨率为 100kHz；
c. 扫频测量并显示幅频特性曲线和相频特性曲线，要求具有电压增益、相移和频率坐标刻度。
方案
单片机 + DDS芯片
设计制作一个简易频谱仪。频谱仪的本振源用锁相环制作。
方案
扫频本振信号
信号处理/显示/控制
要求
基本部分
发挥部分2
发挥部分3
方案
需要200Msps DAC
输出级的LPF需要对40MHz以内平坦
MCU + 高速DDS模块
需要200MHz以上转换率的DDS模块
知识点
线性系统幅频特性
静态频率特性测量
点频法
动态频率特性测量
扫频法
频谱仪
数字频谱仪
数字滤波法
FFT计算
时域/频域测量
题目
方案1 - 多颗数字IC
方案2 - 测频专用IC - 5G7226B
方案3 - 采用MCU
方案4 - 采用FPGA
测频
方案1 - 分频段测频、测周期
方案2 - 高精度恒误差测频
测相
方案1 - 相位-电压转换
脉冲整形、鉴相、滤波、ADC
方案2 - 数值取样
高速ADC + FPGA
方案3 - 相位差 - 时间转换
移相
数字移相
ADC + RAM + DDS + DAC
模拟移相
R、C网络
数字基带信号及噪声发生
数字信号源 - 中规模集成IC
数字信号源 - 单片机
难以实现高速
数字信号源+曼切斯特编码 - FPGA
基带信号和噪声调理
跟随器
分压衰减 + 跟随器
低通型数字信道
模拟无源滤波器
模拟有源低通滤波器
开关电容滤波器
信号加法 + 噪声抑制
低通滤波
数字信号分析
同步信号提取
DDS
基带信号的判决恢复
设计并制作一台闸门时间为 1s 的数字频率计。
方案
知识点
频率测量方法
模拟方法
频响法
电桥
谐振
比较法
拍频
差频
示波
李莎茹图形
测周期
计数方法
电容充放电
电子计数
时基
输入处理
计数显示
控制
数据域测量
题目
信号预处理 - FPGA
双口RAM - FPGA
触发控制 - FPGA
单片机控制
FPGA
数据封装
网络传输协议处理
ADC - 将模拟信号数字化
DAC - 将数字信号变回模拟信号
知识点
逻辑分析仪的组成
逻辑状态分析
逻辑定时分析
电气参数测量
题目
模拟电路测量
适合于交流信号的有效值、功率测量
不利于谐波分析
数字采样测量
可以对交流信号的所有参数进行分析、计算
方案
传感器
电压传感器
分压
电流传感器
电流互感器 + 低通滤波器
程控放大器
抗混叠滤波器
过零检测+锁相环
实现电压、电流同步采样
数据处理及控制
浮点FFT运算
采用FPGA或DSP
采用带DSP功能的MCU
要求
（1）测量范围：10mV～2V
（2）量程：200mV，2V
（3）显示范围：十进制数 0～1999
（4）测量分辨率：1mV（2V 档）
（5）测量误差：≤±0.5％±5 个字
（6）采样速率：≥ 2 次/秒
（7）输入电阻：≥1M
（8）具有抑制工频干扰功能
方案
双积分型A/D
积分电路
电压比较器
校零比较器
控制们
n位二进制计数器
定时控制触发器
电子开关
逻辑控制电路
积分放大器 + MCU
积分放大器 + FPGA
单片机 + ASIC
知识点
电压测量
波形不同
幅度范围宽
频率范围宽
测量准确度
输入阻抗高
抗干扰能力强
电平（dB）测量
频率划分
直流
交流
峰值
平均值
电压平均值
全波平均值
半波平均值
有效值
波形系数
电压有效值与平均值之比
波峰系数
电压的峰值与平均值之比
测量方法
模拟
数字
数字电压表
构成
输入电路
ADC
控制逻辑
计数器/寄存器
显示
电源
概念
测量范围
量程
基本量程
位数
超量程能力
分辨率
灵敏度
测量误差
测量速率
输入阻抗
响应时间
抗干扰能力
元器件参数测量
题目
测量方法
交流电桥
比例测量
矢量测量
系统设计
缓冲放大
相敏检波
A/D
基准信号产生DDS
FPGA/MCU
测试信号源 - DDS
ADC及控制
（1）测量量程为 100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档。测量准确度为±（1%读数＋2 字）。
（2）3 位数字显示（最大显示数必须为 999），能自动显示小数点和单位,测量速率大于 5 次/秒。
（3）100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程具有自动量程转换功能。
DDS
信号检测
控制/显示
FPGA +DAC +ADC
单片机 + DDS模块
知识点
阻抗定义及表达
阻抗元件的基本特性
电感线圈
电容器
电阻器
Q值
测量
测量条件与工作条件尽量一致
了解R、L、C自身的特性
电阻测量
伏安法
电桥法
工作频率宽
精度高
电感、电容的测量
电桥法
谐振法
数字化方法
智能化LCR测量仪
矢量电压/电流法
自由轴法
要点
加入了结构设计的元素、可靠性很重要
考察综合知识、技能
常用的元器件
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硬禾发布2021-05-13
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