任务名称
2021年_J题：周期信号波形识别及参数测量装置【高职高专组】
任务要求
难度
一、任务
设计一个周期信号的波形识别及参数测量装置，该装置能够识别出给定信号的波形类型，并测量信号的参数。
二、要求
1. 基本要求
（1）能够识别 1V≤VPP≤5V、100Hz≤ f ≤10kHz 范围内的正弦波、三角波和矩形波信号，并显示类型。
（2）能够测量并显示信号的频率 f，相对误差的绝对值不大于 1%。
（3）能够测量并显示信号的峰峰值 VPP，相对误差的绝对值不大于 1%。
（4）能够测量并显示矩形波信号的占空比 D，D 的范围为 20%~80%，绝对误差的绝对值不大于 2%。
2. 发挥部分
（1）扩展识别和测量的范围。能够识别 50mV≤VPP≤10V、1Hz≤ f ≤50kHz 范围内的正弦波、三角波和矩形波信号，并显示类型。同时完成与基本部分（2）、
（3）和（4）相同要求的参数测量。
（2）识别结果和所有测量参数同时显示，反应时间小于 3 秒。
（3）增加识别波形的类型不少于 3 种，增加测量参数不少于 3 个。
（4）其他。
三、说明
被测信号由函数发生器产生。测量精度以函数发生器输出显示为基准，测试时函数发生器自带。反应时间从函数发生器输出信号至装置时开始计时。
评审标准
参考答案
GPT-4o给出的设计方案：
一、硬件设计
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信号采集模块
- ADC转换器: 选择高速高精度ADC（例如12位或以上分辨率），用于模拟信号到数字信号的转换，满足1V≤VPP≤5V，50mV≤VPP≤10V的输入范围。
- 信号预处理电路: 包括放大器和滤波器，确保输入信号无失真。
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处理单元
- 微控制器（MCU）或FPGA: 用于快速傅里叶变换（FFT）、信号处理和参数计算，支持100Hz≤f≤10kHz，1Hz≤f≤50kHz频率范围的采集。
- 存储模块: 高速RAM存储中间数据，Flash存储历史数据和模型参数。
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显示与交互
- LCD显示屏: 多功能显示屏，用于动态显示测量结果和信号波形类型。
- LED指示灯: 简单的状态指示。
- 按键或触摸输入: 用户输入参数和操作。
二、软件设计
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信号识别算法
- FFT算法: 用于频率与波形分析。
- 波峰波谷检测: 提取信号的峰值VPP，实现绝对误差不大于1%。
- 占空比计算: 计算方波和矩形波的占空比D，确保精度在±2%内。
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实时显示与参数计算
- 实时计算并显示信号的频率f，峰峰值VPP，占空比D等参数，响应时间小于3秒。
- 参数的获取及计算：包括RMS值, THD（总谐波失真），平均值等。
三、操作流程
- 初始化
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- 打开设备，系统自检并初始化信号放大和滤波模块。
- LCD屏显示系统状态。
- 信号检测与处理
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- 输入要检测的信号，通过信号预处理电路进入ADC。
- MCU或FPGA对信号进行FFT变换和其他处理，提取所需参数。
- 结果显示
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- 在LCD屏上显示信号的类型、频率f、峰峰值VPP、占空比D、以及其他测量参数。
- 用户通过按键选择需要查看的参数，LED灯显示当前状态。
四、系统框架
本题目考察的知识点：
