GPT-4o给出的方案：

一、系统概述

设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪，其测量范围分别为电阻100Ω1MΩ，电容100pF10000pF，以及电感100µH~10mH，测量精度±5%。采用4位数码管显示测量数值。

二、具体设计方案

1. 电阻测量

1. 基本测量原理：

   • 运用电桥方法或电压分压法。
   • 使用一个已知电阻和被测电阻组合成分压电路，通过A/D转换器读取电压值计算电阻。

2. 电阻测量电路：

   • 使用运算放大器（如TL081）构成电压跟随器，提高测量精度。
   • 采用高精度电阻（误差0.1%）作为基准电阻，确保测量精度。
   • ADC转换使用16位分辨率的ADC（如ADS1115），保证测量精度。

2. 电容测量

1. 基本测量原理：

   • 使用RC充电放电法测量。
   • 通过对电容充电和放电时间常数的测量，计算电容值。

2. 电容测量电路：

   • 运用运放构成的充放电电路，利用肖特基二极管、MOSFET等控制充放电路径。
   • 使用定时器（如555定时器）测量RC回路的充放电时间常数。
   • 数据通过微控制器（如STM32）和ADC进行处理。

3. 电感测量

1. 基本测量原理：

   • 利用LC振荡电路法或交流电桥法。
   • 在LC振荡电路中，测量振荡频率来计算电感值。

2. 电感测量电路：

   • 使用晶体三极管或者运算放大器构成LC谐振电路。
   • 采用频率计数器（如MCU内部的定时器）读取振荡频率，计算电感。

4. 数字显示

1. 基本要求：

   • 采用四位数码管显示器，显示测量数值。
   • 使用发光二极管（LED）指示测量参数的类型和单位。

2. 部署电路：

   • 核心控制采用微控制器（如STM32、Arduino），处理来自各传感电路的信号，驱动数码管显示器。
   • 使用数码管驱动电路，结合MCU的GPIO控制数码管的各段显示。

5. 自动量程切换

1. 自动量程原理：

   • 使用分段匹配不同量程的硬件电路，实现自动切换。
   • 通过MCU判断输入的电压/频率等信号范围，自动切换不同量程模块。

2. 实现电路：

   • 引入继电器或模拟开关（如CD4066）切换不同测量电路。
   • 程序控制部分，编写MCU固件实现信号判别和自动切换。

6. 外部电源

1. 电源部分：
   • 设计直流稳压电源转换，提供±15V供电，稳流500mA。
   • 使用L7805、L7815等稳压芯片提供稳定的电压输出。

三、其他优化和改进

1. 扩大测量范围：

   • 电阻可采用更多段基准电阻，电容和电感可引入多段电流源和电压源匹配不同测量范围。

2. 提高测量精度：

   • 使用更高精度的基准元件，降低系统误差。
   • 采取热稳定设计，减少环境温度对测量的影响。

3. 通信模块：

   • 加入串口通信模块（如UART、I2C），便于将测量数据传输至PC进行进一步处理和分析。

四、整体流程

1. 设计电路图

   • 设计包含电阻、电容及电感测量电路。
   • 设计各部分的供电电路及驱动电路。

2. 制作PCB及焊接

   • 使用电子设计自动化（EDA）工具绘制电路板。
   • 焊接所需元器件、模块。

3. 编写固件

   • 编写MCU的代码，处理测量数据及自动量程切换，驱动数码显示器显示测量结果。

4. 调试与测试

   • 进行电路调试，校准测量精度。
   • 进行稳定性测试和误差分析。

通过以上设计流程和方法，可以设计并制作一台符合要求的数字显示电阻、电容和电感参数测试仪，为电子设计竞赛项目提供可行的设计方案。

该项目考察的知识点：

这个竞赛项目主要考察和涉及以下几方面的电子工程知识和技能：

1. 模拟电路知识

• 电阻测量： 熟悉电桥、电压分压等电阻测量方法。
• 电容测量： 掌握RC充电放电原理及时间常数的相关知识。
• 电感测量： 了解LC振荡电路或交流电桥的测量方法。
• 运算放大器： 运用高精度运算放大器进行信号调理和放大。

2. 数字电路知识

• A/D转换： 使用ADC进行模拟信号的数字化处理。
• 数码管显示驱动： 设计四位数码管的驱动电路，显示测量结果。
• 数字逻辑和编码： 设计和操作数码管和LED显示方案，处理信号编码和解码。

3. 微控制器编程

• MCU编程： 编写固件实现数据处理、自动量程切换和显示控制。
• 定时器和计数器使用： 使用MCU的定时器和计数器实现频率测量。
• I/O接口编程： 控制数码管和LED指示灯的显示。

4. 自动测量与量程切换

• 自动量程切换： 设计自动量程识别电路，并通过MCU编程实现自动切换功能。
• 继电器/模拟开关： 使用继电器或模拟开关实现测量电路的自动切换。

5. 电源管理

• 稳压电源设计： 设计±15V稳压电源，确保各模块电压的稳定供应。
• 功耗管理： 实现电路低功耗设计，延长电池使用寿命或降低整体能耗。

6. 测量精度和误差分析

• 误差分析： 了解和计算系统误差，分析影响测量精度的因素。
• 校准： 学习和实施校准方法，提高测量精度。

7. 信号处理

• 信号滤波和调理： 使用滤波电路和运算放大器调理测量信号，消除噪声和干扰。
• 传感与检测： 了解不同信号传感和检测方法，提高设备灵敏度。

8. 实验与调试能力

• 电路调试： 具备实验和调试能力，能够发现并修正电路中的问题。
• 测试与验证： 进行系统的测试和验证，确保所有单元正确工作。

通过上述知识点的考察，学生能够综合运用理论知识和实际操作技能，完成复杂电子系统的设计、制作和调试，这是大学生电子设计竞赛的重要目的之一。