668 2021年全国大学生电子设计竞赛试题 参赛注意事项 (1)11月4日8：00竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题：高职高 专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。 (2)参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。 (3)参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的 有效证件（如学生证）随时备查。 (4)每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。 (5)竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制 作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队 取消评审资格。 (6)11月7日20：00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。 信号失真度测量装置(A题) 【本科组】 一任务 设计制作信号失真度测量装置，对来自函数/任意波形发生器的周期信号（以下 简称为输入信号)进行采集分析，测得输入信号的总谐波失真THD(以下简称为失 真度)，并可在手机上显示测量信息。测量装置系统组成示意图如图1所示。 二要求 输入信号 信号失真度 测量装置 图1测量装置系统组成示意图 1.基本要求 (1)输入信号的峰峰值电压范围：300mV~600mV。 (2)输入信号基频：1kHz。 (3)输入信号失真度范围：5%~50%。 (4)要求对输入信号失真度测量误差绝对值A=|THD,-THD。≤5%，THD,和 THD,分别为失真度的测量值与标称值。 (5)显示失真度测量值THD,。 (6)失真度测量与显示用时不超过10秒。 2.发挥部分 (1)输入信号的峰峰值电压范围：30mV~600mV。 A-1/3
A - 1 / 3 2021 年全国大学生电子设计竞赛试题 参赛注意事项 （1）11 月 4 日 8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高 专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。 （2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。 （3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的 有效证件（如学生证）随时备查。 （4）每队严格限制 3 人，开赛后不得中途更换队员。 （5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制 作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队 取消评审资格。 （6）11 月 7 日 20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。 信号失真度测量装置（A 题） 【本科组】 一 任务 设计制作信号失真度测量装置，对来自函数/任意波形发生器的周期信号（以下 简称为输入信号）进行采集分析，测得输入信号的总谐波失真 THD（以下简称为失 真度），并可在手机上显示测量信息。测量装置系统组成示意图如图 1 所示。 二 要求 1. 基本要求 （1）输入信号的峰峰值电压范围：300mV~600mV。 （2）输入信号基频：1kHz。 （3）输入信号失真度范围：5% ~ 50%。 （4）要求对输入信号失真度测量误差绝对值 THD -THD x o ≤5%，THDx 和 THDo分别为失真度的测量值与标称值。 （5）显示失真度测量值THDx 。 （6）失真度测量与显示用时不超过 10 秒。 2. 发挥部分 （1）输入信号的峰峰值电压范围：30mV ~ 600mV。 信号失真度 测量装置 输入信号 图 1 测量装置系统组成示意图
(2)输入信号基频范围：1kHz~100kHz。 (3)测量并显示输入信号失真度THD,值，要求A=THD,-THD。≤3%。 (4)测量并显示输入信号的一个周期波形。 (5)显示输入信号基波与谐波的归一化幅值，只显示到5次谐波。 (6)在手机上显示测量装置测得并显示的输入信号THD.值、一个周期波形、 基波与谐波的归一化幅值。 (7)其他。 三说明 (1)本题用于信号失真度测量的主控制器和数据采集器必须使用T1公司的 MCU及其片内ADC,不得使用其他片外ADC和数据采集模块（卡）成品。 (2)关于THD的说明：当放大器输入为正弦信号时，放大器的非线性失真表 现为输出信号中出现谐波分量，即出现谐波失真，通常用“总谐波失真THD(total harmonic distortion)”定量分析放大器的非线性失真程度。 若放大器的输入交流电压为u,=U,cos@t,出现谐波失真的放大器输出交流电 压为4。=U1cos(0t+9)+Uo2cos(20t+2)+U。cos(3o+)+…,则，的总谐波失 真（失真度）定义为 THD U+U+U+… ×100% (1) U 本题信号失真度测量采用近似方式，测量和分析输入信号谐波成分时，限定 只处理到5次谐波。定义 THD N+Ua+U.+U×100% (2) 为本题失真度的标称值。 若失真度测量值为THD,,则失真度测量误差的绝对值为 △=THD-THD. (3) (3)基波与谐波的归一化幅值：当输入信号的基波幅值为U,各次谐波幅值 分别为Um、U…,基波与谐波的归一化幅值为：1、(UUmi)、(Um/Umi)…。 (4)用函数/任意波形发生器（以下简称为发生器）输出的周期信号作为测量 装置的输入信号。参赛队员必须熟练掌握发生器“谐波发生”功能的操作技能（包 括但不限于设置信号谐波参数、存储与调用信号)。 (5)参赛队必须自带本队自用的发生器参加赛区作品测试，根据测试专家提出 的有关要求自行设定、存储自带发生器的输出信号，作为测量装置输入信号。 A-2/3
A - 2 / 3 （2）输入信号基频范围：1kHz ~100kHz。 （3）测量并显示输入信号失真度THDx 值，要求 THD -THD x o ≤3%。 （4）测量并显示输入信号的一个周期波形。 （5）显示输入信号基波与谐波的归一化幅值，只显示到 5 次谐波。 （6）在手机上显示测量装置测得并显示的输入信号THDx 值、一个周期波形、 基波与谐波的归一化幅值。 （7）其他。 三 说明 （1）本题用于信号失真度测量的主控制器和数据采集器必须使用 TI 公司的 MCU 及其片内 ADC，不得使用其他片外 ADC 和数据采集模块（卡）成品。 （2）关于 THD 的说明：当放大器输入为正弦信号时，放大器的非线性失真表 现为输出信号中出现谐波分量，即出现谐波失真，通常用“总谐波失真 THD（total harmonic distortion）”定量分析放大器的非线性失真程度。 若放大器的输入交流电压为u U t i i = cos ，出现谐波失真的放大器输出交流电 压为u U t U t U t o o1 1 o2 2 o3 3 = cos + cos 2 + cos 3 + …，则uo的总谐波失 真（失真度）定义为 2 2 2 o2 o3 o4 o1 = 100% U U U THD U （1） 本题信号失真度测量采用近似方式，测量和分析输入信号谐波成分时，限定 只处理到5次谐波。定义 2 2 2 2 o2 o3 o4 o5 o o1 100% U +U +U +U THD U （2） 为本题失真度的标称值。 若失真度测量值为THDx ，则失真度测量误差的绝对值为 THD THD x o （3） （3）基波与谐波的归一化幅值：当输入信号的基波幅值为Um1，各次谐波幅值 分别为Um2 、Um3…，基波与谐波的归一化幅值为：1、U U m2 m1 、U U m3 m1 …。 （4）用函数/任意波形发生器（以下简称为发生器）输出的周期信号作为测量 装置的输入信号。参赛队员必须熟练掌握发生器“谐波发生”功能的操作技能（包 括但不限于设置信号谐波参数、存储与调用信号）。 （5）参赛队必须自带本队自用的发生器参加赛区作品测试，根据测试专家提出 的有关要求自行设定、存储自带发生器的输出信号，作为测量装置输入信号
(6)除输入信号外，不得再有任何其他信号引入测量装置。一键启动测量后， 装置应在10秒钟内自动完成失真度测量与显示（期间不得有人工操作），超时扣分。 一旦测量显示总用时超过30秒，停止作品测试。 四评分标准 项目 主要内容 满分 系统方案 比较与选择，方案描述。 4 理论分析与计算 测量原理分析计算，误差分析。 6 电路与程序设计 电路设计，程序设计。 4 设计报告 测试方案与测试结果 测试方案，测试结果完整性，测 试结果分析。 设计报告结构及规范性摘要，正文结构，图表规范性。 2 合计 20 完成第(1)、(2)、(3)项 10 完成第(4)项 20 基本要求 完成第(5)项 15 完成第(6)项 5 合计 50 完成第(1)、(2)、(3)、(4)、(5)项 35 完成第(6)项 10 发挥部分 完成第(7)项 合计 50 总分 120 A-3/3
A - 3 / 3 （6）除输入信号外，不得再有任何其他信号引入测量装置。一键启动测量后， 装置应在 10 秒钟内自动完成失真度测量与显示（期间不得有人工操作），超时扣分。 一旦测量显示总用时超过 30 秒，停止作品测试。 四 评分标准 项目 主要内容 满分 设计报告 系统方案 比较与选择，方案描述。 4 理论分析与计算 测量原理分析计算，误差分析。 6 电路与程序设计 电路设计，程序设计。 4 测试方案与测试结果 测试方案，测试结果完整性，测 试结果分析。 4 设计报告结构及规范性 摘要，正文结构，图表规范性。 2 合计 20 基本要求 完成第（1）、（2）、（3）项 10 完成第（4）项 20 完成第（5）项 15 完成第（6）项 5 合计 50 发挥部分 完成第（1）、（2）、（3）、（4）、（5）项 35 完成第（6）项 10 完成第（7）项 5 合计 50 总分 120