2014年TI杯大学生电子设计竞赛题（全套）

2014年TI杯大学生电子设计竞赛题 B题：金属物体探测定位器 1. 任务 设计并制作一个可自主移动的金属物体探测定位器（以下简称探测器），可探测置于玻璃板下的金属物体并给出定位指示。该探测器需采用TI公司LDC1000电感/数字转换器评估板（AY-LDC1000）作为金属物体探头，探头上应有定位指针，以给出明显定位指示。探头可在水平放置的玻璃板上移动。用直径Φ2（mm）的铁丝围成约50cm×50cm的正方形闭合框作为探测区边界置于玻璃板下，示意图见图1。 探头进入区无色透明普通玻璃板或有机玻璃板 玻璃板下 金属物体 玻璃板下 50cm×50cm 图1 金属物体探测环境示意图 铁丝方框 2. 要求 （1） 在探测区域内某处（距探测边界≥5cm）玻璃下放置一枚直径约19mm

的镀镍钢芯1角硬币（第五套人民币的1角硬币）。探头能从“探头进入区”一侧任意指定位置和方向自行进入探测区（铁丝框包围区域）。通过探测，定位指针应指在硬币边沿之内，探测定位速度越快越好，且探测定位总时间应不超过2分钟。完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动。（30分）

（2） 将1角硬币更换成直径约25mm的镀镍钢芯1元硬币（第五套人民币

1元硬币），重复要求（1）的探测过程。定位完成后，定位指针与硬币圆心之间的定位误差应控制在5mm以；探测定位速度越快越好，探测定位总时间不应超过2分钟。完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动。（30分）

（3） 将硬币改为自制圆铁环（用Φ2铁丝绕制），铁环外直径4cm。重复要

求（1）的探测过程，应使定位指针尽可能指向铁环圆心，定位误差应

共2页，C-1

控制在5mm以内；完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动，探测定位总时间应不超过3分钟。（30分） （4） 其他自主发挥功能。（10分） （5） 设计报告。（20分） 项 目 系统方案 理论分析与计算 电路与程序设计 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 主要内容 系统结构、方案比较与选择 探测器组成方案与工作原理分析、检测与控制算法 电路设计，程序结构与设计 测试结果及分析 摘要，设计报告正文的结构，公式、图表的规范性 总分 分数 4 6 5 3 2 20

3. 说明

（1） 金属物体探测定位装置探头采用AY-LDC1000板（由TI公司提供），

可直接用AY-LDC1000板上的覆铜线圈，也可自制线圈；不得安装其他传感与摄像装置。探测开始后，不得手动或遥控探测器。

（2） 玻璃板可采用普通无色玻璃（玻璃边沿需贴上胶带以防划伤），也可

用无色透明有机玻璃板；玻璃板长宽尺寸应大于50cm、厚度约3mm。

（3） 探头从“探头进入区”一侧进入时探头的起始位置和摆放方向，以及探

测区域内的被测金属物体摆放位置均由测试专家在现场指定。

2014年TI杯大学生电子设计竞赛题

C题：锁定放大器的设计

1．任务

设计制作一个用来检测微弱信号的锁定放大器（LIA）。锁定放大器基本组成框图见图1。

信号

S(t) 参考通道 参考 触发 R(t) 整形 移相器 r(t) 共2页，C-2 方波 驱动 信号通道 交流 放大器 带通 滤波器 x(t) 相敏 检波器 低通 滤波器 直流 放大器 输出 显示

2．要求

（1）外接信号源提供频率为1kHz的正弦波信号，幅度自定，输入至参考信

号R(t)端。R(t)通过自制电阻分压网络降压接至被测信号S(t)端，S(t)幅度有效值为 10μV~1mV。（5分）

（2）参考通道的输出r(t)为方波信号，r(t)的相位相对参考信号R(t)可连续或

步进移相180度，步进间距小于10度。（20分）

（3）信号通道的3dB频带范围为900Hz~1100Hz。误差小于20%。（10分） （4）在锁定放大器输出端，设计一个能测量显示被测信号S(t)幅度有效值的

电路。测量显示值与S(t)有效值的误差小于10%。（15分）

（5）在锁定放大器信号S(t)输入端增加一个运放构成的加法器电路，实现S(t)

与干扰信号n(t)的1:1叠加，如图2所示。（5分）

（6）用另一信号源产生一个频率为1050~2100Hz的正弦波信号，作为n(t)叠

加在锁定放大器的输入端，信号幅度等于S(t)。n(t)亦可由与获得S(t)同样结构的电阻分压网络得到。锁定放大器应尽量降低n(t)对S(t)信号有效值测量的影响，测量误差小于10%。（20分）

（7）增加n(t)幅度，使之等于10S(t)，锁定放大器对S(t)信号有效值的测量误

差小于10%。（20分） （8）其他自主发挥。（5分） （9）设计报告。（20分）

项 目 系统方案 理论分析与计算 总体方案设计 锁定放大器各部分指标分析与计算 共2页，C-3

图2 锁定放大器叠加噪声电路图

S(t) n(t)

信号 加法器 S(t)+n(t) 交流放大器 带通滤波器 锁定放大器 x(t) 主要内容 满分 4 6 电路与程序设计 测试方案与测试结果 总体电路图,程序设计 测试数据完整性,测试结果分析 总分 4 4 2 20 设计报告结构及规范性 摘要,设计报告正文的结构、图表的规范性

3．说明

（1）各信号输入、输出端子必须预留测量端子，以便于测量。

（2）要求（1）和（6）中的电阻分压网络的分压比例自定。由于μV级信号

常规仪器难以测量，可通过适合加大输入信号幅度的方法，测量并标定其分压比。

（2）关于锁定放大器的原理可参考《微弱信号检测》。高晋占编著，清华大

学出版社2004年。

2014年TI杯大学生电子设计竞赛 D题：带啸叫检测与抑制的音频功率放大器

1．任务

基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1，设计并制作一个带啸叫检测与抑制功能的音频放大器，完成对台式麦克风音频信号进行放大，通过功率放大电路送喇叭输出。电路示意图如图1所示。

接信号源 图1 电路示意图

拾音电路 K1 B 音频功率放大器 A C K2 D 啸叫抑制 啸叫检测 功率放大电路 Vo RL 8?

2．要求

共2页，C-4

（1）设计并制作图1中所示的“拾音电路”和“功率放大电路”，构成一个基本的音频功率放大器。要求： （25分）

a）在输入音频信号有效值为20mV时，功率放大器的最大不失真功率（仅考虑限幅失真）为5W，误差小于10％；

b）在输入音频信号有效值为20mV时，可以程控设置功率放大器的输出功率，功率范围为50mW～5W；

c）功率放大器的频率响应范围为200Hz ~ 10kHz。

（2）系统采用12V直流单电源供电，所需其他电源应自行制作。 （10分） （3）在功率放大器输出功率为5W时，电路整体效率≥80%。 （10分） （4）将台式麦克风与喇叭相隔1m背靠背放置，见图2（a），使用电脑播放音乐作为音频信号源。音频功率放大器能通过麦克风采集信号，经功率放大电路送喇叭输出，输出的音频信号清晰。 （5分）

（5）设计并制作图1所示的啸叫检测电路和啸叫抑制电路，完善音频功率放大器。要求： （15分）

a）在不进行啸叫抑制时（图1的选择开关K1连接A端，K2连接C端），将麦克风与喇叭相隔1m面对面放置，见图2（b），从小到大调整功率放大器的输出功率，直到产生啸叫时停止；

b）啸叫检测电路能实时监测所产生啸叫，并计算啸叫的频率。实时显示啸叫频率和相应的功率放大器输出功率；

c）启动啸叫抑制电路（图1的选择开关K1连接B端，K2连接D端），音频功率放大器应能有效抑制啸叫，并正常播放音频信号。 （6）进一步改进啸叫抑制电路。在保障无啸叫的前提下，尽量提高音频功率放大器的输出功率；如果输出功率达到5W功率，啸叫抑制电路仍能正常工作，可以进一步缩短面对面放置的麦克风与喇叭之间的距离。 （30分）

（7）其他。 （5分） （8）设计报告 （20分）

项 目 主要内容 满分 共2页，C-5

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