2017年国赛综合测评（部分要求有区别）

系列文章
T1：电赛综合测评题练习（一）-（与2013年电赛综合测评要求类似）
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T2：电赛综合测评题练习（二）-（与2015年电赛综合测评要求类似）
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T3：电赛综合测评题练习（三）-（与2017年电赛综合测评要求类似）
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文章目录

  • 2017年国赛综合测评（部分要求有区别）
  • 前言
  • 1. 复合信号发生器（类似2017年国赛综合测评题）
    • 1.1 题目说明
      • 1.1.1 可用器件
      • 1.1.2 设计要求
      • 1.1.3 设计方案论证
    • 1.2 仿真电路设计
      • 1.2.1 方波发生器电路
      • 1.2.1.1 方案介绍
        • 1.2.1.2 理论分析与计算
        • 1.2.1.3 电路系统设计
        • 1.2.1.4 仿真方案与仿真测试结果
      • 1.2.2 四分频电路
        • 1.2.2.1 电路系统设计
        • 1.2.3.2 仿真及测试结果
      • 1.2.1 三角波电路
      • 1.2.1.1 方案介绍
        • 1.2.1.2 理论分析与计算
        • 1.2.1.3 电路系统设计
        • 1.2.1.4 仿真方案与仿真测试结果
      • 1.2.3 加法器电路
        • 1.2.3.1 电路系统设计
        • 1.2.3.2 仿真方案与仿真测试结果
      • 1.2.4 正弦波电路
        • 1.2.4.1 理论分析与计算
        • 1.2.4.2 电路系统设计
        • 1.2.4.3 仿真方案与仿真测试结果
  • 2 参考文献
  • 3 设计心得

前言

系列文章用Mutisim软件仿真了近几年国赛综合测评常用的几个电路：
电路设计部分来自前辈们设计好的原型，每个电路我都进行了仿真并写明参数设置方法。在设计中出现一些问题，也一一指出来了，难免有错误，欢迎大家在评论区指出，大家共同进步。

闲言少叙，我以在校赛中做的三道模拟题为例：

1. 复合信号发生器（类似2017年国赛综合测评题）

1.1 题目说明

1.1.1 可用器件

1 个 74LS74 芯片（每个 74LS74 芯片包含 2 个上升沿 D 触发器）和 1 个 通用四运放 LM324 芯片（每个 LM324 芯片包含 4 个通用运算放大器），可使用电阻、电容和电位器。74LS74 芯片和 LM324 芯片的数量不 能超出题目要求，不能使用上述芯片以外的其它任何器件或芯片。

1.1.2 设计要求

设计制作一个方波产生器输出方波，将方波产生 器输出的方波四分频后再与三角波同相叠加输出一个复合信号，再经滤波器后输 出一个正弦波信号。

  1. 方波产生器输出信号参数要求：Vo1pp=3V±5%，f=20kHz±100Hz，波形无明显失真；
  2. 四分频方波输出信号参数要求：Vo3pp=1V±5%，f=5kHz±100Hz，波形无明显失真；
  3. 三角波产生器输出信号参数要求：Vo2pp=1V±5%，f=5kHz±100Hz，波形无明显失真；
  4. 同相加法器输出复合信号参数要求：Vo4pp=2V±5%，f=5kHz±100Hz，波形无明显失真；
  5. 滤波器输出正弦波信号参数要求：Vo5pp=3V±5%，f=5kHz±100Hz，输出的负载电阻为 600 欧姆，波形无明显失真；
  6. 滤波器模块的负载电阻应标示清楚、置于明显位置，便于检查。
  7. 电源只能选用+10V 单电源，由稳压电源供给，不得使用额外电源。
  8. 要求预留方波 Vo1pp、四分频后方波 Vo3pp、三角波 Vo2pp、同相加法器输出复合信号 Vo4pp、滤波器输出正弦波 Vo5pp和+10V 单电源的测试端子。

1.1.3 设计方案论证

方波Vo1由LM324构成的RC振荡器产生，方波Vo1经过74LS74的两个上升沿触发器实现4分频从而得到四分频后的5KHZ方波Vo3，四分频后的方波Vo3经过LM324构成的积分运算电路得到三角波Vo2，Vo3和Vo2作为两个输入端接入LM324构成的同相加法器的两端输出为Vo4，Vo4通过LM324构成的低通滤波器滤出高次谐波得到正弦波Vo5。

1.2 仿真电路设计

1.2.1 方波发生器电路

1.2.1.1 方案介绍

LM324AD运放是一个常见的运放，但是这个运放的压摆率较低，0.5V/us左右，很难满足10V单电源供电下不失真方波信号产生，在此只是按照典型的方波振荡电路接入，可得到20KHZ-Vpp=3V的部分失真方波信号，好在四分频电路会将失真的方波信号整形，故在此没有对这个方波电路进行改进。

1.2.1.2 理论分析与计算

1.2.1.3 电路系统设计

按照计算参数可连接方波发生器电路如下，输出的信号通过电阻分压

1.2.1.4 仿真方案与仿真测试结果


图3.2.1.4.1 通道1Vpp=3V的方波I发生器（由于运放压摆率等原因存在失真）

1.2.2 四分频电路

1.2.2.1 电路系统设计

1.2.3.2 仿真及测试结果

1.2.1 三角波电路

1.2.1.1 方案介绍

本次的方波-三角波仍然采用的是LM324构成及积分运算电路实现，由于仅仅要求5KHZ的方波转为三角波没有频带限制，故此三角波电路较容易设置参数，仅需要考虑输出电压幅值符合要求即可。

1.2.1.2 理论分析与计算


调节电容C，和电阻R的参数可以调节三角波的幅值， ，这里选择C=25nF，可通过调节R使得输出三角波Vpp=1V，R’是平衡电阻,一般选择R’=R。RF是为了防止积分饱和和截止现象，一般取RF>10R。
电路的时间常数：

1.2.1.3 电路系统设计

1.2.1.4 仿真方案与仿真测试结果

1.2.3 加法器电路

1.2.3.1 电路系统设计

1.2.3.2 仿真方案与仿真测试结果

1.2.4 正弦波电路

1.2.4.1 理论分析与计算

为了从20KHZ方波中滤出得到20KHZ正弦波，需要滤除高次谐波，在这里没有对增益进行设置（增益通过电位计来调整），设置低通滤波器指标如下：

1.2.4.2 电路系统设计

1.2.4.3 仿真方案与仿真测试结果

2 参考文献

[1] https://blog.csdn.net/qq_38113006/article/details/100127126方波产生，运放LM324产生方波
[2] https://blog.csdn.net/jiangchao3392/article/details/84642510 积分运算电路的设计
[3] https://blog.csdn.net/DengFengLai123/article/details/99290583 2017年电子设计大赛综合测评-复合信号发生器
[4] https://mp.weixin.qq.com/s/m3op5jacIr8gpSQ47PW15g 2019年电赛综合测评怎么搞？国一师兄带你终极大测评！
[5] 《数字逻辑与数字系统》电子工业出版社 李景宏著
[6] 《电路与电子学》电子工业出版社 李晶皎著

3 设计心得

通过本次电赛校赛的选拔赛，我得以有这次机会把近几年典型的电赛国赛综合测评题目做一遍，做的过程也参考了不少前辈们之前完成的设计，总体完成了主要功能，整个选拔赛都是在疫情期间的暑假进行，没有到实验室给做实物带来了一些影响，因而本次设计只做了Mutisim仿真，没有进行实物验证。
即便如此部分指标的改善和常用电路的不寻常的使用也耽误了不少时间，究其原因还是平时对常用电路的原理和用法的一知半解，在今后的学习中要注重学习与实践的结合。

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