（1）設計任務
設計并制作一臺數字顯示的電阻、電容和電感參數測試儀，示意框圖如圖1.3.23所示。
圖1.3.23簡易電阻、電容和電感測試儀方框圖
（2）設計要求
①基本要求
a. 測量范圍：電阻100Ω～1MΩ；電容100pF～10000pF；電感100μH～10mH。
b. 測量精度：±5% 。
c. 制作4位數碼管顯示器，顯示測量數值，并用發(fā)光二極管分別指示所測元件的類型和單位。
②發(fā)揮部分
a. 擴大測量范圍。
b. 提高測量精度。
c. 測量量程自動轉換。
2.簡易數字頻率計（第三屆,1997年）
（1）設計任務
設計并制作一臺數字顯示的簡易頻率計。
（2）設計要求
①基本要求
第1部分：頻率測量：
a．測量范圍 信號：方波、正弦波；幅度：0.5V～5V；頻率：1Hz～1MHz
b．測量誤差≤0.1%
第2部分：周期測量：
a．測量范圍 信號：方波、正弦波；幅度：0.5V～5V；頻率：1Hz～1MHz
b．測量誤差≤0.1%
第3部分：脈沖寬度測量：
a．測量范圍 信號：脈沖波；幅度：0.5V～5V；脈沖寬度≥100μs
b．測量誤差≤1%
第4部分：顯示器
十進制數字顯示，顯示刷新時間1～10秒連續(xù)可調，對上述三種測量功能分別用不同顏色的發(fā)光二極管指示。
第5部分：具有自校功能，時標信號頻率為1MHz。
第6部分：自行設計并制作滿足本設計任務要求的穩(wěn)壓電源。
②發(fā)揮部分
a. 擴展頻率測量范圍為0.1Hz～10MHz（信號幅度0.5V～5V），測量誤差降低為0.01%（****閘門時間≤10s）。
b. 測量并顯示周期脈沖信號（幅度0.5V～5V、頻率1Hz～1kHz）的占空比，占空比變化范圍為10%～90%，測量誤差≤1% 。
c. 在1Hz～1MHz范圍內及測量誤差≤1%的條件下，進行小信號的頻率測量，提出并實現抗干擾的措施。
3. 數字式工頻有效值多用表[4]（第四屆,1999年）
（1）設計任務題目
設計并制作一個能同時對一路工頻交流電（頻率波動范圍為50±1Hz、有失真的正弦波）的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數進行測量的數字式多用表。參見圖1.3.24。
圖1.3.24數字式工頻有效值多用表
（2）設計要求
①基本要求
第1部分：測量功能及量程范圍
a. 交流電壓：0～500V；
b. 交流電流：0～50A；
c. 有功功率：0～25kW；
e. 無功功率：0～25kvar；
f. 功率因數（有功功率/視在功率）：0～1 。
為便于本試題的設計與制作，設定待測0～500V的交流電壓、0～50A的交流電流均已經相應的變換器轉換為0～5V的交流電壓。
第2部分：準確度
a. 顯示為 位（0.000～4.999），有過量程指示；
b. 交流電壓和交流電流：±（0.8％讀數＋5個字），例：當被測電壓為300V時，讀數誤差應小于±（0.8％×300V＋0.5V）＝ 2.9V ；
c. 有功功率和無功功率：±（1.5％讀數＋8個字）；
f. 功率因數：± 0.01 。
第3部分：功能選擇：用按鍵選擇交流電壓、交流電流、有功功率、無功功率和功率因數的測量與顯示。
②發(fā)揮部分
a. 用按鍵選擇電壓基波及總諧波的有效值測量與顯示。
b. 具有量程自動轉換功能，當變換器輸出的電壓值小于0.5V時，能自動提高分辨力達0.01V。
c. 用按鍵控制實現交流電壓、交流電流、有功功率、無功功率在測試過程中的****值、最小值測量。
e. 其它（例如擴展功能，提高性能）。
（3）說明
a. 調試時可用函數發(fā)生器輸出的正弦信號電壓作為一路交流電壓信號；再經移相輸出代表同一路的電流信號。
b. 檢查交流電壓、交流電流有效值測量功能時，可采用函數發(fā)生器輸出的對稱方波信號。電壓基波、諧波的測試可用函數發(fā)生器輸出的對稱方波作為標準信號，測試結果應與理論值進行比較分析。
4.頻率特性測試儀[4]（第四屆,1999年）
（1）設計任務
設計并制作一個頻率特性測試系統，包含測試信號源、被測網絡、檢波及顯示三部分，如圖1.3.25所示。
圖1.3.25頻率特性測試儀方框圖
（2）設計要求
①基本要求
第1部分：制作幅頻特性測試儀
a．頻率范圍：100Hz～100kHz；
b．頻率步進：10Hz；
c．頻率穩(wěn)定度：10-4；
d．測量精度：5％ ；
e．能在全頻范圍和特定頻率范圍內自動步進測量，可手動預置測量范圍及步進頻率值；
f．LED顯示，頻率顯示為5位，電壓顯示為3位，并能打印輸出。
第2部分：制作一被測網絡
a．電路型式：阻容雙T網絡；
b. 中心頻率：5kHz；
c. 帶寬：±50Hz；
e. 計算出網絡的幅頻和相頻特性，并繪制相位曲線；
f. 用所制作的幅頻特性測試儀測試自制的被測網絡的幅頻特性。
②發(fā)揮部分
a. 制作相頻特性測試儀
頻率范圍：500Hz～10kHz；
相位度數顯示：相位值顯示為三位，另以一位作符號顯示；
測量精度：3°。
b. 用示波器顯示幅頻特性。
c. 在示波器上同時顯示幅頻和相頻特性。
e. 其它。
（3）說明
發(fā)揮部分b、c均用所制作的頻率特性測試儀測試自制的被測網絡的幅頻特性和相頻特性。
5. 簡易數字存儲示波器[5]（第五屆，2001年）
（1）設計任務
設計并制作一臺用普通示波器顯示被測波形的簡易數字存儲示波器，示意圖如圖1.3.26所示。
圖1.3.26簡易數字存儲示波器方框圖
（2）設計要求
①基本要求
a. 要求儀器具有單次觸發(fā)存儲顯示方式，即每按動一次“單次觸發(fā)”鍵，儀器在滿足觸發(fā)條件時，能對被測周期信號或單次非周期信號進行一次采集與存儲，然后連續(xù)顯示。
b. 要求儀器的輸入阻抗大于100kΩ，垂直分辨率為32級/div，水平分辨率為20點/div；設示波器顯示屏水平刻度為10div，垂直刻度為8div。
c. 要求設置0.2s/div、0.2ms/div、20μs/div三檔掃描速度，儀器的頻率范圍為DC～50kHz，誤差≤5%。
d. 要求設置0.1V/div、1V/div二檔垂直靈敏度，誤差≤5%。
e. 儀器的觸發(fā)電路采用內觸發(fā)方式，要求上升沿觸發(fā)、觸發(fā)電平可調。
f. 觀測波形無明顯失真。
②發(fā)揮部分
a. 增加連續(xù)觸發(fā)存儲顯示方式，在這種方式下，儀器能連續(xù)對信號進行采集、存儲并實時顯示，且具有鎖存（按“鎖存”鍵即可存儲當前波形）功能。
b. 增加雙蹤示波功能，能同時顯示兩路被測信號波形。
c. 增加水平移動擴展顯示功能，要求存儲深度增加一倍，并且能通過操作“移動”鍵顯示被存儲信號波形的任一部分。
d. 垂直靈敏度增加0.01V/div檔，以提高儀器的垂直靈敏度，并盡力減小輸入短路時的輸出噪聲電壓。
e. 其它。
（3）說明
測試過程中，不能對普通示波器進行操作和調整。
6. 低頻數字式相位測量儀（第六屆，2003年）
（1）設計任務
設計并制作一個低頻相位測量系統，包括相位測量儀、數字式移相信號發(fā)生器和移相網絡三部分，示意圖如圖1.3.27～1.3.29所示。
（2）設計要求
①基本要求
第1部分：設計并制作一個相位測量儀（參見圖1.3.17）
a．頻率范圍：20Hz～20kHz。
b．相位測量儀的輸入阻抗≥100k。
c．允許兩路輸入正弦信號峰-峰值可分別在1V～5V范圍內變化。
d．相位測量絕對誤差≤2°。
e．具有頻率測量及數字顯示功能。
f． 相位差數字顯示：相位讀數為0o~359.9o，分辨力為0.1°。
第2部分：參考圖1.3.18制作一個移相網絡
a．輸入信號頻率：100Hz、1kHz、10kHz。
b．連續(xù)相移范圍：－45°～＋45°。
c．A＇、B＇輸出的正弦信號峰-峰值可分別在0.3V～5V范圍內變化。
②發(fā)揮部分
第1部分：設計并制作一個數字式移相信號發(fā)生器（圖1.3.29），用以產生相位測量儀所需的輸入正弦信號，要求：
a．頻率范圍：20Hz～20kHz，頻率步進為20Hz，輸出頻率可預置。
b．A、B輸出的正弦信號峰-峰值可分別在0.3V～5V范圍內變化。
c．相位差范圍為0～359°，相位差步進為1°，相位差值可預置。
d．數字顯示預置的頻率、相位差值。
第2部分：在保持相位測量儀測量誤差和頻率范圍不變的條件下，擴展相位測量儀輸入正弦電壓峰-峰值至0.3V～5V范圍。
第3部分：用數字移相信號發(fā)生器校驗相位測量儀，自選幾個頻點、相位差值和不同幅度進行校驗。
第4部分：其它。
（3）說明
a. 移相網絡的器件和元件參數自行選擇，也可以自行設計不同于圖2的移相網絡。
b. 基本要求b項中，當輸入信號頻率不同時，允許切換移相網絡中的元件。
c. 相位測量儀和數字移相信號發(fā)生器互相獨立，不允許共用控制與顯示電路。
7.簡易邏輯分析儀（第6屆，2003年）
（1）設計任務
設計并制作一個8路數字信號發(fā)生器與簡易邏輯分析儀，其結構框圖如圖1.3.30所示：
圖1.3.30 數字信號發(fā)生器與簡易邏輯分析儀結構框圖
（2）設計要求
①基本要求
第1部分：制作數字信號發(fā)生器
能產生8路可預置的循環(huán)移位邏輯信號序列，輸出信號為TTL電平，序列時鐘頻率為100Hz，并能夠重復輸出。邏輯信號序列示例如圖1.3.31所示。
第2部分：制作簡易邏輯分析儀
a．具有采集8路邏輯信號的功能，并可設置單級觸發(fā)字。信號采集的觸發(fā)條件為各路被測信號電平與觸發(fā)字所設定的邏輯狀態(tài)相同。在滿足觸發(fā)條件時，能對被測信號進行一次采集、存儲。
b．能利用模擬示波器清晰穩(wěn)定地顯示所采集到的8路信號波形，并顯示觸發(fā)點位置。
c．8位輸入電路的輸入阻抗大于50kΩ，其邏輯信號門限電壓可在0.25~4V范圍內按16級變化，以適應各種輸入信號的邏輯電平。
d．每通道的存儲深度為20bit。
圖1.3.31 重復輸出循環(huán)移位邏輯序列00000101
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②發(fā)揮部分
a. 能在示波器上顯示可移動的時間標志線，并采用LED或其它方式顯示時間標志線所對應時刻的8路輸入信號邏輯狀態(tài)。
b. 簡易邏輯分析儀應具備3級邏輯狀態(tài)分析觸發(fā)功能，即當連續(xù)依次捕捉到設定的3個觸發(fā)字時，開始對被測信號進行一次采集、存儲與顯示，并顯示觸發(fā)點位置。3級觸發(fā)字可任意設定（例如：在8路信號中指定連續(xù)依次捕捉到兩路信號11、01、00作為三級觸發(fā)狀態(tài)字）。
c. 觸發(fā)位置可調（即可選擇顯示觸發(fā)前、后所保存的邏輯狀態(tài)字數）。
e. 其它（如增加存儲深度后分頁顯示等）。
（3）說明
a. 系統結構框圖中的跳接線必須采取可靈活改變的接插方式。
b. 數字信號的采集時鐘可采用來自數字信號發(fā)生器的時鐘脈沖clock。
c. 測試開始后，參賽者不能對示波器進行任何調整操作。
e. 題中涉及的“字”均為多位邏輯狀態(tài)。如圖1.3.31中縱向第一個字為一個8位邏輯狀態(tài)字（00000101），而發(fā)揮部分中的3級觸發(fā)字為2位邏輯狀態(tài)。
8. 方案例：簡易數字存儲示波器
（1）簡易數字存儲示波器（方案1）
簡易數字存儲示波器（方案1）方框圖如圖1.3.32所示。系統采用單片機和可編程器件作為數據處理及控制核心，將設計任務分解為通道信號調理、觸發(fā)信號產生、采集存儲、數據融合處理、顯示、操作面板、掉電保護等功能模塊。單片機完成人機界面、系統控制、信號分析、處理、變換，用CPLD完成采集控制邏輯及顯示控制邏輯。
圖1.3.32 簡易數字存儲示波器（方案1）方框圖
（2）簡易數字存儲示波器（方案2）
簡易數字存儲示波器（方案2）方框圖如圖1.3.33所示。系統采用單片機與CPLD結合方式。數據采集采用高速模數轉換器AD7822，直接用CPLD準確定時控制ADC的采樣速率，實現整個頻段的全速采樣。
數據存儲器采用雙口 RAM（IDT7132）存儲采樣量化后的波形數據，同樣用CPLD控制RAM的地址線。IDT7132有兩組相互隔離的數據線、地址線、片選線和讀寫控制線，它們可對RAM內部的存儲單元同時進行讀寫操作，并且互不影響，這樣就解決了高速存儲和讀取的問題。
雙蹤顯示只用一片模數轉換器、一片存儲器和一片數模轉換器，以高速率切換模擬開關CLNO52分別選通兩路信號進入采樣電路，兩路波形數據被存放在同一片存儲器的奇、偶地址位。雙蹤顯示時，光掃描奇數位地址的數據，再掃描偶數位地址的數據，從而實現雙蹤顯示。
幅度控制采用模擬開關 4O51、寬帶運放 LM356，配合精密電位器實現垂直分辨率調節(jié)。 PZ口的三條控制線控制4051選通不同通道的接入電阻值，從而實現不同的放大倍數，達到程控放大的目的。
（3）簡易數字存儲示波器（方案3）
簡易數字存儲示波器（方案3）方框圖如圖1.3.34所示。系統以AT89C52單片機控制系統為核心，輔以少量的必要的邏輯電路�？梢岳糜邢薜目刂凭�和數據／地址總線，簡化系統的硬件設計，并充分發(fā)揮數量不多的數字邏輯器件的作用，實現了整個題目的基本要求部分和擴展部分，由于數字器件的高速性，例如：采用高速的計數器74HC4040（4.5 V供電時，頻率可達45 MHz），可編程計數定時器82C53（時鐘頻率可達8 Mllz）以及一些必要的邏輯器件的速度都可達數十兆赫，加上采用AHD57，足以使整個系統的采樣儲存速度高達 8 MHz，可以滿足并超過題目對采集速度 1Mbps的要求。同時可以用軟件實現系統的功能和對數據進行各種后期處理，改善人機界面。數據采集采用程控放大器PGA102。
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