1、1西 安 电 子 科 技 大 学考试时间 180 分钟电子设计竞赛选拔试题 总分： 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10分数1. 考试形式：闭卷； 2. 本卷共 10 题， 满分0分 3. 题目全部答试题卷上班级 学号 姓名 任课教师 Part 1 数字电子技术（ 25 分）1. （3 分）设计一个三变量偶校验逻辑电路。当三变量 A、B、C 输入组合中“1”的个数为偶数时 F=1，否则 F=0。选用 8 选 1 数选器或与非门实现该逻辑电路。要求：（1）列出该电路 F（A, B, C）的真值表和表达式（2）画出逻辑电路图A B C F2. （5 分）已知某序列信号检测器的状态图如图
2、1 所示：（1）该电路的输入 X 为何种序列时，输出 Z 才为 1（设初态为 S0） 。（2）试分析该电路是否为最简状态，指出等价状态。（3）列出最简状态表。S 0 S 2S 1 S 31 / 01 / 01 / 01 / 10 / 00 / 00 / 00 / 0X / Z图 123. （9 分）设计一个序列信号产生电路，实现图 2 中所示的波形 Uo，图中 CP 为输入时钟，Uo 的 1-7 为 1110010 的固定序列，8-11 位为可变序列，其值由 CP 为 1 时 ABCD 的值确定，真值表如下。ABCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 011
3、1 1000 1001 其它Y1Y2Y3Y4 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 0000图 2 信号序列波形34. （8 分）试用 D 触发器和少量 SSI 门和 74ls48(七段数码管译码器驱动器 )，完成一个序列检测电路，该电路对检测到图 2 中的 1110010 的固定序列后，将后 4 个 bit 代表的 16 进制数显示在 8 段共阳极数码管上。74ls48 引脚功能表七段译码驱动器功能表输入 输出十进数或功能 LT RBI D C B A BI/RBO a b c d E f g0 H H 0 0 0 0 H 1 1
4、 1 1 1 1 01 H x 0 0 0 1 H 0 1 1 0 0 0 02 H x 0 0 1 0 H 1 1 0 1 1 0 13 H x 0 0 1 1 H 1 1 1 1 0 0 14 H x 0 1 0 0 H 0 1 1 0 0 1 15 H x 0 1 0 1 H 1 0 1 1 0 1 16 H x 0 1 1 0 H 0 0 1 1 1 1 17 H x 0 1 1 1 H 1 1 1 0 0 0 08 H x 1 0 0 0 H 1 1 1 1 1 1 19 H x 1 0 0 1 H 1 1 1 0 0 1 110 H x 1 0 1 0 H 0 0 0 1 1 0
5、111 H x 1 0 1 1 H 0 0 1 1 0 0 112 H x 1 1 0 0 H 0 1 0 0 0 1 113 H x 1 1 0 1 H 1 0 0 1 0 1 114 H x 1 1 1 0 H 0 0 0 1 1 1 115 H x 1 1 1 1 H 0 0 0 0 0 0 04Part 2 模拟电子技术 （0 分）温度控制器的原理框如图 3 所示，单片机采集温度信号并与设定值比较，根据一定的算法不断调整输出功率，实现温控。其中模拟部分主要两个主要功能：温度传感器信号的调理（放大、变换、滤波等）以及对加热功率的控制。工作原理如下：首先产生一个锯齿波（或三角波，近似三角波
6、也可以） ，与控制系统 DAC 输出控制电压 Vc 比较，产生PWM（脉宽调制）波形。当控制系统给出的 Vc 越大时， PWM 的占空比（高电平时间）越大，由 PWM 信号控制一个大功率电子开关，从而控制加热丝电源的通断时间比例，达到改变加热功率的目的。另外加热丝附近装有一只温度传感器，信号调理电路将温度传感器的输出信号变换到 ADC 的量程范围内，被单片机采样。根据上述信息，按照 5，6，7 题的详细要求，完成虚线框内各部分模拟电路的设计。请 设 计 虚 线 框 内 部 分 电 路1 2 0 W 2 4 V电 热 丝电 子 开 关锯 齿 波 或 三 角 波发 生 器2 4 VP W M温 度
7、 传 感 器抗 混 叠 滤 波1 0 m V / K单 片 机 控 制 系 统V c电 压 比 较放大变换D A CA D C单片机V s温 度控 制温 度采 样键盘显示报警第 1 题第 2 题第 3 题图 35. （7 分） 信号调理电路设计。（1）已知温度传感器采用 LM335，是一种电压输出型温度传感器。其输出电压与温度的关系是 10mV/K（即 0-300K 对应的电压为 0-3000mV） 。其中 K 是开尔文（0=273K） 。设计信号放大变换电路，使得当温度在 0100范围内变化时，传感器信号经放大变换调理后输出 02.00V，请画出详细电路图。5（2）已知控制系统每 0.1 秒
8、采样一次温度，请设计抗混叠滤波电路。 （提示：乃奎斯特定理）6. （7 分）设计三角波发生器电路，产生三角波（或锯齿波、近似三角波也可）信号，要求如下：（1）三角波峰-峰值 5.00V，中心值 2.50V，即波形在 05.00V 之间跳变。（2）三角波频率 10kHz 左右。提示：张弛振荡器、555 定时器等电路中电容 C 上的电压是近似三角波，进行比例运算与电压平移可以完成题目要求。仅供参考，实现方法不限于此。67. （6 分）设计功率控制部分电路，产生 PWM 信号，并驱动功率开关管，完成对加热器的功率控制。要求如下：（1）用电压比较器将 Vc 与上题产生的三角波比较，要求当 Vc 越大时
9、，占空比（高电平时间）越大。（2）设计大功率电子开关电路，按低耗功（发热）原则选择合适类型的器件类型和驱动电路形式，并完成电路设计。7Part 3 单片机基础 （0 分）8. (10 分) 单片机基本知识(1) 简述 MCS51（89S52 ）的存储器配置及 MCS51 是如何进行管理的；(2) 简述 MCS51 的中断管理功能；(3) 画出 MCS51 系统总线的构成并简述工作原理。9. （15 分）设计用于下阶段动手选拔训练的单片机小系统（1）画出系统框图，简述系统组成原理及系统支持的功能；8（2）设计单片机资源配置及外围数字电路（包括 A/D,D/A 等模数混合电路） ，画出各部分电路形
10、式，描述功能；（3）设计 A/D 前置模拟信号调理电路和 D/A 后向模拟电路，画出电路形式，描述功能和指标；（4）举例说明如何使用自己设计的单片机小系统完成一个典型的具体任务。9Part 4 技能 (30 分)10. 设计并制作一个数字化低频信号测量、存储与回放系统，实现对频率小于 50Hz-20KHz的正弦信号的测量、存储和回放，其框图如图 4。要求通过按键触发，对 U2 的信号进行采样，存储 3 秒内信号波形，并通过 DAC、平滑滤波电路进行循环重复回放。图 4（1） 请根据系统的要求，详细设计所需的单片机最小系统，画出 16 位寻址的单片机的最小系统的框图，并详细计算各元件的最经济指标
11、（比如 ADC、DAC 的采样速度、精度等） ；单片机最小系统U2增益可控放大RL输入 U1 ADC 存储器CPU平滑滤波 DAC输出 U3滤波10（2）系统进行采集、回放时，U2/U1 可设置为 0dB，6dB，12dB，18dB 共 4 档。试用 2 种方法设计增益可控放大电路，只需叙述其实现方法，并比较两种方法的优缺点；（3）如果 U1 在频率为 50Hz20KHz 、幅度小于 2000 mVpp 的条件下，电源电压为12V的情况下，请画出第（2）问增益可控放大电路的详细电路图，并详细计算其核心放大器件的主要指标；11（4）要求系统能驱动 RL=1K 的负载，且输出的回放波形质量良好，电
12、压输出精度20%。假设系统中 DAC 模块输出采样速率为 200KHz，输出阻抗为 10，请计算如图 5 所示的平滑滤波器的截止频率和图中 R 和 C 的值；GNDUinout图 5（5）若单片机只剩余 4 个可用 IO 端口，其中一个可设置为 8 位 A/D（此款单片机内部带12A/D，转换速度为 100uS） ，现需要扩展出 8 个按键，请你用最少的端口扩展出键盘接口，画出电路图，并说明键盘去抖的方法（软件方法请画出流程图） ；（6） 如果当系统输入输出分别如图 6 所示时，请分析故障的原因，并说明具体定位故障时所需要的仪器和详细方法。图 60 5 10 15-50005001000150020002500300035004000Time(us)Voltage(mV)入入U30 5 10 15-100-80-60-40-20020406080100Time(us)Voltage(mV)入入U113
