电子设计大赛作品展示（多功能计数器、高功率因数电源、位移测量装置、温度自动控制系统）- 电路方案

简介：
本作品集展示了四项创新性的电子设计方案，包括多功能计数器、高效能高功率因数电源、精准的位移测量装置及智能温度自动控制系统。每项设计均采用了先进的电路技术以实现其独特功能和性能优化。 电子设计大赛题目：多功能计数器—华中科技大学 本项目采用CycloneII型FPGA EP2C8为核心器件开发了一款具有多种功能的计数器，并详细介绍了其工作原理与实现方案。该设计方案在片内集成了测频模块、测相模块、DDS查表模块以及NIOS II处理器，其中NIOS核心能够调节频率字和相位字来控制DDS查表模块的工作，并通过外部高速DA DAC900输出正弦波信号。 系统还配备了宽带放大器OPA699（由TI公司生产）用于放大输入信号并使用TL3116构建迟滞比较器，将这些经过处理的模拟信号转换为方波形式后送入FPGA内部。在FPGA中利用等精度测量方法实现了频率和相位的精确测量，并通过NIOS II处理器进行数据处理，在LCD上显示结果。 测试表明该计数器能够对1Hz至14MHz范围内的频率以及0到360度的相位角进行准确测量，其频率测试误差不超过0.1ppm，而相位精度达到了±1°。此外还展示了系统的灵敏度为8mv RMS信号水平。 --- 电子设计大赛题目：多功能计数器—武汉大学 本系统采用单片机与FPGA构成的最小化控制系统作为核心处理单元，并包括宽带放大模块、比较整形模块以及频率和相位差测量模块等几个关键部分。在FPGA内部通过使用等精度测频法实现了对有效值为0.005V至5V之间，且频率范围从1Hz到35MHz的信号进行准确度高的频率及周期检测；同时利用计数方法来确定相位差，并支持测量有效值介于0.5V和5V之间、频率在10Hz至100kHz范围内信号之间的相位差异。 该系统具备良好的人机交互界面，使用者可以通过按键操作控制各项功能并实时查看测试结果。此外还设计了自动校准与手动校准两种模式以确保测量精度。 --- 电子设计大赛题目：高功率因数电源（第6组）—三峡大学 此项目使用TI公司的APFC整流控制器UCC28019构建了一个具备电压外环和电流内环双闭环控制的有源功率因素矫正(APFC)系统，用于产生高质量的直流输出。其中电流内回路负责使电网输入电流跟踪电网电压波形；而外部电压调节器则通过调整内部增益来确保稳定的直流输出。 整个控制系统由ATmega16单片机进行监控，实现了对输出电压、功率因素及其它测量参数的人机界面显示以及实时监测等功能。实验表明该系统达到了所有设计指标要求，并且在过流保护方面表现良好。 --- 电子设计大赛题目：简易心电图仪—江汉大学 本项目采用高精度仪表放大器INA2331和低功耗MSP430单片机作为核心组件，实现了两通道的心电信号采集、存储及显示功能。通过使用右腿驱动电路与高通负反馈滤波技术来提高共模抑制比；同时利用丰富的内部资源以及LCD显示器使心电数据的记录回放成为可能。 测试结果表明该系统满足了所有设计指标要求，并且具有低功耗和成本效益的特点。 --- 电子设计大赛题目：位移测量装置—华中科技大学 此项目基于单片机控制核心，结合线性可变差动变压器作为传感器以及相应的模拟电路来实现高精度的位移检测。主要模块包括正弦波生成、差分放大器、差动变压单元、整流滤波和模数转换等。 系统通过DDS芯片产生所需的正弦波信号，并将其输入到经过放大的可变差动变压器中，当移动内部磁棒时可以改变次级线圈输出电压值。该变化的电压被单片机处理后转化为位移数值并显示在LCD屏幕上供用户查看和操作。 此设计的一大亮点是具备电机驱动功能，可通过编程控制直流电机以达到指定位置；此外也支持通过键盘输入预定位移量，并由液晶屏进行实时反馈，为用户提供友好简便的操作界面。 --- 电子设计大赛题目：温度自动控制系统—武汉工业学院 本项目采用TI 16位超低功耗单片机MSP430F247作为核心控制单元，结合LTC1923 PWM双极性电流控制器和大功率MOSFET构成的半导体电热致冷器（TEC）驱动模块以及NTC负温度系数热敏电阻来完成精确稳定的环境温控功能。 系统通过将采集到的温度信号转换成电压值并与设定的目标温度进行比较，利用PID补偿网络对误差进行调整