信号失真度测量装置（A 题）--2021 年全国大学生电子设计竞赛试题
信号失真度测量装置（A 题）--2021 年全国大学生电子设计竞赛试题
- 一 任务
- 二 要求
- 1.基本要求
- 2. 发挥部分
- 三 说明
- 优秀作品开源参考（来源立创开源平台）
一 任务
设计制作信号失真度测量装置，对来自函数/任意波形发生器的周期信号（以下简称为输入信号）进行采集分析，测得输入信号的总谐波失真 THD（以下简称为失真度），并可在手机上显示测量信息。测量装置系统组成示意图如图 1 所示。
二 要求
1.基本要求
- （1）输入信号的峰峰值电压范围：300mV~600mV。
- （2）输入信号基频：1kHz。
- （3）输入信号失真度范围：5% ~ 50%。
- （4）要求对输入信号失真度测量误差绝对值 :
THDx THDo分别为失真度的测量值与标称值。 - （5）显示失真度测量值THDx 。
- （6）失真度测量与显示用时不超过 10 秒。
2. 发挥部分
- （1）输入信号的峰峰值电压范围：30mV ~ 600mV。
- （2）输入信号基频范围：1kHz ~100kHz。
- （3）测量并显示输入信号失真度THDx 值，要求
- （4）测量并显示输入信号的一个周期波形。
- （5）显示输入信号基波与谐波的归一化幅值，只显示到 5 次谐波。
- （6）在手机上显示测量装置测得并显示的输入信号THDx 值、一个周期波形、基波与谐波的归一化幅值。
- （7）其他。
三 说明
- （1）本题用于信号失真度测量的主控制器和数据采集器必须使用 TI 公司的MCU 及其片内 ADC，不得使用其他片外 ADC 和数据采集模块（卡）成品。
- （2）关于 THD 的说明：当放大器输入为正弦信号时，放大器的非线性失真表现为输出信号中出现谐波分量，即出现谐波失真，通常用“总谐波失真 THD（total harmonic distortion）”定量分析放大器的非线性失真程度。
若放大器的输入交流电压为 :
出现谐波失真的放大器输出交流电压为:
则uo的总谐波失真（失真度）定义为：
本题信号失真度测量采用近似方式，测量和分析输入信号谐波成分时，限定只处理到5次谐波。定义
为本题失真度的标称值。
若失真度测量值为THDx ，则失真度测量误差的绝对值为
（3）基波与谐波的归一化幅值：当输入信号的基波幅值为Um1，各次谐波幅值分别为Um2 、Um3…，基波与谐波的归一化幅值为：
（4）用函数/任意波形发生器（以下简称为发生器）输出的周期信号作为测量装置的输入信号。参赛队员必须熟练掌握发生器“谐波发生”功能的操作技能（包括但不限于设置信号谐波参数、存储与调用信号）。
（5）参赛队必须自带本队自用的发生器参加赛区作品测试，根据测试专家提出的有关要求自行设定、存储自带发生器的输出信号，作为测量装置输入信号。
（6）除输入信号外，不得再有任何其他信号引入测量装置。一键启动测量后，装置应在 10 秒钟内自动完成失真度测量与显示（期间不得有人工操作），超时扣分。一旦测量显示总用时超过 30 秒，停止作品测试。
优秀作品开源参考（来源立创开源平台）
- 嘉立创：https://lceda.cn/
- 立创开源平台：https://oshwhub.com/
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