蓝桥杯 EDA 组 2021-2022 省赛真题+模拟题原理图解析_第十二届蓝桥杯eda省赛

本文解析了标题内的原理图蓝桥杯EDA组真题，为方便阅读2023年真题/模拟和国赛部分放到其他章节解析。下文中重复或者是简单的电路节约篇幅不在赘述。

其中需要补充和计算原理图的题目解析都放在最下面

一、2021第十二届真题第一场

1.1 AMS1117 线性稳压器

最常见的1117线性稳压器，没什么好说的。注意大电容滤低频，小电容滤高频，小电容应该距离供电端近一点。

1.2 CH340 与 USB 连接

其功能是差分转串口，供电和接地同样有滤波电容。

1.3 PCF8591 A/D转换与滑动变阻器电路

PCF8591 是单片机电源低功耗的 8 位 CMOS 数据采集器件，具有IIC总线接口的8位A/D以及D/A转换器，有4路A/D转换输入，1路D/A模拟输出。

在本原理图中的功能是采集四个滑动变阻器的电压。与单片机 IIC 通讯。

1.4 AT24C02 E2PROM电路

AT24C02 是一个 2K 位串行CMOS E2PROM，使用 I2C 驱动。值得注意的是 I2C 允许设备之间不同的供电电压。所以为了匹配电压，SCL 和 SDA 均采用上拉。所有 SCL 和 SDA 引脚开漏即可。

 

1.5 电平转换电路

因为 51 单片机和 CH340 的电压不一样，所以他俩需要转换电平。

单片机部分：

CH340部分： 

在上侧图中，需要将单片机的 3.3V 转换为 5V 的串口电平。

1.5.1 3.3V 转 5V 部分

如果 TXD&APOS (单片机端) 高电平，三极管不导通，RXD(CH340)网络就是5V电平。

如果 TXD&APOS (单片机端) 低电平，三极管导通，RXD(CH340)网络就是低电平。

单片机端一般有 5V 耐压容忍，所以 TXD&APOS (单片机端) 低电平也不会烧毁单片机。

1.5.2 3.3V 转 5V 部分

使用分压电阻将 5V 降压为 3.3V 比较简单。

1.6  题目1——计算阻值

 我们需要做的是，将 TXD 的5V电压分成3.3V电压 

分压虽然比较简单，但是还是讲解一下，公式如图：

列出式子：x/(x+1600) = 3.3/5   => x约等于3.1k

1.7 题目2——蜂鸣器电路

因为蜂鸣器是感性原件，内含线圈起到电感作用。突然关断使其没有电流会导致电压升高，容易击坏其他电路，所以需要 D1 续流二极管消耗电流。

值得注意的是，我这种画法是三极管低侧驱动蜂鸣器。关于高侧和低侧驱动蜂鸣器我模电也不是很好，暂时不赘述。

1.7 推断

这个原理图应该是拥有四个旋转按钮、七段数码管、蜂鸣器、基本串口和稳压的单片机的开发板，用途看起来只能给大学生学习单片机。

二、2022年第十三届立创EDA出品省赛模拟题1

2.1 LCD1602 电路 

其中 VO 引脚是显示器的偏压信号，是调整显示器对比度使用的，所以用一个可调电阻。

BLA 是屏幕背光供电，其他都是信号引脚。

2.2 题目1——计算电压阻值

 VF 是二极管压降 2V，根据欧姆定律计算出公式：(5-2)/0.015 = 200R

减去压降后电压除电流即可，得200R。

2.3 总结

这个板子比较简单，就是一个51单片机的的最小系统。

二、2022年第十三届立创EDA出品省赛模拟题2

2.1 M24C02 EEPROM 电路

比较常见的 EEPROM 使用 I2C 与主控连接。

 

2.2 DS1302M 时钟芯片电路

同样使用 I2C 与主控连接，没什么好说的。

 

2.3 蜂鸣器驱动电路

使用了一颗未知型号的蜂鸣器功放驱动。还是 SPI 上拉的，可能要做语音提示之类的吧。

2.4 全掉电复位电路

VUSB 是 usb 口的外部电，VDD_node_A 是整个系统所有的供电(除CH340外，可以去看看)。

其中 Q1 是PMOS 低电平导通，并且常接下拉。常导通状态。

也就是说，按下 SW1 后 PMOS 不导通。系统全部掉电。其 SW1 不摁下是开路的，按下暂时短路。

2.5 74HC595M/TR 驱动数码管电路

74HC595 移位寄存器基础电路，用于扩展 IO 口驱动数码管。

2.6 题目1——计算运算放大器采集电压电路

通过一颗 LM324 (这是内含两个运放的芯片) 通过其中一个运放 u1.1 采集电压进行运算放大，将电压进行放大1.5倍。之后通过另一个运放 u1.2 做一个电压跟随电路，其优点是不消耗或者改变原来电压检测的源头电流电压(续短续断原则)。如果不懂可以看看工科男孙老师的运放视频。

电子小白学不会运放？一开始掌握这两个用法就够了！_哔哩哔哩_bilibili

【运放2】如何理解运放的虚短虚断，他们有啥用？_哔哩哔哩_bilibili

了解虚断续断后我们就可以分析这个题目了。  

其中运算放大器3、2引脚电压相同，虚短原则。 设3脚为A电压，放大三倍意味1脚为3A电压。

我们就把这个问题转换成一个分压阻值的问题，也就是电压通过 R92 进入，被分压1/3

10k/(10k+x) = 1A/3A => x=20k

所以 R92 是 20k

2.7 推断

这个原理图应该拥有采集电压，数码管显示，蜂鸣器，时钟，EEPROM等外设，可以做到定时采集电压，自动报警，同时具有掉电存储历史电压等功能，应该是一个简易的电压采集分析设备。

三、2022年第十三届立创EDA出品省赛模拟题3

3.1 供电防反接电路

使用 B1 和 B2 两颗电池供电，SW1作为拨动开关使用。C6滤波，R1 作为 LED 的限流电阻使用。

其中最有趣的是 Q1 这颗 NMOS 高电平导通。其作用是防止置电池反接，因为一旦反接集极他就是低电平，NMOS，不导通，关断了电池负极。

 

 3.2 线性稳压电路

整套系统需要两个电压 5V 和 3.3V。配置两个线性稳压器 7805 和 ME6215 可以看看这两个芯片的数据手册，电路部分依旧是常用的电容输入输出滤波，没什么可说的。

 

3.3 GS6001 运放电压采集电路

套一下分压公式： R6/(R4+R6) = IN+/VCC

可以看出这个电路将 VCC 电压除 0.319 即是IN+的电压公式为：4.7k/(10k+4.7k) = 0.319。之后使用一个常见的电压跟随电路保护后采集 VB 作为采集点。R5 应该是作为限流电阻使用。

 

3.4  STM32 最小系统电路

没有写信号，应该是stm32芯片。配置了外部晶振，BOOT0 下拉，NRST 上拉，电源滤波等。没有特别之处。其中 J1 应该是引出了一对串口，J2 是SWD调试口。

3.5  ITR9909 寻线光电传感器电路

功能是把 ITR9909 传入的模拟量传入运放进行电压比较。使用 R17 可调电阻进行灵敏度调整。

R17 电阻可能是因为 ITR9909 输出需要一个上拉，R15 上拉限流电阻配合 LM393 则构成标准的电压比较器。R12 是 LED2 的限流电阻。

 其加入的 R15 上拉限流电阻起到这个作用。

 

3.6 RZ7899 电机驱动电路

使用两颗 RZ7899 驱动两颗 N20 减速电机，CN1 和 CN2 是电机编码器的排插。

不过我觉得不应该10K的限流电阻，有点大。详细可以看看这个：

双路直流电机驱动模块-RZ7899 - 嘉立创EDA开源硬件平台

 

2.7 推断

这个是一个平衡车的板子，具备了 MPU6050 和电机编码器做双环 PID 平衡。还举报蓝牙遥控等功能。 

四、2022年第十三届省赛模拟题1 

4.1 AMS1117 稳压电路

其中电容只是常规的滤波电容，这个 AMS1117 可以通过 ADJ 引脚根据两个电阻调整稳压电源。

最后这个 PWR2.5 是指的是这个东西... 2.5mm是内芯直径

4.2 MAX3232 电路

作用是把 DB1 的 RS232 信号转化成 TLL 电平。

 4.3 esp32 主控电路

没有什么特别之处，就是为啥这电源给要上三个滤波电容嘞。。。

4.4 题目1——G5V-1-5VDC 继电器电路

P11_继电器电路理论讲解_嘉立创EDA_AD_硬件设计_PCB设计_电路设计实战_工业控制_STM32入门教程_哔哩哔哩_bilibili

其中 SW1 是电输入引脚 NC是常闭端，也即是说，SW1 和 NC 端默认是导通的。

在 Q1 三极管不导通的情况下，2、9引脚两侧都是 5V，由于电压一样所以没有电流导通。

当我们给 Q1 高电平后，有电流流过 9、2 引脚。SW1 即和 NC 导通。

因为继电器属于感性原件，所以需要 D1 续流二极管提供断电后的续流。否则突然跳动的电流会使得电压升高击坏其他元件。这张图在续流部分画的不是很清晰直观。可以换一张更详细直观的图：

 

4.5 推断

 是一个继电器模块，其中使用了 ESP32 进行远程控制。除此之外也可以通过 RS232 控制，或者是通过 RS232 获得一些物联网信息给其他芯片。

六、2022年第十三届省赛模拟题3

6.1 供电电路

其中 S_PWR2.5 是这个东西，D6 和 D5 做防反接保护，这样直接并联二极管防反接缺点是会承受二极管的压降。后面跟了一个 ASMD1210 进行过流保护。

我的评价这个电路不如本文第六章设计防反接精妙。

6.1 TP4065 充放电路

TP4065 是锂电池充放电路。在这里的电池接口则是 ZH125 这个较为常见，不在继续赘述。

在右侧，VUSB 是 USB直接供电，VBAT 是电池供电，VCC是用电端。

考虑 VUSB 和 VBAT 同时供电：Q6 不导通，Q7也不导通。但是我们此时 按下 K1 会使得Q7打开 VUSB 和 VCC 暂时导通一下，因为按钮弹起后依然有 R13 充当上拉效果。之后单片机上电后可以给 PWR_EN供电，这样 Q7就可以持续导通，起到自举效果。

考虑只有 VBAT 电池供电：Q6 导通，其余效果和之前的情况一样，不在赘述。

6.2 电压采集电路

使用 R15 和 R16 两个分压电阻给 VBAT 电压分压一半。BAT_ADC_EN 使能采集。

6.3 移远 BC20NA-04-STD 北斗+GPS定位模块电路

照着芯片手册配置就行

6.4 GPS定位模块 SIM卡插槽电路

6.4 STM32L031F6P6 电路

6.5 题目1——串口电平转换电路

MCU _TXD1 是主控的串口发送 NB_RXD 是定位模块的接收。

VDD_EXT 是定位模块给出的参考高电压。

其中 MCU _TXD1 如果为高电平 Q4 三级管截至，VDD_EXT 流向 NV_RXD。这样 NV_RXD 就是高电平了。如果是低电平同理，VDD_EXT 流向 MCU_TXD1 导致 NB_RXD 是低电平。

 6.6 推断

本原理图是这个东西...

【物联网NBIoT定位器】新手小白也能学会的零基础开发教程，速来围观！_哔哩哔哩_bilibili

七、2022年第十三届省赛模拟题4

7.1 题目1——DS18B20 电路

根据芯片手册可知，外部电源供电方式需要将 DQ 上拉。

在原理图中还有一个 100nF 的电容，我们将他接到 VDD 和 GND 做滤波即可。 

 

7.2 题目2——TM1650 电路

根据芯片手册可知，SCL 和 SDA 可以接上拉电阻。 虽然芯片内部也内置了上拉，但是我们还是要把题目给的 R3 和 R2 利用起来。

剩下的三个电容均作滤波使用。

7.3 推断

是一个实时显示温度的简易单片机系统。

 

八、2022年第十三届省赛真题第1场

8.1 气体采集与电压比较电路

GAS-1 是一个气体采集传感器，他应该是输出一个电压作为信号。

通过运放与 VREF 分压除二比较，其中 R11 上拉是作为比较应用的。

 

其中 VREF 是电压一个 TL431 构成的电压参考源，可以输出2.5V的电压。 

 

8.2 LCD1602 和背光控制电路

8.3 7805 稳压和电压采集电路

将输入的电压除 11 分压后供单片机采集

8.4  蜂鸣器电路

这个电路是低侧三极管驱动电路，由于蜂鸣器是感性原件，当三极管关断时突然消失的电流会使得蜂鸣器电压升高。此时 D1 则有续流作用。如果蜂鸣器功率很大的话，有可能会损害蜂鸣器和其他原件。

8.5 题目1——TL431 恒压源电路

 

根据芯片手册参考，之后红色框框范围符合给出的原件配置。 

 

其中第一张符合 VKA=VREF=2.5V

我们按照芯片手册参考图将input并联电阻， VKA，1脚、2脚连接即可：

九、2022 年第十三届省赛真题第2场

9.1 PCF8563 芯片

时钟芯片，通过 I2C 与主控连接，其中连接了 B1 的电池，便于断电后继续工作。

 

9.2 LED 数码管电路

位选直接单片机，段选则通过三级管操控。

9.3 GD25Q32CSIG FLASH 储存电路

通过 SPI 与主控连接

 

9.5 STC 主控电路

DC 端有一个分压采集电压，其他没什么特别之处。

9.4 题目1——lmv358 低通滤波器电路

根据 P1 输入做一个低通滤波器跟随供单片机采集。

值得注意的是，低通滤波器电容电阻位置是相反的，千万不要画反！

 

什么是RC低通滤波电路_哔哩哔哩_bilibili

深入理解滤波器！降噪的底层原理！滤波器到底是什么？_哔哩哔哩_bilibili

顺便一提运放的电容不能随便放，如果放到输出或者是负反馈电路会引起自激。 

运放3：自激振荡漫谈 - 知乎