2022年电赛D题混沌信号发生器分析
前言
这篇博客本来在比赛完的时候差不多写完了，但是因为一些个人原因一直拖到现在，回校的时候突然想起来自己有一篇博客还没有完结，今天就把它写完吧，也算是留个纪念！
截止至今，2022年电赛也已经结束了，客套话就不扯了，累肯定是累的，这次成绩我们组也不是很理想，没办法，认命了，看明年冲一冲国赛了，直接进正题。
因为我们实验室的方向是仪器仪表跟信号的，当时题目出来时，我们组一直很纠结，是选择D题还是F题，看来看去也只有这两个题目可以做。
D题一眼看过去时，根本看不懂，毕竟以前从来都没有听过什么混沌信号，在网上搜了一下这个涉及到什么密码学，我们第一反应就是很难很难。以前只有在计算机专业那边同学听他们说过什么密码安全什么，刚开始给我的第一反应是不是要在单片机上面做一个什么软件之类的，毕竟在这方面不是很懂，现在想想真的是异想天开。
再说一说F题，刚开始看过去感觉还是能懂一点，大概脑里面有一个框架。后面组员商量了一下，后面反应就是完了，这些知识点我们学校大三才开始学，我们现在只懂一丢丢皮毛，芭比Q了，今年栽了，当时还开玩笑说准备睡个四天三夜。
一、题目分析
既然大家看见我们这个题目也就知道我们最后选了什么题，我也不瞎扯了，直接来看题。
鄙人从比赛开始一直分析到现在写这篇博客，我总结了几个难点，欢迎大伙来补充：
1.混沌电路选择：
在题目后面，它给我们介绍了三种电路。但是考比兹电路是用三极管实现的，这个题目限制了要用运放，所以这个电路可以pass掉了；再看看范德坡电路，在网上搜的基本上都是需要外加激励，本题也限制了，这个也pass掉。所以到后面只能选择蔡氏电路。
2.框架。这个就没什么好说的，就是整体框架，电路分哪几个模块。当我们开始做这个电路后，我们后面慢慢发现其实电路也就分蔡氏电路模块、回转器模块、换档模块和跟随放大模块。可能在带宽那里会多出来一个模块，但是我们这边没做出来，欢迎大佬补充。
3.单电源。这个是最主要的难点，如果做过这个题目的伙伴都知道，用单电源仿真时波形会被削。比赛第一天我跟我们组员查资料跟Multisim仿真了一整天，蔡氏电路那边解决了，但是有源电感那边怎么都仿不出来，如果用双电源的话就可以。
给大家看看单电源的蔡氏电路，没错，就是把原来的地加一个二分之一VCC的电源，这个可以采用电阻分压，用一个电源就可以实现了，大家有兴趣可以去试试看。
4.带宽。这个很难很难，我只能说这个是D题里面最难的，我们没做出来。如果采用那个基本的17mH电感的电路，我们组员算了只有二十多KHZ。我们这边有一些理论支持，大家可以去试试，我们组当时已经在非常非常的“压榨”这个带宽，最后只能理论达到了六百多KHZ，还是远远不够。话不多说，上图。
这些就是大概的计算公式，这些全是我组员找的，这边还是要吹一吹她们，我们组是我一个男的跟她们两个女孩。网上大部分都说这种比赛选组员不要选女生，但是她俩在我这边印象还是比较好，我这边是主打硬件，所以软件跟报告就交给她们，在那些方面我几乎就没有操过什么心。女孩子心细点，这些资料全部都是她们找的，我们组的回转器也是她俩仿出来的，我只是负责后面画PCB、焊接跟测试之类的，所以我这边还是希望大家不要带着有色眼镜去选择队员。
二、设计过程
1.蔡氏电路
其实这个就是最典型的蔡氏二极管，如果你不做带宽那个，这个就是一个死电路，拿个轨对轨的芯片按照这个图做就可以了，但是如果你要做很高带宽，芯片选择很重要，并且这个后面的阻值可能就需要等比例一起增大或者减小。
这边建议C1跟那个蔡氏电路放一块板上，因为我们一般改变波形就是改变上图的R，所以你的C1只能放在蔡氏模块或者换档模块上面，这边建议放蔡氏模块。
补充：我们这边毕竟不是很懂，在网上也看见有其他比较牛逼一点的蔡氏电路，但是因为时间有限，我们只能做这个最基本的，欢迎大伙补充其他更好的蔡氏电路。
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这里单独出来讲讲带宽，如果按那个计算公式，40MHZ轻轻松松，但是这个带宽是非常非常依赖芯片的，我们在仿真上面一样的电路，换一个芯片，结果完全不一样。我们这边是不动蔡氏电路，只调制前面的电感、电容和电阻，仿真最高只能同比例缩几百倍，意思就是最多只能达到几M~几十M，达不到40M，还是那句话，特别依赖芯片，有兴趣的伙伴可以自己去仿真试一试。但是我们在网上看见过一篇文章介绍过其他的增宽频带的方法，就是蔡氏的电阻也一起按比例缩或者增，但是那种比较麻烦，时间有限，没有采用这种方法。
那就会有伙伴问我，你说在仿真上面可以达到几M~几十M，那为什么你上面说最多“压榨”到六百多KHZ？
因为理论只是理论，我们把除了蔡氏之外都等比例缩了20倍，然后调制到双旋波，测出实际电阻再计算只有六百多KHZ。我们实物等比缩过1000倍，但是图形只有单周，其他的波形全部没有，如果这个有的话，那么我们理论值就达到了40M。可是不行，最后只能一个一个试，终于试出来20倍。
后面我们发现在一些只能单周的倍数时，你在它后面接一个跟随放大，结果可以出来题目要求的其他波形，但是三周期不稳定，这个需要注意。加上这个方法，可以“压榨”多少频率出来，感兴趣的伙伴可以去试试，我们就没有试了，反正可以比原来的频率高，但是频率越高，它后面的峰峰值越小，你需要的放大倍数需要的越大。
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2.回转器
大伙可以参考一下，去网上搜一搜这个电路，我们就是按这个模板做的电路，然后具体参数应该是有公式的，这里就不做过多的解释了。回转器是我组员找资料仿真的，所以在这方面我可能介绍不了太多，但是基本上就是这个电路模板，然后这整个电路等效为一个电感，来实现题目第三点无电感的要求。
3.换档电路及跟随放大
（1）换档电路
题目要求了五种波形，所以我们需要在一个地方改变数值从而改变混沌信号的波形，还是这张图
最方便就是改变电阻R，其实就是把电阻R单独做一个模块，然后加一些控制器，比如继电器或者手动开关之类的。这里再来看看题目要求
题目上面说可以使用编程或者开关，所以我们总的有两种选择，一种是单片机控制继电器，一种是手拨开关。我们实验室大部分人选择了继电器，但是我们组在最后选择了手拨开关，可能是我们觉得这种开关方便使用，并且，如果使用了继电器，需要再单独拿一块单片机来控制，挺麻烦的，最后选择了这种经济实惠（主要是懒，这个方法简单粗暴）的方法。话不多说，直接上图
本来想用一个四档开关就可以了，奈何实验室没有合适的元器件，就拿了单刀双掷开关来串着用。
（2）跟随放大
因为题目要求，在单旋跟双旋时需要达到输出80%VCC，所以在这里需要一个跟随+放大，刚刚好两个运放，这样子第四点也可以满足。这种基本电路就不发了，值得注意是，在刚刚说的换档模块后面还需要一个单刀双掷开关。选择需不需要放大，因为在单周这些没有要求幅值的，你一起放大，可能会让这些图形产生失真。
总结
这紧张刺激的电赛就结束了，对于今年的题目我只想说挺可惜的，我们组在赛前准备了很多自做的模块，基本上都没有用到，只能说今年的题目与以前的题目完全就两样，也只能说自己的实力还不够，还得练。
但是若只是说这个题目，除了带宽那里，基本上也没有什么难点，蔡氏电路跟回转器就是电路模板，搞懂计算公式基本上就可以拿来直接用。但是参加了实验室，还是学到了很多书本没有的知识，搞懂了理论终究只是理论，如果要做实物图，还是有很大的区别，最后上一些我们成果的图片吧！
注意：在三周期那边有点不稳定，波形会有一点点跳动，至于为什么还没有搞清楚，希望有大佬来给我们指点一下。