2025年電子學會青少年機器人技術(三級)等級考試試卷及答案一、單項選擇題（共15題，每題2分，共30分）1.光敏電阻的阻值隨環(huán)境光照強度增強時會：A.顯著增大B.顯著減小C.基本不變D.先增大后減小2.Arduino開發(fā)板中，模擬輸入引腳（AnalogInput）的AD轉換分辨率通常為：A.8位（0255）B.10位（01023）C.12位（04095）D.16位（065535）3.直流電機要實現(xiàn)正反轉控制，通常需要使用的電路元件是：A.單向二極管B.三極管C.H橋驅動模塊D.穩(wěn)壓芯片4.以下哪種傳感器輸出的是數(shù)字信號？A.光敏電阻（接模擬口）B.溫度傳感器DS18B20C.滑動變阻器（接模擬口）D.麥克風模塊（接模擬口）5.在Arduino代碼中，`digitalWrite(9,HIGH)`的作用是：A.讀取9號引腳的高電平信號B.將9號引腳設置為輸入模式C.向9號引腳輸出高電平D.讀取9號引腳的數(shù)字信號值6.若要測量05V范圍內的模擬電壓信號，Arduino的模擬輸入引腳應連接：A.數(shù)字輸入口B.模擬輸入口（A0A5）C.PWM輸出口（如3、5、6）D.I2C接口（A4、A5）7.步進電機與直流電機的主要區(qū)別是：A.步進電機需要更復雜的驅動信號B.步進電機只能單向轉動C.直流電機精度更高D.步進電機無需電源8.以下哪種元件常用于穩(wěn)定電路電壓？A.電阻B.電容C.電感D.穩(wěn)壓二極管9.紅外避障傳感器的工作原理是：A.發(fā)射并接收超聲波B.發(fā)射紅外光并檢測反射強度C.檢測環(huán)境溫度變化D.測量磁場強度10.在Arduino中，`pinMode(2,INPUT_PULLUP)`的作用是：A.將2號引腳設置為上拉輸入模式B.將2號引腳設置為下拉輸入模式C.將2號引腳設置為模擬輸入模式D.將2號引腳設置為PWM輸出模式11.若要控制LED的亮度，最常用的方法是：A.改變電源電壓B.使用滑動變阻器串聯(lián)C.輸出PWM信號D.并聯(lián)多個電阻12.以下哪項不是三極管的主要作用？A.放大電信號B.作為電子開關C.穩(wěn)定電壓D.控制大電流負載13.編碼器的主要功能是：A.測量電機轉速和位置B.轉換數(shù)字信號為模擬信號C.增強無線信號D.存儲程序數(shù)據(jù)14.在串聯(lián)電路中，以下說法正確的是：A.各元件兩端電壓相等B.總電阻等于各電阻之和C.總電流等于各支路電流之和D.一個元件損壞不影響其他元件15.若要檢測機器人是否碰撞到障礙物，最適合的傳感器是：A.溫度傳感器B.聲音傳感器C.碰撞開關（輕觸開關）D.光照傳感器二、多項選擇題（共5題，每題3分，共15分。每題至少有2個正確選項，錯選、漏選均不得分）1.以下屬于數(shù)字量輸入的元件有：A.按鈕開關（接數(shù)字口）B.紅外避障模塊（數(shù)字輸出型）C.光敏電阻（接模擬口）D.蜂鳴器（接數(shù)字口）2.Arduino開發(fā)板的主要組成部分包括：A.微控制器（如ATmega328P）B.電源管理電路C.無線通信模塊（如WiFi）D.USB轉串口芯片（如CH340）3.以下哪些方法可以保護電機驅動電路？A.在電機兩端并聯(lián)續(xù)流二極管B.使用熔斷器（保險絲）C.直接連接高壓電源D.增加散熱片（針對大功率驅動）4.關于PWM（脈沖寬度調制），以下說法正確的是：A.占空比越大，平均電壓越高B.常用于控制電機轉速C.只能在數(shù)字引腳上輸出D.頻率固定不可調節(jié)5.傳感器使用時需要注意的事項包括：A.供電電壓范圍B.輸出信號類型（數(shù)字/模擬）C.安裝位置和角度D.與微控制器的通信協(xié)議（如I2C、SPI）三、填空題（共10題，每題2分，共20分）1.電阻的國際單位是______（符號表示）。2.三極管的三個極分別是發(fā)射極、基極和______。3.光敏傳感器通常將光照強度轉換為______信號輸出。4.Arduino中`delay(1000)`的作用是讓程序暫停______毫秒。5.步進電機的轉動精度由______決定（如1.8°/步）。6.常見的溫度傳感器DS18B20采用______通信協(xié)議（填寫總線類型）。7.在電路中，電容的主要作用包括濾波、______和耦合。8.編碼器分為絕對式編碼器和______編碼器兩類。9.要實現(xiàn)電機的正反轉控制，H橋驅動模塊需要至少______個開關元件（如三極管或MOS管）。10.模擬信號與數(shù)字信號的本質區(qū)別是______（填寫“連續(xù)性”或“離散性”）。四、簡答題（共5題，每題5分，共25分）1.簡述光電傳感器的工作原理，并舉例說明其在機器人中的一種應用場景。2.比較數(shù)字信號與模擬信號的特點（至少列出3點區(qū)別）。3.說明在Arduino中使用`analogRead()`函數(shù)讀取模擬信號的步驟（包括硬件連接和代碼實現(xiàn)）。4.畫出三極管作為電子開關控制LED的簡單電路圖（需標注電源、三極管類型、LED、電阻的連接關系）。5.分析直流電機無法轉動的可能原因（至少列出4種）。五、應用分析題（共2題，第1題8分，第2題12分，共20分）1.設計一個“自動光控小夜燈”電路：要求當環(huán)境光照強度低于閾值時，LED自動點亮；光照充足時熄滅。需使用光敏電阻、Arduino開發(fā)板、LED、電阻和必要的連接導線。（1）畫出硬件連接示意圖（標注各元件連接的引腳）；（2）寫出關鍵的Arduino代碼邏輯（包括初始化、數(shù)據(jù)讀取、判斷條件、輸出控制）。2.某機器人使用紅外避障傳感器（數(shù)字輸出，障礙物檢測時輸出LOW）和直流電機（通過L298N驅動），要求實現(xiàn)“遇到障礙物時停止，3秒后后退1秒，再繼續(xù)前進”的功能。（1）畫出傳感器與驅動模塊的硬件連接圖（標注Arduino引腳分配）；（2）編寫完整的Arduino控制程序（需包含引腳定義、初始化、主循環(huán)邏輯）。答案及解析一、單項選擇題1.B（光敏電阻為負阻特性，光照越強阻值越小）2.B（ArduinoUNO的AD轉換為10位，范圍01023）3.C（H橋可通過改變電流方向實現(xiàn)正反轉）4.B（DS18B20為數(shù)字傳感器，輸出單總線數(shù)字信號）5.C（`digitalWrite()`用于設置數(shù)字引腳輸出高/低電平）6.B（模擬輸入口用于讀取05V模擬電壓）7.A（步進電機需脈沖信號控制步數(shù)，驅動更復雜）8.D（穩(wěn)壓二極管用于穩(wěn)定電壓，如5V穩(wěn)壓）9.B（紅外避障通過發(fā)射反射紅外光檢測障礙物）10.A（`INPUT_PULLUP`設置上拉輸入，按鈕未按下時引腳為HIGH）11.C（PWM通過占空比調節(jié)平均電壓，控制LED亮度）12.C（穩(wěn)定電壓是穩(wěn)壓二極管或穩(wěn)壓芯片的功能）13.A（編碼器用于測量電機轉速和位置反饋）14.B（串聯(lián)電路總電阻=各電阻之和，電流處處相等）15.C（碰撞開關直接檢測物理接觸，適合碰撞檢測）二、多項選擇題1.AB（按鈕和數(shù)字輸出型紅外模塊輸出數(shù)字信號）2.ABD（Arduino核心包括微控制器、電源管理、USB轉串口，無線模塊非標配）3.ABD（續(xù)流二極管吸收反電動勢，熔斷器過流保護，散熱片降低溫度）4.ABC（PWM占空比決定平均電壓，用于電機調速，僅數(shù)字引腳支持）5.ABCD（傳感器需匹配電壓、信號類型、安裝位置及通信協(xié)議）三、填空題1.Ω（歐姆）2.集電極3.電（或“電阻/電壓”）4.10005.步距角6.單總線（1Wire）7.儲能（或“隔直”）8.增量式9.4（H橋由4個開關元件組成）10.連續(xù)性（模擬信號連續(xù)，數(shù)字信號離散）四、簡答題1.答案：光電傳感器由發(fā)光元件（如紅外LED）和接收元件（如光敏二極管）組成。工作時，發(fā)光元件發(fā)射光信號，接收元件檢測反射或透射的光強變化，轉換為電信號（如電壓變化）。應用場景：機器人自動循跡（檢測地面黑白線反射光差異）。2.答案：①模擬信號在時間和數(shù)值上連續(xù)（如溫度變化），數(shù)字信號離散（只有0/1）；②模擬信號易受干擾，數(shù)字信號抗干擾性強；③模擬信號處理需模擬電路，數(shù)字信號可通過微控制器直接處理。3.答案：步驟：①硬件連接：將傳感器輸出端接Arduino模擬輸入引腳（如A0），傳感器電源和地正確連接；②代碼實現(xiàn)：使用`analogRead(A0)`讀取A0引腳的模擬值（01023），存儲到變量中，后續(xù)可轉換為實際物理量（如電壓=數(shù)值×5/1023）。4.答案：電路圖要點：電源（如5V）→電阻（限流）→三極管基極→Arduino數(shù)字引腳（如D2）；三極管發(fā)射極接地，集電極→LED→電源正極（或LED→集電極→地，需根據(jù)三極管類型調整）。注：NPN型三極管示例：D2通過電阻接基極，發(fā)射極接地，集電極接LED陽極，LED陰極接5V。5.答案：可能原因：①電源故障（電壓不足或無供電）；②電機驅動模塊損壞（如H橋擊穿）；③控制信號錯誤（如Arduino未輸出正確的高低電平）；④電機本身損壞（線圈短路或斷路）；⑤機械卡阻（齒輪或轉軸被卡?。Ｎ?、應用分析題1.答案：（1）硬件連接：光敏電阻一端接5V，另一端接ArduinoA0引腳和一個10kΩ下拉電阻（電阻另一端接地）；LED陽極通過220Ω電阻接D9引腳，陰極接地。（2）關鍵代碼邏輯：```cppintlightSensor=A0;//光敏電阻接A0intledPin=9;//LED接D9intthreshold=500;//光照閾值（可調整）voidsetup(){pinMode(ledPin,OUTPUT);}voidloop(){intlightValue=analogRead(lightSensor);//讀取光照值if(lightValue<threshold){//光照不足（光敏電阻阻值大，A0電壓低，數(shù)值?。ヾigitalWrite(ledPin,HIGH);//點亮LED}else{digitalWrite(ledPin,LOW);//熄滅LED}delay(100);//延時穩(wěn)定}```2.答案：（1）硬件連接：紅外避障傳感器VCC接5V，GND接地，OUT接D2（數(shù)字輸入）；L298N驅動模塊ENA接D5（PWM調速），IN1接D3，IN2接D4（控制電機A正反轉），電機A接OUT1和OUT2；L298N電源接12V電機電源，GND與Arduino共地。（2）完整代碼：```cppintirSensor=2;//紅外避障接D2intenA=5;//L298NENA接D5intin1=3;//IN1接D3intin2=4;//IN2接D4voidsetup(){pinMode(irSensor,INPUT);pinMode(enA,OUTPUT);pinMode(in1,OUTPUT);pinMode(in2,OUTPUT);digitalWrite(enA,HIGH);//啟用電機驅動}voidforward(){digitalWrite(in1,HIGH);digitalWrite(in2,LOW);}voidbackward(){digitalWrite(in1,LOW);digitalWrite(in2,HIGH);}voidstop(){digitalWrite(in1,LOW);digitalWri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