现代电子技术综合实验
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课程评价
spContent=你想将学习的电子理论知识在电子产品中获得如何应用吗?来吧,本课程将传授你如何应用现代电子技术设计手段灵活自如地进行电子系统设计的全过程。其课程特色以项目实验为主,含有单片机和FPGA的综合应用,具有很强的综合性、工程实践性和创新设计与自主开发性,是工程师及创新人才的摇篮基地。
—— 课程团队
课程概述

现代电子技术综合实验课程是电子信息类专业本科生共同的一门实践类核心课程,是对先修的多门专业课程知识及现代电子设计技术的实际综合应用,在课程体系中具有重要地位。

本课程以项目为主线,采用FPGA、单片机应用设计技术,使学生学习与了解项目系统的工作原理,掌握项目系统的方案设计、模块与系统设计、仿真与硬件实施、数据实时测试与分析的全过程。目的使学生得到模拟与数字、硬件与软件的实际工程训练,获得综合电子设计分析问题和解决问题的能力提升,以及资料收集、合作讨论、论文报告撰写等综合素质的培养,为学生未来进入毕业设计、走向工作岗位和进入研究生学习奠定基础。

本课程教学模式采用教师授课为辅,实验过程辅导和跟踪、学生自主开放式设计为主。其实验相关知识授课内容10学时,开放式自主实验内容30学时。

本课程的学习环节包含:观看讲课视频、参与课程知识点测试、选择实验项目、完成选定项目的方案设计、单元模块及系统的程序设计与仿真、硬件实现与数据测试分析、参加课程讨论、项目结题答辩、结课考试等。


授课目标

将理论与实践进行高度的综合应用,通过本课程的学习,使学生能够综合运用专业基础知识及现代电子设计技术解决实际工程问题,熟练掌握项目系统的方案架构、设计实施、测试分析、论文报告撰写等全过程,使学生获得综合能力和创新能力的培养。

课程大纲

一、 实验内容:

40学时的实验项目内容任选其一完成。

实验项目1   数字频率计综合设计(40学时)

   采用FPGA或嵌入式设计技术,完成数字频率计的以下功能与指标:

  (1)被测输入信号:方波。(2) 测试频率范围为:10Hz~100MHz。(3)分量程显示:第一档:最小量程档,闸门时间为1S时,最大读数为999.999KHz;第二档:闸门时间为0.1S时,最大读数为9999.99KHz;第三档:闸门时间为0.01S时,最大读数为99999.9KHz。(4)显示工作方式:① 用六位数码管显示读数;② 采用记忆显示方法,即在一次测试结束时,显示测试结果,此显示值一直保留到下次测量显示数到来,才进行更新;③ 实现对高位无意义零的消隐。(5)测量误差:≤1%。(6)选做扩展要求:显示量程自动换挡。

实验项目2   智力抢答器综合设计(40学时)

   采用FPGA设计技术,完成智力抢答器以下功能与指标:

 (1)编号为1-6的选手在规定的时间(如10秒)内按键抢答。(2) 抢中选手的号码用数码管锁定显示。(3) 选手抢中后启动答题计时器,答题时间:两位数学号+30,单位为秒。(4) 主持人控制系统的清零和开始。(5) 系统具有报警提示功能,分别提示抢答开始、有人抢答、定时时间到。(6) 报警声音延迟时间:两位数学号+500,单位毫秒。(7) 系统所有按键具有消抖功能。(8)扩展功能:报警声音用存储音乐播放。

实验项目3   多功能数字跑表综合设计(40学时)

采用FPGA设计技术,完成多功能跑表以下功能与指标:

(1) 跑表精度为0.01秒。(2) 跑表计时范围为1小时。(3) 设置开始计时/停止计时、复位两个按钮。(4)模拟真实跑表的计时功能,除普通计时外,用1个按键记录多个选手的到达时间。(5)比赛结束后,能读取选手的达到时间。(6) 显示方式:用用六位LED数码管显示实时计数、选手号码及对应的跑步时间。(7) 所以输入按键均具有消抖功能。

实验项目4   交通灯控制器综合设计(40学时)

采用FPGA设计技术,完成交通灯控制器以下功能与指标:

(1) 设计十字路口交通灯,有东西和南北两条主干道,在干道入口有红(R)、绿(G)、黄(Y)三种颜色的指示灯表示道路的通行状态。有数码管显示通行状态的时间,其中红灯停,绿灯行,黄灯表示等待。(2) 每个干道的通行时间可以通过外设预置,至少可以预置两组时间1和2。(3) 交通灯由绿灯→变红灯有5秒黄灯闪亮时间,由红灯变绿灯没有时间间隔。(4) 系统具有复位功能和特殊应急状态功能,进入应急状态时,所有路口均显示为红灯,计时器停止计时;一旦应急状态取消,指示灯和计时器继续进行前面的工作。(5)系统具有流量控制切换功能,正常工作状态,按预置时间1进行;当某个方向车流量增大太多,产生流量控制信号时,按运行时间长的流量2进行。(6)扩展功能:可以用液晶点阵显示模拟车辆和道路的实际通行。

实验项目5   基于单片机应用的综合实验(包含:秒表、电压与温度测量,40学时)

    采用单片机技术,完成以下功能与指标:

(1)定时10ms后,启动LC549 A/D转换器进行电压测量,测量范围0~2.49V,用发光二极管显示0V和2.49的极值状态,设置电压门限为2V,超过门限声光报警;数码管显示自己的学号、启动运行时间和电压值。

   要求能够线性调节,即A/D转换器TLC549为8bit,理论上可对应256级亮度。提示:用PWM控制,PWM波频率适当即可,建议取2.56ms或25.6ms的周期,亮度等级为25级。

   (2)设置一个按键,当按下该按键时,蜂鸣器响0.1秒(按键提示音),同时启动LM75A数字温度传感器完成温度的测量,其工作学号及温度值用数码管显示。

   (3)再次按下该键时,蜂鸣器响0.1秒,再回到电压测量状态。通过开关,实现电压和温度测量的交替显示。也可用运行时间自动切换。

    扩展要求: (4)对电压测量值进行简单的数据处理,如去除尖峰干扰的平均滤波:每12个测量值数据为一组,去掉最大值和最小值后的10个测量值进行算术平均后,作为显示值。为不影响测量结果的实时性,还可进行滚动滤波。(5)其他:直流电机测速、LCD显示等。

二、 实验要求:

   自学语言和软硬件平台的使用,自主完成所选项目的方案设计、系统总体设计、系统仿真测试、系统硬件实现与硬件测试等,掌握项目设计过程中的故障处理分析方法,撰写项目系统的论文设计报告。

三、 教学方法:

   采用多媒体影音课件示范结合教师对重点知识讲解的方法,学生自主学习、资料查询、动手实验,教师指导答疑、过程跟踪等开放式教学模式。


预备知识

先修课程: 数字逻辑设计及应用、模拟电路基础、数字系统EDA技术、单片机原理及应用、计算机组成与接口原理

证书要求


本课程的学习环节包含:观看讲课视频、完成每单元课后的测验题、完成课程中选定项目的设计、参加期末考试。

 课程学习成绩由三个部分构成:

(1)课后单元测试:在每次授课结束后完成课后的单元测试,占课程成绩的20%。

(2)课程项目设计:完成选定项目的设计,提交设计成果与论文报告,占课程成绩的50%。

(3)课程考试:课程结束后,学生可以参加课程的最后考试,占课程成绩的30%。

完成课程学习并考核合格(>=60分)的可获得合格证书,成绩优秀(>80分)的可获得优秀证书。


参考资料

(一)教材

陈学英,李颖 编著.FPGA应用实验教程.北京:国防工业出版社,2013

2  唐续,刘羲 编著.现代电子技术综合实验教程.北京:电子工业出版社,2016

(二)参考资料

1  王金明,周顺  编著数字系统设计与VHDL.北京:电子工业出版社,2010

2  田耘徐文波 编著.Xilinx FPGA 开发实用教程.北京:清华大学出版社,2012

3  张毅刚彭喜元 编著.单片机原理与应用设计.北京:电子工业出版社,2008

4  周立功等编.Quick51实验教程.广州致远电子有限公司,2013

5  徐爱钧等编.KeilCx51 V7.0 单片机高级语言编程与uVision2应用实践.北京:电子工业出版,2008

6  习友宝 王军等编.电子技术综合实验——单片机应用实验指导书.电子科技大学电子实验中心,2008 

7  全国大学生电子设计竞赛网站 http://www.nuedc.com.cn/

8  21ic中国电子网 http://www.21ic.com/

9  EDN电子技术设计 http://www.ednchina.com/

10 周立功单片机官网 www.zlgmcu.com

11 赛灵思FPGA官网 www.xilinx.com