教学计划和要求

基本情况：

1. 总学 时：32学时

2. 学时比例：1.0（课内）：1.0（课外）

3. 学   分：1.0学分

4. 适用范围：2020级吴健雄学院学生

5. 先修课程：数字逻辑电路、模拟电子线路

6. 时   间：2022.8～2022.9

7. 实验教材：搭建你的数字积木—数字电路与逻辑设计（VerilogHDL&Vivado版）

教学要求：

课程目标和背景：

电子系统综合设计是一门综合运用数字和模拟电子技术解决现实生活和工程实际问题的课程，需要运用电路原理、数字电路、模拟电路、电力电子、仪器使用、传感器及检测技术、信号放大、模数信号转换、数据显示、反馈控制、PID控制及参数设定等相关知识与技术方法。并涉及测量仪器精度、线性度，硬件及软件反馈，仪器设备标定及抗干扰等工程概念与方法。需要Multisim等电路仿真软件进行电路仿真和原理验证，利用Protel、AltiumDesigner等电路设计软件设计电路原理图、PCB图，掌握焊接技术完成电路集成，利用单片机、FPGA等开发工具综合串接这些知识和技能，并熟练掌握开发工具内部结构与工作原理、接口电路、程序设计语言最终完成项目任务和指标。

实验要求：

1. 实验采用集中授课+开放实验模式，课内教师传授学生实验方法和技能，引导学生完成必做实验项目，课外学生完成选做和自主性实验项目，教师进行适当辅助。第一次实验时请仔细阅读开放实验规章制度，并在以后的实验中认真遵守

2. 每次实验要带校园卡、元器件。元器件请妥善保管，勿丢失或损坏，否则将照价赔偿

3. 在进入实验室时，请在刷卡机上出示您的校园卡，在刷卡机分配的实验室和实验座位上完成实验，严禁串座

4. 实验前先检查自己座位上的仪器、如有缺失或损坏请及时通知指导老师处理。实验过程中如果发生仪器故障，也请和值班教师联系，值班教师检查确认后用备用仪器更换，严禁自己用其他实验座位上的仪器更换

5. 按实验设计方案搭接和测试电路，认真检查确保无误后方可通电测试

6. 认真记录实验数据和实验波形，所有数据和波形都要分析判断，确认正确

7. 要求实物验收的实验内容，完成并记录所有实验数据后，提请指导老师验收，验收通过后方可拆除电路结束实验

8. 实验过程中遇到故障要独立思考，耐心查找故障原因并排除，记录故障现象、排除故障过程和方法

9. 实验中若发生异常现象，应立即切断电源，通知指导老师处理。如有元器件损坏，可到仪表室购买

10. 实验中途请勿随意离开实验室，如确实有特殊情况请向指导教师请假

11. 实验完成后请将仪器归位并关闭仪器电源、整理线缆、打扫干净实验桌面，然后刷卡下机

选题要求：

• 查询资料，了解工程技术背景

• 设计规划项目需要实现的功能与性能指标

• 构思几种实现方案，并进行论证对比

• 设计电路的框架结构，构想人机交互

• 同样选题，方案、电路不得相同

• 强调创意发挥（功能设置、实现方法、电路设计）

实验过程：

• 选题

• 选择并熟悉平台和开发环境

• 解析题目，熟悉项目背景、任务和指标

• 立项演示报告

• 设计电路：数字逻辑电路、模拟电子电路

• 选择元器件与参数：实验室提供温度控制、电子秤与继电器实验对象，具体元器件需要自行购买

• 软件设计仿真

• 电路实现：开发工具（FPGA、单片机）、电路搭试、涉及测试方法（功能调试、指标测试、记录数据、选择实验仪器设备

• 总结分析：数据处理、分析/功能、指标分析/误差分析/总结展望/结题演讲

• ……

实验报告要求：

1. 实验报告应该包括以下几个部分

• 时间地点名称：实验进度过程记录

• 任务要求分析

• 实验原理分析：包括实验电路的设计过程、系统框图、原理图、硬件连接图、测试方案等，要求在实验前完成

• 实现方案论证

• 公式推导计算

• 电路参数选择

• 设计仿真优化

• 系统结构设计

• 电路调试测试

• 数据记录处理：记录实验具体步骤、原始数据、实验过程、实验中遇到的故障现象、排除故障的过程和方法等

• 误差处理分析：对实验结果进行分析比对

• 实验分析总结：总结实验完成情况，对设计方案和实验结果做必要的讨论，简述实验收获和体会

• 使用仪器设备：实验中用到的仪器设备

• 参考资料，记录实验过程阅读的有关资料，包含资料名称、作者等

2. 实验报告必须在指定时间完成并提交

评分和考核方法

• 考核指标

  1. 选题构思（功能、指标、结构、方法）

  2. 创意发挥（构思功能、实现方法、电路设计）

  3. 实验验收（实现程度、问题回答）

  4. 设计报告（全面、规范）

  5. 演讲（设计、提炼、表达）

本课程最终成绩由平时实验过程成绩、实验报告和项目验收成绩组成。具体成绩组成如下：

课程准备事项

• 自行下载安装以下软件（也可以官网下载）（VIVADO2020.1WEB版）

https://pan.seu.edu.cn:443/link/F921A421F05CA7F821475293A5AB441D

有效期限：2022-08-31

• 搭建你的数字积木—数字电路与逻辑设计（VerilogHDL&Vivado版）课本配套视频地址：

绿豆汤带你玩转FPGA的个人空间_哔哩哔哩_bilibili

教学内容：

选题列表

A 环境光强检测

设计一个基于FPGA的数字式光照检测仪，通过OLED/数码管显示光度，并且具有判断光照方位能力。

课题任务：

基础要求

1. 对光照强度实施实时采集，光照强度的测量范围为：2~600LX，精度±2%；（系统采用光敏电阻采集光照强度信息。光照强度直接反映在光敏电电阻阻值上，进而反映在光敏电阻两端的电压值上）

2. 通过FPGA对电压信号进行采集，经换算后通过数码管显示光强强度。

3. 可以设置多个不同方向的光敏电阻，通过比较它们的光强数值以判断光照方位并予以指示。

提高要求

1. 根据环境光强度，令LED1输出亮度与环境光强相反。

2. 具有自动量程功能

3. 其他发挥要求

B简易数字电压表

二、要求

1．基本要求

（1）测量范围：100mV～5V

（2）量程：mV档，V档

（3）显示范围：十进制数0～4999

（4）测量分辨率：1mV（5V档）

（5）测量误差：≤±1％

（6）采样速率：≥2次/秒

（7）输入电阻：≥1M

（8）具有抑制工频干扰功能

（9）具有人机交互界面、菜单和矩阵键盘设置量程。

2．发挥部分

（1）测量范围：1mV～5V

（2）量程：mV档，V档

（3）显示范围：十进制数0～49999

（4）测量分辨率：0.1mV（5V档）

（5）测量误差：≤±0.5％±5

（6）具有自动校零功能

（7）具有自动量程转换功能

（8）其他

C低频信号相位测量仪（只要相位测量）

设计并制作一个低频相位测量系统，示意图如下：

二、要求

1、基本要求

1. 频率范围：20Hz～20kHz。

2. 相位测量仪的输入阻抗≥100k。

3. 允许两路输入正弦信号峰-峰值可分别在1V～5V范围内变化。

4. 相位测量绝对误差≤2°。

5. 具有人机交互界面、菜单和频率测量及数字显示功能。

6. 相位差数字显示：相位读数为0^o~359.9^o，分辨力为0.1°。

2．发挥部分

1. 在保持相位测量仪测量误差和频率范围不变的条件下，扩展相位测量仪输入正弦电压峰-峰值至0.01V-5V范围

2. 其它。

D简易频率计

一、任务

设计并制作一台数字显示的简易频率计。

二、要求

1．基本要求
　　（1）频率测量
a．测量范围信号：方波、正弦波；幅度：0.5V～5V；频率：1Hz～1MHz
b．测量误差≤0.1%
　　（2）周期测量
a．测量范围信号：方波、正弦波；幅度：0.5V～5V；频率：1Hz～1MHz
b．测量误差≤0.1%
　　（3）脉冲宽度测量
a．测量范围信号：脉冲波；幅度：0.5V～5V；脉宽度≥100μs
b．测量误差≤1%
　　（4）显示
　　具有人机交互界面、菜单和矩阵键盘设置模式。十进制数字显示，显示刷新时间1～10秒连续可，对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示。
　　（5）具有自校功能，时标信号频率为1MHz。
2．发挥部分
　　（1）扩展频率测量范围为0.1Hz～10MHz（信号幅0.5V～5V），测量误差降低为0.01%（最大闸门时间≤10s）。
　　（2）测量并显示周期脉冲信号（幅度0.5V～5V、频率1Hz～1kHz）的占空比，占空比变化范围为10%～90%，测量误差≤1%。
　　（3）在1Hz～1MHz范围内及测量误差≤1%的条件，进行小信号的频率测量，提出并实现抗干扰的措施。