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1、现代电子信息系统综合实验课程教学大纲课程英文名称： Comprehensive experiment of modern electronic technology 课程代码：K 学 时 数 ：60（两周开放式教学） 学 分 数：2课程类型：实践类核心课程 适用学科专业：电子信息工程大类先修课程：模拟电路基础、数字逻辑设计及应用、数字系统EDA技术、计算机组成原理、C语言、单片机原理及应用执 笔 者：王军 编写日期：2019-04-03 审 核 人： 一、课程简介本课程是电子信息类专业共同的一门实践类核心课程，采用现代电子设计技术展现综合性实验项目设计与实现的全过程，具有实践性强、工程性强、应
2、用性强的特点。面向大三或大四的高年级学生开出，涉及到模拟与数字技术、硬件与软件技术，是对先修的多门课程知识的实际综合应用，在课程体系中具有重要地位。This course is a common course of the electronic information specialty. It adopts the modern electronic design technology to show the whole process of the design and implementation of the comprehensive experimental project. It
3、 has the characteristics of strong practicality, strong engineering and strong application。This course is for senior students of junior or senior students. It involves analog and digital technology, hardware and software technology. It is a practical and comprehensive application of the knowledge of
4、 the first course. It has an important position in the curriculum system.二、课程目标通过本课程的学习，使学生能够综合运用专业基础知识及现代电子设计技术，进行实验项目的方案设计、原理设计、单元模块设计及顶层系统设计。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、报告撰写等综合素质的培养。具体目标是：目标1：综合知识应用能力的培养。课程内容以工程性、趣味性、实用性的项目设计为主，在理解项目系统设计概念的基础上，掌握电路分析、模拟电路、数字电路、EDA技术
5、、计算机原理、单片机技术等相关课程知识在项目系统设计中的综合应用技能。目标2：项目设计问题分析能力的培养。运用必要的理论知识，应用所学原理，辅助设计工具去分析和评价选定实验项目的设计方法、设计方案；针对设计过程中出现的问题与故障，辅助仿真进行数据分析与处理，并对分析处理的结果进行解释；观察、记录与整理实验成果数据，并对相关结果进行分析和解释，通过数据信息综合得到合理有效的结论。目标3：文献查阅、现代设计工具使用、项目系统设计、论文报告撰写能力的培养。通过案例演示、关键知识讲授、网络课件提供等形式，学生熟悉并掌握现代设计工具软件与测试平台的原理与使用；通过自学、文献查阅，利用现代设计工具软件学生
6、自主完成项目的功能设计、仿真、硬件实现与数据测试，并完成科技论文报告的撰写，掌握项目系统设计的全过程与方法。Through this course, students can integrate the professional knowledge and modern electronic design technology, and carry out the project design, principle design, unit module design and top system design. So that students get analog and digital,
7、 hardware and software of the actual engineering training, access to integrated electronic design analysis and problem-solving ability to improve, as well as data collection, cooperative discussion, report writing and other comprehensive quality training. The specific objectives are:Goal 1: the cult
8、ivation of comprehensive knowledge application ability. The content of the course is based on engineering, interesting and practical project design. On the basis of understanding the concept of project system design, master the relevant knowledge of circuit analysis, analog circuit, digital circuit,
9、 EDA technology, computer principle, Comprehensive Application Skills in Project System Design.Goal 2: The training of project design problem analysis ability. Use the necessary theoretical knowledge, the application of the principle of learning, auxiliary design tools to analyze and evaluate the se
10、lected experimental project design methods, design scheme. Aiming at the problems and faults in the design process, the auxiliary simulation is analyzed and processed, and the results of the analysis are explained . Observe, record and organize the experimental results data, and analyze and explain
11、the relevant results. Through the synthesis of data and information to be reasonable and effective conclusions. Goal 3: Training literature review, the use of modern design tools, the design of the project system, the ability to write papers report. Through the case demonstration, the key knowledge
12、teaching, the network courseware provides and so on the form, the student is familiar with and grasps the modern design tool software and the test platform principle and the use. Through the self-study, literature review, the use of modern design tool software, students to complete the projects func
13、tional design, simulation, hardware and data testing, and complete the writing of scientific papers, master the whole process and method of project system design.三、课程内容安排和要求（一）教学内容、要求及教学方法本课程主要以项目性实验及开放式教学实验完成课程的任务要求。其中，授课内容10学时，开放式自主实验内容50学时（持续两周）。1课堂授课内容与要求（10学时）（1）课程介绍：了解课程的性质、教学目的、实验内容及实验形式；理解课程
14、项目设计相关软硬件平台需求，实验考核要求及论文报告撰写要求。（2）软硬件开发平台介绍：理解硬件开发平台的设计原理与组成部件，其硬件设计具有一定的典型性。（3）实验内容介绍：课程提供3个实验项目资源，理解每个实验项目的功能指标要求、项目工作原理、项目系统组成及参考设计方案。（4）项目设计案例演示：掌握集成开发环境的应用，即软件开发平台的设计方法：包括项目工程及项目名的建立、项目文件的程序编辑、编译、仿真；系统原理图设计的模块建模、原理图绘制及系统仿真；系统的编程下载与硬件测试等设计过程；软件调试方法。（5）项目设计相关语言介绍：掌握语言的组成结构、语言的基本要素、语言的基本语句，程序设计的关键技
15、术等。2自主实验内容与要求（50学时）本课程主要分基于单片机应用类的综合性实验项目及基于FPGA应用类的综合性实验项目，共2个题目，每个实验项目的内容及要求参见第（三）部分的详细说明。3教学方法本课程是项目性综合设计实验，需要学生连续上机做项目，课程教学采用集中开放式教学模式，即每个学生要求在23周内连续实验，完成课程的教学内容与考核要求。授课老师设计整理课程所需教学资源、并进行案例演示与网络共享，同时进行课堂内容的教学与实验过程的值班答疑，完成实验结果的成果验收、小答辩、总结及课程结束后的小测试，学生利用自己的空余时间自主完成选定实验项目的设计与实现,并撰写论文设计报告。（二）自学内容和要求
16、熟悉与掌握：HDL语言、单片机C语言（C51）的应用；掌握ISE集成开发软件、Keil uVision集成开发软件，MODELSIM仿真软件的应用技能。学习单片机和FPGA开发板的工作原理与设计应用。（三）实践性教学环节和要求承接第（一）部分实验教学内容，各实验项目的教学内容及教学要求如下：1. 基于FPGA应用类的综合性实验项目实验项目1 ： 基于FPGA的正弦信号产生及失真度测量实验内容：采用FPGA设计技术，分别完成正弦信号产生和失真度测量的方案设计、系统设计、系统仿真测试、系统硬件实现与硬件测试等实验任务，完成项目设计过程中的故障处理，撰写项目系统的论文设计报告。功能及指标要求：要求采
17、用DDS的方法产生一个正弦波，并测量其失真度，具体指标要求如下：（1）正弦波输出频率范围为100Hz20kHz,步进频率为100Hz，输出波形幅值为5V；频率值在数码管上显示。（2）采用频谱分析法测量上述正弦波的失真度。实验要求：（1） 了解FPGA设计流程，掌握HDL语言基本应用，掌握基于FPGA的数字系统设计思想与设计方法，掌握开发软件的使用。（2） 理解DDS的原理、基本结构。（3） 掌握失真度测量的方法，理解FFT的含义。（4） 掌握基于HDL语言的模块及系统设计方法，模块及系统的仿真测试方法。（5） 掌握基于FPGA的硬件实现方法、故障处理方法及硬件测试方法。（6） 掌握项目论文报告
18、的撰写格式、方法与技巧。 设计报告要求：按科技论文规范写作。实验项目2 ： 数字频率计综合设计实验内容： 采用FPGA设计技术，完成数字频率计的方案设计、系统总体设计、系统仿真测试、系统硬件实现与硬件测试等实验任务，完成项目设计过程中的故障处理，撰写项目系统的论文设计报告。 数字频率计的功能及指标要求：（1） 被测输入信号：方波。（2） 测试频率范围为：10Hz1MHz。扩展1MHz100MHz。（3） 量程分为三档： 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
19、为99999.9KHz。（4） 显示工作方式： 用六位数码管显示读数 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。 实现对高位无意义零的消隐。（5） 误差：1%实验要求：（1） 了解FPGA设计流程，掌握HDL语言基本应用，掌握数字系统基于FPGA的设计思想与设计方法。（2） 理解数字频率计的工作原理、基于FPGA 设计的系统组成原理。（3） 掌握ISE软件、MODELSIM软件的熟练使用。（4） 掌握数字频率计基于HDL语言的模块及系统设计方法，模块及系统的仿真测试方法（5） 掌握数字频率计基于FPGA的硬件实现方法、故障处理方法及硬
20、件测试方法。（6） 掌握项目论文报告的撰写格式、方法与技巧。2. 基于单片机应用类综合性实验项目（60学时）实验项目3：基于单片机的综合应用（60学时）基本要求：20分（1） 程序运行后，在8位数码管的高3位显示超声波测距结果（精度0.1cm）；低3位显示当前测试温度（0.1摄氏度）。小车启动后不再测温，最后的温度值作为温度补偿的参数。（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），清除显示，启动小车前进（小车速度分级及速度可自行设定）。同时启动“秒表计时器”，显示在8位数码管的低3位上，从“00.0”开始，即00秒0（精度100ms，定时中断实现）。（3） 始终保持超声
21、波测距处于工作状态，并将测量距离显示在8位数码管的高3位。（4） 启动小车前行后，通过检测跑道两边的障碍物并转向保持尽可能直线行驶，设定小车距离目标位置12.5cm0.2cm处停止前行，同时关闭计时器，记录目标距离和小车行驶时间。 （5） 通过速度调节前进后退等方式使小车精确定位在目标位置，若小于12.3cm目标距离，则声光报警，即用一个发光二极管指示灯LED2闪烁（亮0.1s、灭0.9s）；蜂鸣器用500Hz方波驱动声响；若大于等于目标距离，则撤销声光报警。说明：小车定位的精度和速度是考核学生成绩的重要因素之一，自主设定各种模式和方式，注意控制两个驱动轮直线行驶等，都是本实验难点。扩展要求：
22、10分（6） 利用温度实时补偿（5分）、数据拟合（5分）等方式提升超声波测距的测量精度。（7） 利用PID控制或模糊查找表方式提高定位速度。（能力提升）设计报告要求：按标准实验报告写作。四、考核方式平时成绩：50% 其中：实验项目成果验收：30%；习题作业：10%；设计报告：10%课程结束考试：50%课程结束考试（11.5小时）：机考，包括项目源程序设计、编译及仿真、项目的硬件实现与测试、程序调试等。五、建议教材及参考资料（一）教材： 【1】 陈学英 李颖 编著，FPGA 应用实验教程，国防工业出版社， 2013年5月。【2】 唐续 刘羲 编著，现代电子技术综合实验教程，电子工业出版社，201
23、3年3月。（二）参考资料： 【1】王金明 周顺 编著，数字系统设计与VHDL,电子工业出版社，2010年。【2】田耘 徐文波 编著，Xilinx FPGA 开发实用教程, 清华大学出版社，2012年。【3】孙航、胡灵博等编，XILINX可编程逻辑器件应用与系统设计，电子工业出版社,2008【4】张毅刚 彭喜元 编著，单片机原理与应用设计,电子工业出版社,2008年。【5】周立功等编，Quick51实验教程，广州致远电子有限公司，2013年。【6】徐爱钧等，KeilCx51 V7.0 单片机高级语言编程与uVision2应用实践，电子工业出版，2008年。【7】“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年。【8】 【9】 【10】【11】