硬件課程設(shè)計2011

1硬件課程設(shè)計華中科技大學電子與信息工程系簡介具體安排“TI杯”華中科技大學電子設(shè)計競賽開發(fā)過程3課程安排簡介必修的實踐性教學環(huán)節(jié)。培養(yǎng)計劃學時：2W(19~20周)總學分：24課程任務(wù)與目的硬件課程設(shè)計應(yīng)使學生較系統(tǒng)地完成針對小型實用電子系統(tǒng)的選題、方案論證、電路設(shè)計、電路實現(xiàn)、裝配調(diào)試、系統(tǒng)測試、到總結(jié)報告的完整過程，通過針對系統(tǒng)設(shè)計要求對模擬電路、數(shù)字邏輯電路、通信電子電路、微機原理等相關(guān)課程理論知識的綜合運用，掌握硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的方法，培養(yǎng)學生主動實踐能力與創(chuàng)新思維意識，培養(yǎng)學生的團隊合作精神，為后續(xù)發(fā)展打下堅固的基礎(chǔ)。

5目標合格的專業(yè)工作者卓越工程師相關(guān)課程理論知識的綜合運用，掌握硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的方法，培養(yǎng)學生主動實踐能力與創(chuàng)新思維意識，培養(yǎng)學生的團隊合作精神，為后續(xù)發(fā)展打下堅固的基礎(chǔ)。

6完整過程選題需求分析

系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)實現(xiàn)

裝配調(diào)試

系統(tǒng)測試

總結(jié)報告7先修課程《模擬電路》、《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計》、《通信電子電路》、《微機原理》、《微機原理實驗》、《電子線路設(shè)計?測試?實驗》及其他相關(guān)課程與知識考核方式與評分方式

學生必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成其設(shè)計內(nèi)容，并以報告和實物運行參加課程考核，考核按完成質(zhì)量以及創(chuàng)新性表現(xiàn)綜合給分。評分為優(yōu)、良、中、通過、不通過五個等級。具體安排1、第8周硬件課程設(shè)計緒論課。2、第8周課題雙向選擇。3、第9周確定名單。4、第10周開題課---課題背景與要求介紹5、第14周設(shè)計方案檢查與論證-元件清單。6、第19-20周進實驗室，調(diào)試、驗收。9選題---可行性論證可行性研究的主要任務(wù)是“了解客戶的要求及現(xiàn)實環(huán)境，從技術(shù)、經(jīng)濟和社會因素等三方面研究并論證本軟件項目的可行性，編寫可行性研究報告，制定初步項目開發(fā)計劃?！边x題采用適當難度與份量要求的指定課題與自選課題，鼓勵使用結(jié)合實際應(yīng)用的最新芯片與開發(fā)工具，使學生在規(guī)定的時間內(nèi)工作量飽滿，經(jīng)努力能完成任務(wù)，有利于進行創(chuàng)新設(shè)計與實現(xiàn)。指定課題多路搶答器 王德勝基于FPGA實現(xiàn)健身游戲機控制

楊小獻鎖相環(huán)頻率合成器 楊健/陽浩數(shù)字溫度計 龔軍線性穩(wěn)壓電源 吳建新數(shù)字電壓表 秦臻/羅杰基于FPGA實現(xiàn)DDS信號源 羅杰 TI硬件設(shè)計競賽 曾喻江、陳林、汪小燕溫度測量與多路無線巡檢裝置波形發(fā)生器自選題目自選題目可以自選題目，但須將選題的設(shè)計內(nèi)容與系統(tǒng)設(shè)計框圖寫成書面文檔在首次課（第9周）間與老師討論，經(jīng)過老師同意后，作為本次課程設(shè)計?！癟I杯”華中科技大學電子設(shè)計競賽

競賽采取統(tǒng)一命題方式，不超過5名學生為一隊，以隊為單位選題報名參賽，參賽隊限選一道賽題參賽。參賽學生包括“數(shù)理提高班”三年級的全體學生和在電信專業(yè)做硬件課程設(shè)計的優(yōu)秀在校本科生（《電子線路設(shè)計與測試》與微機原理課程成績需在85分以上）。競賽成績作為學生的硬件課程設(shè)計成績。TI杯”華中科技大學電子設(shè)計競賽（續(xù)）競賽采取開放式的方式，在硬件課程設(shè)計限定的時間范圍內(nèi)由學生自己獨立完成整個作品設(shè)計與制作。競賽要求作品采用2片及2片以上的TI公司生產(chǎn)的模擬器件或者一片MSP430單片機。在競賽中如發(fā)現(xiàn)用他人作品冒充自己的作品，將取消評獎資格并且硬件課程設(shè)計做不合格處理。TI杯”華中科技大學電子設(shè)計競賽（續(xù)）課程設(shè)計最后一次課進行統(tǒng)一測試、答辯，根據(jù)參賽隊作品的測試、答辯情況予以評獎。開發(fā)過程瀑布模型原型模型演化模型1.瀑布模型

(WaterfallModel)可行性研究與計劃需求分析設(shè)計編碼運行維護測試定義階段開發(fā)階段維護階段

2.

原型模型（快速原型模型

RapidPrototypeModel）建造/修改原型用戶測試運行原型

聽取用戶意見原型范型增量模型(IncrementalModel)螺旋模型(SprialModel)3.演化模型增量模型(IncrementalModel)螺旋模型(SprialModel)分析增量模型設(shè)計實現(xiàn)測試分析設(shè)計實現(xiàn)測試分析設(shè)計實現(xiàn)測試分析設(shè)計實現(xiàn)測試增量1增量2增量3增量n

增量1交付客戶

增量2交付客戶

增量3交付客戶增量n交付客戶日歷時間…..3.2螺旋模型風險分析工程實施用戶通信用戶評估產(chǎn)品維護項目產(chǎn)品增強項目新產(chǎn)品開發(fā)項目概念開發(fā)項目計劃建造及發(fā)布23完整過程選題

需求分析

系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)測試

總結(jié)報告需求分析準確地定義未來系統(tǒng)的目標，確定為了滿足用戶的需求系統(tǒng)必須做什么。用<需求規(guī)格說明書>規(guī)范的形式準確地表達用戶的需求。需求分析功能性需求定義了系統(tǒng)做什么（描述系統(tǒng)必須支持的功能和過程）性能需求技術(shù)性指標其他要求明確系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求對系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)進行具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能、指標、內(nèi)容及要求，明確系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。

需求分析的步驟當前系統(tǒng)目標系統(tǒng)物理模型邏輯模型邏輯模型物理模型模型化抽象化具體化實例化怎么做做什么當前系統(tǒng)目標系統(tǒng)需求定義28系統(tǒng)設(shè)計把系統(tǒng)要完成的任務(wù)分配給若干個單元電路，畫出一個能表示各單元功能和關(guān)系的整機原理框圖。

29系統(tǒng)設(shè)計針對系統(tǒng)提出的任務(wù)、要求和條件，查閱資料，廣開思路，提出盡量多的不同方案，仔細分析每個方案的可行性和優(yōu)缺點，加以比較，從中選取合適的方案。

30單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算與器件選擇根據(jù)系統(tǒng)指標和功能框圖，明確任務(wù)，進行各單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇。31（1）.單元電路設(shè)計每個單元電路設(shè)計前都需明確本單元電路的任務(wù)，詳細擬定出單元電路的功能與性能指標。注意需要明確各單元電路之間的相互配合和前后級之間的關(guān)系，盡量簡化電路結(jié)構(gòu)。注意各部分輸入信號、輸出信號和控制信號的關(guān)系。選擇單元電路的設(shè)計方案，可以模仿成熟的先進的電路，也可以進行創(chuàng)新或改進，但都必須保證性能要求。32（2）.方案及元器件選擇選擇單元電路的設(shè)計方案，可以模仿成熟的先進的電路，也可以進行創(chuàng)新或改進，但都必須保證性能要求。需要注意系統(tǒng)的性能指標與特殊要求如：功耗、容量、頻率和耐壓范圍、成本是否滿足要求。一般優(yōu)先選集成電路；注意技術(shù)可實現(xiàn)性；33（3）.參數(shù)計算理解電路的工作原理，正確利用計算公式，滿足設(shè)計要求。（1）元器件的工作電流、電壓、頻率和功耗等參數(shù)應(yīng)能滿足電路指標的要求。（2）元器件的極限參數(shù)必須留有足夠裕量，一般應(yīng)大于額定值的1.5倍。（3）電阻器和電容器的參數(shù)應(yīng)選計算值附近的標稱值。34（4）.系統(tǒng)方案的仿真與驗證使用各種EDA工具描繪并驗證系統(tǒng)方案，如PROTEL,ORCAD,Quartus,proteus。亦可用電子工作平臺multisim。35系統(tǒng)實現(xiàn)電路板布局設(shè)計-電子電路的組裝電子電路的調(diào)試1、電子電路的組裝

（1）元器件的焊接技術(shù)（2）在面包板上的插接技術(shù)組裝電路時要注意，電路之間要共地。正確的組裝方法和合理的布局，不僅使電路整齊美觀，而且能夠提高電路工作的可靠性，便于檢查和排除故障。2、電子電路的調(diào)試邊安裝邊調(diào)試。把一個總電路按框圖上的功能分成若干單元電路，分別進行安裝和調(diào)試，在完成各單元電路調(diào)試的基礎(chǔ)上逐步擴大安裝和調(diào)試的范圍，最后完成整機調(diào)試。對于新設(shè)計的電路，此方法既便于調(diào)試，又可及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。該方法適于課程設(shè)計中采用。整個電路安裝完畢，實行一次性調(diào)試。這種方法適于定型產(chǎn)品。調(diào)試時應(yīng)注意做好調(diào)試記錄，準確記錄電路各部分的測試數(shù)據(jù)和波形，以便于分析和運行時參考。性能指標測試以系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)與要求為依據(jù)，應(yīng)用電子儀器進行各項指標測試，觀察是否達到要求。記錄測試條件，測試方法，詳細測試數(shù)據(jù)及波形文檔整理和總結(jié)報告電子系統(tǒng)設(shè)計文檔整理和總結(jié)報告是對學生寫科學論文和科研總結(jié)報告的能力訓練。通過寫報告，不僅對設(shè)計、組裝、調(diào)試、測試的內(nèi)容進行全面總結(jié)，而且把實踐內(nèi)容上升到理論高度。課程設(shè)計報告內(nèi)容要求（1）課題名稱。（2）內(nèi)容摘要。（3）設(shè)計內(nèi)容及要求。（4）系統(tǒng)方案：系統(tǒng)方案的比較和選擇系統(tǒng)框圖與系統(tǒng)方案描述。課程設(shè)計報告內(nèi)容要求（續(xù)）（5）單元模塊電路設(shè)計、參數(shù)計算和工作原理說明。（6）系統(tǒng)設(shè)計仿真驗證結(jié)果完整的電路圖；元件清單；電路工作原理說明。仿真驗證結(jié)果必要波形與頻譜特性；重要參數(shù)的仿真驗證課程設(shè)計報告內(nèi)容要求（續(xù)）（7）組裝調(diào)試的內(nèi)容。包括：①使用的主要儀器和儀表；②調(diào)試電路的方法和技巧；③測試的數(shù)據(jù)和波形并與計算結(jié)果比較分析；④調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法。（8）總結(jié)設(shè)計電路和方案的優(yōu)缺點，指出課題的核心及實用價值，提出改進意見和展望。（9）列出系統(tǒng)需要的元器件。（10）收獲、體會。（11）參考文獻。祝各位同學學習順利事業(yè)有成“TI杯”華中科技大學電子設(shè)計競賽溫度測量與多路無線巡檢裝置指導教師： 汪小燕Email:wxyhust@波形發(fā)生器指導教師： 陳林Email: lchen@

自選課題指導教師： 曾喻江Email:zengyj@競賽規(guī)則1．成立競賽工作組，由擔任“數(shù)理提高班”硬件課程設(shè)計的3名指導教師組成。競賽工作組全面負責競賽的組織、命題、器件、指導、評審及頒獎等工作。2．競賽采取統(tǒng)一命題與自選課題相結(jié)合的方式進行，自選課題需經(jīng)向“TI杯”競賽指導教師組提交課題論證方案并經(jīng)答辯由指導教師組認可后進行。參賽隊限選一道賽題參賽。3．不超過5名學生為一隊，以隊為單位選題報名參賽。4．參賽學生包括“數(shù)理提高班”三年級的全體學生和電信專業(yè)做硬件課程設(shè)計的優(yōu)秀在校本科生。競賽規(guī)則(續(xù)1)5．“數(shù)理提高班”三年級的全部學生必須參賽，以競賽方式完成硬件課程設(shè)計，競賽成績作為學生的硬件課程設(shè)計成績。6．電信專業(yè)做硬件課程設(shè)計的優(yōu)秀在校本科生可自由參賽，其自由參賽人數(shù)不多于提高班人數(shù)，參賽條件是其《電子線路設(shè)計與測試》課程成績需在85分以上，參與該競賽后不再參與原硬件課程設(shè)計，競賽成績作為硬件課程設(shè)計的成績。7．競賽采取開放式的方式，在硬件課程設(shè)計限定的時間范圍內(nèi)由學生自己獨立完成整個作品設(shè)計與制作。競賽規(guī)則(續(xù)2)8．競賽要求作品采用2片及2片以上的TI公司生產(chǎn)的模擬器件或者一片MSP430單片機。9．在競賽中如發(fā)現(xiàn)用他人作品冒充自己的作品，將取消評獎資格并且硬件課程設(shè)計做不合格處理。10．競賽工作組對每道賽題進行獨立評審評獎，每道賽題設(shè)置一等獎1項，二等獎若干項，“TI”杯從一等獎中評選產(chǎn)生。時間安排1．4月22日前（第9周周五），各參賽隊填寫好報名表與導師討論，確定自選課題與系統(tǒng)方案。包括：電路圖與器件清單。2．5月27日前（第14周周五），通過項目評估，與器件到位狀態(tài)。3．7月5日前（第20周周二），實驗系統(tǒng)功能與性能初次展示（系統(tǒng)聯(lián)調(diào)完畢）。4.7月8日（第19周周五），統(tǒng)一安排競賽測試、答辯及評審，同時提交課程設(shè)計報告（個人為單位，聲明個人工作與貢獻）與文檔（電路圖，源碼，照片，錄像）。溫度測量與多路無線巡檢裝置-任務(wù)設(shè)計并制作一個溫度測量與多路無線巡檢裝置，可測量傳感器感知的接觸表面溫度并進行諸如巡檢等功能擴展。溫度測量與巡檢裝置-基本要求溫度測量范圍為0℃～45℃，具有溫度數(shù)碼顯示功能，分辨率為0.1℃。具有輸入控制功能，可由外界輸入溫度超限報警門限。具有溫度超限報警功能，當溫度超出指定溫度，必須給出聲或光提示信號。進行多路溫度巡檢，顯示當前巡檢傳感器的溫度測量值；可根據(jù)輸入選擇工作在巡檢或指定傳感器測量模式。能夠?qū)崿F(xiàn)多路溫度巡檢數(shù)據(jù)的無線傳送以及接收無線控制指令進行溫度測量并回送測量數(shù)據(jù)。溫度測量與巡檢裝置-發(fā)揮部分

能記錄并實時顯示溫度調(diào)節(jié)過程的曲線,顯示的誤差絕對值小于2℃。進行溫度的自動調(diào)節(jié)控制，可調(diào)節(jié)范圍為5℃～35℃，最小設(shè)定分度為1℃。溫度控制范圍可由外界輸入，當溫度達到某一設(shè)定值并穩(wěn)定后，裝置接觸表面的溫度波動范圍控制在±5℃以內(nèi)。要求溫度調(diào)控達到穩(wěn)定狀態(tài)時，必須給出聲或光提示信號。其他功能波形發(fā)生器-任務(wù)設(shè)計并制作一個波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和由用戶編輯的特定波形，并根據(jù)用戶輸入選擇產(chǎn)生指定類型與參數(shù)的波形，同時在必要的輔助輸出顯示設(shè)備上顯示產(chǎn)生波形的類型與參數(shù)。波形發(fā)生器-基本要求①具有產(chǎn)生正弦波、方波、三角波三種周期性波形的功能