硬件課程設(shè)計(jì)2011

1硬件課程設(shè)計(jì)華中科技大學(xué)電子與信息工程系簡(jiǎn)介具體安排“TI杯”華中科技大學(xué)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽開發(fā)過(guò)程3課程安排簡(jiǎn)介必修的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。培養(yǎng)計(jì)劃學(xué)時(shí)：2W(19~20周)總學(xué)分：24課程任務(wù)與目的硬件課程設(shè)計(jì)應(yīng)使學(xué)生較系統(tǒng)地完成針對(duì)小型實(shí)用電子系統(tǒng)的選題、方案論證、電路設(shè)計(jì)、電路實(shí)現(xiàn)、裝配調(diào)試、系統(tǒng)測(cè)試、到總結(jié)報(bào)告的完整過(guò)程，通過(guò)針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求對(duì)模擬電路、數(shù)字邏輯電路、通信電子電路、微機(jī)原理等相關(guān)課程理論知識(shí)的綜合運(yùn)用，掌握硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方法，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，為后續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)固的基礎(chǔ)。

5目標(biāo)合格的專業(yè)工作者卓越工程師相關(guān)課程理論知識(shí)的綜合運(yùn)用，掌握硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方法，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，為后續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)固的基礎(chǔ)。

6完整過(guò)程選題需求分析

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

裝配調(diào)試

系統(tǒng)測(cè)試

總結(jié)報(bào)告7先修課程《模擬電路》、《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》、《通信電子電路》、《微機(jī)原理》、《微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)》、《電子線路設(shè)計(jì)?測(cè)試?實(shí)驗(yàn)》及其他相關(guān)課程與知識(shí)考核方式與評(píng)分方式

學(xué)生必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成其設(shè)計(jì)內(nèi)容，并以報(bào)告和實(shí)物運(yùn)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(píng)分為優(yōu)、良、中、通過(guò)、不通過(guò)五個(gè)等級(jí)。具體安排1、第8周硬件課程設(shè)計(jì)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(jì)方案檢查與論證-元件清單。6、第19-20周進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，調(diào)試、驗(yàn)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(shí)環(huán)境，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素等三方面研究并論證本軟件項(xiàng)目的可行性，編寫可行性研究報(bào)告，制定初步項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃?！边x題采用適當(dāng)難度與份量要求的指定課題與自選課題，鼓勵(lì)使用結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的最新芯片與開發(fā)工具，使學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)工作量飽滿，經(jīng)努力能完成任務(wù)，有利于進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。指定課題多路搶答器 王德勝基于FPGA實(shí)現(xiàn)健身游戲機(jī)控制

楊小獻(xiàn)鎖相環(huán)頻率合成器 楊健/陽(yáng)浩數(shù)字溫度計(jì) 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(shí)現(xiàn)DDS信號(hào)源 羅杰 TI硬件設(shè)計(jì)競(jìng)賽 曾喻江、陳林、汪小燕溫度測(cè)量與多路無(wú)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(jì)內(nèi)容與系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖寫成書面文檔在首次課（第9周）間與老師討論，經(jīng)過(guò)老師同意后，作為本次課程設(shè)計(jì)。“TI杯”華中科技大學(xué)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽

競(jìng)賽采取統(tǒng)一命題方式，不超過(guò)5名學(xué)生為一隊(duì)，以隊(duì)為單位選題報(bào)名參賽，參賽隊(duì)限選一道賽題參賽。參賽學(xué)生包括“數(shù)理提高班”三年級(jí)的全體學(xué)生和在電信專業(yè)做硬件課程設(shè)計(jì)的優(yōu)秀在校本科生（《電子線路設(shè)計(jì)與測(cè)試》與微機(jī)原理課程成績(jī)需在85分以上）。競(jìng)賽成績(jī)作為學(xué)生的硬件課程設(shè)計(jì)成績(jī)。TI杯”華中科技大學(xué)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽（續(xù)）競(jìng)賽采取開放式的方式，在硬件課程設(shè)計(jì)限定的時(shí)間范圍內(nèi)由學(xué)生自己獨(dú)立完成整個(gè)作品設(shè)計(jì)與制作。競(jìng)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(jī)。在競(jìng)賽中如發(fā)現(xiàn)用他人作品冒充自己的作品，將取消評(píng)獎(jiǎng)資格并且硬件課程設(shè)計(jì)做不合格處理。TI杯”華中科技大學(xué)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽（續(xù)）課程設(shè)計(jì)最后一次課進(jìn)行統(tǒng)一測(cè)試、答辯，根據(jù)參賽隊(duì)作品的測(cè)試、答辯情況予以評(píng)獎(jiǎng)。開發(fā)過(guò)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(jì)劃需求分析設(shè)計(jì)編碼運(yùn)行維護(hù)測(cè)試定義階段開發(fā)階段維護(hù)階段

2.

原型模型（快速原型模型

RapidPrototypeModel）建造/修改原型用戶測(cè)試運(yùn)行原型

聽(tīng)取用戶意見(jiàn)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(jì)實(shí)現(xiàn)測(cè)試分析設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)測(cè)試分析設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)測(cè)試分析設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)測(cè)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(shí)間…..3.2螺旋模型風(fēng)險(xiǎn)分析工程實(shí)施用戶通信用戶評(píng)估產(chǎn)品維護(hù)項(xiàng)目產(chǎn)品增強(qiáng)項(xiàng)目新產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目概念開發(fā)項(xiàng)目計(jì)劃建造及發(fā)布23完整過(guò)程選題

需求分析

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)測(cè)試

總結(jié)報(bào)告需求分析準(zhǔn)確地定義未來(lái)系統(tǒng)的目標(biāo)，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(shuō)明書>規(guī)范的形式準(zhǔn)確地表達(dá)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(guò)程）性能需求技術(shù)性指標(biāo)其他要求明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能、指標(biāo)、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(dāng)前系統(tǒng)目標(biāo)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(shí)例化怎么做做什么當(dāng)前系統(tǒng)目標(biāo)系統(tǒng)需求定義28系統(tǒng)設(shè)計(jì)把系統(tǒng)要完成的任務(wù)分配給若干個(gè)單元電路，畫出一個(gè)能表示各單元功能和關(guān)系的整機(jī)原理框圖。

29系統(tǒng)設(shè)計(jì)針對(duì)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(xì)分析每個(gè)方案的可行性和優(yōu)缺點(diǎn)，加以比較，從中選取合適的方案。

30單元電路的設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算與器件選擇根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)和功能框圖，明確任務(wù)，進(jìn)行各單元電路的設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和元器件選擇。31（1）.單元電路設(shè)計(jì)每個(gè)單元電路設(shè)計(jì)前都需明確本單元電路的任務(wù)，詳細(xì)擬定出單元電路的功能與性能指標(biāo)。注意需要明確各單元電路之間的相互配合和前后級(jí)之間的關(guān)系，盡量簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。注意各部分輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系。選擇單元電路的設(shè)計(jì)方案，可以模仿成熟的先進(jìn)的電路，也可以進(jìn)行創(chuàng)新或改進(jìn)，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(jì)方案，可以模仿成熟的先進(jìn)的電路，也可以進(jìn)行創(chuàng)新或改進(jìn)，但都必須保證性能要求。需要注意系統(tǒng)的性能指標(biāo)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(shí)現(xiàn)性；33（3）.參數(shù)計(jì)算理解電路的工作原理，正確利用計(jì)算公式，滿足設(shè)計(jì)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(biāo)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(jì)算值附近的標(biāo)稱值。34（4）.系統(tǒng)方案的仿真與驗(yàn)證使用各種EDA工具描繪并驗(yàn)證系統(tǒng)方案，如PROTEL,ORCAD,Quartus,proteus。亦可用電子工作平臺(tái)multisim。35系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電路板布局設(shè)計(jì)-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(shí)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(gè)總電路按框圖上的功能分成若干單元電路，分別進(jìn)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(kuò)大安裝和調(diào)試的范圍，最后完成整機(jī)調(diào)試。對(duì)于新設(shè)計(jì)的電路，此方法既便于調(diào)試，又可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。該方法適于課程設(shè)計(jì)中采用。整個(gè)電路安裝完畢，實(shí)行一次性調(diào)試。這種方法適于定型產(chǎn)品。調(diào)試時(shí)應(yīng)注意做好調(diào)試記錄，準(zhǔn)確記錄電路各部分的測(cè)試數(shù)據(jù)和波形，以便于分析和運(yùn)行時(shí)參考。性能指標(biāo)測(cè)試以系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求為依據(jù)，應(yīng)用電子儀器進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試，觀察是否達(dá)到要求。記錄測(cè)試條件，測(cè)試方法，詳細(xì)測(cè)試數(shù)據(jù)及波形文檔整理和總結(jié)報(bào)告電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔整理和總結(jié)報(bào)告是對(duì)學(xué)生寫科學(xué)論文和科研總結(jié)報(bào)告的能力訓(xùn)練。通過(guò)寫報(bào)告，不僅對(duì)設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試、測(cè)試的內(nèi)容進(jìn)行全面總結(jié)，而且把實(shí)踐內(nèi)容上升到理論高度。課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容要求（1）課題名稱。（2）內(nèi)容摘要。（3）設(shè)計(jì)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(jì)報(bào)告內(nèi)容要求（續(xù)）（5）單元模塊電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和工作原理說(shuō)明。（6）系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證結(jié)果完整的電路圖；元件清單；電路工作原理說(shuō)明。仿真驗(yàn)證結(jié)果必要波形與頻譜特性；重要參數(shù)的仿真驗(yàn)證課程設(shè)計(jì)報(bào)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(cè)試的數(shù)據(jù)和波形并與計(jì)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(jì)電路和方案的優(yōu)缺點(diǎn)，指出課題的核心及實(shí)用價(jià)值，提出改進(jìn)意見(jiàn)和展望。（9）列出系統(tǒng)需要的元器件。（10）收獲、體會(huì)。（11）參考文獻(xiàn)。祝各位同學(xué)學(xué)習(xí)順利事業(yè)有成“TI杯”華中科技大學(xué)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽溫度測(cè)量與多路無(wú)線巡檢裝置指導(dǎo)教師： 汪小燕Email:wxyhust@波形發(fā)生器指導(dǎo)教師： 陳林Email: lchen@

自選課題指導(dǎo)教師： 曾喻江Email:zengyj@競(jìng)賽規(guī)則1．成立競(jìng)賽工作組，由擔(dān)任“數(shù)理提高班”硬件課程設(shè)計(jì)的3名指導(dǎo)教師組成。競(jìng)賽工作組全面負(fù)責(zé)競(jìng)賽的組織、命題、器件、指導(dǎo)、評(píng)審及頒獎(jiǎng)等工作。2．競(jìng)賽采取統(tǒng)一命題與自選課題相結(jié)合的方式進(jìn)行，自選課題需經(jīng)向“TI杯”競(jìng)賽指導(dǎo)教師組提交課題論證方案并經(jīng)答辯由指導(dǎo)教師組認(rèn)可后進(jìn)行。參賽隊(duì)限選一道賽題參賽。3．不超過(guò)5名學(xué)生為一隊(duì)，以隊(duì)為單位選題報(bào)名參賽。4．參賽學(xué)生包括“數(shù)理提高班”三年級(jí)的全體學(xué)生和電信專業(yè)做硬件課程設(shè)計(jì)的優(yōu)秀在校本科生。競(jìng)賽規(guī)則(續(xù)1)5．“數(shù)理提高班”三年級(jí)的全部學(xué)生必須參賽，以競(jìng)賽方式完成硬件課程設(shè)計(jì)，競(jìng)賽成績(jī)作為學(xué)生的硬件課程設(shè)計(jì)成績(jī)。6．電信專業(yè)做硬件課程設(shè)計(jì)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(jì)與測(cè)試》課程成績(jī)需在85分以上，參與該競(jìng)賽后不再參與原硬件課程設(shè)計(jì)，競(jìng)賽成績(jī)作為硬件課程設(shè)計(jì)的成績(jī)。7．競(jìng)賽采取開放式的方式，在硬件課程設(shè)計(jì)限定的時(shí)間范圍內(nèi)由學(xué)生自己獨(dú)立完成整個(gè)作品設(shè)計(jì)與制作。競(jìng)賽規(guī)則(續(xù)2)8．競(jìng)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(jī)。9．在競(jìng)賽中如發(fā)現(xiàn)用他人作品冒充自己的作品，將取消評(píng)獎(jiǎng)資格并且硬件課程設(shè)計(jì)做不合格處理。10．競(jìng)賽工作組對(duì)每道賽題進(jìn)行獨(dú)立評(píng)審評(píng)獎(jiǎng)，每道賽題設(shè)置一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)若干項(xiàng)，“TI”杯從一等獎(jiǎng)中評(píng)選產(chǎn)生。時(shí)間安排1．4月22日前（第9周周五），各參賽隊(duì)填寫好報(bào)名表與導(dǎo)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(guò)項(xiàng)目評(píng)估，與器件到位狀態(tài)。3．7月5日前（第20周周二），實(shí)驗(yàn)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(jìng)賽測(cè)試、答辯及評(píng)審，同時(shí)提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告（個(gè)人為單位，聲明個(gè)人工作與貢獻(xiàn)）與文檔（電路圖，源碼，照片，錄像）。溫度測(cè)量與多路無(wú)線巡檢裝置-任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)溫度測(cè)量與多路無(wú)線巡檢裝置，可測(cè)量傳感器感知的接觸表面溫度并進(jìn)行諸如巡檢等功能擴(kuò)展。溫度測(cè)量與巡檢裝置-基本要求溫度測(cè)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(bào)警門限。具有溫度超限報(bào)警功能，當(dāng)溫度超出指定溫度，必須給出聲或光提示信號(hào)。進(jìn)行多路溫度巡檢，顯示當(dāng)前巡檢傳感器的溫度測(cè)量值；可根據(jù)輸入選擇工作在巡檢或指定傳感器測(cè)量模式。能夠?qū)崿F(xiàn)多路溫度巡檢數(shù)據(jù)的無(wú)線傳送以及接收無(wú)線控制指令進(jìn)行溫度測(cè)量并回送測(cè)量數(shù)據(jù)。溫度測(cè)量與巡檢裝置-發(fā)揮部分

能記錄并實(shí)時(shí)顯示溫度調(diào)節(jié)過(guò)程的曲線,顯示的誤差絕對(duì)值小于2℃。進(jìn)行溫度的自動(dòng)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(dāng)溫度達(dá)到某一設(shè)定值并穩(wěn)定后，裝置接觸表面的溫度波動(dòng)范圍控制在±5℃以內(nèi)。要求溫度調(diào)控達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，必須給出聲或光提示信號(hào)。其他功能波形發(fā)生器-任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)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(shí)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