全國電子設(shè)計大賽翹翹板智能車-電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐實驗教程

肇慶學(xué)院光機電一體化綜合性實驗教學(xué)示范中心實驗教材之十一

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐

實驗教程

肇慶學(xué)院電子信息與機電工程學(xué)院編

二00八年九月

內(nèi)容簡介

本教程是與《電子設(shè)計制作與調(diào)試》、《電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐》相配套的實驗

教材。本教程設(shè)計開發(fā)了一批實驗項目，整個教程內(nèi)容主要分幾個模塊：綜合設(shè)

計性實驗、SOPC系統(tǒng)設(shè)計實驗、歷屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目集等。各種

實驗的安排由淺入深，學(xué)生可根據(jù)不同能力層次選擇相應(yīng)的實驗項目。

本教程是學(xué)生在修完模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子技術(shù)、單片機

原理、可編程邏輯器件等課程后的后繼綜合性設(shè)計性實踐課程，是對上述課程內(nèi)

容的繼承和綜合。該教程以實驗為主，理論輔導(dǎo)為輔，部分實驗為自選實驗，可

供學(xué)生利用課外實驗室開放時間進行開放設(shè)計性實驗，通過自行設(shè)計、自己動手

實驗，在完成比較復(fù)雜的綜合實驗過程中，加深對課本上理論和概念的理解，培

養(yǎng)獨立獲取知識的自學(xué)能力、解決問題的實踐技能和創(chuàng)新設(shè)計的綜合能力。

本教程可作為高等院校電子信息、電氣工程及其自動化等相關(guān)專業(yè)的電子系

統(tǒng)設(shè)計實驗教材，也可作為部分課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計選題參考書。

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隨著數(shù)字電子技術(shù)的高速發(fā)展，30年前從未有過的大量學(xué)科紛紛出現(xiàn)在高

等教育的課程設(shè)置中。如DSP技術(shù)、S0C設(shè)計、EDA技術(shù)、計算機組成與設(shè)計、

數(shù)字通信、嵌入式系統(tǒng)、工業(yè)自動化、硬件描述語言、面向用戶的微電子技術(shù)、

軟件無線電、硬件智能演化技術(shù)等等。這其中許多被列為當(dāng)今的核心科技學(xué)科，

自主型科學(xué)技術(shù)的重心，引領(lǐng)著未來電子技術(shù)的發(fā)展方向，也預(yù)示著前景良好的

就業(yè)取向。

本教程采用開放式實驗教學(xué)模式。所謂開放式實驗教學(xué)，是指由學(xué)生自己根據(jù)

實驗題目的要求，獨立擬定實驗設(shè)計方案，設(shè)計實驗電路，完成實驗過程，輔導(dǎo)老師

只負責(zé)對實驗方案進行審查，在實驗過程中給予必要的啟發(fā)與引導(dǎo)，實驗完成以后

對實驗結(jié)果和報告進行評價。實驗內(nèi)容及要求應(yīng)具有開放性、探索性和創(chuàng)新性，讓

學(xué)生在“開放的空間”里自由開動腦筋，形成自由學(xué)習(xí)的氛圍。

為了使學(xué)生能在這種開放、寬松的實驗環(huán)境下，充分發(fā)揮自己的主觀能動性

和聰明才智，將實驗做得更好、收獲更大，特對教程內(nèi)容進行大幅增刪，按照開

放式實驗教程建設(shè)的指導(dǎo)思想：加強基礎(chǔ)、突出創(chuàng)新、開拓思維、培養(yǎng)能力、提高

素質(zhì)。大幅壓縮驗證性實驗，保證必要的基礎(chǔ)性實驗，改造傳統(tǒng)實驗方法，加強綜

合設(shè)計性實驗，加強基礎(chǔ)知識和現(xiàn)代工程技術(shù)的融合。構(gòu)建以“基本技能培養(yǎng)一

綜合設(shè)計能力培養(yǎng)~創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)”三個培養(yǎng)層次的開放式實驗教學(xué)體系。

在有效地保證大面積學(xué)生教學(xué)質(zhì)量的同時，使優(yōu)秀學(xué)生能脫穎而出，使學(xué)生創(chuàng)新

能力和實踐動手能力得到一定程度的鍛煉。

本實驗教程具有如下一些特點：

（一）突出強調(diào)以學(xué)生為主，獨立自主地完成實驗

每次實驗前提供一份實驗任務(wù)書，學(xué)生根據(jù)任務(wù)書的要求，獨立選用設(shè)計方

案，獨立進行實驗操作，靈活安排實驗進程，獨立對實驗結(jié)果進行分析評定，最

后獨立完成綜合實驗報告（其格式參照附錄A）。在教學(xué)方式上表現(xiàn)出以學(xué)生獨立操

作為主，教師指導(dǎo)為輔，教師只是在學(xué)生經(jīng)過了反復(fù)實驗、深入思考仍存在疑問

時才給予必要的指點。同時，實驗任務(wù)有一定的難度和一定的工作量，其模式模

仿電子設(shè)計競賽的格式，一般以三人為一設(shè)計小組，實驗課題需要學(xué)生經(jīng)過團隊

的不懈努力和團隊協(xié)助才可以很好地完成。因此，課程的整個學(xué)習(xí)過程是教師幫

助學(xué)生形成自己的問題，學(xué)生自覺地控制自己的學(xué)習(xí)行為。

（二）強調(diào)實驗的設(shè)計性與實踐探索性

整門實驗課程的學(xué)習(xí)充分體現(xiàn)了實驗的設(shè)計性與實踐探索性。

設(shè)計性：學(xué)生根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，通過自行到圖書館查閱相關(guān)文獻資料，

通過比較推敲，選定設(shè)計方案，并制定相應(yīng)的實現(xiàn)過程。

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐實驗教程

實踐探索性：學(xué)生制定的設(shè)計方案是否完全可行、如何對實驗現(xiàn)象進行合理

解釋，如何對實驗效果進行評定，需要學(xué)生自己通過嚴格的實驗來探索、檢驗、

分析和修正，并提出正確的解決方案。特別是，我們要求設(shè)計結(jié)果實現(xiàn)的系統(tǒng)性

能不要局限于基本要求，盡可能拓展功能，以實現(xiàn)越多功能越好。這就要求學(xué)生

必須查閱更多資料并具有更高的實踐動手能力。提高了學(xué)生的分析問題和解決問

題的能力，又鍛煉了學(xué)生的實驗技能和動手能力。

設(shè)計性與實踐探索性相結(jié)合踐行了理論聯(lián)系實踐的教學(xué)思想，設(shè)計性體現(xiàn)出

理論知識的具體應(yīng)用，實踐探索性體現(xiàn)出通過實踐深化對理論知識的理解，既豐

富了學(xué)生的理論知識，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和求真務(wù)實的科學(xué)精神。

（三）采用指定題目和可選題目相結(jié)合的實驗?zāi)Ｊ?，提高學(xué)生選題的自由度和

興趣

指定實驗題目，是學(xué)生必須按照規(guī)定的內(nèi)容去完成實驗要求；可選實驗?zāi)K，

是學(xué)生可根據(jù)提供的實驗?zāi)K內(nèi)容，自主選擇感興趣的實驗題目。由于這些實驗

全部是綜合性、設(shè)計性實驗，涉及的知識面較廣，所以將實驗的選擇權(quán)交給了學(xué)生。

對于指定題目的實驗，由于設(shè)計的內(nèi)容需要用到規(guī)定章節(jié)的知識點，一般都限定

了題目方向，學(xué)生的思維自由度不高，但可對內(nèi)容實現(xiàn)的功能進行擴展；對于可

選題目，學(xué)生根據(jù)自己的特長愛好選擇其中1?2個項目進行研究，設(shè)計范疇涉及至U：

氣壓、溫度、超聲波、位移等檢測技術(shù)和聲光報警、電機控制等控制技術(shù)。如音

樂播放器、水塔水位自動控制系統(tǒng)、出租車計價器設(shè)計等。然后再進行理論性設(shè)

計，并以科技論文的形式撰寫實驗報告。若有興趣，還可以在課外進入開放實驗室

進行設(shè)計制作。這種選擇模式打破了“學(xué)生為做實驗而做實驗”的局面，真正做到

“學(xué)生想做實驗而做實驗”的格局，創(chuàng)造出一種嚴謹、寬松的氛圍。

（四）改革實驗教學(xué)方式，采取了獨立自主、分散進行的開放式實驗教學(xué)模式

由于實驗有一定的難度，學(xué)生對實驗設(shè)備和操作技術(shù)比較陌生，容易在實驗

過程中出錯。因此，允許每位學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)生活具體情況安排各自的實驗，

實驗室對學(xué)生開放，這樣就使每位學(xué)生都有充裕的時間進行實驗，而不會因為時

間緊迫胡亂對付完成實驗，實驗失敗的同學(xué)可以安排時間重做實驗，有濃厚興趣

的同學(xué)可以安排時間嘗試創(chuàng)新，如改進和增加新的功能，例如在數(shù)字鐘設(shè)計實驗

中，除了必須完成基本的時分秒計時和顯示功能外，還可加校時、報時、萬年歷、

觸摸報時、測溫度等功能。這樣既充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性使其能夠更好地

完成實驗，又充分利用了設(shè)備并避免了因?qū)嶒灄l件有限對學(xué)生實驗的影響，從而

保證了實驗教學(xué)的高質(zhì)量和良好效果。

總的來說，這種實驗?zāi)Ｊ綘I造了一種學(xué)生獨立完成科學(xué)實驗的學(xué)術(shù)氛圍，有利

于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和自覺性，更利于發(fā)揮學(xué)生的聰明才智，培養(yǎng)學(xué)生的工程

意識和創(chuàng)新能力。

最后要強調(diào)的是，本實驗教程旨在引路，不會帶領(lǐng)同學(xué)們掌握更深層次的設(shè)

計開發(fā)，更高級的設(shè)計應(yīng)用要依靠同學(xué)們自己去學(xué)習(xí)和挖掘。

本教程適合作為電子信息、電氣工程及其自動化等專業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計實驗指

導(dǎo)教材。作者相信同學(xué)們只要認真、勤奮地實踐教程中的內(nèi)容，就能體會到由實

踐而帶來的一次又一次的成就感；而成就感是學(xué)習(xí)過程中的快樂源泉，學(xué)習(xí)效率

也會因此而提高。

最后感謝肇慶學(xué)院省級光機電一體化綜合性實驗教學(xué)示范中心對本教程的資

助，使本教程得以快速編寫印刷。

本教程由元澤懷執(zhí)筆編寫，由于作者的水平有限，加上時間緊迫，書中內(nèi)容

難免有疏忽、不恰當(dāng)甚至錯誤的地方，懇請各位同行、老師及同學(xué)們不吝指正，

以便修訂。

編者

2008年8月

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐實驗教程

目錄

前言.......................................................................................I

第1章綜合設(shè)計性實驗...................................................................1

**限選實驗題目...............................................................1

**函數(shù)發(fā)生器設(shè)計.............................................................1

**數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計.....................................................2

**音頻功放器設(shè)計............................................................3

**數(shù)字電壓表設(shè)計............................................................4

**頻率合成器設(shè)計............................................................4

**多功能數(shù)字鐘設(shè)計..........................................................5

**數(shù)字頻率計設(shè)計............................................................5

**紅外多路遙控器設(shè)計及應(yīng)用.................................................6

**無線多路遙控器設(shè)計及應(yīng)用.................................................7

**多功能電子琴設(shè)計................................................................7

**自選實驗題目（開放性實驗）..............................................8

**溫度測量與控制器設(shè)計.....................................................8

**音樂彩燈控制器............................................................9

**多路防盜報警器設(shè)計.......................................................10

**家用風(fēng)扇控制器設(shè)計.......................................................12

**灌藥顆粒計數(shù)控制系統(tǒng)....................................................12

**電子活動靶紅外線光電打靶游戲器.........................................13

**無線報警系統(tǒng)的設(shè)計.......................................................14

**水位控制器設(shè)計...........................................................14

**電子秤的設(shè)計..............................................................15

**電子密碼鎖的設(shè)計.........................................................15

**出租車計價器的設(shè)計.......................................................15

**公共汽車自動報站系統(tǒng)的設(shè)計.............................................16

**音樂門鈴的設(shè)計...........................................................16

**自行車里程表..............................................................17

**市內(nèi)電話計費電路的設(shè)計..................................................18

**點陣電子顯示屏制作.......................................................18

**電表IC卡管理裝置的設(shè)計.................................................19

**自動控制升降旗系統(tǒng).......................................................20

**液位自動控制裝置.........................................................21

IV

**消防智能電動車......................................................................22

第2章SOPC系統(tǒng)設(shè)計實驗24

**SOPC軟件編程基礎(chǔ)實驗...................................................24

**PIO輸出實驗1—流水燈控制..............................................24

**通過C庫函數(shù)訪問UART..............................................27

**通過HALAPI函數(shù)訪問UART..............................................30

**SOPC軟件編程高級實驗...................................................33

**頻率計實驗................................................................33

**直流電機直流脈寬調(diào)速（PWM）實驗.....................................36

**樂曲播放實驗..............................................................41

**16X16點陣LED實驗.................................................................50

第3章歷屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目集54

**第一屆（1994年）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目............................54

**簡易數(shù)控直流電源...........................................................54

**多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)...............................................................55

**第二屆（1995年）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目..........................56

**實用低頻功率放大器.......................................................56

**實用信號源的設(shè)計和制作..................................................58

**簡易無線電遙控系統(tǒng).......................................................59

**簡易電阻、電容和電感測試儀....................................................60

**第三屆（1997年）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目..........................62

**直流穩(wěn)定電源..............................................................62

**簡易數(shù)字頻率計...........................................................63

**水溫控制系統(tǒng)..............................................................64

**調(diào)幅廣播收音機*.................................................................65

**第四屆（1999年）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目..........................66

**測量放大器.................................................................66

**數(shù)字式工頻有效值多用表..................................................68

**頻率特性測試儀...........................................................70

**短波調(diào)頻接收機...........................................................72

**數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)......................................................73

**第五屆（2001年）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目..........................74

**波形發(fā)生器.................................................................74

**簡易數(shù)字存儲示波器.......................................................75

**自動往返電動小汽車.......................................................77

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐實驗教程

**高效率音頻功率放大器......................................................79

**數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)........................................................80

**調(diào)頻收音機......................................................................82

**第六屆（2003年）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目..........................84

**電壓控制LC振蕩器.......................................................84

**寬帶放大器................................................................85

**低頻數(shù)字式相位測量儀（C題）...........................................87

**簡易邏輯分析儀...........................................................89

**簡易智能電動車...........................................................91

**液體點滴速度監(jiān)控裝置...........................................................93

**第七屆（2005年）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目..........................94

**正弦信號發(fā)生器...........................................................94

**集成運放參數(shù)測試儀.......................................................96

**簡易頻譜分析儀...........................................................99

**單工無線呼叫系統(tǒng)........................................................101

**懸掛運動控制系統(tǒng)........................................................102

**數(shù)控直流電流源（F題）.................................................104

**三相正弦波變頻電源............................................................105

**第八屆（2007年）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目.........................107

**音頻信號分析儀...........................................................107

**無線識別裝置.............................................................108

**數(shù)字示波器...............................................................111

**程控濾波器...............................................................112

**開關(guān)穩(wěn)壓電源.............................................................114

**電動車蹺蹺板........................................................................116

附錄A電子系統(tǒng)設(shè)計實驗報告格式120

附錄BSmartSOPC核心板FPGA引腳分配...............................................134

參考文獻................................................................................140

VI

第1章綜合設(shè)計性實驗

本章實驗分兩部分，第一部分為限選實驗題目，主要是結(jié)合課堂教學(xué)需要而

安排的實驗選題；第二部分為自選實驗題目，可供期末綜合考核選題，或?qū)W生進

行實驗室開放實驗參考選題，供學(xué)生利用計劃課時外時間進行設(shè)計訓(xùn)練。

**限選實驗題目

**函數(shù)發(fā)生器設(shè)計

一、設(shè)計任務(wù)：

設(shè)計并制作一個函數(shù)(波形)發(fā)生器。其參考設(shè)計電路見下圖1-1所示。

二、設(shè)計要求：

1.基本要求

(1)能輸出頻率f=20Hz~2kHz并連續(xù)可調(diào)的正弦波，三角波和方波。

正弦波：峰-峰值V…=3V,非線形失真系數(shù)丫?5%

三角波：V5V

方波：VpR^lOV

(2)能輸出頻率f=20Hz~500Hz并連續(xù)可調(diào)的鋸齒波和矩形波。

鋸齒波：V…弋3V,負斜率連續(xù)可調(diào)。

矩形波：Vp-pQ12V,占空比為50獷90%并連續(xù)可調(diào)。

(3)用±12V電源供電。

2.擴展功能

(1)可通過鍵盤設(shè)定信號輸出頻率，并加入顯示電路，將測試頻率結(jié)果顯示

出來。

(2)能輸出掃頻波，并要求掃頻頻率按步進值為10HZ進行掃頻測試。

(3)設(shè)計圖形顯示電路，顯示輸出的函數(shù)信號。

★設(shè)計提示：采用8038+單片機的設(shè)計方案，比較容易實現(xiàn)系統(tǒng)的擴展功能!

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐實驗教程

圖1-1函數(shù)信號發(fā)生器參考電路圖

注：將k置于1,將整個電路分成函數(shù)波形發(fā)生器部分和鋸齒波，矩形波發(fā)生器部分;

當(dāng)開關(guān)k打到2位時，ICL8038輸出的是掃頻信號?

**數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計

一、設(shè)計任務(wù)：

設(shè)計并制作出有一定輸出電壓范圍和功能的數(shù)控電源。其原理示意圖如下:

圖12數(shù)控直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)組成框圖

2

二、設(shè)計要求：

1.基本要求

(1)輸出電壓：范圍0?+9.9V,步進0.1V,紋波不大于10mV；

(2)輸出電流:500mA；

(3)輸出電壓值由數(shù)碼管顯示；

(4)由“十”、“一”兩鍵分別控制輸出電壓步進增減；

(5)為實現(xiàn)上述幾部件工作，自制一穩(wěn)壓直流電源，輸出±15V,+5VO

2.發(fā)揮部分

(1)輸出電壓可預(yù)置在0?9.9V之間的任意一個值；

(2)用自動掃描代替人工按鍵，實現(xiàn)輸出電壓變化(步進0.1V不變)；

(3)擴展輸出電壓種類(比如三角波等)；

(4)其它功能。

**音頻功放器設(shè)計

一、設(shè)計任務(wù)：

設(shè)計并制作一音響放大器，要求具有電子混響延時，音調(diào)輸出控制、卡拉

0K伴唱，對話筒與錄音機的輸出信號進行擴音。

二、技術(shù)指標

額定功率PO21W(YV3%)；

負載阻抗R=8Q；

截止頻率R=40Hz,fH=10kHz；

音頻控制特性1kHz處增益為OdB,100Hz和10kHz處有上±12dB的調(diào)節(jié)范

圍，AVI=AVH^20dB；

話放級輸入靈敏度5mV；

輸人阻抗Ri?20Qo

三、設(shè)計要求：

1.基本要求

(1)測試結(jié)果基本符合技術(shù)指標要求；

(2)音響音質(zhì)基本沒有電流聲，整體性能較好。

2.擴展功能

(1)提升輸出功率，如100W；

(2)增加數(shù)字音量控制及指示電路；

(3)增加其它功能。

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐實驗教程

**數(shù)字電壓表設(shè)計

一、設(shè)計任務(wù)

設(shè)計并制作一3位半數(shù)字電壓表。

二、技術(shù)指標

直流電壓測量范圍(0-200)V,共分4檔：200mV、2V、20V和200V；

測量速度(2?5)次/s任選；

分辨率0.ImV；

測量誤差丫<±0.1%。

三、設(shè)計要求

1.基本要求：

(1)具有正、負電壓極性顯示。

(2)小數(shù)點顯示。

(3)超量程顯示。

(4)量程自動轉(zhuǎn)換等。

2.擴展功能：

(1)拓展顯示位數(shù)，如4位半等。

(2)增加測電流、電阻等功能，將電壓表拓展為數(shù)字萬用表。

**頻率合成器設(shè)計

一、設(shè)計任務(wù)

已知電源電壓V。/±5V,晶振頻率為1MHZ,用CC4046設(shè)計一頻率合成器。

二、技術(shù)指標

工作頻率范圍為100HZ~100KHZ,分為三個頻段。

lOOHZ"lKHZ,頻率間隔為100HZ；

IKHZ'IOKHZ,頻率間隔為1KHZ；

10KHZ"100KHZ,頻率間隔為lOKHZo

三、設(shè)計要求

1.基本要求

(1)設(shè)計其組成電路及確定電路各參數(shù)。

(2)測量頻率合成器的基準頻率、工作頻率范圍、頻率間隔。

(3)改變電源電壓V。產(chǎn)±12V,重新測量(2)內(nèi)容。

2.發(fā)揮部分

(1)實現(xiàn)頻率顯示。

(2)采用其它器件或設(shè)計方法設(shè)計頻率合成器。

4

**多功能數(shù)字鐘設(shè)計

一、設(shè)計任務(wù)

設(shè)計并制作一多功能數(shù)字鐘

二、設(shè)計要求

1.基本要求

(1)能實現(xiàn)基本的計時功能，輸入1kHz的時鐘，采用24小時制計時，能

在數(shù)碼管或液晶上正常顯示時、分、秒。

(2)時間校正功能；時分均有校時功能。

(3)正點報時功能。當(dāng)計時器運行到59分49秒開始報時，每鳴叫1s就停

叫1s,共鳴叫6,前5響為低音，頻率為750Hz；最后1響為高音，頻率為IKHz。

(4)可設(shè)定至少2個鬧鐘時間，當(dāng)按下鬧鈴開關(guān)時，可在規(guī)定時間鬧鈴，

當(dāng)開關(guān)復(fù)位時，鬧鈴?fù)Ｖ埂?/p>

(5)時鐘掉電保持功能，當(dāng)電源掉電時時鐘不停止。

2.發(fā)揮部分

(1)增加日歷功能，能正確顯示年月日星期等。

(2)增加音樂鬧鐘功能。

(3)按鍵語音報時功能。

(4)無線遙控時鐘功能。

(5)觸摸報時功能。

**數(shù)字頻率計設(shè)計

一、設(shè)計任務(wù)

設(shè)計并制作一臺數(shù)字顯示的簡易頻率計。

二、設(shè)計要求

1.基本要求

(1)頻率測量

a.測量范圍信號：方波、正弦波；幅度：0.5V?5V；頻率：1Hz?

1MHz

b.測量誤差W0.1%

(2)周期測量

a.測量范圍信號：方波、正弦波；幅度：0.5V~5V；頻率：1Hz?

1MHz

b.測量誤差W0.1%

(3)顯示及工作方式

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐實驗教程

十進制數(shù)字顯示，顯示刷新時間1?10秒連續(xù)可調(diào)，小數(shù)點自動定

位轉(zhuǎn)換。

(4)自行設(shè)計并制作滿足本設(shè)計任務(wù)要求的穩(wěn)壓電源。

2.發(fā)揮部分

(1)擴展頻率測量范圍為0.1Hz?10MHz(信號幅度0.5V?5V),

測量誤差降低為0.01%(最大閘門時間W10s)。

(2)測量并顯示周期脈沖信號(幅度0.5V-5V,頻率1Hz?1kHz)

的占空比，占空比變化范圍為10%?90%,測量誤差Wl%o

(3)脈沖寬度測量

a.測量范圍信號：脈沖波；幅度：0.5V?5V；脈沖寬度2100

us

b.測量誤差W1%

★本設(shè)計如采用單片機進行設(shè)計，應(yīng)增加外部計數(shù)器如74LS393等，可擴大

計數(shù)數(shù)值，擴大頻率測量范圍；如采用FPGA+單片機進行設(shè)計，利用等精度頻率

計設(shè)計方法，可擴展發(fā)揮部分的功能。見下圖1-3。

圖等精度頻率計系統(tǒng)組成框圖

**紅外多路遙控器設(shè)計及應(yīng)用

一'設(shè)計任務(wù)

設(shè)計并制作一多路紅外遙控器，并將其應(yīng)用于某一實用控制系統(tǒng)。

二、設(shè)計要求

1.基本要求

(1)遙控路數(shù)為8路。

(2)可控制受控設(shè)備的開、關(guān)狀態(tài)，并且在接收端能判別開、關(guān)信號，以

發(fā)光二極管的亮、暗表示受控設(shè)備的開、關(guān)。

6

(3)工作頻率為50kHz。

(4)遙控距離不小于3mo

2.發(fā)揮部分

(1)使遙控距離不小于5mo

(2)可控制受控設(shè)備的多種狀態(tài)，如設(shè)計成PC機紅外遙控器，可應(yīng)用于多

媒體教室的PC機控制。

**無線多路遙控器設(shè)計及應(yīng)用

一、設(shè)計任務(wù)

設(shè)計并制作一多路無線遙控器，并將其應(yīng)用于某一實用控制系統(tǒng)。

二、設(shè)計要求

1.基本要求

(1)遙控路數(shù)為8路。

(2)發(fā)射端用數(shù)字顯示所控的路數(shù)和狀態(tài)類別，接收端用數(shù)碼管作為被控

對象，使其顯示受控對象及其工作狀態(tài)。

(3)工作頻率為lOMHZo

(4)遙控距離不小于5mo

注：本部分不允許采用現(xiàn)成的發(fā)射接收模塊。

2.發(fā)揮部分

(1)使遙控距離不小于10mo

(2)若采用現(xiàn)成的發(fā)射接收模塊，應(yīng)可控制受控設(shè)備的多種狀態(tài)，如設(shè)計

成無線網(wǎng)絡(luò)電臺等，可通過遙控發(fā)射部分的按鍵控制無線網(wǎng)絡(luò)電臺播放節(jié)目或進

行音量調(diào)節(jié)等操作。

**多功能電子琴設(shè)計

一、設(shè)計任務(wù)

設(shè)計并制作一多功能電子琴

二、設(shè)計要求

1.基本要求

(1)能夠發(fā)出1、2、3、4、5、6、7等七個音符。

(2)能播放存儲的音樂(至少4首)。

(3)自動選曲。

2.擴展部分

(1)能模擬各種傳統(tǒng)樂器如笛子、小號、雙簧、風(fēng)琴等的樂音。

(2)能通過鍵盤演奏任意提供的樂曲(如“茉莉花”“生日快樂”等)。

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(3)顯示播放音樂歌詞。

**自選實驗題目(開放性實驗)

**溫度測量與控制器設(shè)計

一'設(shè)計任務(wù)與要求

設(shè)計并制作對某一系統(tǒng)的溫度進行測量與控制的電路。電路的要求為：

①被測溫度和控制溫度均可數(shù)字顯示。

②測量溫度范圍為0C?120C,精度為±0.5℃o

③控制溫度連續(xù)可調(diào)，精度為±1℃。

④溫度超過額定值時，產(chǎn)生聲、光報警信號。

二、總體方案設(shè)計

(1)設(shè)計思路

①對溫度進行測量、控制并顯示，首先必須將溫度(非電量)轉(zhuǎn)換成電量，

然后采用電子電路實現(xiàn)課題要求。可采用溫度傳感器，將溫度變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的

電信號，并通過放大、濾波后送A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號，然后進行譯碼顯示。

②恒溫控制，將要控制的溫度所對應(yīng)的電壓值作為基準電壓VREF，用實際測

量值%與VRM進行比較，比較結(jié)果(輸出狀態(tài))自動地控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度。

③報警部分，設(shè)定被控溫度對應(yīng)的最大允許值為TMX,當(dāng)系統(tǒng)實際溫度達到此

對應(yīng)值T皿時，產(chǎn)生報警信號.

④溫度顯示部分，采用轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，可分別顯示系統(tǒng)控制溫度對應(yīng)值VRH，和

報警溫度對應(yīng)值Tw.

(2)原理框圖

圖-4溫度測量與控制器原理框圖

8

①傳感器可采用拓電阻、精密電阻和電位器即組成測量電橋，如下圖所示。

電橋的輸出電壓作為運放構(gòu)成的差動放大器的雙端輸入信號，將信號放大后由低

通濾波器將高頻信號濾除。

圖1-5傳感器電路

②被測溫度信號電壓加于比較器1與控制溫度電壓VREF進行比較，比較結(jié)果

通過調(diào)溫控制電路控制執(zhí)行機構(gòu)的相應(yīng)動作，使被控系統(tǒng)升溫或降溫。

③當(dāng)控制電路出現(xiàn)故障使溫度失控時，使被控系統(tǒng)溫度達到允許最高溫度對

應(yīng)值Vw，用聲、光報警電路發(fā)出警報，值班人員將采取相應(yīng)的緊急措施。

④開關(guān)S1可分別鍵合系統(tǒng)溫度、控制溫度電壓VREF和報警溫度電壓VE，通

過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示器顯示出相應(yīng)的溫度數(shù)值。

**音樂彩燈控制器

聲控音樂彩燈是音樂聲響與彩燈燈光的相互組合，使音樂的旋律伴以

亮度'顏色和圖案不斷變換的燈光，使人的視覺和聽覺結(jié)合在一起獲

得綜合的藝術(shù)享受。

一、任務(wù)和要求

（1）任務(wù)

設(shè)計一種組合式彩燈控制電路，該電路由三路不同控制方法的彩燈所組成，

采用不同顏色的發(fā)光二極管作設(shè)計實驗。

（2）要求

①第一路為音樂節(jié)奏控制彩燈，按音樂節(jié)拍變換彩燈花樣。

②第二路按音量的強弱（信號幅度大?。┛刂撇薀?。強音時，燈的亮度加大，

且燈被點亮的數(shù)目增多。

③第三路按音調(diào)高低（信號頻率高低）控制彩燈.低音時，某一部分燈點亮；高

音時，另一部分燈點亮。

二、總體方案設(shè)計

（1）設(shè)計思路

根據(jù)課題要求，本控制器可分別用三部分電路實現(xiàn)。

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐實驗教程

①音樂的節(jié)奏往往由樂隊的鼓點來體現(xiàn)，實質(zhì)上它是具有一定時間間隔的節(jié)

拍脈沖信號。因此，可采用計數(shù)、譯碼驅(qū)動構(gòu)成節(jié)拍脈沖信號發(fā)生器(或稱時間

順序控制器)，使相應(yīng)的彩燈按節(jié)奏點亮和熄滅。

②為實現(xiàn)聲音信號強弱的控制，應(yīng)該將聲音信號變成電信號，經(jīng)過放大、整

流濾波，以信號的平均值驅(qū)動彩燈發(fā)亮。信號強，則燈的亮度大，且點亮燈的數(shù)

目增多。

③為實現(xiàn)高、低音(不同頻率信號)對彩燈的控制，采用高、低通有源濾波

器電路。低通濾波器限制高音頻信號通過，而高通濾波器限制低音頻信號通過，

分頻段輸出信號，經(jīng)過放大驅(qū)動相應(yīng)的發(fā)光二極管點亮。

(2)控制器原理圖

圖1-6音樂彩燈控制器原理圖

①采用運算放大器或555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生矩形波信號作為計數(shù)

器的時鐘脈沖.

②計數(shù)器輸出經(jīng)譯碼器可得多路譯碼輸出信號，再通過驅(qū)動器使相應(yīng)的彩燈

點亮。

③采用動圈式話筒或者揚聲器，將聲響信號變成電信號輸出，并經(jīng)放大器將

其放大。由于音頻信號的頻率高于發(fā)光元件的響應(yīng)頻率，為使發(fā)光有適當(dāng)?shù)娘@示

時間，可加入延時電路，減少發(fā)光元件閃爍現(xiàn)象。

④人耳聽覺范圍的信號頻率在20Hz?20kHz,為簡單起見，可將音頻信號分

成兩個不同頻段，分別用低、高通濾波器來區(qū)分這兩段頻率信號，然后經(jīng)驅(qū)動電

路使彩燈工作。

**多路防盜報警器設(shè)計

一'任務(wù)和要求

(1)任務(wù)

設(shè)計一種防盜報警器，適應(yīng)倉庫、住宅等地防盜報警。

(2)要求

10

①防盜路數(shù)可根據(jù)需要任意設(shè)定。

②在同一地點(值班室)可監(jiān)視多處的安全情況，一旦出現(xiàn)偷盜，用指示燈顯

示相應(yīng)的地點，并通過揚聲器發(fā)出報警聲響。

③設(shè)置不間斷電源，當(dāng)電網(wǎng)停電時，備用直流電源自動轉(zhuǎn)換供電。

④本報警器可用于醫(yī)院住院病人有線“呼叫”。

(3)電源

設(shè)計本報警器所需的直流穩(wěn)壓電源。

二、總體方案設(shè)計

(1)設(shè)計思路

①防盜報警器的關(guān)鍵部分是報警控制電路，它由控制電路控制聲、光報警信

號的產(chǎn)生?？刂齐娐房刹捎眠\算放大器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或者邏輯門等部件進行控

制。比較簡單的方法是采用晶體管控制。無偷盜情況時，使晶體管處在截止狀態(tài),

則被控制的聲、光產(chǎn)生電路不工作；一旦有偷盜情況，立即使晶體管導(dǎo)通，被控

制的聲、光產(chǎn)生電路產(chǎn)生聲、光報警信號，呼叫值班人員采取相應(yīng)措施。

②電網(wǎng)正常供電時，通過電源變壓器降壓后經(jīng)整流、濾波及穩(wěn)壓得報警器所

需直流電壓。為防止電網(wǎng)停電，在控制器的輸入端設(shè)置有備用電源，保證報警器

在停電時能正常工作。

(2)報警器的原理圖

電

源

變

壓

器

備用直流電源

圖17報警器原理圖

①控制電路由晶體管T、電阻R和穩(wěn)壓二極管DZ組成，見下圖。

輸入丁輸出

0-------------\/------------°

(直流電源電壓)v

R

?2SDZ

圖1-8報警器控制電路

電源電壓通過R、DZ給T提供基極直流偏置，同時在DZ兩端并接設(shè)防線使

T的基極對地短路，這時T處于截止狀態(tài)，輸出端無信號輸出。一旦防線被破壞,

DZ擊穿穩(wěn)壓，T迅速導(dǎo)通，輸出信號使報警電路工作，發(fā)出聲、光報警信號。

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐實驗教程

②電網(wǎng)電壓通過電源變壓器降壓后，經(jīng)二極管整流，電容器濾波，集成穩(wěn)壓

后供給控制電路，同時將備用直流電源通過二極管并入控制電路的輸入端。電網(wǎng)

電壓正常供電時，二極管截止，一旦電網(wǎng)停電，二極管導(dǎo)通，備用電源自動供電。

③指示燈可采用發(fā)光二極管LED顯示，控制電路輸出信號使其發(fā)光。顯示器

可按不同設(shè)防地點進行編號。采用NE555時基電路和阻容元件組成音調(diào)振蕩器，

控制器輸出信號。輸出電壓控制其工作，NE555的腳輸出音頻信號使揚聲器發(fā)聲

報警。

**家用風(fēng)扇控制器設(shè)計

一、設(shè)計任務(wù)

設(shè)計并制作一個家用風(fēng)扇控制器?？刂破髅姘鍨椋喊粹o3個，分別為風(fēng)速、風(fēng)

種和停止；LED指示燈6個，指示風(fēng)速強、中、弱，風(fēng)種為睡眠、自然和正常。

二、設(shè)計要求

①電扇處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)時，所有指示燈不亮，只有按下“風(fēng)速”鍵時，才會響應(yīng)，

進入起始工作狀態(tài)；電扇在任何狀態(tài)，只要按停止鍵，則進入停轉(zhuǎn)狀態(tài)。

②處于工作狀態(tài)時，有下列規(guī)則：初始狀態(tài)時，風(fēng)速為“弱"，風(fēng)種為"正?！?。

按“風(fēng)速”鍵，其狀態(tài)由"弱"一"中"一"強"一"弱"……往復(fù)循環(huán)改變，每按一

下按鍵改變一次；按"風(fēng)種"鍵，其狀態(tài)由"正常"一"睡眠自然"一"正?！薄?/p>

往復(fù)循環(huán)改變。

③風(fēng)速的弱、中、強對應(yīng)于電扇的轉(zhuǎn)動由慢到快。

④風(fēng)種的不同選擇，分別為：正常，電扇連續(xù)運轉(zhuǎn)；自然，電扇模擬自然風(fēng)，即

轉(zhuǎn)4s,停4s;睡眠，電扇慢轉(zhuǎn)，產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)，運轉(zhuǎn)8s,停轉(zhuǎn)8so

⑤按照風(fēng)速與風(fēng)種的設(shè)置輸出相應(yīng)的控制信號。

⑥直接用供風(fēng)扇的電源供電。

⑦按鍵用"輕觸''鍵。

**灌藥顆粒計數(shù)控制系統(tǒng)

設(shè)計任務(wù)與要求為：

①工藝過程：如下圖1-9所示的自動藥粒灌裝系統(tǒng)，當(dāng)瓶口到達料口處時，下

料管通過葉輪轉(zhuǎn)動使藥粒逐粒落下，葉輪是通過直流伺服電機Ml減速后轉(zhuǎn)動。當(dāng)

落下藥粒達到設(shè)定值n后，葉輪停止轉(zhuǎn)動。伺服電機M2使傳送帶向前傳動，直到

隨后的一個空瓶瓶口對準下料口時，傳送帶停止傳動，料口葉輪開始轉(zhuǎn)動送料。重

復(fù)此過程。

12

圖1-9自動藥粒灌裝系統(tǒng)

②要求選擇并設(shè)計下落藥粒檢測和藥瓶定位的傳感器裝置。

③要求有每瓶藥粒值設(shè)定裝置，在藥粒下落時，有計數(shù)顯示裝置。

④設(shè)計電機Ml的控制系統(tǒng)，當(dāng)空瓶瓶口對準時啟動Ml,當(dāng)下落藥粒數(shù)等于

設(shè)定值n時，Ml停止。

⑤設(shè)計傳送帶電機M2的控制裝置，當(dāng)完成一個藥瓶裝藥后，啟動M2向前傳送,

直至下一個空瓶瓶口對準料口，停止M20

⑥設(shè)計整個系統(tǒng)的供電電源。

**電子活動靶紅外線光電打靶游戲器

設(shè)計任務(wù)與要求為：

①設(shè)計并制作紅外線光電打靶游戲器，采用電子活動靶，用LED指示目標位

置，目標以一定的時間間隔無規(guī)則移動，緊靠每個目標有紅外光敏三極管，當(dāng)紅外

光電槍打中目標時，記分。

②紅外光電槍。用開關(guān)模擬扳機，當(dāng)扣動扳機時，應(yīng)能定向發(fā)射紅外光，有效

距離6nT8m,光線到達目標點，有效范圍不大于15mm。扣動一次扳機，發(fā)光時間不

超過100m。在扣動扳機時，能發(fā)出模擬機槍聲。紅外光電槍用2節(jié)5號干電池供

電。

電子活動靶有10個可能目標，目標停留時間約2s,目標用發(fā)光二極管指示，

在其相鄰處應(yīng)有一個紅外光敏三極管，兩者中心距離不大于7mmo當(dāng)擊中目標時，

發(fā)出信號聲音，時間1s左右。

③記分及顯示。每次打中目標，記1分，并用7段LED顯示。最高分為999分。

④打靶時間?？稍O(shè)定0~30min,時間間隔為Imin,當(dāng)設(shè)定時間到，停止計分，

并發(fā)出相應(yīng)的聲音。

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐實驗教程

**無線報警系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)適用于物業(yè)管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)有1個接收站，接收本區(qū)16戶住

戶的報警。要求設(shè)計一個發(fā)射機及接收站。

(1)基本設(shè)計要求

①各戶的報警發(fā)射機可發(fā)出火警、匪警、盜警、求助、求醫(yī)報警信號、密碼

鎖錯誤信號以及本戶號碼。

②接收站可以接收各戶發(fā)出的報警信號及住戶號碼?？梢暂喠黠@示各戶報警

信號及號碼。

③發(fā)射頻率為業(yè)余頻段。

④發(fā)射功率

⑤報警距離＞25m。

⑥全部使用電池供電。

⑦可以使用部分專用芯片(如接收機芯片)

(2)發(fā)揮部分

①增加語言報警功能。

②增加對講功能。

**水位控制器設(shè)計

1、設(shè)計任務(wù)與要求：

(1)設(shè)計并制作一個水塔水位控制器，該控制器具有4個水位檢測輸入，

由低水位到高水位檢測點分別為Hl、H2、H3、H4,控制器根據(jù)水位狀態(tài)控制兩

臺水泵的工作；

(2)要求個水位檢測點應(yīng)能準確可靠地檢測出水位狀態(tài)，所設(shè)計(或選購)

的傳感器應(yīng)能經(jīng)受長期水泡的工作環(huán)境而不影響其性能；

(3)兩臺水泵分別為Ml和M2,當(dāng)水位低于H1時，開水泵Ml和M2,當(dāng)水

位低于H1時，開水泵Ml和M2,當(dāng)水位高于H4時，關(guān)掉兩臺水泵；

(4)水位由H1上升到H3時，關(guān)掉水泵Ml；

(5)水位由H4降至H2時，打開水泵Ml；

2、備用水泵的控制：

(1)當(dāng)兩臺工作水泵任一臺發(fā)生故障時，應(yīng)能檢測出故障，并使備用水泵

投入工作而取代故障水泵；

(2)在備用水泵投入運行后，對故障水泵有相應(yīng)的指示；

(3)每臺水泵的功率設(shè)為10KW。

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**電子秤的設(shè)計

設(shè)計一個實用的電子秤。

(1)基本設(shè)計要求

①重量顯示一一單位：g,最大秤重10kg,重量誤差不大于5g；

②單價全額及總金額顯示一一單價金額單位“分”，最大金額999.99元，

單價誤差不大于1分；

③有去皮，累計運算功能。