《电子系统设计(含实验)》教学大纲_2020-3-28.doc
《电子系统设计(含实践)》实验课程教学大纲
课程名称：电子系统设计(含实践) |
课程代码：ELIE2006 |
英文名称：Electronic System Design | |
课程性质：专业必修课 | 学分/学时：2.0 / 54 |
开课学期：第7学期 |
|
适用专业：电子信息工程、通信工程、信息工程 | |
先修课程：微处理器与微计算机系统、嵌入式系统设计等课程 | |
后续课程：毕业设计 | |
开课单位：电子信息学院 | 课程负责人：邓晶 |
大纲执笔人：邓晶 | 大纲审核人：王丽荣 |
一、课程性质和教学目标
课程性质：电子系统设计(含实践)是电子信息工程专业一门重要的专业必修课，是为该专业本科生开设的一门综合性、设计性的实践课程，是为培养学生的创新思维和工程实践能力而设置。
本课程通过以工程实践为背景的电子系统设计与实现，使学生在了解电子系统的组成、设计原则与方法的基础上，将已学过的知识综合运用于电子系统设计中，使学生学习和掌握电子系统的构建、调试、测试方法，培养学生电子系统设计的能力。
通过项目设计、制作等环节，以团队合作方式让学生掌握如何根据系统功能要求提出电子系统的设计方案，并搭建和调试该系统，培养学生对工程项目的调研与分析能力、问题发现与解决能力，以及报告书写的能力，为从事电子信息技术相关的实际工作及解决复杂工程问题能力积累实践经验。
教学目标：本课程的教学目标如下：
1．根据工程应用的实际需要，提出电子系统的功能和性能要求，掌握电子系统的基本组成，分析电子系统的各组成部分，查询文献资料寻求多种设计解决方案，综合考虑成本、社会、安全、法律和环境等因素影响。【2-2】
2.掌握电子系统特别是基于微型计算机的电子系统设计方法，运用专业知识对多种方案进行对比优选，分析优化系统组成，创新性的设计电子系统。【3-3】
3. 根据系统设计方案进行软硬件设计，运用适当工具搭建并调试设计的电子系统，并通过实验方法验证系统功能。【4-2】
4. 根据系统功能要求，在小组内进行分工合作，各自完成系统部分功能，并做好和系统其他部分的衔接工作。【9-2】
二、课程目标与毕业要求的对应关系
毕业要求 | 指标点 | 课程目标 |
2、问题分析 | 2-2能通过文献研究并结合专业基础知识对复杂工程问题进行有效表达，并给出解决方案。 | 教学目标1 |
3、设计/开发解决方案 | 3-3 能综合利用专业知识，对设计方案进行优选和优化，体现创新意识。 | 教学目标2 |
4、研究 | 4-2能基于专业理论，针对电子信息领域的模块和系统，选择研究路线，设计可行的实验方案。 | 教学目标3 |
9、个人和团队 | 9-2了解团队中的成员定位，能胜任团队成员的角色与责任，组织团队成员开展工作，完成团队分配的工作，具备在多学科团队合作中发挥作用的能力。 | 教学目标4 |
三、课程教学内容及学时分配
本课程共54学时，每组2～3人，每次课3学时，每小组可选择以下多个题目中的任意一个，也可以是任课教师同意的自选题目。
序号 | 项目名称 | 实验类型 | 学时分配 | 每组人数 | 必开/选开 |
1 | 基于VS1053B音乐播放器的设计 | 设计性 | 54 | 2～3 | 选开 |
2 | GPS信息接收与显示系统的设计 | 设计性 | 54 | 2～3 | 选开 |
3 | 基于AD9850 DDS信号发生器的设计 | 设计性 | 54 | 2～3 | 选开 |
4 | 基于MF RC522 RFID读写器的设计 | 设计性 | 54 | 2～3 | 选开 |
5 | 基于nRF24L01无线通信系统的设计 | 设计性 | 54 | 2～3 | 选开 |
6 | 基于nRF905无线通信系统的设计 | 设计性 | 54 | 2～3 | 选开 |
7 | 音频信号分析仪的设计 | 设计性 | 54 | 2～3 | 选开 |
8 | 无线网关的设计 | 设计性 | 54 | 2～3 | 选开 |
9 | 基于WIFI安防报警节点的设计 | 设计性 | 54 | 2～3 | 选开 |
10 | 自选题目（需经指导教师同意） | 设计性 | 54 | 2～3 | 选开 |
每个课题学时分配如下：
序号 | 实验项目 | 目的、要求 | 实验内容 | 学时分配 |
1 | 课程介绍、课题讲述 | 选题、分组 | 分配课题、课题的讲解 | 6 |
2 | 课题研习与分析 | 查阅资料 | 芯片资料，系统工作原理 | 3 |
3 | 开题报告 | 理解课题 | 学生汇报、共同讨论分析 | 3 |
4 | 电路制作 | 制作实物 | 制作实物 | 12 |
5 | 软件编程 | 编程学习 | 按照项目要求设计程序 | 12 |
6 | 电路调试、测试 | 系统调试 | 调试电路板并测试数据 | 12 |
7 | 课程总结 | 交流收获 | 分小组汇报交流 | 6 |
四、实验内容及教学要求
设计项目1：基于VS1053B音乐播放器的设计
1.教学内容
设计一个基于VS1053B音乐播放器，具体要求如下：
(1) 播放可识别格式的音频文件；
(2) 采用键盘选择工作模式；
(3) 采用LCD显示播放曲目的名称及相关信息。
2.教学目标
（1）了解音乐播放器的工作原理、系统组成及特点；
（2）熟悉VS1053B音频编码器、解码器的工作过程、特性及使用；
（3）掌握单片机的硬件设计和软件设计；掌握电子系统的设计和应用。
3.能力：能够应用音频编解码器的知识解决音乐播放的复杂工程问题。
设计项目2：GPS信息接收与显示系统的设计
1.教学内容
设计一个GPS信息接收与显示系统，具体要求如下：
(1) 单片机与GPS模块能够进行通信；
(2) 单片机接收GPS定位信息，包括实时时间、所在地的经度和纬度；
(3) 采用LCD实时显示GPS定位信息。
2.教学目标
（1）了解GPS信息接收与显示系统的工作原理、系统组成及特点；
（2）熟悉GPS接收模块的特性及使用，熟悉NMEA-0183通信协议；
（3）掌握单片机的硬件设计和软件设计；掌握电子系统的设计和应用。
3.能力：能够将GPS通信协议应用于解决空间导航、定位的复杂工程问题。
设计项目3：基于AD9850 DDS信号发生器的设计
1.教学内容
设计一个基于AD9850 DDS的信号发生器，具体要求如下：
(1) DDS输出频率范围：1Hz～10MHz；
(2) 可实现多种频率的设定功能，具有跳频、点频、扫频工作模式；
(3) 采用LCD实时显示输出频率的信息。
2.教学目标
（1）了解基于DDS信号发生器的工作原理、系统组成及特点；
（2）熟悉DDS模块AD9850的特性及使用，熟悉LCD显示电路的设计；
（3）掌握单片机的硬件设计和软件设计；掌握电子系统的设计和应用。
3.能力：能够将DDS直接数字频率合成的概念用于解决高频信号发生器的复杂工程问题。
设计项目4：基于MF RC522 RFID读写器的设计
1.教学内容
设计一个基于MF RC522的 RFID读写器，具体要求如下：
（1）单片机与MF RC522模块进行通信；
（2）采用LCD实时显示电子标签的ID信息。
2.教学目标
（1）了解基于MF RC522的 RFID读写器的工作原理、系统组成及特点；
（2）熟悉MF RC522模块的特性及使用，熟悉电子标签的内部结构及使用。
（3）掌握单片机的硬件设计和软件设计；掌握电子系统的设计和应用。
3.能力：能够应用RFID射频自动识别技术解决RFID读写器的复杂工程问题。
设计项目5：基于nRF24L01无线通信系统的设计
1.教学内容
设计一个基于nRF24L01无线通信系统，具体要求如下：
（1）实现nRF24L01点对点无线通信；进一步可实现点对多点无线通信；
（2）发送端通过按键控制发送数据；
（3）接收端采用LCD实时显示接收到的数据。
2.教学目标
（1）了解和熟悉基于nRF24L01无线通信系统的工作原理、系统组成及特点；
（2）熟悉无线通信芯片nRF24L01的特性及使用；熟悉多种串行总线的使用；
（3）掌握单片机的硬件设计和软件设计；掌握电子系统的设计和应用。
3.能力：能够将近距无线通信的概念应用于解决点对点和点对多点无线通信的复杂工程问题。
设计项目6：基于nRF905无线通信系统的设计
1.教学内容
设计一个基于nRF905无线通信系统，具体要求如下：
（1）实现nRF905点对点无线通信；进一步可实现点对多点无线通信；
（2）发送端通过按键控制发送数据；
（3）接收端采用LCD实时显示接收到的数据。
2.教学目标
（1）了解和熟悉基于nRF905无线通信系统的工作原理、系统组成及特点；
（2）熟悉无线通信芯片nRF905的特性及使用；熟悉多种串行总线的使用；
（3）掌握单片机的硬件设计和软件设计；掌握电子系统的设计和应用。
3.能力：能够采用多种串行总线解决无线通信的复杂工程问题。
设计项目7：音频信号分析仪的设计
1.教学内容
设计一个音频信号分析仪，具体要求如下：
(1) 可分析音频信号频率成分；
(2) 输入信号的频率范围：200Hz～10kHz；电压范围(峰-峰值)：100mV～5V；
(3) 频率分辨力：100Hz。
2.教学目标
（1）了解音频信号分析仪的工作原理、系统组成及特点；
（2）熟悉FFT原理与算法、频谱测量与分析、LCD显示；
（3）掌握单片机的硬件设计和软件设计；掌握电子系统的设计和应用。
3.能力：能够采用快速傅里叶变换（FFT）解决音频信号分析的复杂工程问题。
设计项目8：无线网关的设计
1.教学内容
设计一个基于HLK-RM04的无线网关，具体要求如下：
无线网关可工作在网关、桥接、无线路由器和无线AP 等四种工作模式；
2.教学目标
（1）了解无线网关的工作原理、系统组成及特点；
（2）熟悉HLK-RM04模块的工作原理、特点及应用。
（3）掌握单片机的硬件设计和软件设计；掌握电子系统的设计和应用。
3.能力：能够将无线路由器、无线AP等基础知识应用于分析和解决无线网关的复杂工程问题，培养学生分析问题能力以及综合运用所学知识的能力。
设计项目9：基于WIFI安防报警节点的设计
1.教学内容
设计一个基于WIFI智能家居安防报警节点，具体要求如下：
(1) 通过气体、温湿度、红外、门磁传感器等智能家居传感器收集分布在各节点处的环境状态参数；
(2) 将收集到的数据通过WIFI上传到主控节点进行处理；
(3) 在监测到异常时，以报警的形式通知用户。
2.教学目标
（1）了解基于WIFI智能家居安防报警节点的工作原理、系统组成及特点；
（2）熟悉各传感器模块的特点及应用；熟悉WIFI模块的特点及应用；
（3）掌握单片机的硬件设计和软件设计；掌握电子系统的设计和应用。
3.能力：能够将智能家居基本概念、WIFI基础知识应用于分析和解决安防报警复杂工程问题。
设计项目10：自选题目（需经指导教师同意）
1. 教学内容
学生自拟
2. 教学目标
（1） 掌握电子系统的应用及设计，掌握应用软件的设计；
（2） 掌握电子系统的整体设计流程。
3.能力：能够将所学的基础知识和基本概念应用于分析和解决自选课题的复杂工程问题，培养学生分析问题能力以及综合运用所学知识的能力。
五、考核及成绩评定方式
1. 考核方式：
通过平时成绩和电子作品制作进行考核。
2. 成绩评定方式：平时成绩20%，实验成绩80%。其中：平时成绩包括平时各模块完成情况、出勤情况和课堂表现（占总成绩20%）；实验成绩（占总成绩80%）。
课程目标达成情况及考试成绩评定占比（%）
课程教学目标 | 支撑毕业要求 | 考试和评价方式成绩占比（%） | 成绩比例（%） | |||
平时成绩 | 实验成绩 | 期中考试 | 期末考试 | |||
教学目标1 | 支撑毕业要求2-2 | 10 | 0 | 0 | 0 | 10 |
教学目标2 | 支撑毕业要求3-3 | 0 | 40 | 0 | 0 | 40 |
教学目标3 | 支撑毕业要求4-2 | 0 | 40 | 0 | 0 | 40 |
教学目标4 | 支撑毕业要求9-2 | 10 | 0 | 0 | 0 | 10 |
合计 | 20 | 80 | 0 | 0 | 100 | |
3.评价标准
实验成绩考核评价标准
| 基本要求 | 评价标准 | 成绩比例(%) | |||
优秀 | 良好 | 合格 | 不合格 | |||
教教学目标1 | 根据要求，提出系统功能，掌握电子系统组成，分析各组成部分，寻求多种设计、解决方案（支撑毕业要求2-2） | 概念清晰，能准确地描述电子系统，能对系统性能指标进行正确的描述和分析。 | 概念较清晰，能描述电子系统，对系统性能作出描述和分析。 | 基本掌握概念，能基本描述电子系统，尚能对系统性能作出描述和分析。 | 概念不清楚，不能描述系统，不能对系统性能作出描述和分析。 | 10 |
教教学目标2 | 掌握电子系统特别是基于微型计算机的电子系统设计方法，运用专业知识对多种方案进行对比优选，分析优化系统组成，创新性的设计电子系统。（支撑毕业要求3-3） | 能合理选择芯片设计电子系统，对获得结果进行有效分析；报告撰写规范，内容完整，条理清晰；自己努力完成，没有抄袭；有核心问题的心得体会、有创意，有自己的个人见解和想法。 | 较为合理选择芯片设计电子系统，报告撰写规范，内容较完整；自己努力完成，没有抄袭。有核心问题的心得体会，但自己个人见解和想法较少。 | 能较为合理选择芯片设计电子系统，报告撰写尚规范，内容基本完整；自己努力完成，没有抄袭。核心问题的心得体会较少，无创意和个人想法。 | 不能合理选择芯片设计电子系统，没有交报告；或者基本上是抄袭；或者内容太空泛，太简单。 | 40 |
教教学目标3 | 根据系统设计方案进行软硬件设计，运用适当工具搭建并调试设计的电子系统，并通过实验方法验证系统功能。（支撑毕业要求4-2） | 能独立完成自身负责部分系统的搭建与调试，结果正确；熟悉系统工作原理，能合理实现所设计的电子系统功能。 | 具备系统搭建调试能力，结果大部分正确；了解系统工作原理，能实现所设计电子系统大部分功能 | 具备基本的系统搭建调试能力，结果部分正确；基本了解系统工作原理，能实现所设计的电子系统的部分功能 | 不具备系统搭建调试能力，基本概念不清楚，不了解系统工作原理，不能实现系统的功能 | 40 |
教教学目标4 | 根据系统功能要求，在小组内进行分工合作，各自完成系统部分功能，并做好和系统其他部分的衔接工作。（支撑毕业要求9-2） | 能根据要求合理设计电路，给出实现方案；独立完成系统设计，对结果能进行有效分析。 | 能根据要求合理设计电路，给出实现方案；完成系统设计，对结果进行分析。 | 基本能根据实验要求设计电路，给出实现方案；基本完成系统设计，对结果能进行部分分析。 | 不能根据要求设计电路给出实现方案；不能完成系统设计，对结果没有分析。 | 10 |
六、主要仪器设备及现有台套数
1．计算机（安装Keil μVision4软件）： 30台
2．系统开发板（MSP430 CPU或STM32 CPU）： 30套
3．示波器： 30台
4．万用表： 30台
5．直流电源 30台
6．信号发生器 30台
7．工具箱 1套/人
8．电子元器件 若干
七、教材及参考书
1.自编教材
2.参考书：
[1]. 沈建华、杨艳琴编著，MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践，北京航空航天大学出版社，2008年7月
[2]. 李宁编著，基于MDK的STM32处理器开发应用，北京航空航天大学出版社，2008年10月
[3]. 黄智伟编著，全国大学生电子设计竞赛系统设计，北京航空航天大学出版社，2006年12月
[4]. 田良、王尧、黄正瑾、陈建元、束海泉编著，综合电子设计与实践，东南大学出版社，2002年3月
[5]. 黄正瑾编著，电子设计竞赛赛题解析，东南大学出版社，2005年7月
[6]. 杨居义主编，单片机课程设计指导，清华大学出版社，2009年9月