硬件课程设计2011

1硬件课程设计华中科技大学电子与信息工程系简介具体安排“TI杯”华中科技大学电子设计竞赛开发过程3课程安排简介必修的实践性教学环节。培养计划学时：2W(19~20周)总学分：24课程任务与目的硬件课程设计应使学生较系统地完成针对小型实用电子系统的选题、方案论证、电路设计、电路实现、装配调试、系统测试、到总结报告的完整过程，通过针对系统设计要求对模拟电路、数字逻辑电路、通信电子电路、微机原理等相关课程理论知识的综合运用，掌握硬件系统设计与实现的方法，培养学生主动实践能力与创新思维意识，培养学生的团队合作精神，为后续发展打下坚固的基础。

5目标合格的专业工作者卓越工程师相关课程理论知识的综合运用，掌握硬件系统设计与实现的方法，培养学生主动实践能力与创新思维意识，培养学生的团队合作精神，为后续发展打下坚固的基础。

6完整过程选题需求分析

系统设计

系统实现

装配调试

系统测试

总结报告7先修课程《模拟电路》、《数字电路与逻辑设计》、《通信电子电路》、《微机原理》、《微机原理实验》、《电子线路设计•测试•实验》及其他相关课程与知识考核方式与评分方式

学生必须在规定的时间内完成其设计内容，并以报告和实物运行参加课程考核，考核按完成质量以及创新性表现综合给分。评分为优、良、中、通过、不通过五个等级。具体安排1、第8周硬件课程设计绪论课。2、第8周课题双向选择。3、第9周确定名单。4、第10周开题课---课题背景与要求介绍5、第14周设计方案检查与论证-元件清单。6、第19-20周进实验室，调试、验收。9选题---可行性论证可行性研究的主要任务是“了解客户的要求及现实环境，从技术、经济和社会因素等三方面研究并论证本软件项目的可行性，编写可行性研究报告，制定初步项目开发计划。”选题采用适当难度与份量要求的指定课题与自选课题，鼓励使用结合实际应用的最新芯片与开发工具，使学生在规定的时间内工作量饱满，经努力能完成任务，有利于进行创新设计与实现。指定课题多路抢答器 王德胜基于FPGA实现健身游戏机控制

杨小献锁相环频率合成器 杨健/阳浩数字温度计 龚军线性稳压电源 吴建新数字电压表 秦臻/罗杰基于FPGA实现DDS信号源 罗杰 TI硬件设计竞赛 曾喻江、陈林、汪小燕温度测量与多路无线巡检装置波形发生器自选题目自选题目可以自选题目，但须将选题的设计内容与系统设计框图写成书面文档在首次课（第9周）间与老师讨论，经过老师同意后，作为本次课程设计。“TI杯”华中科技大学电子设计竞赛

竞赛采取统一命题方式，不超过5名学生为一队，以队为单位选题报名参赛，参赛队限选一道赛题参赛。参赛学生包括“数理提高班”三年级的全体学生和在电信专业做硬件课程设计的优秀在校本科生（《电子线路设计与测试》与微机原理课程成绩需在85分以上）。竞赛成绩作为学生的硬件课程设计成绩。TI杯”华中科技大学电子设计竞赛（续）竞赛采取开放式的方式，在硬件课程设计限定的时间范围内由学生自己独立完成整个作品设计与制作。竞赛要求作品采用2片及2片以上的TI公司生产的模拟器件或者一片MSP430单片机。在竞赛中如发现用他人作品冒充自己的作品，将取消评奖资格并且硬件课程设计做不合格处理。TI杯”华中科技大学电子设计竞赛（续）课程设计最后一次课进行统一测试、答辩，根据参赛队作品的测试、答辩情况予以评奖。开发过程瀑布模型原型模型演化模型1.瀑布模型

(WaterfallModel)可行性研究与计划需求分析设计编码运行维护测试定义阶段开发阶段维护阶段

2.

原型模型（快速原型模型

RapidPrototypeModel）建造/修改原型用户测试运行原型

听取用户意见原型范型增量模型(IncrementalModel)螺旋模型(SprialModel)3.演化模型增量模型(IncrementalModel)螺旋模型(SprialModel)分析增量模型设计实现测试分析设计实现测试分析设计实现测试分析设计实现测试增量1增量2增量3增量n

增量1交付客户

增量2交付客户

增量3交付客户增量n交付客户日历时间…..3.2螺旋模型风险分析工程实施用户通信用户评估产品维护项目产品增强项目新产品开发项目概念开发项目计划建造及发布23完整过程选题

需求分析

系统设计

系统实现

系统测试

总结报告需求分析准确地定义未来系统的目标，确定为了满足用户的需求系统必须做什么。用<需求规格说明书>规范的形式准确地表达用户的需求。需求分析功能性需求定义了系统做什么（描述系统必须支持的功能和过程）性能需求技术性指标其他要求明确系统的设计任务要求对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标、内容及要求，明确系统应完成的任务。

需求分析的步骤当前系统目标系统物理模型逻辑模型逻辑模型物理模型模型化抽象化具体化实例化怎么做做什么当前系统目标系统需求定义28系统设计把系统要完成的任务分配给若干个单元电路，画出一个能表示各单元功能和关系的整机原理框图。

29系统设计针对系统提出的任务、要求和条件，查阅资料，广开思路，提出尽量多的不同方案，仔细分析每个方案的可行性和优缺点，加以比较，从中选取合适的方案。

30单元电路的设计、参数计算与器件选择根据系统指标和功能框图，明确任务，进行各单元电路的设计、参数计算和元器件选择。31（1）.单元电路设计每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟定出单元电路的功能与性能指标。注意需要明确各单元电路之间的相互配合和前后级之间的关系，尽量简化电路结构。注意各部分输入信号、输出信号和控制信号的关系。选择单元电路的设计方案，可以模仿成熟的先进的电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。32（2）.方案及元器件选择选择单元电路的设计方案，可以模仿成熟的先进的电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。需要注意系统的性能指标与特殊要求如：功耗、容量、频率和耐压范围、成本是否满足要求。一般优先选集成电路；注意技术可实现性；33（3）.参数计算理解电路的工作原理，正确利用计算公式，满足设计要求。（1）元器件的工作电流、电压、频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求。（2）元器件的极限参数必须留有足够裕量，一般应大于额定值的1.5倍。（3）电阻器和电容器的参数应选计算值附近的标称值。34（4）.系统方案的仿真与验证使用各种EDA工具描绘并验证系统方案，如PROTEL,ORCAD,Quartus,proteus。亦可用电子工作平台multisim。35系统实现电路板布局设计-电子电路的组装电子电路的调试1、电子电路的组装

（1）元器件的焊接技术（2）在面包板上的插接技术组装电路时要注意，电路之间要共地。正确的组装方法和合理的布局，不仅使电路整齐美观，而且能够提高电路工作的可靠性，便于检查和排除故障。2、电子电路的调试边安装边调试。把一个总电路按框图上的功能分成若干单元电路，分别进行安装和调试，在完成各单元电路调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围，最后完成整机调试。对于新设计的电路，此方法既便于调试，又可及时发现和解决问题。该方法适于课程设计中采用。整个电路安装完毕，实行一次性调试。这种方法适于定型产品。调试时应注意做好调试记录，准确记录电路各部分的测试数据和波形，以便于分析和运行时参考。性能指标测试以系统的设计任务与要求为依据，应用电子仪器进行各项指标测试，观察是否达到要求。记录测试条件，测试方法，详细测试数据及波形文档整理和总结报告电子系统设计文档整理和总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告的能力训练。通过写报告，不仅对设计、组装、调试、测试的内容进行全面总结，而且把实践内容上升到理论高度。课程设计报告内容要求（1）课题名称。（2）内容摘要。（3）设计内容及要求。（4）系统方案：系统方案的比较和选择系统框图与系统方案描述。课程设计报告内容要求（续）（5）单元模块电路设计、参数计算和工作原理说明。（6）系统设计仿真验证结果完整的电路图；元件清单；电路工作原理说明。仿真验证结果必要波形与频谱特性；重要参数的仿真验证课程设计报告内容要求（续）（7）组装调试的内容。包括：①使用的主要仪器和仪表；②调试电路的方法和技巧；③测试的数据和波形并与计算结果比较分析；④调试中出现的故障、原因及排除方法。（8）总结设计电路和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望。（9）列出系统需要的元器件。（10）收获、体会。（11）参考文献。祝各位同学学习顺利事业有成“TI杯”华中科技大学电子设计竞赛温度测量与多路无线巡检装置指导教师： 汪小燕Email:wxyhust@波形发生器指导教师： 陈林Email: lchen@

自选课题指导教师： 曾喻江Email:zengyj@竞赛规则1．成立竞赛工作组，由担任“数理提高班”硬件课程设计的3名指导教师组成。竞赛工作组全面负责竞赛的组织、命题、器件、指导、评审及颁奖等工作。2．竞赛采取统一命题与自选课题相结合的方式进行，自选课题需经向“TI杯”竞赛指导教师组提交课题论证方案并经答辩由指导教师组认可后进行。参赛队限选一道赛题参赛。3．不超过5名学生为一队，以队为单位选题报名参赛。4．参赛学生包括“数理提高班”三年级的全体学生和电信专业做硬件课程设计的优秀在校本科生。竞赛规则(续1)5．“数理提高班”三年级的全部学生必须参赛，以竞赛方式完成硬件课程设计，竞赛成绩作为学生的硬件课程设计成绩。6．电信专业做硬件课程设计的优秀在校本科生可自由参赛，其自由参赛人数不多于提高班人数，参赛条件是其《电子线路设计与测试》课程成绩需在85分以上，参与该竞赛后不再参与原硬件课程设计，竞赛成绩作为硬件课程设计的成绩。7．竞赛采取开放式的方式，在硬件课程设计限定的时间范围内由学生自己独立完成整个作品设计与制作。竞赛规则(续2)8．竞赛要求作品采用2片及2片以上的TI公司生产的模拟器件或者一片MSP430单片机。9．在竞赛中如发现用他人作品冒充自己的作品，将取消评奖资格并且硬件课程设计做不合格处理。10．竞赛工作组对每道赛题进行独立评审评奖，每道赛题设置一等奖1项，二等奖若干项，“TI”杯从一等奖中评选产生。时间安排1．4月22日前（第9周周五），各参赛队填写好报名表与导师讨论，确定自选课题与系统方案。包括：电路图与器件清单。2．5月27日前（第14周周五），通过项目评估，与器件到位状态。3．7月5日前（第20周周二），实验系统功能与性能初次展示（系统联调完毕）。4.7月8日（第19周周五），统一安排竞赛测试、答辩及评审，同时提交课程设计报告（个人为单位，声明个人工作与贡献）与文档（电路图，源码，照片，录像）。温度测量与多路无线巡检装置-任务设计并制作一个温度测量与多路无线巡检装置，可测量传感器感知的接触表面温度并进行诸如巡检等功能扩展。温度测量与巡检装置-基本要求温度测量范围为0℃～45℃，具有温度数码显示功能，分辨率为0.1℃。具有输入控制功能，可由外界输入温度超限报警门限。具有温度超限报警功能，当温度超出指定温度，必须给出声或光提示信号。进行多路温度巡检，显示当前巡检传感器的温度测量值；可根据输入选择工作在巡检或指定传感器测量模式。能够实现多路温度巡检数据的无线传送以及接收无线控制指令进行温度测量并回送测量数据。温度测量与巡检装置-发挥部分

能记录并实时显示温度调节过程的曲线,显示的误差绝对值小于2℃。进行温度的自动调节控制，可调节范围为5℃～35℃，最小设定分度为1℃。温度控制范围可由外界输入，当温度达到某一设定值并稳定后，装置接触表面的温度波动范围控制在±5℃以内。要求温度调控达到稳定状态时，必须给出声或光提示信号。其他功能波形发生器-任务设计并制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定波形，并根据用户输入选择产生指定类型与参数的波形，同时在必要的辅助输出显示设备上显示产生波形的类型与参数。波形发生器-基本要求①具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能