EDA基础与应用-南开大学电子信息教学中心

EDA基础与应用-南开大学电子信息教学中心第一页，共49页。

一、本课程的历史沿革

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是原国家教委“面向21世纪信息与电子类本科教学内容和课程体系改革研究”课题（编号：12－19）中的一项子课题（实验教学的改革研究和探索）。

2第二页，共49页。◆对原“近代无线电实验”和“中级物理实验”课程进行大胆的改革和创新，构建了现代信息技术实验平台，面向电子信息类的本科学生开出“现代信息技术实验”课程。3第三页，共49页。

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在全国理科电子类教学指导委员会的指导下，从1995年开始筹建现代信息技术实验室。在十多年的教学改革实践中，通过不懈努力，完成了以下工作：

●实验课题编排

跟踪本学科发展的新技术，形成了多个实验课题，每个实验都是一个小系统。很多课题来源于科研成果的转化和移植。4第四页，共49页。

●自主研制实验仪器

自己动手研制实验仪器设备，本实验室所用仪器设备很多都是自主开发研制的。

●编写出版教材

实验教材《现代信息技术实验》，2008年6月已经由清华大学出版社出版发行。5第五页，共49页。

●实验教学方法的改革

—分层次完成实验内容，求精不求多；

—采用启发式教学，培养学生的学习兴趣和做好实验的积极性，鼓励独立思考、自主解决问题；

—因材施教，为尖子学生脱颖而出创造条件；

—加强实验考核和实验报告写作训练。6第六页，共49页。

●已经取得的成果

—获得各级教学成果奖和实验技术成果奖多项；

—2008年11月在全国高校首届自制仪器展评会上，多项获奖；

—2010年10月在第二届自制仪器展上，获“自制教学仪器设备成果奖”；

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已经建成南开大学校级精品课程；

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外界来本校参观交流的窗口单位。7第七页，共49页。◆从1996年开始正式向电子信息类的本科学生开出了“现代信息技术实验”课程。

今年已是第19届次，受到广大师生欢迎，收到了比较好的教学效果。8第八页，共49页。二、开设本课程的指导思想

1.“现代信息技术实验”是电子信息类本科学生在基础实验基础上开设的高一级实验，围绕信息技术领域中信息的产生、采集、传输、处理、控制、存储和显示等选题，要体现系统性和综合性；9第九页，共49页。2.在实验内容上要涵盖微处理器和单片机及嵌入式应用系统设计、信息采集与处理、LED电子显示技术、物联网技术、光纤通信、光电探测等领域；

3.在实验平台设计上要体现分层次、可自主延伸、开放式的特性，以利于对学生开拓创新和实际动手能力的培养。10第十页，共49页。三、在实验内容设置的原则

1.实验内容要和现代基本物理概念相结合，以学习信息技术为贯穿实验始终的主线；

2.实验技能上应包含现代电子信息新技术，注重题目的先进性和知识的覆盖面；

3.实验内容要本着系统性、综合性和分层次可操作性。11第十一页，共49页。四、实验课程设置安排的特色

1.首堂实验课上，教师以“实验绪论”的形式举行讲座，帮助学生了解综合性系统实验的特点，布置预习工作，以便使学生尽快进入状态，投入实验；12第十二页，共49页。2.教师引导学生充分利用实验指导书、互联网资源、器件手册和仪器设备使用说明书等参考资料，启发学生积极思考问题，独立自主的寻找解决问题的思路和方法；13第十三页，共49页。3.在实验课结课时，会安排经验总结交流会。借鉴本科毕业论文答辩的模式，请做得比较好，特别是有发挥和创新的同学报告收获与体会；14第十四页，共49页。4.实验报告的格式参照本科毕业论文的撰写要求，以科技论文写作的基本要求来训练学生。实验数据要求完整，实验的创新发挥和心得体会必不可少。15第十五页，共49页。五、教材中的实验题目实验一温度控制系统及电子元器件温度特性的实验研究

实验二语音放大电路及有源滤波器的优化设计实验三可编程器件的应用及系统设计（一）——ispLSI器件实验四可编程器件的应用及系统设计（二）——GAL器件实验五

LED大屏幕显示系统实验六有线电视系统模拟设计与实验实验七基于单片机的指纹识别应用系统设计与实现实验八电路原理图和PCB的计算机辅助设计实验九数字电视与音视频编解码技术入门16第十六页，共49页。更新题目实验十物联网基础技术的初步研究实验十一智能家居系统的设计与实验实验十二STR-LED1000电子显示综合系统实验十三RFID综合实验系统的应用研究实验十四光纤通信系统的设计与实现实验十五光电探测原理的实验研究实验十六控制理论实验仪应用的初步研究实验十七微波与天线综合实验系统17第十七页，共49页。实验一温度控制系统及电子元器件温度特性的实验研究

1.实验目的：（1）初步了解温度控制系统硬件及软件的基本组成；（2）掌握PID控制方法的基本原理以及基本实验技能；（3）学习用VC语言进行控制系统编程的方法；（4）进一步学习和运用仿人工智能、模糊控制等现代控制方法，提高系统的控制品质。18第十八页，共49页。2.实验内容及步骤：

（1）了解实验装置原理和几种常用控温方法；

（2）启动系统，理解本实验装置是如何在规定温度区间内控温的，各项参数对控温系统的影响及其物理意义；

（3）利用开环测试方法或其他方法，找出一组优化参数进行PID控制，达到最佳的控温品质；

（4）根据自定义算法，进一步提高控温系统的控温品质。

19第十九页，共49页。实验二语音放大电路及有源滤波器的优化

设计

1.实验目的：

（1）掌握有源滤波器的基本原理和设计方法，熟悉巴特沃思，切比雪夫滤波器的特性；

（2）掌握OrCAD/PSpice9.1软件使用方法，会利用软件进行基本电路的设计、仿真和优化；

（3）熟悉虚拟仪器DSO25216使用方法，并会用它测量电路中各种参数。

20第二十页，共49页。2.实验内容及步骤：

（1）学习和掌握有关RC有源滤波器计算机辅助设计软件的使用方法与基本过程；

（2）设计一个Butterworth（巴特沃斯）带通滤波器，用PSpice仿真；

（3）根据所设计滤波器的电路组装成实际电路，使用虚拟仪器测量电路的特性。并把实测结果和（2）中的仿真结果相比较；

（4）用Pspice考察FILT软件的元件灵活性，找出最灵敏的元件。

21第二十一页，共49页。实验三可编程器件的应用及系统设计（一）

——ispLSI器件

1.实验目的：

（1）掌握ispLSI器件的原理、结构及特点，合理使用该器件；

（2）能使用ispLSI编程软件PDS编程，完成从编程到下载的全部过程；

（3）以LED循环显示为目标系统，设计其在线逻辑控制电路。

22第二十二页，共49页。2、实验内容及步骤：

（1）了解并掌握ispLSI器件及使用注意事项；

（2）以LED的动态显示为目标系统，设计其逻辑控制电路；

（3）以简易数字钟为目标系统，设计其逻辑控制电路。23第二十三页，共49页。

实验四可编程器件的应用及系统设计（二）———GAL器件

1.实验目的：

（1）了解可编程逻辑器件GAL的结构、原理和使用方法；

（2）掌握ABEL语言，学会用ABEL语言编写源程序；

（3）用可编程逻辑器件GAL实现3－8译码器和十六进制计数器功能。

24第二十四页，共49页。2.实验内容及步骤：

（1）了解并掌握GAL器件及使用注意事项；

（2）用ABEL语言设计3－8译码器和十六进制计数器，编译通过后烧制到GAL器件上。

用该GAL器件组装成实际电路并进行实测，把实测结果和原设计结果相比较。

25第二十五页，共49页。实验五

LED大屏幕显示系统

1.实验目的：

（1）学习LED大屏幕的显示原理与方法；

（2）学习串口通信的基本方法；

（3）了解计算机处理汉字的过程以及汉字的显示原理。26第二十六页，共49页。2.实验内容及步骤：

（1）编程点亮LED屏幕。发送全00H或者FFh可知是高电平亮还是低电平亮；

（2）找出行、列顺序；

（3）静态显示汉字（字型码存储在单片机ROM内），把汉字显示在开始的几个汉字块内（16*16为一个汉字块）；27第二十七页，共49页。

（4）显示任意汉字（字型码存储在计算机内）或图形，通过单片机和计算机的通信来确定显示的汉字；

（5）研究动态显示方式，可以自定义一种方式显示。基本要求为根据附录里的程序编写以“S”型移动的程序。

28第二十八页，共49页。实验六有线电视系统模拟设计与实验

1.实验目的：

（1）了解有线电视系统基本组成及主要技术指标；

（2）基本掌握有线电视系统设计的基本方法；

（3）设计一个模拟住宅楼的共用天线系统。29第二十九页，共49页。2.实验内容及步骤：

（1）测量指定频道的场强和实用天线增益，计算输出信号电平并于实测相比较；

（2）测量天线放大器、带宽放大器增益和幅频特性；

（3）测量分支器、分配器、混频器特性；

（4）设计一个直接混合型前端，要求供一三单元四层楼用户使用；

（5）组装并实测该系统收视情况。30第三十页，共49页。

实验七基于单片机的指纹识别应用系统

设计与实现

1.实验目的：

（1）了解半导体指纹识别芯片的基本原理和使用方法；

（2）掌握单片机与外围设备的接口方法，设计接口电路；

（3）掌握指纹门禁系统及TCP/IP协议的软件编程、设计技巧及软件调试方法。

31第三十一页，共49页。2.实验内容及步骤：

（1）熟悉整个指纹门禁考勤系统的原理，结构和实现的功能；

（2）了解软件设计流程，软件各部分之间的关系掌握主要的子程序之间的接口和互连方式；

（3）熟悉HD61202液晶屏的原理及工作方式，编写液晶显示驱动，能在液晶屏上显示数字；

（4）编写客户端门控程序。

32第三十二页，共49页。

实验八电路原理图和PCB的计算机辅助设计

1.实验目的：

（1）学习和了解电子信息应用系统设计的计算机辅助工具；

（2）学习和掌握使用Protel99软件设计电路原理图的方法；

（3）学习和掌握使用Protel99软件进行PCB的设计。33第三十三页，共49页。2.实验内容及步骤：

（1）以两个实例入手，学习和训练用Protel99绘制出部分电路原理图和PCB版图；

（2）牙科X射线机智能控制系统的设计；

（3）氧分压测试仪控制部分电路的设计；

根据给出的已知条件和要求，用Protel99画出智能控制系统的原理图和PCB图。以上两题中任选做一题。34第三十四页，共49页。

实验九数字电视与音视频编解码技术入门

1.实验目的：

（1）学习和了解数字电视系统的工作原理和基本组成；

（2）学习和了解数字电视的有关国际标准；

（3）通过实验操作，学习和了解音视频信号的A/D、D/A转换和音视频编解码等数字电视的关键技术，为进一步学习信号和信息处理技术打下基础。35第三十五页，共49页。2.实验内容及步骤：

（1）在熟悉了解JH8000DTV数字电视实验系统的基础上，用JH8000DTV实验箱搭建系统总体实验环境；

（2）紧密结合系统的实际运行状态，通过亲手对系统参数的设置和测试，初步建立数字电视系统的总体概念。

36第三十六页，共49页。（3）对以下每一功能子模块进行测试和操作：

●视频A/D、D/A模块

●音频A/D、D/A模块

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MPEG视音频编码模块

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MPEG视音频解码模块

（4）从各模块实验中，了解和掌握数字电视传输系统中各部分原理、功能、技术参数、性能指标及在整个数字电视传输系统中的影响。37第三十七页，共49页。六、课程安排

（一）选课及分组情况：

1．总人数为21人：包括2010至2012三个年级，横跨微电、电子、电信三个专业。

2．分组情况：

按照学号和专业分为三人一组，特殊情况由选课学生与教师协商确定。38第三十八页，共49页。（二）课时分配

本实验课1.5学分，48学时：

1.绪论讲座4学时；

2.必做现代信息实验2个，共32学时（每个实验4个单元，每个单元4学时）；

4.实验总结交流4学时；

5.按兴趣自由选题完成开放实验，共8学时。

注：1个单元=1次课=3小时=4学时39第三十九页，共49页。（三）上课地点：综合实验楼A403室

（四）上课时间（第3周~第14周）

1.绪论讲座：第3周周一（）；

2.现代信息技术实验：第4周～第11周；

3.总结交流：第12周周一（）；

4.开放实验：第13、14周周二下午。

每周一晚上上课时间：18:30—21:3040第四十页，共49页。七、实验报告

每做完一个现代信息技术实验，都要完成实验报告，一共两份，分两次提交，报告格式参照本科毕业设计论文的撰写格式。

提交时间为第8、12周周一，电子版与打印版均要提交，不按时提交实验报告的同学不准进行下面的教学环节。41第四十一页，共49页。八、实验考核

1.实验完成情况：三个层次实验内容完成情况、预习和准备情况、实验态度是否认真；

2.仪器设备使用情况；

3.出勤情况：缺课三次以上不予评分；

4.实验报告情况：按时提交、格式整齐、内容丰富、严禁抄袭、突出创新发挥和心得体会部分；

5.经验交流表现情况。42第四十二页，共49页。

九、如何尽快进入实验状态

1.现代信息技术实验突出综合性和系统性，每一个实验都是一个小系统，所涉及的内容往往是多个学科的交叉，知识面很广，要想做好这类实验不太容易。

但不应该有畏难情绪，而要有强烈的求知欲望和奋发向上的进取心。43第四十三页，共49页。

2.要认真利用