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专业课程设计专业课程设计 实验指导书实验指导书 （适用专业：光电信息工程专业） 西安邮电大学光电子技术系 光电信息工程教研室编 目 录 专业课程设计教学大纲纲要专业课程设计教学大纲纲要.1 专业课程设计教学安排专业课程设计教学安排.3 驱动电路设计类题目驱动电路设计类题目.6 基于单片机和显示器件的嵌入式系统设计类题目基于单片机和显示器件的嵌入式系统设计类题目.9 可见光通信系统设计类题目可见光通信系统设计类题目.18 基于单片机或基于单片机或 FPGA 的电路设计的电路设计23 基于基于 FPGA 的各类接口底层驱动设计类题目的各类接口底层驱动设计类题目29 基于基于 FPGA 的各类编码解码实现类题目的各类编码解码实现类题目32 基于基于 TRACEPRO 的系统仿真设计类题目的系统仿真设计类题目 35 专业课程设计教学大纲专业课程设计教学大纲纲要纲要 实践课程名称：专业课程设计 英文名称：Specialty Project 课程总学时：120 总学分：4 实验学时：120 一、专业课程设计的性质、目的及任务 专业课程设计安排在第五、六学期，集中四周时间所参与的实践课程。通过专业课 程设计集中实践环节的培养，进一步增强学生的动手能力，掌握实际系统开发的整个流 程。专业课程设计的任务是要求学生实现较复杂的光电信息处理与显示应用系统方案、 原理与实现电路，巩固和应用“光电子学”、 “显示技术基础”、 “平板显示技术”、 “显示器件 驱动技术”和“光电信息处理技术”等课程的基本理论和方法，熟悉常用的光电信息处理、 检测、显示器件及其测试方法，掌握光电信息处理与显示系统的设计与调试方法。 专业课程设计以设计性实验为主体，以系统设计指标为考核要点。在整个实践环节 中，通过过程考核，严把质量关，让每一位参与其中的学生做到融会贯通、举一反三。 与此同时，以专业课程设计为抓手，通过学生间的探讨合作，培养学生团队合作意识， 为学生进入社会、参与工作打下良好基础。 课程的任务课程的任务 经过多循环、多层次的实践教学，培养学生能够通过分析和设计，并基于已经掌握 的专业知识，设计实现一套具有实际意义硬件系统的能力。学习电子系统开发的实践知 识、方法和技能，初步掌握电子系统开发的一般方法特点，并加深对电路、仿真、系统、 测试等具体过程的深入理解。培养与提高学生的实践、设计能力，其中包括： （1） 能够自行阅读实验教材或资料，作好实验前的准备； （2） 能够借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器； （3） 能够运用所学知识对实际电子系统进行建模和设计，加深对设计实践内容原理的 理解； （4） 能正确记录和处理实验数据、绘制图线、评价实验结果、撰写合格的实验报告； （5） 能够按科学实验的基本过程完成设计性实验。培养与提高学生的科学实验素养， 使学生具有实事求是的科学态度。严肃认真的工作作风，主动研究的探索精神，以及遵守 规章制度与爱护公物的基本品德。 教学基本要求教学基本要求 在指导老师的引导下，学生通过完成光电处理及传感硬件系统、仿真软件、光学设计 类的实践任务，达到： （1） 培养学生严谨求实的作风，如实地记录设计过程中出现的问题现象和设计资料， 按要求完善设计过程中的仿真数据与代码，并写出正规的实验报告。 （2） 初步学会用所学习的单片机、FPGA、ARM 等解决实际问题。通过实验加深对重 要电子设计概念、过程的认识和理解。 （3） 掌握一些传感器、测试系统、仿真软件等。能正确使用常用电子仪器，如示波器、 信号发生器等。培养学生具备按实验要求选择仪器、开发环境的能力，熟练操作计算机。 （4） 培养学生正确处理实验数据、正确表达和评价实验结果的能力。 （5） 注重培养学生的仿真、设计能力，尤其是进行实验时的动手能力。注重培养学生 养成良好的实验开发习惯。 （6） 在教学中，通过介绍各个实验题目在工程技术中的应用，使学生了解科学实验的 重要性，明确实验课程的地位、作用和任务。 二、考核方式 本课程的考核根据学生实践环节中所选择题目的情况，分阶段进行。兼取其它形式的 考核，如：操作、口试、仿真等，每学期集中两周，根据学时数给出一定学分。该实验环 节无补考机会，如果未达到考核要求，需要延续至下一届重新学习。 专业课程设计教学安排专业课程设计教学安排 一、专业课程设计具体安排 根据培养方案要求，专业课程设计分别安排在第五、六学期，属于集中教学实践环 节。第五学期集中两周时间，进行第一阶段的实践任务；第六学期集中两周时间，在第 一阶段任务的基础上，进一步深化实践能力。两个阶段之间存在承上启下的递进关系， 互相促进。 两周的教学活动依据下述安排进行： 第一阶段：准备阶段；第一阶段：准备阶段； 向学生介绍专业课程设计性质、任务与安排。首先由代课老师详细介绍各个实践题 目相关背景及注意事项，对学生进行动员和分组。随后布置专业课程设计任务，发放实 验相关开发板、指导书、测试设备等。之后，学生开始自行查找资料，向老师请教相关 问题。 第二阶段：过程考核；第二阶段：过程考核； 根据分组题目的不同，各组学生考核时间点会稍有区别，此阶段主要由学生自行把 握，指导教师按照时间节点进行考核督促。 第三阶段：系统考核；第三阶段：系统考核； 指导教师按照学生题目进行系统功能考核，给出最后的成绩。对于没有达到设计目 标的小组，会要求其进一步改进系统，直到达到设计目标为止。对有进一步需求的小组， 鼓励其完成加分内容，力求拔高有学习潜力的同学。 第四阶段：总结提炼；第四阶段：总结提炼； 结合考核情况，进行课程设计总结，布置课程设计报告书写任务，由学生在课程设 计结束后自行完成。 二、专业课程设计题目汇总 序序 号号 实验名称实验名称 每组每组 人数人数 常规仪器常规仪器 设备名称设备名称 每组主要耗材每组主要耗材 1.1 字符型 LCD 显示器驱动模块 LCM 电路设计 1-3 2. LED 点阵显示器驱动模块电路设计 1-3 3. 激光光源驱动模块设计 1-3 4. 可调电压的小学试验电源设计 1-3 5. 电子密码锁 1-3 6. 基于单片机和 12864 液晶的程控信号源 1-3 7. 基于单片机的交通灯控制 1-3 8. 模拟计算器设计 1-3 9. 电子字典设计 1-3 10.简易频率计1-3 11.基于 LED 点阵管的公共汽车站牌显示设计1-3 12.基于 51 单片机的 1310-1550nm 光源设计1-3 13.基于双色 LED 点阵管的显示程序设计1-3 14.可调电压的小学试验电源设计1-3 15.光电计数器设计1-3 16.直流电机控制器设计1-3 17.简单电子琴设计1-3 18.USB 鼠标控制系统设计1-3 19.基于红外无线通信的播放系统1-3 20.排队叫号系统1-3 21.基于 ARM 的数字可见光通信系统设计1-3 22.基于 FPGA 的数字可见光通信系统设计1-3 23.模拟信号的可见光数字传输系统设计1-3 24.基于语音的可见光通信系统设计1-3 25.双色 16*16LED 点阵屏设计与实现1-3 26.双模激光光源驱动板设计1-3 27.硬件看门狗设计1-3 28.电子围栏设计1-3 29.高速数据采集卡设计1-3 30.自动水位测量仪设计1-3 31.基于 FPGA 的 UART 接口底层驱动实现1-3 32.基于 FPGA 的 SPI 接口底层驱动实现1-3 33.基于 FPGA 的 I2C 接口底层驱动实现1-3 34.基于 FPGA 的 4B5B 编码解码实现1-3 35.基于 FPGA 的 8B10B 编码解码实现1-3 36.基于 FPGA 的扰码解扰码的实现1-3 37.基于 TracePro 的 LED 球泡灯具设计与制作1-3 38. 39. 40. 驱动电路设计类题目驱动电路设计类题目 驱动电路设计对于光电信息专业很重要，课程设计中将让学生综合应用所学习到专业知 识，使用 Protel 软件完成一些常用显示器件、简单激光器、电源等的驱动电路设计。其主要 目的是通过系统设计、软件仿真、电路安排与调试、了解液晶面板、大屏幕点阵等的驱动 原理，提高使用 EDA 软件设计 PCB 的能力。 题目一、题目一、 字符型字符型 LCD 显示器驱动模块显示器驱动模块 LCM 电路设计电路设计 【实验内容】 使用 protel 99 se 设计字符型液晶显示器的驱动电路板，基本芯片为 HD44780 和 HD44100，根据要求设计 8*2，8*3，16*1，16*2，16*3，24*1，24*2,32*2 等各种液晶驱动 模块（LCM）的原理图和 PCB，每个字符为 5*8 点阵。 【实验目的】 1.掌握字符液晶显示驱动的基本原理； 2.掌握芯片 HD44780 和 HD44100 的作用及应用原则； 3.掌握常用元器件的封装； 4.掌握 Protel 软件实现原理图，PCB 设计。 【基本要求】 1.实现原理图设计； 2.实现 PCB 设计； 3.PCB 具体要求： （1）线宽不低于 10mil；VCC，GND 线宽不低于 30mil； （2）安全间距不低于 8mil，过孔内外径分别不低于 15mil，30mil； （3）丝印层印上自己的学号和姓名（中文） ； （4）板子尺寸和元件布局适合 lcd 的安装。 题目二、题目二、LED 点阵显示器驱动模块电路设计点阵显示器驱动模块电路设计 【实验内容】 使用 protel 99 se 设计字符型液晶显示器的驱动电路板，基本芯片为 74HC595 和 74HC164，根据要求设计 16*16，32*32LED 驱动模块（LCM）的原理图和 PCB，每个点阵 管为单色 8*8 LED。 【实验目的】 1.掌握 LED 驱动的基本原理； 2.掌握芯片 74HC595 和 74HC164 的作用及应用原则； 3.掌握常用元器件的封装； 4.掌握 Protel 软件实现原理图，PCB 设计。 【基本要求】 1.实现原理图设计； 2.实现 PCB 设计； 3.PCB 具体要求： （1）线宽不低于 10mil；VCC，GND 线宽不低于 30mil； （2）安全间距不低于 8mil，过孔内外径分别不低于 15mil，30mil； （3）丝印层印上自己的学号和姓名（中文） ； （4）板子尺寸参考实物。 题目三、激光光源驱动模块设计题目三、激光光源驱动模块设计 【实验内容】 设计基于 51 单片机的 1310nm，1550nm 激光光源驱动模块，以 STC89LE52RC 单片机 作为主控芯片，重庆华锋产同轴双波长半导体激光器为主要核心，加上放大驱动电路，设 计出性能稳定的激光光源驱动控制电路。具体包括：按键电路，放大电路，1602 液晶接口， 半导体激光器接口，电源电路等。参照成品光源进行电路逆向设计。 【实验目的】 1.掌握半导体激光器功率驱动的基本原理； 2.掌握 Protel 软件实现原理图，PCB 设计； 【基本要求】 1.设计完原理图； 1.实现和 PCB 设计； 2.PCB 具体要求： （1）线宽不低于 10mil；VCC，GND 线宽不低于 30mil； （2）安全间距不低于 8mil，过孔内外径分别不低于 15mil，30mil； （3）丝印层印上自己的学号和姓名（中文） 。 （4）板子尺寸参考实物。 题目四、可调电压的小学试验电源设计题目四、可调电压的小学试验电源设计 【实验内容】 设计一种能输出 1.5 伏，3 伏，4.5 伏，6 伏可调电压的实验电源。 【实验目的】 1.掌握可调电压的基本原理； 2.掌握一些常见的三端稳压芯片的作用及应用原则； 3.掌握常用元器件的封装； 4.掌握 Protel 软件实现原理图，PCB 设计。 【基本要求】 1.实现原理图设计； 2.实现 PCB 设计； 3.PCB 具体要求： （1）线宽不低于 10mil；VCC，GND 线宽不低于 30mil； （2）安全间距不低于 8mil，过孔内外径分别不低于 15mil，30mil； （3）丝印层印上自己的学号和姓名（中文） ； （4）板子尺寸参考实物。 基于单片机和显示器件的嵌入式系统设计类题目基于单片机和显示器件的嵌入式系统设计类题目 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中 央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计数 器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电 路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。 在本模块中，要求学生能使用单片机等微处理器和各种显示器件，完成小规模的嵌入式系 统开发。目的是熟悉一般嵌入式系统设计的全套流程，初步积累嵌入式处理器，存储器， 输入输出设备的使用经验。 题目一、电子密码锁题目一、电子密码锁 【实验内容】 根据设定好的密码，采用 3*4 键盘实现密码的输入功能，当密码输入正确之后，锁就 打开（用 led 或继电器，或蜂鸣器来模拟） ，如果输入的三次的密码不正确，就锁定按键 3 秒钟，同时发现报警声，直到没有按键按下 3 种后，才打开按键锁定功能；否则在 3 秒钟 内仍有按键按下，就重新锁定按键 3 秒时间并报警。密码的设定，在此程序中密码是存储 在 EEPROM 中，假设预设的密码为“12345”共 5 位密码。 【实验目的】 5.掌握 34 键盘驱动原理及程序设计； 6.掌握 8 位数码管或液晶的驱动原理及程序设计； 7.掌握电子密码锁的设计原理； 8.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 4.实现密码锁的基本功能：密码正确打开，密码错误提示； 5.实现密码错误三次锁定按键 3 秒，同时报警； 6.程序密码存储在 EEPROM 中。 【加分要求】 除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能。 题目二、题目二、 基于单片机和基于单片机和 12864 液晶的程控信号源液晶的程控信号源 【实验内容】 1.单片机通过 DA 芯片 TLC5615 实现正弦波，三角波，锯齿波，方波输出; 2.使用 4 个独立按键，设置输出信号的频率和幅值；分别是“+” ， “-” ， “确定” “返回” 。 3.当前输出的波形参数在液晶上显示。 【实验目的】 1.掌握 DA 芯片原理及程序设计； 2.掌握独立按键的驱动原理及其程序设计； 3.掌握 12864 图形液晶的驱动原理及程序设计； 4.掌握正弦波，三角波，锯齿波，方波的实现方法； 5.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 1.实现正弦波，三角波，锯齿波，方波的输出，波形畸变小； 2.实现信号频率和幅值的变化； 3.实现波形参数在 12864 液晶上显示，波形在示波器上显示。 【加分要求】 除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能。 题目三、基于单片机的交通灯控制题目三、基于单片机的交通灯控制 【实验内容】 1.8 位数码管显示实现四个方向红绿黄灯显示时间,每个方向 2 位数码管; 2.4 个方向红绿黄灯亮的时间必须可通过键盘设置，参数存储于 eprom 中； 【实验目的】 1.掌握 8 位数码管的驱动原理及程序设计； 2.掌握独立按键的驱动原理及其程序设计； 3.掌握 eprom 程序设计； 4.掌握交通灯控制的实现方法； 5.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 1.实现四个方向红绿黄灯控制； 2.实现四个方向红绿黄灯亮时间的改变，并存储； 【加分要求】 1.自己焊接模拟路口的红绿黄灯； 2.除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能。 题目四、题目四、 模拟计算器设计模拟计算器设计 【实验内容】 使用矩阵键盘加 1602 或 12864 液晶,实现基本的计算器功能;能实现加减乘除运算,浮点 运算精确到小数点后 2 位。 【实验目的】 1.掌握 1602 或 12864 液晶的驱动原理及程序设计； 2.掌握矩阵键盘的驱动原理及其程序设计； 3.掌握计算器设计方法； 4.掌握浮点运算和整数运算的方法和差异； 5.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 1.实现加减乘除运算； 2.实现浮点运算，并精确到小数点后 2 位； 【加分要求】 除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能。 题目五、题目五、 电子字典设计电子字典设计 【实验内容】 使用通用键盘加 12864 液晶,实现基本的电子字典功能;输入英语单词,能显示相应的汉语.至 少能存储 10 个单词;词库存储在板载 flash 芯片上。 【实验目的】 1.掌握 12864 液晶的驱动原理及程序设计； 2.掌握矩阵键盘的驱动原理及其程序设计； 3.掌握矩阵键盘复用的方法； 4.掌握 flash 存储的方法； 5.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 1.实现输入英文单词，查出相应汉语的词典功能； 2.实现浮 10 个单词以上的查阅； 3.词库存储在板载 flash 芯片上。 【加分要求】 除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能。 题目六、题目六、 简易频率计简易频率计 【实验内容】 利用单片机的 T0、T1 的定时计数器功能，来完成对输入的方波信号进行频率计数， 计数的频率结果通过 8 位动态数码管或液晶显示器显示出来。要求能够对 025KHZ 的信 号频率进行准确计数，计数误差不超过1HZ。 或者使用 FPGA 开发板实现。 【实验目的】 1.掌握数码管或液晶的驱动原理及程序设计； 2.掌握单片机 T0、T1 的定时计数器的程序设计； 3.掌握频率的计算方法； 4.掌握单片机程序或 FPGA 程序编写与下载的方法。 【基本要求】 1.实现 025KHZ 的信号频率进行准确计数，误差不超过1HZ； 2.计数的频率结果通过所用的显示器件显示出来； 【加分要求】 1.使用开发板 AD 采集波形，通过计算，液晶显示器来显示频率，以及波形特点(正弦波 还是三角波,锯齿波或者是方波) 2.除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能。 题目七、题目七、 基于基于 LED 点阵管的公共汽车站牌显示设计点阵管的公共汽车站牌显示设计 【实验内容】 1.使用单片机驱动 2 个 16*16 点阵管设计，显示 600 路公共汽车到站站名； 2.每个汉字使用 16*16 点阵显示； 3.通过按键切换站名。 【实验目的】 1.掌握 16*16 点阵驱动原理及程序设计； 2.掌握 16*16 点阵级联的方法； 3.掌握独立按键的驱动原理及程序设计 4.掌握点阵实现汉字显示与滚动的方法及程序设计； 5.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 1.显示 600 路公共汽车站站名； 2.可以通过按键切换上一站和下一站； 【加分要求】 除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能。 题目八、基于题目八、基于 51 单片机的单片机的 1310-1550nm 光源设计光源设计 【实验内容】 编写程序，实现光源所需驱动的 PWM 驱动，频率（270 Hz,1K Hz,2K Hz）切换，波长 切换，按键开机，关机，10 秒无操作自动关机，液晶显示。 【实验目的】 1.掌握半导体激光器功率驱动的基本原理 2.掌握按键，液晶，方波的驱动方法 3.掌握单片机程序编写与下载的方法， 。 【基本要求】 2.输出波长 270Hz，1kHz，2kHz 可选； 3.波长 1310nm，1550nm 可选。 【加分要求】 1.输出功率 10uw 以上； 2.10 秒无按键操作自动关机，可软开机，关机，省电功能。 题目九、基于双色题目九、基于双色 LED 点阵管的显示程序设计点阵管的显示程序设计 【实验内容】 1.焊接，调试双色 16*16led 点阵显示器， 2.使用单片机驱动双色 16*16 点阵，每个汉字使用 16*16 点阵显示，可滚动显示 5 个以上 汉字; 【实验目的】 1.掌握 LED 点阵驱动的基本原理； 2.掌握贴片元件的焊接方法； 3.掌握 16*16 点阵显示汉字及其滚动的方法； 4.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 1.焊接调试成功，点亮该板子。 2.可滚动显示 5 个以上汉字 【加分要求】 1.按键实现不同颜色，不同汉字的滚动显示； 2.多块板子级联，形成更大屏幕滚动显示。 题目十、可调电压的小学试验电源设计题目十、可调电压的小学试验电源设计 【实验内容】 焊接调试一种能输出 1.5 伏，3 伏，4.5 伏，6 伏可调电压的实验电源。 【实验目的】 1.掌握一些常见的三端稳压芯片的作用及应用原则； 2.掌握可调电压的基本原理； 3.掌握贴片元件的焊接方法； 4.掌握电路调试的方法。 【基本要求】 1.焊接调试成功，能输出 1.5 伏，3 伏，4.5 伏，6 伏； 2.误差小、稳定性好。 【加分要求】 除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能。 题目十一、题目十一、 光电计数器设计光电计数器设计 【实验内容】 设计光电计数器，要求使用红外发光二极管、红外接收管，实现计数功能。该系统可 用于工厂生产线工件计数，通过红外光电管接收到的信号情况，由单片机程序来控制是否 计数。 设计内容： 1.发光器件和接收器件之间的距离大于 1m； 2.有抗干扰技术，防止由于抖动产生的误计数； 3.每计数 100，用等闪烁 2s 指示一下； 4.LED 数码管显示计数值。 【实验目的】 1.掌握红外传感器相关知识； 2.学会如何实现无接触计数； 3.掌握数码管的驱动原理及其程序设计； 4.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 1.能完成发光器件和接收器件之间的距离大于 1m 的正确计数； 2.LED 数码管显示计数值，且每计数 100，用等闪烁 2s 指示一下。 【加分要求】 除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能。 题目十二、题目十二、 直流电机控制器设计直流电机控制器设计 【实验内容】 本系统以 AT89C51 单片机为核心，通过 LM621，以 2*3 矩阵键盘做为输入，4 位数码 管显示，达到控制无刷直流电机的启停、速度和方向，完成了基本要求和发挥部分的要求。 在系统中，采用了 PWM 技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的， 采用专用集成电路芯片 LM621 来完成换相工作。 设计内容： 1.电路设计及 PCB 2.控制电机启动和停止 3.能控制转速方向 4.2 个调速 5.数码管显示。 【实验目的】 1.掌握 LM621，L293D 电机驱动芯片的应用规则及方法 2.掌握 PWM 技术对电机进行控制方法； 3.掌握矩阵键盘的驱动原理及程序设计； 4.掌握数码管的驱动原理及其程序设计； 5.掌握 Protel 设计原理图和 PCB 图的方法； 6.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 1.焊接调试成功，实现控制电机启动和停止； 2.能控制转速方向，及速度值（2 个调速） ； 3.LED 数码管显示计数值； 【加分要求】 除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能。 题目十三、题目十三、 简单电子琴设计简单电子琴设计 【实验内容】 利用矩阵键盘代表琴键，弹出 8 个音调，即：1，2，3，4，5，6，7，i；通过数码管可 以显示所选的音调；并通过蜂鸣器发出声音；编写 2 首歌曲，进行选择性播放。 【实验目的】 1.掌握矩阵键盘的驱动原理及程序设计； 2.掌握数码管的驱动原理及其程序设计； 3.掌握过蜂鸣器驱动方法； 4.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 4.实现两首歌曲的选择性播放； 5.实现 8 个音调的显示与音； 【加分要求】 除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能 题目十四、题目十四、 USB 鼠标控制系统设计鼠标控制系统设计 【实验内容】 1.单片机实时检测 USB 鼠标位置和是否有键按下 2.LCD 液晶显示鼠标位置和是否有按键按下，如 X+,Y+ 3.通过单片机串口通信线和串口调试程序，在计算机上同时显示鼠标位置。 【实验目的】 1.掌握 LCD 驱动原理及程序设计； 2.掌握单片机串口通信的程序设计； 3.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 1.实现单片机实时检测 USB 鼠标位置和是否有键按下； 2.LCD 液晶及上位计算机显示鼠标位置。 【加分要求】 除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能 题目十五、题目十五、 基于红外无线通信的播放系统基于红外无线通信的播放系统 【实验内容】 1.利用红外遥控器选择适当按键播放音乐，可预先存储一些简单乐曲 2.利用红外遥控器选择适当按键选择曲目 3.数码管可以显示曲目的序号或名称 【实验目的】 1.掌握红外遥控器的原理使用方法； 2.掌握红外无线通信的原理； 3.掌握数码管驱动原理及其程序设计； 4.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 1.利用红外红外遥控器选择适当按键选择或播放音乐； 2.数码管可以显示曲目的序号或名称。 【加分要求】 除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能 题目十六、排队叫号系统题目十六、排队叫号系统 【实验内容】 1.主机通过按键完成叫号，数码管显示被叫号码，蜂鸣器响，提醒顾客接受服务； 2.从机通过串口通信完成排队取号功能； 3.从机显示队列中排在前面的顾客数。 【实验目的】 1.掌握独立按键的驱动原理及程序设计； 2.掌握数码管驱动原理及其程序设计； 3.掌握蜂鸣器的驱动方法； 4.掌握单片机串口通信的程序设计 5.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 3.主机通过按键完成叫号，数码管显示被叫号码，蜂鸣器响； 4.从机完成排队取号功能，并显示队列中排在前面的顾客数。 【加分要求】 除完成实验内容要求的功能外，又增加新功能 可见光通信系统设计类题目可见光通信系统设计类题目 可见光通信技术（Visible Light Communication ,VLC） ，是利用日常照明灯或是发光二极 管(LED)发出的明暗闪烁信号来传输信息的，将与互联网相连的电线装置连接在日常照明设 备上，打开开关即可使用。由于它可以覆盖到整个室内系统，因而将具有广泛的开发前景。 中国虽作为第二大发电强国，但电力供应却尤为紧张，尤其是我们的华南、华北、华东 等地区电力短缺的情况更为严重。而白光 LED 作为第四代绿色照明)，在各国技术方面的推 动下得以蓬勃发展。特别是美国和日本垄断了 LED 的核心技术和发明专利。我国 LED 产业 近年来在国家的扶持下也得到迅速发展。作为发光照明的同时，LED 具有的调制特性使得 其在节约能源的基础上，也为无线光宽带接入提供了一种新的方法来解决现有的无线电频 段资源极其有限的问题。可见光无线通信是一种新型光通信技术，可见光无线光通信是一 种新兴的无线通信技术，它是建立在白色 LED 的基础上，相对于常规的 WIFI 通信利用无 线电磁波传输，可见光不存在无线通信的频谱紧张和电磁干扰等问题。随着人们对信息的 需求和依赖，在某些地方更敏感的电磁干扰已不能使用传统的通信技术，如空间站，医院 等，只是需要这种绿色的通信技术。而对于 LED 光源作为通信基站进行信息的传输，其具 有高灵敏度和良好的线性调制特性，能够实现对信号的传输。在此方面的研究中，国外都 有一定的基础，如美国，韩国，日本，英国，德国和其他国家已经进行可见光通信理论的 实验研究，但都仍处于早期阶段实现这项技术的实际使用，相关研究人员仍有需要研究的 一些关键技术。 由于人们对于信息交换技术的急切需求，大力发展可见光通信技术成为一个必然的趋势。 可见光通信技术，由于高速，带宽速率高，保密性好等特点，在最近几年越来越受到广泛 的关注。而本研究是基于可见光的点对点通信系统设计，分析并研究出合理的系统解决方 案。 题目一、基于题目一、基于 ARM 的数字可见光通信系统设计的数字可见光通信系统设计 【实验内容】 可见光通信系统（VLC）即利用可见光实现数据、图像等信息的传输。使用可见光进行 数据传输，数据传输速率及安全性更高。在本系统的设计中，利用高亮度的白光 LED 和响 应度较高的 PIN 光电二极管作为收发器件，将计算机中信息通过串口送入 ARM 控制系统， 然后调制到 LED 可见光源，经过无线光传输，由 PIN 接收通过放大整形处理之后送入 ARM 控制系统，然后经过串口送到计算机进行恢复显示，从而实现大容量数据以及图像的 高速传输和实时通信。 该通信系统的设计框图如下： 实验内容分为三大硬件模块，发送电路模块、接收电路模块和光通道模块。发送电路模 块完成光源的驱动和信号的调制；接收电路模块完成光电转换和信号的放大与电平转换； 光通道模块完成光信号的空间传输。 软件模块为信号通信模块，完成信号协议的转换以及与计算机的通信。 【实验目的】 1.掌握光通信基本原理 2.掌握光器件的特性与使用方法 3.掌握模拟电路运放的设计 4.掌握 ARM 开发板的软件编程方法 【基本要求】 1.实现低速数字信号的光发和光收电路设计，速率在 100Kb/s 以下； 2.实现 1m 以上通信距离的低速光通信，速率在 100Kb/s 以下； 3.实现计算机中文件的可见光传输，通过光收发电路实现两台计算机之间的信息通信。 【加分要求】 1.实现速率在 1Mb/s 以上的信号通信 2.实现距离在 5m 以上的信号通信。 题目二、基于题目二、基于 FPGA 的数字可见光通信系统设计的数字可见光通信系统设计 【实验内容】 可见光通信系统（VLC）即利用可见光实现数据、图像等信息的传输。使用可见光进行 数据传输，数据传输速率及安全性更高。在本系统的设计中，利用高亮度的白光 LED 和响 应度较高的 PIN 光电二极管作为收发器件，将计算机中信息通过串口送入 FPGA 系统，然 后通过 I/O 口调制到 LED 可见光源，经过无线光传输，由 PIN 接收通过放大整形处理之后 送入 FPGA 系统，然后经过串口送到计算机进行恢复显示，从而实现大容量数据以及图像 的高速传输和实时通信。 该通信系统的设计框图如下： 实验内容分为三大硬件模块，发送电路模块、接收电路模块和光通道模块。发送电路模 块完成光源的驱动和信号的调制；接收电路模块完成光电转换和信号的放大与电平转换； 光通道模块完成光信号的空间传输。 软件模块为信号通信模块，完成信号协议的转换以及与计算机的通信。 【实验目的】 1.掌握光通信基本原理 2.掌握光器件的特性与使用方法 3.掌握模拟电路运放的设计 4.掌握 FPGA 开发板的软件编程方法 【基本要求】 1.实现低速数字信号的光发和光收电路设计，速率在 100Kb/s 以下； 2.实现 1m 以上通信距离的低速光通信，速率在 100Kb/s 以下； 3.实现计算机中文件的可见光传输，通过光收发电路实现两台计算机之间的信息通信。 【加分要求】 1.实现速率在 1Mb/s 以上的信号通信 2.实现距离在 5m 以上的信号通信。 题目三、模拟信号的可见光数字传输系统设计题目三、模拟信号的可见光数字传输系统设计 【实验内容】 可见光通信系统（VLC）即利用可见光实现数据、图像等信息的传输。使用可见光进行 数据传输，数据传输速率及安全性更高。在本系统的设计中，利用高亮度的白光 LED 和响 应度较高的 PIN 光电二极管作为收发器件，将信号源的周期信号通过 A/D 转换送入 ARM 或 FPGA 控制系统，然后调制到 LED 可见光源，经过无线光传输，由 PIN 接收通过放大整 形处理之后送入 ARM 或 FPGA 系统，然后经过 D/A 转换送到示波器显示，从而实现大容 量数据以及图像的高速传输和实时通信。 该通信系统的设计框图如下： 实验内容分为四大硬件模块，信号采集电路、发送电路模块、接收电路模块和光通道模 块。信号采集电路完成对模拟信号的数字采集、发送电路模块完成光源的驱动和信号的调 制；接收电路模块完成光电转换和信号的放大与电平转换；光通道模块完成光信号的空间 传输。 软件模块为信号通信模块，完成信号协议的转换以及与计算机的通信。 【实验目的】 1.掌握光通信基本原理 2.掌握光器件的特性与使用方法 3.掌握模拟电路运放的设计 4.掌握 ARM 或 FPGA 开发板的软件编程方法 5.掌握 A/D 和 D/A 电路的设计方法 【基本要求】 1.实现低速模拟信号数字采集，信号频率在 10KHz 左右； 2.实现 1m 以上通信距离的低速光通信； 3.实现各种波形的周期信号的传输与恢复。 【加分要求】 1.实现频率在 100KHz 以上的信号采集、传输与恢复； 2.实现距离在 5m 以上的信号通信。 题目四、基于语音的可见光通信系统设计题目四、基于语音的可见光通信系统设计 【实验内容】 可见光通信系统（VLC）即利用可见光实现数据、图像等信息的传输。使用可见光进行 数据传输，数据传输速率及安全性更高。在本系统的设计中，利用高亮度的白光 LED 和响 应度较高的 PIN 光电二极管作为收发器件，将语音信号经过模数转换通过送入控制系统， 然后调制到 LED 可见光源，经过无线光传输，由 PIN 接收通过放大整形处理之后送入控制 系统，然后经过数模转换送到扩音器进行恢复，从而实现大容量数据以及图像的高速传输 和实时通信。 该通信系统的设计框图如下： 实验内容分为四大硬件模块，信号采集电路、发送电路模块、接收电路模块和光通道模 块。信号采集电路完成对模拟信号的数字采集，信号采集电路由控制系统控制完成、发送 电路模块完成光源的驱动和信号的调制；接收电路模块完成光电转换和信号的放大与电平 转换；光通道模块完成光信号的空间传输。 软件模块为信号通信模块，完成信号协议的转换以及与计算机的通信。 【实验目的】 1.掌握光通信基本原理 2.掌握光器件的特性与使用方法 3.掌握模拟电路运放的设计 4.掌握 ARM 或 FPGA 开发板的软件编程方法 5.掌握 A/D 和 D/A 电路的设计方法 【基本要求】 1.实现低速模拟信号数字采集，信号频率在 3.4KHz 左右； 2.实现 1m 以上通信距离的低速光通信； 3.实现语音信号的传输与恢复。 【加分要求】 1.实现距离在 6m 以上的语音通信。 2.通过设计数字滤波器或模拟滤波器改善信号质量 基于单片机或基于单片机或 FPGA 的电路设计的电路设计 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央 处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计数器 等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路） 集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。 FPGA（FieldProgrammable Gate Array） ，即现场可编程门阵列，它是在 PAL、GAL、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路 （ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可 编程器件门电路数有限的缺点。通过本模块课题的研究，学生们可以掌握基于单片机或 FPGA，设计实用的系统。 题目一、双色题目一、双色 16*16LED 点阵屏设计与实现点阵屏设计与实现 【实验内容】 1.设计双色 16*16LED 点阵屏电路 PCB； 2.焊接，调试 PCB 板； 3.编写程序，使用单片机开发板或者 FPGA 开发板点亮该板，实现双色汉字滚动显示。 实验内容分为原理图设计，PCB 设计，焊接调试，编写程序。学生可选择译码器或者移 位寄存器驱动方案，或者其它方案。 【实验目的】 1.掌握 LED 点阵驱动的基本原理； 2.掌握 Protel 软件实现原理图，PCB 设计； 3.掌握贴片元件的焊接方法； 4.掌握单片机程序编写与下载的方法。 【基本要求】 1.实现原理图设计； 2.实现 PCB 设计； 3.焊接调试成功，点亮该板子。 【加分要求】 1.按键实现不同颜色，不同汉字的滚动显示； 2.多块板子级联，形成更大屏幕滚动显示。 题目二、双模激光光源驱动板设计题目二、双模激光光源驱动板设计 【实验内容】 以 STC89LE52RC44 脚贴片单片机作为主控芯片，重庆华锋产同轴双波长半导体激光器 为主要核心，加上功率放大驱动电路，设计出性能稳定的激光光源驱动控制电路。具体包 括：按键电路，功率放大电路，1602 液晶接口，半导体激光器接口，电源电路（两节 5 号 电池供电）等。参照成品光源进行电路逆向设计。 该电路实现 1310nm，1550nm 双模激光器的驱动，能通过按键输出两种波长的激光，输 出频率可调。该设备为便携式设计，拥有软开机与自动断电省电功能。 设计原理图和 PCB，焊接成品 PCB，调试，并编写程序，实现该光源的功能，并使用 光功率计进行测试。 【实验目的】 3.掌握半导体激光器功率驱动的基本原理； 4.掌握 Protel 软件实现原理图，PCB 设计； 5.掌握贴片元件的焊接方法； 6.掌握单片机程序编写与下载的方法，按键，液晶，方波的驱动方法。 7.掌握便携式仪表类仪器省电功能设计方法。 【基本要求】 4.设计完原理图和 PCB； 3.对信号调理电路进行仿真； 4.焊接 PCB，调试，编写程序，实现双模激光器基本功能； 5.输出波长 270Hz，1kHz，2kHz 可选； 6.波长 1310nm，1550nm 可选。 【加分要求】 1.输出功率 10uw 以上； 2.10 秒无按键操作自动关机，可软开机，关机，省电功能。 题目三、硬件看门狗设计题目三、硬件看门狗设计 【实验内容】 以 STC89C52 单片机作为主控芯片，自选其它器件，使用万用板，烙铁，焊接组装一台 硬件看门狗仪器。编写程序，实现硬件看门狗功能 设计看门原理图和 PCB，使用万用板搭建单片机最小系统，串口，继电器，LED 灯， 蜂鸣器，EEPROM 等电路，调试，并编写程序，实现看门狗的功能，并使用 PC 机进行测 试。若 PC 机 10 秒内没有通过串口喂狗，该设备能控制 PC 机硬件重启。该仪器能有效防 止 PC 机软件死机，适合与无人值守的 PC 机工作站。 【实验目的】 1.掌握看门狗的基本原理； 2.掌握 Protel 软件实现原理图，PCB 设计； 3.掌握单片机最小系统，常用电子元器件焊接方法； 4.掌握单片机程序编写与下载的方法，按键，驱动方法。 【基本要求】 1. 设计完原理图和 PCB； 2. 使用万用板焊接调试单片机最小系统和相关外围电路，调试，编写程序，实现看门狗基 本功能； 3. 液晶倒计时，计算下次喂狗时间； 4. PC 机通过串口发命令喂狗，10 秒不喂狗，继电器闭合，让 PC 机硬件复位； 5. 继电器实现关机。 【加分要求】 1.可通过按键和液晶，EEPROM 设置喂狗时间； 2.可通过 PC 机软件设置喂狗时间间隔。 题目四、电子围栏设计题目四、电子围栏设计 【实验内容】 要求实现一款基于 51 单片机，ZigBee 无线模块和双鉴探头，上位机软件的远程电子围 栏。首先，在 Protel99se 环境下实现硬件系统的原理图的设计，然后搭建电路连接各个模块， 经过调试，使用 LabVIEW 编写上位机软件，实现系统要求的功能。使用单片机开发板，PC 机，软件，另加外围器件实现所需功能。 【实验目的】 1. 掌握电子围栏的基本原理； 2. 掌握 LabVIEW 程序设计方法； 3. 掌握 Protel 软件设计方法； 4. 掌握单片机最小系统，常用电子元器件焊接方法； 5. 掌握双鉴探头等常用安防器材的使用。 【基本要求】 1.实现矩形监控区域或扇形监控区域； 2.如果入侵给出入侵标志，否则给出安全标志； 3.远程监控，上位机软件报警记录，历史数据查询，用户登录等功能。 【加分要求】 1.实现声光两种报警方式； 2.具有一定的抗干扰能力，如防止由于小猫狗，风沙，飞虫，树叶等引发的误报警现象； 3.不同权限的用户登录，实现软件不同权限，密码设置与修改； 4.使用万用板搭建最小系统，不使用开发板者加分。 题目五、高速数据采集卡设计题目五、高速数据采集卡设计 【实验内容】 使用 FPGA 开发板和 1602 液晶，AD 转换器数据采集板，面包板，杜邦线等实现电压， 电流信号调理，采集，显示。首先使用 ADS805 芯片的参考电路，进行仿真，得出合适的 信号调理电路。信号调理电路将输入的 0-5 伏信号调理成 ADS805 所需的范围。然后使用信 号采集板和 FPGA 开发板，进行信号采集，显示信号的幅值。 【实验目的】 1. 掌握数据采集卡的基本原理； 2. 掌握常用信号调理电路的设计方法，包括放大，抬升，跟随等电路； 3. 掌握模拟电路软件仿真方法； 4. 掌握电流传感器的原理和使用方法； 5. 掌握 FPGA 开发板和硬件语言的的使用方法。 【基本要求】 1.采样率不低于 1Msps，12 位 AD，运放实现信号抬升，放大，电压跟随等信号调理， ，AD 转换，液晶显示幅值； 2.信号调理电路的仿真，实现所需功能的信号调理电路，信号调理电路将输入的 0-5 伏信 号调理成 ADS805 所需的范围 0-3 伏； 3.搭建仿真好的电路，使用信号源和示波器验证其功能。 【加分要求】 1.信号能通过串口传输到 PC 机显示。 2.液晶能能显示输入信号的频率。 3.输入信号的范围可为-3 伏特到+3 伏特。 题目六、自动水位测量仪设计题目六、自动水位测量仪设计 【实验内容】 以 STC89C52 单片机作为主控芯片，20mA 压力变送器为基础传感器，自选其它器件， 使用万用板，烙铁，焊接组装一台水位测量仪。编写程序，实现水位测量仪功能。 设计水位计原理图和 PCB，使用万用板搭建单片机最小系统，串口，AD，LED 灯，蜂 鸣器，EEPROM，取样电路等电路，调试，并编写程序，实现水位测量仪功能，能在显示 器件上面显示当前传感器的水位。 【实验目的】 1.掌握单片机数据采集的基本原理； 2.掌握常用信号调理电路的设计方法，包括放大，抬升，跟随等电路； 3.掌握常用 20mA 工业标准变送器的使用方法； 4.掌握常用仪器仪表的设计方法； 5.掌握单片机的开发方法。 【基本要求】 1.数码管显示当前水位； 2.水位量程 0-8 米； 3.超限报警（蜂鸣器加 LED 灯） ，报警阀值可设置（存储于 EEPROM 中） ； 4.十秒钟无输入自动断电。 【加分要求】 1.使用液晶显示器显示水位加分； 2.使用 PC 及 LabVIEW 软件，编写程序，实现水位实时在线监测加分。 基于基于 FPGA 的各类接口底层驱动设计类题目的各类接口底层驱动设计类题目 背景知识介绍： 随着数字技术的发展，越来越多的光电器件集成了串行接口。通过这些接口，各种分立 元件被纳入到数字系统的网络控制中。这些低速接口使用最通用的标准，最简易的连接方 式，获得最广泛的兼容性和最低廉的成本。各种数字系统中都会使用到这些串行接口中的 一种或者几种。 掌握了这些接口的工作原理和驱动设计，对于系统设计或者工程应用将有很大帮助。 题目一、基于题目一、基于 FPGA 的的 UART 接口底层驱动实现接口底层驱动实现 【实验内容】 UART 接口是最常见的串行控制通信接口，具有简单易用易实现，速率可调，兼容性好 等优