专业综合课程设计指导书201411

《专业综合》课程设计指导书

一、课程基本信息

课程名称：专业综合实践

周数/学分： 2

先修课程：数字信号处理、单片机原理、可视化编程

适用专业：电子信息工程

—开课学院：信息工程

—系：电子信息

二、课程的性质和任务

本课程是电子信息工程本科专业的重要实践课程，是一个综合性、设计性的实践教学环节。主要目的是让学生对大学期间所学的专业基础知识和专业知识进行一次综合应用，具体来讲是通过一个“麻雀虽小,五脏俱全”的小课题全面训练学生的综合实践能力，让学生了解并完成一个具体实际课题的全过程。

学生通过这门课程的学习与实践，能够提出电子信息系统的设计思路、论证设计方案；熟悉电子信息开发、研制的过程，软硬件设计方法和设计步骤；初步学会设计电子信息软硬件设计及调试的方法，具备技术实现能力；基本上能够处理实践过程中出现的问题并提出解决办法；提高理论付诸于实践的能力，提高工程设计能力和处理实际问题的能力，开发学生的创新能力。

同时，通过本课程设计，进一步理解电子技术、EDA技术、单片机技术、数字信号处理技术、可视化编程等方面的相关知识，并可综合应用这些知识解决一些实际问题。使学生综合应用知识的能力以及分析问题、解决问题、查阅文献资料、书写报告的能力得到一定提高，为即将到来的毕业设计和就业做好准备

在课程设计教学中，应以学生自主设计为主，充分发挥学生的自主性和创造精神。教师的

指导作用主要体现在工作方法，思维方法的引导。

三、教学内容和基本要求

1．课程设计题目

题目见附录，学生可根据自己的实际情况选题，自由组合，每组不超过4人。

2.设计内容

拿到题目后首先进行资料收集（可在图书馆网上电子资源的设计或期刊资料的查询）。然后首先确定总体设计方案，确定设计的各项指标要求（也可以是定性的要求），主要机构、元器件选型，电路图绘制，必要是进行控制软件编译和软件仿真、系统动、静态特性和指标的计算，校正等工作。写出详细的设计报告。

3.设计要求

为保证顺利完成设计任务，应注意如下要求：

（1）认真阅读设计任务书，保质保量地完成任务书的规定的工作。

（2）在总体方案确定过程中，要求多想，多查资料，少问。

（3）程序设计时，先画框图再编程，无论是自上而下，还是自下而上，必须一步一步调试，做到可读性好，主要语句一定要写注释。

（4）硬件图用A4绘制，必须符合国家有关标准的规定。

（5）说明书要求文字通顺，简炼。不少于5000字（不含源程序）。

（6）设计的系统必须进行实验演示。

四、主要教学环节

1.设计安排

（1）课程设计时间为两周；

（2）第1天讲授设计需要的硬件和软件、设计的要求、布臵设计题目；

（3）第2～8天学生进行设计；

（4）第9学生撰写和打印设计报告。

（5）第10天组织学生答辩、验收。

（二）设计的考评

本教学环节应结合设计实际，根据教学要求，课程成绩可先按百分制评定，再转换为五级记分制（优、良、中、及格、不及格）。具体考核内容建议包括：设计过程（40分）、答辩及设计成果（30分）和设计报告（30分）。其中设计过程主要考察出勤、完成任务进度、设计能力等方面；答辩及设计成果主要考察设计思路、完成任务情况以及设计结果是否达到设计任务要求；设计报告主要考核内容的完整性，论文格式的规范性以及设计的合理性等。考核中必须强调对学生创新能力的评价，凡是创新能力不够的，一律不得评定为优秀等级。具体评分标准参照下表

五、课程设计报告的内容和要求

1.课程设计报告的内容

按附录中给出的报告模板进行编写，用A4纸打印，左侧装订。

2.课程设计报告编写的基本要求

（1）设计按学校要求的格式书写，所有的内容一律打印；

（2）报告内容包括设计过程、软件仿真的结果及分析、硬件仿真结果及分析；（3）要有整体电路原理图、各模块原理图；

（4）软件仿真包括各个模块的仿真和整体电路的仿真，对仿真必须要有必要的说明；

（5）硬件仿真要给出各个输入信号的具体波形和输出信号的测试结果。六．课程设计参考题目

1.含噪声的语音信号分析与处理设计

语音信号处理是信号处理技术最早涉及的应用领域，数字信号处理技术中的很多方法都可以在语音信号处理中得到应用。

设计内容及要求：

（1）选择一个语音信号作为分析对象，或录制一段语音信号；

（2）对语音信号进行采样，画出采样前后语音信号的时域波形和频谱图；

（3）利用MATLAB中的随机函数产生噪声加入到语音信号中，使语音信号被污染，然后进行频谱分析；

（4）设计用于处理该语音信号的数字滤波器，给出滤波器的性能指标，画出滤波器的频率响应；

（5）对被噪声污染的语音信号进行滤波，画出滤波前后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行比较和分析；

（6）回放各步骤的语音信号，给出相应处理程序及运行结果分析。

2.基于图像处理方法的液晶显示器表面缺陷检测设计

数字图像处理技术在很多方面均可得到应用。在液晶显示器的生产过程中，由于工艺及环境的原因可能导致液晶显示屏的某些显示缺陷；为了提高检测效率及准确性，研制有效的液晶屏自动检测系统十分必要。

设计内容及要求：

（1）选择液晶显示屏有缺陷的图像作为分析对象，或自行模拟相应图像，缺陷种类应至少包括点缺陷、线缺陷；

（2）完成液晶屏图像表面缺陷的图像预处理，包括图像滤波等；

（3）完成图像的分割、边缘提取和目标提取等；

（4）完成图像的特征提取和识别实现；

（5）给出相应程序，并给出每一步的仿真处理结果及分析。

3.基于Cool-Edit / Praat的语音信号音频文件制作

Cool-Edit或Praat是常用的功能强大的多轨录音和音频处理软件，且均是非常出色的数字音乐编辑器和MP3制作软件，在实际中均有广泛的应用。

设计内容：

（1）了解、熟悉Cool-Edit和Praat软件，试选择其中的一种软件，完成本课程设计；（2）录入语音信号或读入歌曲，使用该软件完成音乐的基本特性分析、格式转换、音频“绘画”和多种特效制作等功能，记录和分析相关结果；

（3）掌握同时处理多个音频文件，实现在多个文件中进行剪切、粘贴、合并、重叠声音等操作，记录和分析相关结果；

（4）使用该软件，完成一首自己的MP3音乐歌曲的制作；

（5）使用该软件，仿照完成一个广播电台某专题节目用的片头音乐（含背景音乐及人声等）的音频文件制作。

4.高速数据采集系统原理分析和设计

数据采集是数字信号处理的前提，研究和设计数据采集系统就显得尤为重要。本课程设计题要求学生在广泛查阅资料的基础上，对高速数据采集系统技术进行分类和比较，并作相关设计：

设计内容及要求：

（1）搜索出若干种高速数据采集系统方案并对它们进行分析和比较。

（2）设计出一款高速数据采集系统。

（3）对所设计的高速数据采集系统的性能指标进行分析。

（4）给出系统（或部分）的仿真。

5.基于PC机Windows环境下数据通信、处理及存储程序设计与实现。

PC机Windows环境下程序设计能力是电子信息专业技术人员的一项基本技能，本课程设计题要求学生采用任何一种开发平台，设计出一款集数据通信、处理及存储程序（数据收、发程序都要提供）。

设计内容及要求：

（1）通信接口为RS-232，USB，网卡任意一款。

（2）通信的数据流自定。

（3）处理操作自定。

（4）接收的数据以文件的形式存在硬盘上。

6程控宽带放大器的设计

程控宽带放大器是电子电路中常用模块，在智能仪器设备及嵌入式系统中有广泛的应用。因此对于电子信息专业的技术人员来说，熟练掌握该项技术很有必要。

设计内容及要求：

（1）输入阻抗>1KΩ,单端输入，单端输出，放大器负载电阻为600Ω；

（2）3dB通频带10kHz~6MHz，在20kHz~5MHz频带内增益起伏<1dB。

（3）增益调节范围10 dB~40 dB，（通过键盘操作调节）。

（4）发挥部分：当输入频率或输出负载发生变化时，通过微处理器自动调节，保持放大器增益不变。

（5）电路通过仿真即可。

7. 多媒体播放器的开发设计

内容: 多媒体播放器是根据计算机用户使用系统时的实际需求而开发，完全能够实现用户对计算机多媒体文件的查询和播放。

要求: 根据多媒体播放器的要求，要求系统具有以下功能：选取多媒体文件；播放多媒体文件；停止播放多媒体文件；打开字幕功能；关闭字幕功能；打开CD驱动器功能；关闭CD驱动器功能；添加播放列表功能。

8.手提数字显示电子秤设计

设计内容和要求：

其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装臵。而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。

（1）用电阻应变式传感器

（2）重范围为5kg

（3）电路由测量电桥，差动放大电路，A/D转换电路，显示电路组成

9. 数字式自动温度控制仪设计

设计内容及要求：以AT89系列单片机为核心，设计一个数字式自动温度控制仪。

（1）测量温度范围：室温~200℃；设臵2个模拟输出通道：一个通道控制加热设备（输出0~5VDC，控制0~220VAC），另一个通道控制电机转速（输出0~10V，控制转速0~2000rps）温度℃室温

~100 100

100~15

150

150~18

180

时间5分钟10分钟2分钟10分钟2分钟10分钟转速

rps 1500 800 1500 800 1500

800

（2）温度测量的精度为±1℃；

（3）应用液晶显示器实时显示当前的温度值、系统时间和电机转速；（4）应用绘图软件画出完整电路图；

（5画出程序流程图，编写完整的应用程序；

设计样例：

****课程设计报告

成员： XXX

XXX

教师：XXX XXX

日期：13.10.10～13.11.21

一、目的

专业综合课程设计是一项综合性的专业实践活动，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识能力、实际动手能力和工程实践能力，为此后的毕业设计打下良好的基础。

二、任务

本次课程设计的任务是设计并制作一个空调控制器。

基本任务是利用AT89C51单片机、ADC0809模数转换器等芯片设计并制作一个具有制冷、制热、通风和自动运行的手控型空调控制器。

三、硬件部分的具体内容和要求

1．手控型空调控制器的功能：

1）空调控制器应具有制冷、制热、通风和自动运行四种工作模式。

a．制冷：室内风机、压缩机及室外风机工作，而四通换向阀停止工作。

b．制热：室内风机、压缩机、室外风机和四通换向阀均工作。

c．通风：室内风机工作，而压缩机、室外风机和四通换向阀均不工作。

d．自动运行：能根据当前室内温度和自动运行的设定温度，自动选择制冷、制热或通风工作模式。

e．每按一下工作模式选择键时，工作模式按图3所示的箭头方向依此变换：

图3 工作模式选择

2）．能对温度进行设定和控制：

a．制冷时温度调节范围为：20℃～32℃。当室内温度高于设定温度1℃时,开始制冷；而当室内温度降到设定温度时，则转为通风状态。

b．制热时温度调节范围为：14℃～30℃。当室内温度低于设定温度1℃时,开始制热；而当室内温度升到设定温度时，则转为通风状态。

c．通风时温度设置栏显示“一一”，并且温度设置键无效。

d．自动运行温度调节范围为：25℃、27℃、29℃。若室内温度低于设定温度5℃时,自动按制热工作模式运行；若室内温度高于设定温度时，则按制冷模式运行；否则按通风模式运行。

e．温度设定键每按一下，则温度上升或下降1℃（在设定范围内）。f．控温精度为±1℃

3）．室内风机具有高、中、低三档风速和自动风控制功能。

每按一下风速选择键时，风速模式按图4所示的箭头方向依此变换：

图4 风速模式选择

其中自动风与工作模式及温度有关：

a．制冷时，当室内温度高于设定温度5℃时，为高速风；

当室内温度高于设定温度2℃～5℃时，为中速风；

当室内温度不高于设定温度2℃时，为低速风；

b．制热时，当室内温度低于设定温度5℃时，为高速风；

当室内温度低于设定温度2℃～5℃时，为中速风；

当室内温度不低于设定温度2℃时，为低速风；

c．通风时，当室内温度高于25℃时，为高速风；

当室内温度介于20℃～25℃时，为中速风；

当室内温度低于设定温度20℃时，为低速风；

4）．具有压缩机三分钟自动保护功能。由于家用空调器所使用的压缩机大多为电容启动运行电动机，带载启动能力较差，因此无论在制冷运行还是在制热运行时，当压缩机停止工作后，必须在三分钟后才允许重新启动。

2．电路设计、制作的功能和要求：

1）用6只共阴极的八段数码管来分别显示工作模式、风速状态、设定温度和室内温度。为了统一起见，对6只八段数码管的具体排列和工作状态的显示符号作如下规定：

”表示

”表示

”表示

”表示

L”表示

制热模式用“H”表示

通风模式用“F”表示

自动模式用“”表示

2）用5只按钮来分别作为启动/关闭键、工作模式键、风速选择键、温度设定上升键和下降键。（此外还有1只系统复位按钮，共6只）

3）上电后，自动显示自动工作模式、自动风速档、设定温度27℃和实际室内温度，这时用户可以对工作模式、风速档、设定温度进行设定，但只有在按下启动/关闭键后，空调器才正式开始运行；在空调器运行期间，若对上述状态进行设定，则空调器马上开始执行。若关机后（非断电）重新启动空调器，则空调器自动进入上次关机前的设定状态。

4）用6只LED发光二极管来分别表示室内风速的高、中、低三档，压缩机、室外风机和四通换向阀，所有发光二极管均要求用2003达林顿管或三极管放大驱动。

5）温度传感器采用AT502热敏电阻。

3.空调控制器硬件电路图

4.硬件设计思想

1）根据任务书可知，该系统需要人机界面（按键输入7段码LED 显示），AD 采样，以及单片机控制部分等模块，并且可以得到以下硬件系统框图

2）各部分硬件的设计

a.温度传感器选择

根据任务要求我们选择了AT502作为温度传感器，根据电阻分压（如下

图左），实现由温度到电压值的转换，因为AT502的温度系数比较大，经计算当温度变化范围是0-99度时，IN0口的电压范围是0.64—3.6伏，所以就可以不用运放，直接送到AD 采样的输入端进行AD 采样。

b.AD 芯片的选择

因为温度变化范围是0-99度，理论上AD 位数只要7位（128级）就够了，

所以系统采用了经典的ADC0809（8位AD ）作为AD 采样芯片。 温度的计算公式：V=5*Rt/(R+R1+Rt) c.按键输入：

因为按键数目不多，所以系统直接采用非编码方式，直接连接单片机I/O

口。

d.显示部分：

系统采用74HC573和ULN2003作为驱动，P0和P2作为输出口，控制动态显示的LED显示器。

e.输出控制

任务要求用6只LED发光二极管来分别表示室内风速的高、中、低三档，压缩机、室外风机和四通换向阀，51单片机的低电平驱动能力较强，LED 可以直接连接单片机的I/O口。

四、软件程序设计

1.工作模式和风扇模式设计思想：

由系统要求可以列出下表：

根据上表，我们列出一系列子程序，再根据当前状况选择相应的子程序。例如在制冷模式时，我们的子程序是：

void work_csub() //制冷子程序

ext_room_fan =0; //开室外风机

valve =1; //关换向阀

work_mode_fact=1; //设实际工作模式为1（制冷）

}

2.压缩机三分钟保护功能的实现

压缩机三分钟保护功能相对而言是程序中相对较难的的部分，在编程前提出过多种实现方案，最后确定了以下的设计方案：

设置一个全局变量compressor_delay，在定时子程序的1秒定时中，发现如果变量compressor_delay 〉0就减一，而在压缩机需要工作时，先判断compressor_delay是否为“0”如果为0，则执行压缩机打开动作，否则compressor_block置1，主程序发现compressor_block置位了，并且三分钟时间已经到了，就执行压缩机打开子程序。

相关程序流程图如下：

3.为了能够在关机的时候能够自动关闭LED 显示，用了类似于压缩机3分钟保护功能的处理方法，实现了当系统处于关机状态并且无按键持续7秒钟（可设）时，LED 显示会自动关闭。

五、系统程序流程图

六、设计中遇到的问题及解决方法

1.在画protel 图时，我们使用网络名，NET 走线。但是有时候因为疏忽，没

靠在线上，从而出现错误（要两黑点载同一点上才算是连接上）。

2.画原理图时，由于将一些不必要的元器件删去后没有及时将net网络名删

去，或者更改，致使网络名成单个出现，导致错误。

3.将所有的错误都去掉，如果有一些没有错误但被打上错误标志的连接

线用“No Error”标示。

4.刚开始编写的程序中，工作模式切换后，容易出现温度超过调节范围的情

况。比如：通风模式的温度调节范围是14～32度，而制热模式下的温度范围是14～30度。当工作模式从通风模式转换到制热模式下的时候，若通风模式的温度是31或32度，切换到制热模式后它的温度仍然是31或32度，这就超出了制热模式的温度调节范围，出现bug。

后来，我们在切换模式时做了一些改进：当工作模式切换时，程序先判断当前的温度是否超出温度调节范围，若超出，将其设置为温度调节范围内的温度。

5.在工作模式的选择上，原本只用了work_mode来表示四种工作模式，后来

发现若只有work_mode，则有不能选择制冷和通风模式的可能。比如：使用者选择的模式为自动，空调会根据当前的实际温度选择制冷、通风或制热模式。假设空调自动选择的是通风模式（模式2），那么无论使用者怎么按模式选择键，它都将跳过制冷模式（模式1），从而无法选择制冷模式。

我们采取的办法是增加变量work_mode_fact，意为在自动模式下实际执行的工作模式。方便工作在在自动模式的时候进行风速的调节。

6.一开始，我们将按键读入、处理和执行一揽子进行，发现无论选择哪种模

式，压缩机都会启动，而后才判断工作模式，让它继续工作或关闭。虽然这个时间很短，没有影响LED的显示，但这样一来增加了压缩机的损耗，也使执行效率降低，显然是我们不愿看到的。我们的措施如前程序设计中所提。

7. 在处理工作在自动模式下实际工作模式选择时，使用了一下语句：

if((tempr_set-temperature_get)>5)

//判断1：如果设定温度比室温大5度以上

work_hsub(); //选择制热模式

else

if(temperature_get-tempr_set>0)

//判断2：如果室温大于设定温度

work_csub(); //采用制冷模式

else work_fsub(); //否则通风

在调试的时候发现室温大于设定温度的时候还会继续制热，经再三检查还是没有发现问题，发现是因为 temperature_get和tempr_set都是用的是无符号数，即使temperature_get < tempr_set 在相减之后得到的是temperature_get+255-tempr_set的值，

所以判断2修改为if((temperature_get>tempr_set))；

判断1 则用if((tempr_set-5)>temperature_get)；

七、学习心得及体会

在画原理图时，虽然我们组成员有参加过电子设计的同学，但是过于粗心，以致出了许多错误，后来在同学和老师的帮助下一一改正。学习知识一定要扎扎实实的一步一步走，走捷径、一步登天的想法是万万不能有的。

编程时，如上所述，出现了很多的小错误（篇幅和时间所限，我们没有一一将其列出），甚至有时从流程上就走不通，我们不断的进行修改和测试，逐步完善整个程序。只有耐心、细致的工作，才使得整个程序越来越完善。

另外在整个实验中，我们组两名成员相互帮助，测试硬件、编写程序及流程图等等，相互检错、提供改进思路，更好地完成了任务。

当然，我们的设计还有很多需要改进的地方，我们想在日后通过老师的指导、同学的帮助下，逐步使这个设计更加完美、成熟起来。

八、感谢

经过一个星期的忙碌，本次短学期任务已经接近尾声，作为一个没有实践经验的学生，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的指导，队友的努力以及同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。