电子设计与工程实现类课程体系（选修）-中科信软培训

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电子设计与工程实现类课程体系（选修）

根据国家高等教育智慧教育平台课程设置、高校电子类实验教学体系以及工程教育认证要求，将“电子设计与工程实现”类课程体系划分为以下八大专题课程，供学员根据专业方向和职业需求自主选修。本课程体系涵盖从电子系统设计方法到EDA技术、从嵌入式实现到综合项目实践的完整能力链条。

第一部分：按技术专题划分（八大专题）

专题一：电子系统设计方法与实践

项目	内容
课程名称	电子系统设计方法与实践
课程定位	电子设计的入门与导航，系统介绍电子系统分析、规划、设计和工程实现的方法与步骤
培训对象	电类专业本科二/三年级学生、硬件设计初学者、跨专业转型人员
培训目标	使学员掌握电子系统的基本构成、设计流程和方法论，理解系统设计的工程思维，能够完成简单电子系统的方案规划和模块划分。
培训内容	• 电子系统设计概论：电子系统定义、分类、发展历程、典型系统结构 • 电子系统的构成：模拟子系统、数字子系统、电源子系统、接口电路 • 电子系统的设计方法：自上而下设计、自下而上集成、模块化设计 • 数字电子系统设计：数字逻辑划分、状态机设计、时序约束 • 模拟电子系统设计：信号调理、放大滤波、噪声抑制 • 电子系统的可靠性设计：抗干扰设计、冗余设计、降额设计、热设计 • 印制电路板的设计：布局原则、布线策略、信号完整性基础、电磁兼容设计 • 项目实施及文档撰写：项目规划、进度管理、设计文档、测试报告 • 系统设计举例：温度监测系统、信号发生器、简易示波器案例分析 • 器件选型策略：元器件参数解读、选型原则、替代方案、成本控制 • 工程伦理与标准化：设计规范、行业标准、知识产权、安全规范 • 创新思维培养：设计思维、专利挖掘、创新方法

专题二：EDA技术与可编程逻辑设计

项目	内容
课程名称	EDA技术与可编程逻辑设计
课程定位	现代电子设计的核心工具，掌握电子设计自动化技术，解决复杂数字系统设计问题
培训对象	已完成数字电路的学员、FPGA开发入门者、系统设计工程师
培训目标	使学员掌握EDA技术的主要内容和应用方法，能够运用可编程器件、EDA开发软件和硬件描述语言解决较为复杂的数字电子系统设计问题。
培训内容	• EDA技术概述：EDA发展历程、设计流程、主流工具、应用领域 • 可编程逻辑器件（PLD）概述：PLD分类、发展历史、编程技术 • CPLD的结构和原理：宏单元结构、互连资源、时序模型 • FPGA的结构和原理：查找表（LUT）、可配置逻辑块（CLB）、块RAM、DSP单元、IOB • FPGA和CPLD的选用：资源评估、速度等级、功耗分析、成本对比 • FPGA与CPLD的编程和配置：配置模式、下载电缆、加密技术 • 开发平台使用：新建工程、设计输入、编译综合、仿真验证、器件编程 • 层次化设计：原理图与HDL混合设计、模块化设计、IP核集成 • 宏功能模块的使用：锁相环、FIFO、RAM、乘法器IP核配置 • 设计方法概述：状态机设计、流水线设计、跨时钟域处理 • 综合设计案例：数字钟设计、点阵控制器设计 • 时序分析与优化：静态时序分析、约束设置、时序收敛技巧

专题三：硬件描述语言（VHDL/Verilog）

项目	内容
课程名称	硬件描述语言与数字系统设计
课程定位	数字系统设计的“编程语言”，实现从软件思维到硬件实现的转换
培训对象	已完成数字电路基础的学员、FPGA开发者、数字IC设计入门者
培训目标	使学员掌握VHDL/Verilog语言的语法规则和设计方法，能够运用硬件描述语言完成数字系统的建模、仿真和综合。
培训内容	• VHDL语言概述：VHDL发展历史、语言特点、设计流程 • VHDL代码的结构：实体（Entity）、结构体（Architecture）、配置（Configuration） • 库和库声明：IEEE库、WORK库、自定义库、USE语句 • 数据类型：预定义数据类型、用户定义类型、子类型、类型转换 • 常量、变量和信号：信号与变量区别、信号赋值延迟、共享变量 • 运算操作符和属性：算术/逻辑/关系运算符、预定义属性、用户定义属性 • 并行语句：并发信号赋值、进程、块语句、元件例化、生成语句 • 顺序语句：IF语句、CASE语句、LOOP语句、WAIT语句 • 进程（Process）：敏感列表、进程启动、顺序执行、综合结果 • 有限状态机设计：Moore型、Mealy型、状态编码、FSM描述模板 • 元件例化语句：元件声明、端口映射、参数传递、层次化设计 • 测试平台（Testbench）设计：激励生成、响应监测、自检功能、覆盖率分析 • 可综合设计规范：可综合与不可综合语法、综合指导、代码优化

专题四：嵌入式系统基础（51单片机）

项目	内容
课程名称	嵌入式系统基础（以51单片机为核心）
课程定位	嵌入式系统设计的入门课程，掌握微控制器应用系统的基本开发方法
培训对象	电类专业高年级学生、嵌入式开发入门者、电子设计竞赛参与者
培训目标	使学员掌握51单片机内部结构、工作原理和最小系统，能够运用Keil软件进行程序开发，实现与外设的接口设计。
培训内容	• 单片机概述：单片机发展、分类、应用领域、选型原则 • 51单片机硬件结构：内部结构、存储器组织、引脚功能、并行接口 • 单片机最小系统：时钟电路、复位电路、电源电路、总线扩展 • Keil软件使用：工程创建、代码编辑、编译链接、调试方法 • 基本输入/输出电路：LED驱动、按键输入、蜂鸣器控制 • 中断系统：中断概念、中断相关寄存器、中断程序编写要点 • 外部中断实验：触发方式设置、中断优先级、中断嵌套 • 定时/计数器：定时器工作原理、寄存器配置、四种工作方式 • 定时器应用实验：精确定时、脉冲计数、PWM输出 • UART串行接口：通信方式、串口结构、波特率设置、工作方式 • 串行通信实验：与PC通信、双机通信、多机通信 • 单片机系统扩展：三总线扩展方式、I2C总线、SPI总线 • IO口模拟总线：模拟I2C时序、与EEPROM/IC卡通信 • 外部数据存储器扩展：地址分配、读写时序、硬件连接

专题五：嵌入式系统外设与接口技术

项目	内容
课程名称	嵌入式系统外设与接口技术
课程定位	嵌入式系统设计的进阶课程，掌握常用外设驱动和接口电路设计
培训对象	已完成单片机基础的学员、嵌入式应用开发者、智能硬件开发者
培训目标	使学员掌握常用外设（数码管、LCD、ADC/DAC等）的驱动方法和接口电路设计，能够构建完整的嵌入式应用系统。
培训内容	• 数码管工作原理：静态显示、动态扫描、段码驱动、位码驱动 • 数码管实验：多位数字显示、数字时钟显示、计数显示 • LCD1602工作原理：指令集、时序要求、初始化流程 • LCD1602实验：字符显示、字符串显示、自定义字符 • 液晶点阵模块：点阵结构、读写时序、汉字显示 • A/D转换器原理：采样定理、ADC工作原理、性能指标 • 单片机扩展ADC：硬件连接、时序控制、数据读取 • D/A转换器原理：DAC芯片介绍、工作原理、输出方式 • 单片机扩展DAC：接口设计、波形产生、程控增益 • 键盘接口设计：独立按键、矩阵键盘、消抖处理、编码识别 • 实时时钟（RTC）：时钟芯片工作原理、时间读写 • 温度传感器：单总线协议、温度采集、多点组网 • 存储器扩展：EEPROM、Flash存储器、SD卡接口 • 电机驱动：直流电机、步进电机、舵机驱动原理与控制

专题六：无线通信与物联网模块应用

项目	内容
课程名称	无线通信与物联网模块应用
课程定位	面向物联网应用的无线通信技术，掌握短距离无线通信模块的开发方法
培训对象	已完成嵌入式基础的学员、物联网开发者、智能硬件工程师
培训目标	使学员掌握常用无线通信模块的工作原理和驱动方法，能够实现点对点、点对多点无线通信，构建物联网应用节点。
培训内容	• 无线通信基础：调制方式、通信协议、传输距离、功耗分析 • nRF24L01无线模块：工作原理、寄存器配置、SPI接口 • 点对点无线通信：收发模式、地址匹配、数据包格式 • 点对多点无线通信：多通道通信、自动应答、重发机制 • nRF905无线模块：特性对比、工作模式、突发传输技术 • HC05蓝牙模块：AT指令集、主从模式配置、蓝牙串口 • 蓝牙应用实验：手机通信、蓝牙遥控、数据透传 • WiFi模块（ESP8266）：AT指令、STA/AP模式、TCP/UDP通信 • WiFi应用：连接云平台、远程控制、数据上传 • GPS信息接收与显示系统：GPS模块通信、NMEA协议解析 • RFID读写器设计：RFID模块、电子标签识别、SPI接口 • 无线网关设计：模块配置、四种工作模式 • 智能家居安防节点：传感器采集、WiFi上传、报警机制

专题七：电子系统综合设计实践

项目	内容
课程名称	电子系统综合设计实践
课程定位	综合设计性实践课程，以项目驱动方式完成电子系统的完整设计与实现
培训对象	高年级本科生、电子设计竞赛参赛者、工程实践能力提升者
培训目标	使学员掌握综合应用电子技术、单片机技术、EDA技术进行电子系统设计的方法，培养学生进行电子系统综合设计能力与较为复杂工程实践能力。
培训内容	• 电子技术发展现状：新技术趋势、新器件应用、行业前沿 • 项目选题与方案设计：选题原则、可行性分析、方案对比优化 • 系统功能分解：模块划分、接口定义、任务分配 • 电路仿真验证：仿真软件使用、参数优化、功能验证 • 原理图与PCB设计：元器件布局、布线策略、PCB制板 • 电路焊接与调试：焊接工艺、调试方法、故障排查 • 软件编程与集成：模块编程、系统集成、软硬件联调 • 系统测试与性能验证：指标测试、边界测试、可靠性验证 • 项目文档撰写：设计报告、测试报告、用户手册 • 答辩与展示：PPT制作、演示准备、问题答辩 • 综合实践题目示例：基于FPGA的图像处理系统、智能安防监控系统、车辆追踪行驶系统、流水线机械手控制系统 • 工程问题转化：将具体工程问题转化为技术问题，以项目方式组织完成

专题八：电子电路CAD与印制电路板设计

项目	内容
课程名称	电子电路CAD与印制电路板设计
课程定位	从原理图到实物的关键环节，掌握PCB设计工具和工艺要求
培训对象	已完成电路基础的学员、硬件设计工程师、电子产品开发者
培训目标	使学员掌握印刷线路板设计方法，进一步提高计算机辅助电路设计能力，能够独立完成原理图绘制、PCB布局布线和生产文件输出。
培训内容	• PCB设计基础概念：层叠结构、过孔类型、焊盘设计、封装形式 • Altium Designer入门：工程创建、库管理、环境设置 • 原理图设计：元器件放置、电气连接、网络标签、层次原理图 • 原理图库设计：自定义元件、引脚定义、符号绘制 • PCB封装库设计：封装类型、尺寸定义、3D模型 • PCB布局设计：布局原则、模块化布局、机械定位、散热考虑 • PCB布线设计：布线策略、线宽计算、差分对布线、等长处理 • 设计规则设置：电气规则、间距规则、线宽规则、过刀规则 • 信号完整性基础：反射、串扰、阻抗匹配、端接技术 • 电源完整性设计：去耦电容、电源平面、回路设计 • 电磁兼容设计：屏蔽、滤波、布局布线抗干扰 • Gerber文件输出：生产文件生成、钻孔文件、装配文件 • 可制造性设计（DFM）：拼板设计、工艺边、Mark点、测试点

第二部分：八大专题课程体系全景

专题	课程名称	核心内容	先修要求	对应岗位/方向
一	电子系统设计方法与实践	系统设计流程、方法学、工程文档	模拟/数字电路基础	系统工程师、项目经理
二	EDA技术与可编程逻辑设计	CPLD/FPGA结构、开发工具、设计流程	数字电路	FPGA工程师、数字IC设计
三	硬件描述语言（VHDL/Verilog）	HDL语法、建模方法、测试平台	专题二	数字设计工程师
四	嵌入式系统基础（51单片机）	单片机结构、编程、基础外设	数字电路、C语言	嵌入式软件工程师
五	嵌入式系统外设与接口技术	显示、转换、存储、驱动接口	专题四	嵌入式硬件工程师
六	无线通信与物联网模块应用	蓝牙/WiFi/RFID、无线组网	专题四、五	物联网应用工程师
七	电子系统综合设计实践	项目驱动、系统集成、工程实现	全专题基础	电子设计工程师
八	电子电路CAD与PCB设计	原理图、PCB布局布线、DFM	专题一

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