本科生创新能力个性化培养.docx

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本科生创新能力个性化培养

本科生创新能力个性化培养

科技学术实践“六个一”训练项目

课外实验项目

吉林大学仪器科学与电气工程学院

2015年11月

目录

仪电学院课外实验项目卡1

一模拟电子实验3

1.1低频信号发生器的设计与实现3

1.2DC-DC开关电源设计与实现4

1.3高共模抑制放大器设计与实现5

1.4功率放大器设计与实现6

1.5基于单片机的恒温PID控制系统7

1.6音频功率放大电路的制作8

1.7基于Android的跑步运动监测系统9

二工程电磁场数值计算11

2.1电磁铁的电磁场数值仿真11

2.2电机的电磁场数值仿真12

2.3冲击法测量磁场13

三控制系统实验14

3.1零极点影响的分析及图形化表示14

3.2移动平台倒立摆MatLab辅助设计15

四信号与系统17

4.1软信号发生器设计实验17

4.2典型周期信号的数字谱分析实验18

4.3基于MATLABGUI的频谱分析仪的设计与实现19

五单片机原理与技术21

5.1多通道模拟信号采集系统设计21

5.2简易信号发生器22

5.3交通信号灯控制实验23

5.4基于单片机的红外遥控实验24

5.5基于8951单片机的测量控制系统25

5.6基于单片机压力测量实验26

六电力系统分析27

6.1无功功率的补偿27

七可编程控制器技术28

7.1三层电梯模型控制28

7.2挖掘车模型控制29

7.3基于触摸屏的自动售货机模拟控制30

7.4运料小车控制模拟31

八数字图像处理32

8.1Matlab人脸识别实验32

8.2Matlab车牌识别33

8.3MATLAB图像合成-电视抠像基础34

九虚拟仪器技术35

9.1虚拟信号发生器的设计35

9.2虚拟示波器的设计36

十数字电路技术37

10.1基于光电技术的脉搏度测量实验37

10.2基于FPGA/SOPC的自动售货机的设计38

10.3基于CPLD的多功能数字钟设计40

10.4基于CPLD的简易数字频率计41

10.5全功能电梯模拟器42

十一智能仪器43

11.1基于仪器平台的频率特性测试仪设计43

11.2基于LabVIEW的测控软件开发44

十二光电检测技术45

12.1基于光电编码器转速测量系统实验45

12.2基于FPGA的光栅4倍频细分数据采集系统设计46

12.3光电器件特性测试仪设计47

十三传感器原理与检测技术49

13.1智能传感器设计49

13.2多点温度巡检系统设计50

十四电子测量原理51

14.1高精度数字频率计的设计51

十五精密仪器52

15.1直流电机速度控制系统52

15.2直流电机转角控制系统53

15.3精密工作台控制计算机系统54

15.4单色仪光栅扫描计算机控制系统55

十六电机学56

16.1三相异步电动机的制动控制线路56

16.2三相异步电动机的可逆运行控制线路57

16.3三相异步电动机基本控制线路58

16.4三相鼠笼式异步电动机的降压起动控制线路59

16.5电动葫芦电气控制线路60

16.6直流电动机的制动过程MATLAB仿真61

十七电力电子技术63

17.1基于PWM的恒流源设计63

17.2基于PWM的恒压源设计65

十八课外设计67

18.1智能存包系统设计67

18.2智能垃圾回收小车的设计与实现68

18.3基于安卓手机和PC平台的蓝牙数传、Wifi数据共享及瞬变电磁数据预处理的软件系统设计69

18.4基于STM32和FPGA控制器平台的蓝牙或Wifi数传系统设计72

18.5基于飞思卡尔小车的智能泊车系统设计75

18.6XilinxFPGA的IP核设计76

18.7小型激光雕刻控制系统研究77

十九电力系统与继电保护78

19.1低频电磁信号采集卡设计78

仪电学院课外实验项目卡

项目编号

（学校）

课程名称

项目名称

项目

负责人

学时

基本

学分

656OEP01

模拟电子实验

低频信号发生器的设计与实现

王应吉

32

2

656OEP02

模拟电子实验

DC-DC开关电源设计与实现

王应吉

32

2

656OEP03

模拟电子实验

功率放大器设计与实现

王应吉

16

1

656OEP04

模拟电子实验

高共模抑制放大器设计与实现

王应吉

16

1

656OEP05

工程电磁场

电磁铁的电磁场数值仿真

嵇艳鞠

8

0.5

656OEP06

工程电磁场

电机的电磁场数值仿真

嵇艳鞠

8

0.5

656OEP07

工程电磁场

冲击法测量磁场

嵇艳鞠

8

0.5

656OEP08

控制系统实验

零极点影响的分析及图形化表示

随阳轶

24

1.5

656OEP09

信号与系统

软信号发生器设计实验

朱凯光

8

0.5

656OEP10

信号与系统

典型周期信号的数字谱分析实验

朱凯光

8

0.5

656OEP11

单片机原理与技术

多通道模拟信号采集系统设计

邱春玲

8

0.5

656OEP12

单片机原理与技术

简易信号发生器

邱春玲

8

0.5

656OEP13

单片机原理与技术

交通信号灯控制实验

李肃义

8

0.5

656OEP15

电力系统分析

无功功率的补偿

孙淑琴

8

0.5

656OEP17

可编程控制器技术

三层电梯模型控制

栾卉

8

0.5

656OEP18

可编程控制器技术

挖掘车模型控制

栾卉

8

0.5

656OEP19

数字图像处理

Matlab人脸识别实验

辛毅

8

0.5

656OEP20

数字图像处理

汽车牌照识别实验

辛毅

8

0.5

656OEP23

虚拟仪器技术

虚拟信号发生器的设计

王俊秋

8

0.5

656OEP24

单片机原理与技术

基于单片机的红外遥控实验

刘鸿石

8

0.5

656OEP25

单片机原理与技术

基于8951单片机的测量控制系统

刘鸿石

8

0.5

656OEP26

单片机原理与技术

基于单片机的压力测量实验

刘鸿石

8

0.5

656OEP27

数字电路技术

基于光电技术的脉搏波测量实验

蔡靖

8

0.5

656OEP28

数字电路技术

基于FPGA/SOPC的自动售货机的设计

蔡靖

8

0.5

656OEP29

数字电路技术

基于CPLD的多功能数字钟设计

蔡靖

8

0.5

656OEP30

数字电路技术

基于CPLD的简易数字频率计

蔡靖

8

0.5

656OEP31

智能仪器

基于LabVIEW的测控软件开发

千承辉

8

0.5

656OEP32

智能仪器

基于仪器平台的频率特性测试仪设计

千承辉

8

0.5

656OEP33

光电检测技术

基于光电编码器转速测量系统实验

刘杰

8

0.5

656OEP34

传感器原理与检测技术

智能传感器设计

凌振宝

8

0.5

656OEP35

传感器原理与检测技术

多点温度巡检系统设计

凌振宝

8

0.5

6560EP38

控制系统实验

移动平台倒立摆MatLab辅助设计

随阳轶

16

1

6560EP39

精密仪器

直流电机速度控制系统

王智宏

16

1

6560EP40

精密仪器

直流电机转角控制系统

王智宏

16

1

6560EP41

精密仪器

精密工作台控制计算机系统

王智宏

16

1

6560EP42

精密仪器

单色仪光栅扫描计算机控制系统

王智宏

16

1

6560EP43

虚拟仪器技术

虚拟示波器的设计

王俊秋

8

0.5

6560EP44

课外设计

智能垃圾回收小车的设计与实现

滕飞

16

1

6560EP45

课外设计

智能存包系统设计

滕飞

16

1

6560EP46

数字图像处理

MATLAB图像合成-电视抠像基础

辛毅

8

0.5

6560EP47

可编程控制器技术

基于触摸屏的自动售货机模拟控制

栾卉

8

0.5

6560EP48

可编程控制器技术

运料小车控制模拟

栾卉

8

0.5

6560EP49

电机学

三相异步电动机的制动控制线路

程宇奇

12

0.75

6560EP50

电机学

三相异步电动机的可逆运行控制线路

程宇奇

12

0.75

6560EP52

电机学

三相鼠笼式异步电动机的降压起动控制线路

程宇奇

12

0.75

6560EP53

电机学

电动葫芦电气控制线路

程宇奇

12

0.75

6560EP54

电力电子技术

基于PWM的恒流源设计

孙彩堂

16

1

6560EP55

电力电子技术

基于PWM的恒压源设计

孙彩堂

16

1

6560EP56

课外设计

基于STM32和FPGA控制器平台的蓝牙或Wifi数传系统设计

王世隆

16

1

6560EP57

课外设计

基于安卓手机和PC平台的蓝牙数传、Wifi数据共享及瞬变电磁数据预处理的软件系统设计

王世隆

16

1

6560EP58

电子测量

高精度频率计设计

千承辉

16

1

6560EP60

课外设计

基于飞思卡尔小车的智能泊车系统设计

千承辉

16

1

6560EP61

课外设计

XilinxFPGA的IP核设计

千承辉

8

0.5

6560EP63

电机学

直流电动机的制动过程MATLAB仿真

关珊珊

8

0.5

6560EP65

模拟电子实验

基于单片机的恒温PID控制系统

周志坚

8

0.5

6560EP66

模拟电子实验

音频功率放大电路的制作

周志坚

8

0.5

6560EP67

模拟电子实验

基于Android的跑步运动监测系统

蔡靖

8

0.5

6560EP68

课外设计

小型激光雕刻控制系统设计

王庆吉

8

0.5

656OEP69

光电检测技术

基于FPGA的光栅4倍频细分数据采集系统设计

刘杰

8

0.5

656OEP70

光电检测技术

光电器件特性测试仪设计

刘杰

8

0.5

656OEP71

信号与系统

基于MATLABGUI的频谱分析仪的设计与实现

林婷婷

8

0.5

656OEP72

电力系统与继电保护

低频电磁信号采集卡设计

王庆吉

8

0.5

656OEP73

数字电路技术

全功能电梯模拟器

杨泓渊

8

0.5

一模拟电子实验

1.1低频信号发生器的设计与实现

注意：

本题目限1人独立完成，可以有多人选作，但考核时彼此独立，不得雷同。

一．实验目的

1.训练基本技能：

常用测试仪器使用、电路安装、调试、测试；

2.初步学会查阅电子器件英文说明书；

3.训练基本单元电路设计、调试、测试。

二．实验内容

1.设计一个低频信号发生器，可输出方波、矩形波、三角波、锯齿波、正弦波，频率和幅度可调，矩形波占空比可调；锯齿波上升、下降时间可调；

2.根据电路原理图的具体结构，安装单元电路；

3.测输出幅度、频率、失真度、上升沿、下降沿，观察三角波线性度；

4．不得使用8038模块。

5．写出设计与总结报告，说明电路原理、特点、测试结果、结果分析。

三．主要设备

1.集成元件；

2.双踪示波器；

3.低频毫伏表；

4.万用表。

1.2DC-DC开关电源设计与实现

注意：

本题目限1人独立完成，可以有多人选作，但考核时彼此独立，不得雷同。

一．实验目的

1.掌握开关电源的工作原理、设计方法及主要性能指标的测试；

2.训练基本技能：

常用测试仪器使用、电路安装、调试、测试；

2.初步学会查阅电子器件英文说明书；

3.训练基本单元电路设计、调试、测试。

二．实验内容

1.设计一个开关电源，把220V/50Hz交流电变换为±10V直流，最大可输出1A电流的输出电源，电压精度不劣于1%，总效率不低于80%；

2.根据电路原理图的具体结构，安装单元电路；

3.测电压精度、总效率。

4．写出设计与总结报告，说明电路原理、特点、测试结果、结果分析。

三．主要设备

1.集成元件；

2.双踪示波器；

3.低频毫伏表；

4.万用表。

1.3高共模抑制放大器设计与实现

注意：

本题目限1人独立完成，可以有多人选作，但考核时彼此独立，不得雷同。

一．实验目的

1.掌握放大器的工作原理、设计方法及主要性能指标的测试；

2.训练基本技能：

常用测试仪器使用、电路安装、调试、测试；

3.初步学会查阅电子器件英文说明书；

4.训练基本单元电路设计、调试、测试。

二．实验内容

1.设计一个放大器，差模电压放大倍数不小于1000倍，在输入共模电压

范围内，共模抑制比

。

2.根据电路原理图的具体结构，安装单元电路；

3.测差模放大倍数，计算共模抑制比。

4．写出设计与总结报告，说明电路原理、特点、测试结果、结果分析。

三．主要设备

1.集成元件；

2.双踪示波器；

3.信号发生器；

4.万用表。

1.4功率放大器设计与实现

注意：

本题目限1人独立完成，可以有多人选作，但考核时彼此独立，不得雷同。

一．实验目的

1.掌握功率放大器的工作原理、设计方法及主要性能指标的测试；

2.训练基本技能：

常用测试仪器使用、电路安装、调试、测试；

3.初步学会查阅电子器件英文说明书；

4.训练基本单元电路设计、调试、测试。

二．实验内容

1.设计一个功率放大电路，当输入正弦信号电压有效值不大于10mv时，在3

负载上，输出峰峰值为2V的正弦波形无明显失真。

2.根据电路原理图的具体结构，安装单元电路；

3.测试最大不失真输出电压，计算最大不失真输出功率和效率，测试通频带宽度和输出信号失真度。

4．写出设计与总结报告，说明电路原理、特点、测试结果、结果分析。

三．主要设备

1.集成元件；

2.直流稳压电源；

3.双踪示波器；

4.信号发生器；

5.万用表。

1.5基于单片机的恒温PID控制系统

一．实验目的

1.了解温度传感器的工作原理

2.了解弱信号检测的常见电路

3.掌握PID控制算法的基本原理

二．实验内容

1．按照设计要求，进行系统功能分析、完成原理图设计；

2．电路整体设计和元器件的选择；

3.硬件调试；

4.温度信号的前级获取和转换

采用温度传感器对一定容器内的温度进行测量，并转换成相应的电压值。

5.恒温控制系统

采用PID控制算法，对一定容器内的温度进行恒温控制。

三．主要设备

1.PC计算机、单片机最小系统、电路所需的各种元器件。

2.KEIL开发软件、MATLAB软件

1.6音频功率放大电路的制作

一．实验目的

1.了解功率放大电路的构成，加深对功率放大电路的感性认识

2.了解电路元器件的选择及检测方法。

3.熟悉集成功率放大电路的型号、参数及其应用

二．实验内容

1．按照设计要求，进行系统功能分析、完成原理图设计；

2．电路整体设计和元器件的选择；

3.实现推动多媒体音箱发声；

4.测试和计算以下电路参数：

最大输出不失真输出电压，最大不失真输出功率，频带宽度。

三．主要设备

1.集成元件；

2.双踪示波器；

3.万用表。

1.7基于Android的跑步运动监测系统

一．实验目的

随着工作压力的增加和生活节奏的加快，人们严重缺乏合理的运动锻炼身体，尤其对一些身患心脑血管疾病的患者，缺乏或过度的锻炼都会严重影响病情，合理的运动则有助于恢复身体健康，跑步不限场地、时间、运动装备，是比较简单和有效的运动方式。

基于Android的跑步运动监测系统设计的目的：

通过制定合理的跑步锻炼计划，实现对心脑血管病人的运动锻炼监控，已起到最优化锻炼身体，恢复健康。

二．基本原理

根据制定的跑步运动锻炼计划，控制穿戴式跑步运动监测系统，实现对跑步的步数、里程、卡路里消耗、运动心率的监测，以实现对身体的锻炼，健康恢复

三．方法步骤

1、编写基于android手机的软件，实现运动计划设定，参数计算。

2、以msp430为控制核心，利用压电薄膜传感器测量运动心率，以加速度传感器测量三轴加速度。

3、利用蓝牙通信，将测量的数据送给手机上位机Android平台。

4、由Android平台实现步数、加速度、距离、卡路里消耗以及心率的计算。

5、与运动计划进行比对，以实现最优化锻炼。

四．实验结果形式

基于Android的跑步运动监测系统样机一台。

五．预期实验结果

能够实现下位机的数据检测、数据的蓝牙传输、上位机Android平台的参数计算，计划比对，最终实现跑步运动监测。

六．主要设备

示波器、低频信号发生器、直流稳压电源

二工程电磁场数值计算

2.1电磁铁的电磁场数值仿真

一．实验目的

1.掌握电磁铁模型创建，包括求解器选择、绘制平面的选择；

2.掌握电磁铁模型材料属性、边界条件和激励源、求解参数、求解区域等设置方法；

3.掌握电磁铁电磁场的求解过程及后处理过程。

二．实验内容

1．计算磁铁中心电磁感应强度，确定最大磁感应强度位置；

2.计算磁铁周围磁场分布，及衰减规律；

3.计算磁铁的磁场力以及磁通密度，并分析；

三．主要设备

计算机、AnsoftMaxwell2D/3D软件环境；

2.2电机的电磁场数值仿真

一．实验目的

1.掌握AnsoftMaxwell2D/3D进行静磁场仿真分析；

2.掌握电机模型创建，包括求解器选择、绘制平面的选择；

3.掌握电机模型材料属性、边界条件和激励源、求解参数、求解区域等设置方法；

4.掌握电机磁场的求解过程及后处理过程。

二．实验内容

1.计算气隙磁场和气隙中磁场磁通密度；

2.计算电机绕组电流计转子电枢反应磁场；

3.计算电机槽漏磁场；

三．主要设备

计算机、AnsoftMaxwell2D/3D软件环境；

2.3冲击法测量磁场

一．实验目的

1了解应用冲击法测量磁场的原理和方法

2应用冲击法测量螺线管磁场

二．实验内容

1将移动尺上带霍尔探头的探测杆换为带有探测线圈的探测杆，并固定好。

2将XN-LXG-III型螺线管磁场测定仪电源、XN-LXG-III型螺线管磁场实验仪、XN-CJ-I型冲击电流计连接起来

3先将互感器原边线圈断开，即将Is换向闸刀旋空不能接通电流Is。

再将励磁电流换向闸刀分别按正向接通、断开，反向接通、断开的顺序测量探测回路的冲击电流量，并记入表一中。

4再将螺线管线圈断开，即将IM换向开关旋空，螺线管内不能接通电流IM。

再将互感器原边励磁电流Is换向闸刀分别按正向接通、断开，反向接同、断开的顺序测量探测回路的冲击电流量并记录。

三．主要设备

1XN-LXG-III型螺线管磁场测定仪电源

2XN-LXG-III型螺线管磁场测定仪

3XN-CJ-I型冲击电流计

三控制系统实验

3.1零极点影响的分析及图形化表示

注意：

本题目限1人独立完成，限5人选作，16学时，考核彼此独立，不得雷同。

一．实验目的

1．熟练掌握MatLab进行控制系统仿真；

2．熟练掌握MatLab的GUI设计及编程；

3．熟练掌握开环/闭环传递对时域信号、频率信号、根轨迹的影响；

二．实验内容

1．可以根据用户输入的开环传递函数的信息，用GUI绘制s域的图（清晰表示出零极点）。

在另外几个图上分别绘制出单位负反馈的闭环传递函数的s域图、单位阶跃响应的时域图、频率域的Bode图、根轨迹图。

2.用户可以通过鼠标拖动现有开环传递函数s域上的零极点（即修改当前零极点），或是增加、删除零极点，需要同时在其它几个图上作出更新。

3.如果用户是在闭环传递行数s域图上进行的零极点修改操作，那么也需要同时对另外几个图作出更新。

三．主要设备

1．计算机1台；

2．MatLab软件；

3.2移动平台倒立摆MatLab辅助设计

注意：

本题目限1人独立完成，限5人选作，16学时，考核彼此独立，不得雷同。

一．实验目的

1．熟练掌握MatLab进行控制系统设计；

2．熟练掌握MatLab的GUI设计及编程；

二．实验内容

考虑安装在移动平台上的倒立摆，如图所示，

开环传递函数为：

设计目标是在扰动出现时平衡倒立摆（即让

）。

表示系统的框图如图所示。

令Ms=10kg,Mb=100kg,L=1m,g=9.82m/s2,a=5,b=10。

基于单位阶跃扰动的设计指标为：

（1）调整时间小于10s（2%准则）。

（2）百分比超调小于40%。

（3）扰动出现时的稳态跟踪误差小于0.1°。

写出一组交互式MatLab脚本以帮助完成控制系统的设计。

第一个脚本至少要完成：

（1）计算从扰动到输出的闭环传递函数，其中K是可调参数。

（2）画出闭环系统的Bode图。

（3）自动计算并输出频率响应的最大值

和其对应的谐振频率

。

利用

和

，估计

和

。

第二个脚本至少要完成：

将

和

用做输入变量时，估计系统的超调量和调整时间。

如果性能不满足设计指标，那么要调整K值，并且前面的两个脚本重新设计。

在完成前两步工作之后，最后是用仿真来测试设计。

第三个脚本的功能是：

（1）以K作为可调参数，画出对单位阶跃扰动的响应

。

（2）对曲线作标注。

利用这些交互式脚本，采用频率响应的Bode图方法设计控制器，使得系统满足给定的设计指标。

在开始设计过程之前，先用解析方法求出使系统稳定误差满足要求的K的最小值，并将它作为K的设计循环的初始值。

三．主要设备

1．计算机1台；

2．MatLab软件；

四信号与系统

4.1软信号发生器设计实验

一．实验目的

1．认识并熟悉Matlab运行环境；

2．学习掌握设计各种信号的编程方法。

二．实验内容

1．采用Matlab，设计信号发生器软面板；

2．产生可变占空比的方波信号、正弦信号、指数信号、以及任意。

三．主要设备

1．PC计算机

4.2典型周期信号的数字谱分析实验

一．实验目的

1.认识并熟悉Matlab运行环境；

2.利用FFT分析连续周期信号的频谱，如周期方波，正弦信号等。

理解CFS与DFT（FFT）的关系。

二．实验内容

1．利用FFT，分析并画出频谱，改变采样间隔与截断长度，分析混叠与泄漏对单一频率成分信号频谱的影响；

2．利用FFT，分析并对比方波以及半波对称正负方波的频谱，改变采样间隔与截断长度，分析混叠与泄漏对信号频谱的影响。

三．