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电子设计基础训练
第7次开课
开课时间: 2025年02月21日 ~ 2025年06月08日
学时安排: 3-5小时每周
进行至第10周,共16周 已有 899 人参加
立即参加
课程详情
课程评价(59)
spContent=万事开头难,也许我们经常看到诸多电子设计高手翻云覆雨执掌乾坤,也想进入那个世界,可苦于没有引导、无法入手,望而却步。从一个简单的点灯电路开始,让我们动起来,准备好相应器材,开启电子设计之旅,合抱之木,生于毫末,九层之台,起于累土,终有一天,我们会领悟电子设计之美,成为一方大能。
万事开头难,也许我们经常看到诸多电子设计高手翻云覆雨执掌乾坤,也想进入那个世界,可苦于没有引导、无法入手,望而却步。从一个简单的点灯电路开始,让我们动起来,准备好相应器材,开启电子设计之旅,合抱之木,生于毫末,九层之台,起于累土,终有一天,我们会领悟电子设计之美,成为一方大能。
—— 课程团队
课程概述

电子设计基础训练课程可以作为高等院校电子信息工程、通信工程、自动化等专业学生工程基础训练课程,也可以作为大学生电子设计竞赛类基础培训系列课程之一,亦可作为参加各类电子制作的参考课程。

本课程主要内容为电子信息发展史、基本元器件认知、仪器基本使用、电路基本操作认知和Arduino智能硬件几部分内容。

电子信息发展史讲解:信息的概念及分类,电学、电磁场及电子信息的发展过程;

基本元器件认知讲解:电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路的特点和一些常见的应用与使用方法等,并给出他们的具体测量方法;

仪器基本使用讲解:通过对常用元器件的测量,讲解示波器、万用表、电源、信号源等常用电子仪器的基本操作方法;

电路基本操作讲解:基本逻辑电路、音频采集模块、音视频输出模块,以及一些扩展的电路模块等;

Arduino智能硬件讲解:以智能语音处理为主线,讲解Arduino输入输出基本应用、串口控制、数码管控制、高级IO控制、模拟IO读写控制以及系统开发应用等。

授课目标

通过本课程学习,使学生对信息及电子信息有一个系统的了解,掌握电子电路设计调试的基本方法,掌握Arduino开发应用技能,熟悉一些常见的工程案例;培养学生工程科学基础知识应用于分析电子信息系统的能力、针对复杂电子工程问题解决方案的电子信息系统设计能力、在设计制作工程实践中初步掌握并使用现代信息技术工具的能力。

1.能够运用数学、物理和电路原理知识描述表达信息系统的特性参数;

2.能运用数学、物理映射的思维方法,建立电子信息系统模型,分析各部分参数对电子信息系统的影响;

3.能够针对电子信息系统需求进行简单建模,以及系统性能分析,具备开展电子信息系统设计优化能力;

4.能够设计并实施电子信息系统相关的仿真和测试试验,分析仿真和测试结果,验证电子信息系统设计参数及指标参数,获取有效结论;

5.能应用专业软件仿真和解决电子信息系统设计问题,以及应用仪器仪表测试和分析电子信息系统性能,了解仿真计算和测量测试的原理及其局限性;

6.能及时了解电子信息最新理论、技术及国际前沿动态,适应技术进步与发展;能认识不断探索和学习的必要性,具有自主学习、终身学习的意识。

7.能通过文献研究分析信息领域复杂工程问题,就电子信息系统所学知识与所研究分析内容撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达个人见解。

课程大纲
电子信息发展及基本元件认知
课时目标:通过电子信息发展史及典型电子系统,讲述电子信息各项成果发现与实验过程,启发学生们再现经典实验,引导学生学会发现问题,解决问题。通过基本仪器仪表操作的讲解,让学生认识电子信息系统的常用测试方法,引导学生用仪器测试电子信息系统;通过电路基本组成元器件的实际测量,引导学生从基础认识电子信息系统;让学生认识电子信息系统的常用测试方法,引导学生应用工具分析电子信息系统。
1.1 电子信息的发展
1.2 典型电子信息系统
1.3 常用电子元件认知与测量
1.4 万用表基本原理及应用
1.5 示波器基本原理及应用
1.6 信号源基本原理及应用
1.7 电源基本原理及应用
基本半导体认知与应用
课时目标:理解半导体的基本特性和分类,掌握二极管、三极管的特性测试方法,学习半导体器件在放大电路中的应用;理解半导体的物理特性和分类,二极管、三极管的内部结构、工作原理和特性曲线。通过搭建简单的振荡,理解三极管的放大特性及应用。
2.1 基本半导体器件认知与测量
2.2 振荡器的基本原理与测量
基本集成电路认知与调试
课时目标:了解基本元器件二极管、三极管的开关特性,通过二极管三极管的特性引入逻辑器件。掌握基本逻辑门电路原理、组成、关键特性及应用,掌握利用基础门电路搭建数字逻辑实验方法。认识触发器、计数器、移位寄存器、555基本电路等,学习如果通过基本元件和比较器、555电路形成一个可以应用的计数器。
3.1 逻辑概念与逻辑电平
3.2 二极管、三极管搭建与非门
3.3 常用逻辑门芯片认识与测量
3.4 555电路基础
3.5 555振荡器
3.6 触发器芯片认识与测量
3.7 计数器与移位寄存器
智能硬件基础实验(1)
课时目标:认识Arduino ESP32系统,了解通过Arduino进行电子信息系统开发的过程;理解按键、键盘、数码管等输入输出设备的工作原理,掌握Arduino按键和、键盘和数码管的编程使用方法。
4.1 Arduino 入门
4.2 Arduino辅助软件介绍
4.3 Arduino按键
4.4 Arduino键盘
4.5 Arduino数码管
4.6 数码管动态扫描
智能硬件基础实验(2)
课时目标:理解定时、中断、串口的基本概念,掌握Arduino定时、中断、串行通信编程使用方法。
5.1 Arduino定时
5.2 Arduino中断
5.3 Arduino串口
5.4 Arduino SPI—定时芯片控制
智能硬件基础实验(3)
课时目标:了解模数转换的简单原理,理解为何需要进行模拟与数字的转换;理解Arduino模拟IO,操纵杆、PWM的工作原理,掌握Arduino读取操纵杆信息、产生PWM控制蜂鸣器和电机的编程方法。掌握基于Arduino的传感器测量方法。
6.1 Arduino模拟IO
6.2 Arduino操纵杆
6.3 Arduino的PWM
6.4 Arduino蜂鸣器
6.5 Arduino电机控制
6.6 Arduino温湿度传感器
6.7 Arduino颜色传感器
6.8 Arduino激光测距器
6.9 Arduino陀螺仪
智能语音信号处理实验(1)
课时目标:了解麦克风的工作原理,并学习如何选择合适的麦克风类型以适应不同的应用场景。设计和搭建一个放大电路,增强麦克风捕捉到的微弱语音信号。通过Arduino编程部分,配置和读取模拟输入,捕获放大后的语音信号;音频播放模块介绍,音频文件格式与接口方式,音频电路的设计与搭建,编写Arduino程序实现音频播放控制
7.1 驻极体麦克风
7.2 语音放大电路
7.3 Arduino语音信号采集
7.4 音频模块接口
7.5 音频播放电路
7.6 Arduino音频播放
智能语音信号处理实验(2)
课时目标:模板匹配原理简介,语音信号的预处理与特征提取,基于模板匹配的语音识别算法实现,编写程序实现语音识别控制LED颜色变化。神经网络简介与原理,语音识别中的神经网络应用,基于神经网络的语音识别实现,编写程序实现神经网络语音识别控制LED颜色变化
8.1 模板匹配识别原理
8.2 语音信号预处理
8.3 Arduino语音识别
8.4 神经网络简介与识别原理
8.5 Arduino神经网络语音识别
扩展实验1-趣味电子设计
课时目标:了解电子信息系统的基本结构和设计流程,掌握硬件电路设计、制作与调试的基本方法:认识面包板,学习如何在面包板上搭建电路;通过自动发光二极管闪烁的简单电路,学习电路设计、制作和调试的基本方法;掌握声控LED电路的搭建方法,理解其工作机制;掌握利用基础门电路搭建数字逻辑实验方法。
9.1 面包板的使用
9.2 识别电路图
9.3 Proteus电路仿真基础
9.4 自动闪灯电路
9.5 驻极体传声器原理
9.6 声控LED电路搭建
9.7 声控LED应用问题
9.8 举重裁判电路
9.9 触摸延时感应灯
9.10 房间照明控制
扩展实验2-超声波系统
课时目标:掌握Arduino控制测距并显示的方法;掌握Arduino电路系统的设计与实现方法。
10.1 超声波发展过程
10.2 超声波测距模块
10.3 超声波测距雷达
10.4 超声小车制作赏析
10.5 超声波电子琴制作赏析
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预备知识

具备中学物理知识、C语言编程基础等,最好有数字电路技术基础知识

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项:

1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料

参考教材:

王俊、杨彬、张玉玺 等,《单片机基础与Arduino应用(第2版)》,电子工业出版社,2024年10月。

常见问题

Q : 电子设计基础训练学习的关键是什么?

A : 电子设计基础训练是实践性比较强的课程,学好电子设计基础训练的关键是动手实践。重点学会认识各种元器件、掌握基本的电路调试方法、能够熟练应用各种仪器仪表,在实践过程中学会发现问题、分析问题,从而解决实践中的问题。


Q : 本课程需要哪些编程软件和仿真工具?

A : 为了更好的进行实践,需要Fritzing仿真软件、Arduino IDE开发环境。进一步的话可以用Proteus仿真软件进行仿真


Q : 本课程是否需要电子元器件及开发板等,需要哪种开发板?

A : 本课程实践性比较强,建议同学准备面包板、常用电阻电容、杜邦线、LED、数码管、驻极体传声器等,配一块Arduino ESP32开发板,有条件的同学可以买相关超声波传感器及显示、控制套件,更加方便学习。


Q : 课程对电子工程的专业知识要求是否很强?

A : 学习本课程可以完全不需要有太深入的专业知识,只要跟着课程节奏,在课程中会对一些专业知识进行科普;对于Arduino部分也不需要了解其内部硬件结构和寄存器设置,仅仅知道它的端口作用即可;可以不懂硬件知识,只要会简单的C语言,就可用Arduino单片机编写程序。

北京航空航天大学
4 位授课老师
张玉玺

张玉玺

副教授

王俊

王俊

教授 博导

杨彬

杨彬

讲师

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