电子系统贯穿式综合实验案例集

本系列为面向电子工程实践的贯穿式电路综合实验案例集，覆盖模拟电路、射频信号处理、FPGA 数字系统、物联网嵌入式、生物信号处理与人机交互多个技术方向，案例设置分级难度指标，可满足课程实验、课程设计以及科创项目等不同层级的实践训练需求。口袋实验用户可以联系销售获取案例集，包含实验指导书和实验代码等。

智能魔镜镜面信息交互终端（人机交互 / 物联网，★★★）

智能魔镜镜面信息交互终端为人机交互结合物联网的中等难度项目，将显示屏幕置于半透半反镜后方，完成整机结构装配与散热方案设计；以树莓派或嵌入式安卓主板作为主控单元；开发时间、天气、日历、新闻、备忘录等信息展示插件；集成人脸检测与人脸识别，实现家庭成员身份唤醒；接入语音交互模块，完成唤醒词识别、指令解析与 TTS 语音播报；可拓展手势识别或者电容触控交互方式；基于环境光传感器实现屏幕亮度自适应调节；对接家庭物联网体系，实现灯光、窗帘设备状态查看与控制；设计整机电源管理方案，配置定时开关屏策略；完成高对比度暗色主题 UI 界面设计与动效开发。项目锻炼嵌入式 Linux 系统部署、UI 界面开发、语音视觉多模态交互、物联网设备接入等综合工程能力。

基于 FPGA 的软件无线电（SDR）收发机（FPGA / 信号处理，★★★★★）

基于 FPGA 的软件无线电（SDR）收发机为高难度 FPGA 信号处理项目，采用 FPGA 搭配高速 ADC/DAC 或者 AD9361 射频收发芯片构建软件无线电硬件平台。完成高速数模模数转换器接口与时序逻辑开发；实现包含 NCO 数控振荡器、CIC/FIR 滤波的数字下变频 DDC 链路，以及插值滤波、频谱搬移的数字上变频 DUC 链路；完成 FM 调制解调与调频广播接收实验，开展 AM、ASK、FSK 多制式调制解调对比验证；设计 AGC 自动增益控制环路；实现频谱、瀑布图实时可视化；搭建双机无线数据传输链路，完成误码率测试；开展发射功率、占用带宽、杂散辐射等射频指标测试；可扩展语音编解码，实现无线数字对讲功能。项目覆盖 SDR 系统架构、DDC/DUC 数字变频、数字调制解调、FPGA 高速信号处理等知识。

模拟电路控制小车（模拟电路 / 控制，★★★）

模拟电路控制小车为模拟控制方向实践项目，以纯模拟硬件电路为系统核心，实现小车循迹、避障、目标跟随等运动控制功能，任务包含黑线循迹、超声波障碍物急停、循迹工况下障碍物响应、超声波恒定车距保持、红外热源方向跟随、红外热源位置跟踪、电磁轨道循迹七项系统功能开发，配套三极管电流源、LC 谐振回路、峰值检波三类基础模拟电路验证实验，旨在强化传感器信号接口、运算比较器应用、电机功率驱动电路的综合调试能力，核心知识点涵盖传感器信号调理、电压比较器、功率电机驱动、LC 谐振网络、峰值检波电路。

眼动追踪辅助人机交互装置（人机交互，★★★★）

眼动追踪辅助人机交互装置以图像处理技术实现视线驱动的人机交互，可面向残障辅助等应用场景。完成红外补光单元与眼部成像摄像头硬件选型与结构设计；实现瞳孔、角膜反光点（PupilCR）目标检测算法；开发九点标定流程及配套标定交互界面；通过多项式映射完成注视点坐标解算，增加注视点平滑滤波与漂移补偿算法；实现眨眼检测，生成单击、双击交互事件；开发屏幕热区交互界面与视线软键盘输入模块；实现注视热力图记录与数据分析；对系统识别精度、响应延迟、不同使用者适配性开展完整测试；可扩展 PERCLOS 闭眼检测算法，实现疲劳驾驶预警功能。项目综合应用机器视觉、标定算法、人机交互系统设计、OpenCV 图像处理相关技术。

ESP32 室内空气质量监测与云平台系统（物联网，★★★）

ESP32 室内空气质量监测与云平台系统为物联网方向中等难度项目，以 ESP32 微控制器构建多参数室内空气质量监测终端。系统完成 PM2.5/PM10 激光粉尘、NDIR 二氧化碳、TVOC、甲醛、温湿度气压多传感器数据融合采集；实现 SmartConfig、Web 网页两种 WiFi 配网方案；基于 MQTT 协议完成设备上云，支持对接 Home Assistant 或私有物联网平台；依托 LVGL 图形框架开发本地彩色仪表盘 UI，实现多参数实时可视化；完成 AQI 空气质量指数计算、历史数据存储与趋势曲线分析；配置阈值超标告警，通过继电器驱动新风、净化设备实现闭环联动控制；具备 OTA 远程固件升级能力，可扩展多节点组网，实现房间维度空气质量热力地图。项目涉及 ESP32 嵌入式开发、MQTT 物联网协议、多传感器数据融合、LVGL 嵌入式图形界面、OTA 固件升级等核心技术。

RLC 黑盒测试（测量 / 模拟电路，★★★★）

RLC 黑盒测试侧重于电路测量与参数辨识方向，针对内部拓扑未知的 RLC 无源网络，通过端口激励响应的测量手段完成网络特性解析，完成三角形拓扑 RLC、Y 型拓扑 RLC、RC 无源网络、RL 无源网络的测试与元件参数求解；拓展任务包含激励信号源与扫频测试方案设计、电压电流幅值相位检测与阻抗求解、无源网络拓扑自动判别逻辑开发、元件参数辨识算法与结果可视化界面开发。本项目主要训练阻抗测量、交流电桥测量、系统参数辨识、扫频测试等工程方法。

RISC-V 软核 SoC 最小系统设计（FPGA，★★★★★）

RISCV 软核 SoC 最小系统设计属于高难度 FPGA 计算机体系结构项目，在 FPGA 芯片内部完成 RISCV 软核处理器系统构建，可自主设计 RV32I 五级流水线处理器内核，或移植 PicoRV32、蜂鸟等开源 RISCV 核；完成指令集功能仿真，使用 RISCV 官方测试用例完成功能验证；搭建 AXILite 或 Wishbone 片上总线架构；开发 GPIO、UART、定时器、看门狗、SPI、I2C 等外设 IP 核，完成外部传感器硬件联调；实现 PLIC/CLINT 中断控制器与异常处理逻辑；设计 Bootloader 引导程序，支持从 Flash、串口完成固件加载；搭建 RISCV GCC 交叉工具链，完成裸机 C 应用软件开发；实现跑马灯、串口 Shell、数码管时钟等演示实例；最终完成 FPGA 资源占用统计、系统主频优化与整机性能评估报告。本项目综合训练计算机体系结构、Verilog 硬件开发、片上总线协议、嵌入式裸机软件开发。

零中频 24GHz 测距雷达（射频 / 信号处理，★★★★★）

零中频 24GHz 测距雷达属于射频与信号处理高难度项目，基于 24GHz 零中频雷达射频前端搭建完整信号收发链路，开展电源拓扑变换、波形信号生成、高通滤波器设计、窗口比较器结合组合逻辑的信号选通控制、模拟开关比较器联合信号选通、测距结果输出显示等基础实验；可进一步开展中频放大带通滤波链路增益分配、多普勒测速与频率速度换算、多目标距离分辨及系统误差溯源分析等拓展实验。通过全链路实操，掌握 FMCW 调频连续波、多普勒测速的底层工作原理，涉及零中频射频架构、FMCW 测距原理、模拟滤波器、窗口比较器、模拟信号开关等专业知识。

表面肌电（sEMG）手势识别与机械臂控制（人机交互 / 信号采集，★★★★）

表面肌电（sEMG）手势识别与机械臂控制面向生物电信号采集与人机交互方向，搭建高共模抑制比仪表放大前端采集前臂表面肌电信号；设计 50Hz 工频陷波、20500Hz 带通滤波完成信号预处理；实现信号整流包络提取与肌电活动段检测；搭建 24 通道同步采集通路，完成多通道增益匹配；提取 RMS、MAV、过零率、波形波长等肌电时域特征；完成握拳、张掌、关节屈伸等 46 类手势数据集采集与标注；采用阈值判别、LDA 线性判别或轻量级神经网络完成手势分类识别；将识别结果映射至舵机驱动仿生机械手，完成实时动作复现；开展系统实时性、识别准确率、不同受试者个体差异对照测试；可拓展无线肌电臂环，实现肌电鼠标、游戏交互控制等衍生应用。项目涉及生物微弱电信号采集、特征工程、模式识别、舵机伺服控制等技术。

FPGA 实时图像处理与 HDMI 显示系统（FPGA，★★★★）

FPGA 实时图像处理与 HDMI 显示系统基于 FPGA 实现完整硬件视频流水线，完成 OV5640 摄像头寄存器配置与视频数据流捕获，实现 Bayer 图像转 RGB 色彩空间、图像分辨率裁剪；设计 DDR 存储器乒乓帧缓存控制器；硬件流水线实现图像灰度化、二值化、中值滤波、Sobel 边缘检测算法；完成 OSD 字符、十字光标叠加；驱动 HDMI 编码芯片输出 1080P 高清显示时序；实现颜色阈值分割目标跟踪，输出目标质心坐标；开展系统处理帧率、端到端传输延迟性能测试；可扩展双缓存图像缩放、运动目标检测、简易车牌定位等功能。项目掌握 Verilog 硬件描述语言视频流水线开发、DDR 存储控制器、HDMI 显示驱动、图像算法硬件加速等技术。

智能家居语音中控网关（物联网 / 人机交互，★★★★）

智能家居语音中控网关面向物联网与人机交互领域，项目难度较高，目标实现断网条件下仍可本地自治的智能家居语音中控网关。完成麦克风拾音前端与信号降噪处理，可选配麦克风阵列方案；部署离线唤醒引擎，构建包含设备控制、模式切换的离线命令词识别指令集；实现红外信号学习与转发，完成传统家电的红外控制；完成 Zigbee、蓝牙 Mesh 子设备接入与设备资源管理；设计基于条件动作范式的自动化规则引擎；搭建旋钮与 LCD 组成的本地人机交互通道；开发移动端应用实现远程控制与云端数据同步；集成 TTS 语音合成模块完成语音反馈提示；完成断网本地自治与云端协同的功能验证。相关技术要点包含离线语音识别、多协议网关架构、自动化规则引擎、嵌入式 RTOS 系统。

传感器信号调理（信号采集 / 模拟电路，★★★★）

传感器信号调理属于信号链综合训练实验，针对生物电、力学、温度、电容类多类型传感器完成信号调理、信号采集与结果可视化，实验任务覆盖心率信号检测、应变片重力称重、热电偶测温、PT100 铂电阻测温、热电堆红外测温、电容测量与纸张计数、三导联心电信号采集、覆铜手写板信号采集、超声波测距模拟信号测量共 9 项内容。项目重点训练仪表放大器、测量电桥、微弱信号滤波、传感器适配电路等信号链相关技术，夯实各类微弱传感信号采集处理的工程能力。

数模电综合设计（模拟电路 / 信号生成，★★★★）

数模电综合设计为模拟信号变换与信号源构建方向的综合实验，围绕数模转换、信号合成与波形发生开展电路实践，实验任务包含 R2R 电阻网络 DAC、信号合成与分解、键控调频连续脉冲发生、多波形信号发生器共 4 项内容。项目重点训练 R2R 数模转换、信号叠加与频谱分解、脉冲调制、模拟波形发生电路相关技术，强化模拟信号生成与变换链路的工程调试能力。