本书以信息技术为主线，围绕信息技术领域中信息的产生、采集、传输、处理、控制、存储和显示等重要环节选题，介绍了9个综合性系统实验，内容涵盖了电子应用系统的设计； 单片机及嵌入式系统的应用设计、可编程逻辑器件的应用和计算机网络与通信技术应用； 有线电视系统模拟设计和数字电视技术的初步知识等。在实验平台设计上体现了开放式可自主设计、分层次可发挥延伸等特点，有利于对学生创新精神和实际动手能力的培养。

本书叙述简练，结构清晰，内容新颖，具有实用性和趣味性。可作为高校电子信息类专业本科生的实验教材，也可作为研究生和相关专业工程技术人员的参考书。

1995—2001年，南开大学与北京大学等高校合作完成了原国家教委“面向21世纪信息与电子类本科教学内容和课程体系改革研究”课题（编号： 02—12—19），其中，实验教学的改革研究和探索作为该课题的一项子课题由南开大学独立承担并完成。我们对原“近代无线电实验”和“中级物理实验”课程进行了大胆的改革和创新，构建了现代信息技术实验平台，面向电子信息类的本科学生开出了“现代信息技术实验”课程。

开设“现代信息技术实验”课程，构建现代信息技术实验平台的基本指导思想是： “现代信息技术实验”是针对电子信息类本科学生，在基础性实验的基础上开设的高一级实验，围绕信息技术领域中信息的产生、采集、传输、处理、控制、存储和显示等选题，以学习信息技术为贯穿实验始终的主线，体现系统性和综合性。

在实验内容上，注重题目的先进性和知识的覆盖面，使学生能够较多地接触电子信息领域的新技术，受到较全面系统的实验训练。同时考虑选题的实用性和趣味性，根据学生的实际情况选择可操作性强、难度适中的实验题目，以提高他们的实验兴趣，培养他们的实验能力和实际工作能力。

信息技术发展迅速，在这类实验中应突出基本的方法，在实验平台设计上要体现分层次、可拓展延伸、开放式可自主设计和操作的特点，以利于对学生创新精神和分析问题、解决问题能力的培养。

我们所选择和编排的实验题目主要有： 

 温度控制系统及电子元器件温度特性研究； 

 语音放大电路及有源滤波器的优化设计； 

 可编程逻辑器件的应用及系统设计（一）； 

 可编程逻辑器件的应用及系统设计（二）； 

 LED大屏幕显示系统； 

 有线电视系统的模拟设计； 

 基于单片机的指纹识别应用系统的设计与实现； 

 电路原理图和PCB的计算机辅助设计； 

 数字电视与音/视频编/解码技术入门。

不同于基础电子学实验，综合性系统实验的硬件环境一般都不是简单的仪器集成，而是需要自己动手去设计和专门研制。比如，上述实验题目中的温度控制、有源滤波器优化设计、大屏幕显示系统、指纹识别应用系统等都已形成了有自己特色的实验硬件环境和专用实验箱。

我们在实验平台构建中的基本做法是： 把综合性系统实验的课程建设提到足够的高度，以“实验教学改革项目”在学校立项。这样，既能调动教师参与的积极性，又能得到学校的经费支持。鼓励教师把自己所完成的科研项目移植到综合性系统实验中来，使实验教学的内容紧密跟踪电子学科研究的最新动态，与本领域的新技术密切相结合。

在教师的组织和带领下，把优秀的研究生和高年级本科生吸收到综合性系统实验的编排项目中来。这些学生有修过这类实验的切身体会和感受，充分发挥他们在实验的完善和提高方面的作用。这样做，既促进了实验课程建设，又可锻炼学生。

在电子类综合性系统实验教学方法改革方面，我们进行了许多有益的探索与实践，主要有： 

1. 分层次完成实验内容，求精不求多

根据电子类综合性系统实验的特点，在教学过程中坚持求精不求多的原则，每个学生选做其中的3～4个实验。每个实验分3个单元（3周）完成。学生根据本人实际情况，按照基本、选做和创新3个层次安排实验的方法和步骤。在实验过程中，我们特别注重对学生综合素质，即创新意识和创新能力，科学实验和实际动手能力，自学与思考问题的能力的培养。为了培养学生的团队合作精神，一般以2人为一组，既有分工又有合作，独立、自主完成实验操作。

2. 采用启发式教学，培养学生的学习兴趣，激励他们做好实验的积极性

（1） 实验课开始后，首先利用1～2个单元的教学时间，以“实验绪论”的形式举行讲座，帮助学生了解综合性系统实验的特点，使他们能够比较快地进入状态，投入实验。

（2） 以建立开放式、网络化的新型实验室为目标，在实验室提供良好的网络环境。在指导学生实验过程中，教师积极引导学生充分利用互联网资源、器件手册和仪器设备使用说明书等参考资料，启发他们积极开动脑筋去思考问题，独立、自主地去寻找解决问题的思路和方法。

（3） 借鉴本科毕业论文答辩的模式，实验课结课时，利用一个单元的时间进行总结。请实验做得比较好，特别是有发挥和创新的学生报告收获与体会，进行总结交流。

3. 因材施教，为优秀学生脱颖而出创造条件

由于综合性系统实验所涉及的实验题目较多，受实验课时的限制，目前还不能满足学生根据自己的兴趣和特长自由选题的要求。为了弥补这一缺陷，我们的做法是： 

（1） 在完成必做实验题目的前提下，允许学习有余力的学生跨题目参与自己感兴趣的实验，同步进行，交叉完成。

（2） 在不影响实验课正常教学的情况下，实验室自由开放。为学生自由选题，扩展操作，深入进行实验提供时间和场所的保证，以满足有特长的学生进一步实验的需求。

（3） 对特别优秀的学生不受时间和地点的限制给予单独指导，为他们创新发挥和成长提供便利条件。

4. 加强实验考核和实验报告写作训练

（1） 通常选择其中一个实验为考核目标，加强考核力度。考核的指标主要有实验基本内容的完成情况、仪器设备的使用情况、实验创新和发挥情况、实验报告情况4个方面。

（2） 对综合性系统实验的实验报告格式不作呆板的统一要求，而是以科技论文写作的基本要求来训练学生。内容和格式自定，实验数据要求完整，实验的创新发挥和心得体会必不可少。学生普遍反映，他们不仅在实验能力上有长进，而且在科技论文的写作方面得到了初步训练。

我们对电子类综合性系统实验教学改革的研究与实践受到了广大学生的欢迎和支持，也得到了学校领导和教学督导组的肯定和好评。虽然是专业选修课，但开课十多年来，每年选课都非常踊跃，收到了很好的教学效果。修过该课程的学生在全国大学生电子设计竞赛和南开大学本科 “百项创新工程”等课外科技活动中成为骨干力量，大显身手。

综上所述，现代信息技术实验是一门很有特色，很有趣味的实验课程。那么对选修本课程的学生而言，如何掌握要领，比较快地进入学习状态，做好综合性系统实验呢？我们认为，注意以下几点是十分必要的： 

（1） 现代信息技术实验突出综合性和系统性，每一个实验都是一个小系统，所涉及的内容往往是多个学科的交叉，知识面很广。要想做好这类实验，不太容易，但不应该有畏难情绪，而要有强烈的求知欲望和奋发向上的进取心。

（2） 要认真利用各种现代化的工具和手段预习好实验相关知识。要做好这类实验，光靠课堂的时间是远远不够的，还要充分利用课余时间，提倡像去教室、图书馆上自习那样去实验室自习实验。

（3） 要认真做好这类实验内容的3个层次中的必做部分。这是实验的切入点，从简单问题入手，循序渐进，由浅入深，不断深入，逐步进入更高的层次。 

（4） 要学会用物理和数学的方法去观察实验现象，分析、研究实验中所遇到的各种问题，探索解决问题的思路和办法。不拘泥和满足于课本所规定的实验内容，要勤思考，多提问，创新的灵感往往就在这里闪亮。

“现代信息技术实验”课程的建设和教学改革取得了一些成绩，积累了不少经验。但是随着科学技术的飞速发展和进步，“现代信息技术实验”课程的内容、实验平台的建设面临着需要不断更新、升级和进一步完善与提高的问题。我们有决心和信心在校、院各级领导的关怀和大力支持下，一如既往，不懈努力，把“现代信息技术实验”的课程建设和教学工作做得更好，更加有特色。

李维祥承担了第1章“温度控制系统及电子元器件温度特性研究”和第2章“语音放大电路及有源滤波器的优化设计”的编写，并对全书进行了审定。

张立民承担了第3章“可编程逻辑器件的应用及系统设计（一）”、第4章“可编程逻辑器件的应用及系统设计（二）”、第7章“基于单片机的指纹识别应用系统的设计与实现”、第8章“电路原理图和PCB的计算机辅助设计”和第9章“数字电视与音/视频编/解码技术入门”的编写。

隋燕承担了第5章“LED大屏幕显示系统”和第6章“有线电视系统的模拟设计”的编写。

参与本书各章节实验研究和部分编写工作的还有许多参加教学实习的研究生，他们是黄家杰、罗翼、孙昱、余海峰、薛三龙、朱红军、吕超、梁磊、李春杰、由涛、董柏青、侯雷平、王弘、杜利斌、蔡华苹、陈鹏等。他们为此付出了辛勤的劳动，做了大量的工作。

本书是在“现代信息技术实验”课程内容及仪器设备更新和升级后，在原实验讲义的基础上改编写成的。由于时间仓促，书中错误之处在所难免，恳请广大师生及读者不吝指正。

编著者

2008年4月于南开园

第1章温度控制系统及电子元器件温度特性研究

1.1实验目的

1.2实验系统组成及工作原理

1.2.1温度控制实验系统的组成

1.2.2系统硬件及工作原理

1.2.3软件设计

1.2.4温度控制实验系统的使用

1.3实验内容和方法步骤

1.3.1实验内容

1.3.2实验方法步骤和要求

1.4实验思考题

1.5实验参考资料

1.5.1过程计算机控制的基本方法

1.5.2晶闸管原理及其应用

1.5.3半导体制冷原理及其应用

1.5.4工业用铂热电阻分度表

1.5.5本章参考文献

第1章附录温度控制箱电路原理图

第2章语音放大电路及有源滤波器的优化设计

2.1实验目的

2.2实验系统组成及工作原理

2.2.1语音放大电路概述

2.2.2滤波器设计概要

2.2.3用虚拟仪器测量调试电路

2.3实验内容和方法步骤

2.3.1实验内容

2.3.2实验方法步骤和要求

2.4实验思考题

2.5实验参考资料

2.5.1OrCAD/PSpice 10.5简介

2.5.2虚拟仪器DSO 25216使用说明

2.5.3本章参考文献

第2章附录语音放大电路的设计参考图

第3章可编程逻辑器件的应用及系统设计（一）

3.1实验目的

3.2实验系统组成及工作原理

3.2.1ispLSI 1032的电路结构和工作原理

3.2.2ispDesignExpert的使用

3.3实验内容和方法步骤

3.3.1ispDesignExpert System上机实习题

3.3.2彩灯控制电路的设计

3.3.3可编程逻辑器件的实际应用

3.3.4实验要求及注意事项

3.4实验思考题

3.5实验参考资料

3.5.1LATTICS设计套件使用说明

3.5.2ispDesignExpert System中VHDL和Verilog语言的

设计方法

3.5.3ModelSim的使用方法

3.5.4ispDesignExpert System文件后缀及其含义

3.5.5本章参考文献

第4章可编程逻辑器件的应用及系统设计（二）

4.1实验目的

4.2实验系统组成及工作原理

4.2.1GAL器件原理及相关技术

4.2.2GAL器件的控制电路设计

4.2.3编程器及使用方法

4.2.4三相步进电机的转动原理及控制

4.3实验内容和方法步骤

4.3.1实验内容

4.3.2实验方法步骤和要求

4.4实验思考题

4.5实验参考资料

4.5.1可编程逻辑器件的设计基础

4.5.2几种常用的硬件描述语言简介

4.5.3TOP 2000编程器使用说明

4.5.4本章参考文献

第4章附录三相步进电机控制系统参考电路图

第5章LED大屏幕显示系统

5.1实验目的

5.2实验系统组成及工作原理

5.2.1LED大屏幕显示系统简介

5.2.2文字信息的计算机处理

5.2.3串口通信原理简介

5.2.4单片机示例程序

5.3实验内容和方法步骤

5.3.1实验内容

5.3.2实验方法步骤和要求

5.4实验思考题

5.5实验参考资料

5.5.1可靠通信的流程图及协议

5.5.2汉字移动显示的单片机程序

5.5.3接口板和驱动板原理图

5.5.4闪存读写程序

5.5.5单片机程序实例

5.5.6本章参考文献

第6章有线电视系统的模拟设计

6.1实验目的

6.2实验系统组成及工作原理

6.2.1有线电视系统的频道配置

6.2.2有线电视系统的主要技术指标

6.2.3有线电视系统设计中技术指标的分配

6.2.4空间电视信号场强的测量及天线输出电平的计算

6.2.5有线电视系统前端的组成

6.2.6有线电视系统中的有关设备和器件

6.2.7直接混合型前端的设计

6.3实验内容和方法步骤

6.3.1实验内容

6.3.2实验方法步骤和要求

6.4实验思考题

6.5实验参考资料

6.5.1有线电视技术简介

6.5.2自办节目制作基础——视频编辑技术入门

6.5.3本章参考文献

第7章基于单片机的指纹识别应用系统的设计与实现

7.1实验目的

7.2实验系统组成及工作原理

7.2.1指纹识别技术简介

7.2.2指纹识别门禁/考勤系统

7.3实验内容和方法步骤

7.3.1实验内容

7.3.2实验要求及注意事项

7.4实验思考题

7.5实验参考资料

7.5.1指纹识别技术的其他相关知识

7.5.2实用型指纹识别系统举例

7.5.3IDE工具的使用说明

7.5.4FPS 200的总线模式和内部寄存器

7.5.5HD 61202的指令系统

7.5.6HY12864

7.5.7本章参考文献

第8章电路原理图和PCB的计算机辅助设计

8.1实验目的

8.2实验原理

8.2.1Protel 99软件简介

8.2.2电路原理图的设计流程

8.2.3PCB（印刷电路板）的设计流程

8.2.4制作元件和创建元件库

8.2.5PCB设计中元件封装库的建立

8.3实验内容和方法步骤

8.3.1实验内容

8.3.2实验的方法步骤和要求

8.4实验思考题

8.5实验参考资料

8.5.1Protel符号库和封装库

8.5.2本章参考文献

第9章数字电视与音/视频编/解码技术入门

9.1实验目的

9.2实验系统组成及工作原理

9.2.1数字电视概述

9.2.2JH8000 DTV数字电视实验系统简介

9.3实验内容和方法步骤

9.3.1实验内容

9.3.2实验方法步骤和要求

9.4实验思考题

9.5实验参考资料

9.5.1数字电视技术的有关标准

9.5.2本章参考文献