案例 1：基于 FPGA 的数字存储示波器

【简介】以 FPGA 为核心设计一台双通道数字存储示波器，完成从模拟前端到波形显示的完整链路，可作为电赛测量类题目的基础平台。

【任务点】（共 9 项）

1. 模拟前端设计：衰减网络、程控增益放大与 1MΩ/50Ω 输入阻抗匹配

2. 高速 ADC（≥40MSa/s）驱动与采样数据 FIFO 缓存

3. 触发系统设计：上升沿/下降沿触发、触发电平可调、单次/自动触发

4. 采样率分档与存储深度管理（等效采样扩展）

5. TFT 液晶屏波形显示界面：网格、通道、时基/幅基指示

6. 波形参数自动测量：频率、周期、峰峰值、有效值、占空比

7. 光标测量、波形平移缩放与运行/停止控制

8. 串口/USB 上位机通信，波形数据导出与 PC 端显示

9. 扩展：FFT 频谱显示、李萨如图形、逻辑分析仪模式

【涉及知识点】高速 ADC、FPGA 时序设计、触发逻辑、数字信号处理、人机界面

案例2：基于 DDS 的任意波形信号发生器

【简介】利用 DDS（直接数字频率合成）技术制作一台函数/任意波形发生器，输出频率、幅度、偏置全数字可调，是电赛信号源类题目的经典方向。

【任务点】（共 9 项）

1. DDS 原理实现：相位累加器 + 波形查找表（FPGA 或专用 DDS 芯片 AD9850/AD9833）

2. 正弦波、方波、三角波、锯齿波基本波形产生

3. 频率数字可调（mHz 级分辨率）与幅度、直流偏置独立调节

4. 高速 DAC 输出与重建低通滤波器（椭圆/巴特沃斯）设计

5. 输出级设计：宽带放大、功率驱动与 50Ω 输出阻抗

6. 键盘 + LCD 人机界面：参数设置与波形预览

7. 线性/对数扫频功能与 FSK、PSK 数字调制

8. 任意波形功能：上位机波形编辑与下载存储

9. 指标测试：频率稳定度、幅度平坦度、总谐波失真

【涉及知识点】DDS 原理、DAC 接口、滤波器设计、MCU/FPGA 控制

案例3：零中频 24 GHz 测距雷达

【简介】基于 24 GHz 零中频雷达前端，完成从电源、波形产生到中频信号调理、选通与测距显示的全链路实验，理解 FMCW/多普勒测距原理。

【任务点】（共 9 项）

1. 电源变换实验

2. 波形产生实验

3. 高通滤波器实验

4. 信号选通控制实验（窗口比较器 + 组合逻辑）

5. 信号选通实验（模拟开关与比较器）

6. 测距和显示

7. 扩展：中频放大与带通滤波链路增益分配

8. 扩展：多普勒测速实验与速度-频率换算

9. 扩展：多目标场景下的距离分辨与误差分析

【涉及知识点】零中频结构、FMCW 原理、滤波器、窗口比较器、模拟开关

案例4：便携式手持频谱分析仪

【简介】采用超外差结构或数字中频方案制作扫频式频谱分析仪，覆盖常用射频频段，可用于电磁兼容预测试与干扰排查实验。

【任务点】（共 9 项）

1. 射频前端设计：输入衰减器、低通滤波与 50Ω 阻抗匹配

2. 超外差结构：混频器选型与镜像抑制分析

3. 本振设计：PLL 频率合成器（如 ADF4351）扫频控制

4. 中频通道：中频滤波、对数检波放大（如 AD8307）或数字中频采集

5. 分辨率带宽（RBW）设置与扫速控制

6. 频谱显示界面：频标（Marker）、峰值搜索、参考电平

7. 底噪、灵敏度与动态范围指标测试

8. 幅度校准：与标准信号源比对建立校准表

9. 扩展实验：近场探头定位电路板干扰源、FM 广播频谱观测

【涉及知识点】混频与本振、PLL 频率合成、对数检波、频谱测量原理

案例5：传感器信号调理

【简介】围绕多类典型传感器完成信号调理、采集与显示实验，涵盖生物电、应变、温度、电容、DAC 与信号合成等，是一套完整的信号链训练题目。

【任务点】（共 13 项）

1. 心率检测

2. 应变片称重

3. 热电偶测温

4. PT100 测温模块

5. 热电堆测温模块

6. 电容测量 / 纸张计数实验

7. R2R 型 DAC 实验

8. 三导联心电实验

9. 覆铜手写板实验

10. 信号合成与分解实验

11. 键控调频连续脉冲发生器实验

12. 多波形发生器实验

13. 超声波测距的模拟电路测量实验

【涉及知识点】信号调理、仪表放大、测温电桥、DAC、信号合成

案例6：数字锁相放大器——微弱信号检测系统

【简介】基于相关检测原理，从强噪声背景中提取纳伏/微伏级微弱信号，完成一套可测微小电阻、微弱光信号的锁相放大实验系统。

【任务点】（共 9 项）

1. 正交参考信号产生：DDS 正弦/方波参考与移相电路

2. 前置低噪声放大：仪表放大器选型与噪声系数分析

3. 相敏检波（PSD）：模拟开关/乘法器同步解调

4. 低通滤波器与积分时间常数选择

5. ADC 采集与数字相关算法（正交双通道 X/Y 解算幅值相位）

6. 强噪声背景下微弱信号提取对比实验（信噪比改善验证）

7. 动态储备、线性度与漂移指标测试

8. 参考锁相环自动跟踪输入信号频率

9. 应用实验：斩波调制 + 光电二极管微弱光强测量

【涉及知识点】相关检测、相干解调、低噪声放大、微弱信号处理

案例7：模电控制小车

从一节18650锂电池开始，到一辆能自己沿着黑线跑、遇到障碍会停、还能跟着热源转向的小车——这就是循迹避障小车套件想带学生走完的一段路。套件包含循迹小车调试底座和模块化循迹小车：底座直接插接在口袋实验箱上，调试阶段不必占用跑道，学生在实验桌前就能反复测量、修改电路，等到电路真正跑通了再上跑道，少了来回折腾，多了动手验证的机会。小车本体只有12.8cm×9.2cm×5.4cm，底盘、循迹传感器模块、测距传感器模块、信号调理和控制模块层叠装配，单节18650锂电池供电，充电和保护电路直接做在板上，插上线就能充，不用担心过充过放。

真正让它区别于普通成品小车的，是"什么都能换"。循迹传感器模块和测距传感器模块都是可替换的，想比较红外与电磁循迹的差异、想试试超声波之外的测距方案，换一块模块即可；信号调理和控制模块更是完全开放——面包板上搭一版自己的电路可以，画好PCB焊一版成品也可以，想上数字方案就接FPGA模块或STM32模块，套件标配面包板模块和PCB循迹避障模块，从"先搭出来"到"做得更好"都有落脚点。

配套的《模拟电路控制小车的项目式实验》则把这辆小车变成了一门课。它不借助任何单片机，只用纯模拟电路就完成循迹与避障，并配有详细解析、原理图、实验指导书和视频讲解。学生依次完成黑线循迹、超声波遇障停止、循迹过程中遇障停止、超声波车距保持、红外热源方向跟随、红外热源位置跟踪、电磁轨道循迹等项目，而三极管电流源、LC谐振、峰值检波这些原本停留在习题里的知识点，会以"小车为什么跑偏""信号为什么检不出来"的形式被真正用起来。

【任务点】（共 10 项）

1. 黑线循迹

2. 超声波遇障停止

3. 循迹过程中遇障停止

4. 超声波车距保持

5. 红外热源方向跟随

6. 红外热源位置跟踪

7. 电磁轨道循迹

8. 三极管电流源实验

9. LC 谐振实验

10. 峰值检波实验

【涉及知识点】传感器接口、比较器、电机驱动、LC 谐振、峰值检波

案例8：RLC 黑盒测试

【简介】对结构未知的 RLC 黑盒网络，仅通过端口激励-响应测量推断内部拓扑并计算元件参数，综合训练阻抗测量、相敏检测与参数辨识方法。

【任务点】（共 8 项）

1. 三角形 RLC 黑盒测试与计算

2. Y 型 RLC 黑盒测试与计算

3. RC 型黑盒测试与计算

4. RL 型黑盒测量与计算

5. 扩展：端口激励信号产生与扫频测量方案设计

6. 扩展：电压电流幅值/相位检测与阻抗求解

7. 扩展：网络拓扑自动判别逻辑（△/Y/RC/RL）

8. 扩展：元件参数辨识算法与显示界面

【涉及知识点】阻抗测量、交流电桥、参数辨识、扫频测量