“跳一跳”物理外挂

实验题目：“跳一跳”物理外挂

课程简要信息

课程：电子系统课程设计；包括2学时课堂讲解+小学期三周实物制作，适用本科大三学生。

实验内容与任务（限500字）

设计并制作一个如图1所示的电子系统，系统具有自动玩微信小游戏 “跳一跳”的功能。

图1 系统示意图

图2 游戏界面

实验过程及要求（限300字）

1. 学习了解电容屏触摸操作的基本原理；

2. 根据题目要求制定不同设计方案并进行论证，选取最合理的设计方案；

3. 设计合理的距离测量电路；

4. 设计合理的信号发生器电路来驱动舵机运动；

5. 设计合理的信号控制电路来控制信号发生器电路在合适的时间产生合适的信号；

6. 根据设计方案进行简单的测试，调整元件参数，保证操作的准确性；

7. 撰写设计总结报告，并通过分组答辩、组间讨论的方式学习交流不同方案的优缺点。

相关知识及背景（限150字）

本课程的出发点为最近非常热门的微信小游戏，游戏风格简洁、趣味性强但是对操作要求难度较高，学生兴趣强烈。这是一个运用数字和模拟电子技术解决现实生活和工程实际问题的典型案例，需要运用所学电路知识设计一个小的控制系统，模拟人手触摸屏幕的动作实现对游戏的精确操作，寓教于乐，教学效果好。

教学目标与目的（限100字）

本课程的目的是培养学生综合运用所学专业知识和技能解决复杂工程问题的能力，通过本课程，要求学生做到：掌握电子系统设计与分析的基本理论和基本方法；具备比较和评估设计方案的能力；具备利用设计工具和软件的能力。

教学设计与引导

本实验的过程是一个比较完整的工程实践工程，需要经历学习研究、方案论证、系统设计、实现调试、测试标定、设计总结等过程。在实验教学中，应在以下几个方面加强对学生的引导：

1. 学习电子系统设计的基本原则和基本方法。

2. 学习常用设计软件和工具的使用方法，学习查阅资料和文献。

3. 学习电容式触摸屏的基本工作原理及基本实现方法，制定合理的设计方案并进行论证。

4. 根据设计方案划分多个子模块，以模块的形式分别进行设计。

5. 在电路设计、搭试、调试完成后，用标准仪器设备进行实际测量，需要根据实验室所能够提供的条件，设计测试方法，记录测试数据。

6. 在实验完成后，组织学生以项目演讲、答辩、评讲的形式进行交流，了解不同解决方案及其特点，拓宽知识面。

在设计中，要注意学生设计的规范性；如系统结构与模块构成，模块间的接口方式与参数要求；在调试中，要注意工作电源、参考电源品质对系统指标的影响，电路工作的稳定性与可靠性；在测试分析中，要分析系统的误差来源并加以验证。

实验原理及方案

1. 系统结构

2. 参考方案

本任务要求不得使用可编程逻辑器件，因此需要设计电路将实际距离信息转化为可以通过电路处理的信息，可以采用类似滑动变阻器的方式将距离转为电压信息，经过电路处理后送入延时信号发生电路，将电压转化为对应时间长度的方波信号。舵机信号发生电路负责产生舵机的驱动信号，控制舵机在抬起和按下两个状态间切换。

电路原理并不复杂，但是需要有较多的调试过程，对于学生深入理解电路原理及掌握正确的测试方法有较高要求。

教学实施进程

本课程包括2学时的任务安排讲解和3周的实物制作环节，实物设计制作完成后需要撰写实验报告，负责老师统一安排时间进行作品的验收，同时进行单人的答辩环节，最终成绩=实物作品成绩*50%+答辩成绩*30%+实验报告成绩*20%。

在课程开始前课程负责老师需要首先进行任务的验证工作，每位负责老师需要将设计任务完整的制作一遍并拍成演示视频，在任务讲解时现场给同学们演示作品的最终效果及测试评分流程。该过程的目的为通过实际制作，让课程负责老师实际掌握该项目设计过程中会遇到的问题，在后续指导学生的时候能够抓住重点，指导效果更加有效。

在实物制作环节会安排指导教师进行答疑，每周每人安排两次答疑时间，现场解决学生遇到的问题，另外平时学生可以在教学平台的讨论区进行讨论或提问，指导教师每天都会去集中解决问题。

答辩环节与实物验收同步进行，对着学生的作品现场提问，每组答辩时间安排半个小时。

实验报告要求

实验报告需要包括以下内容：

（1）设计任务要求

（2）设计方案及论证（40分）

a) 任务分析（5分）

文字说明及理论计算

b) 方案比较（20分）

至少两种方案

c) 系统结构设计（5分）

文字说明及原理框图

d) 具体电路设计（5分）

完整的电路原理图及文字说明

e) 单片机软件算法流程（5分）

（3）制作及调试过程（20分）

a) 制作与调试流程（10分）

b) 遇到的问题与解决方法（10分）

（4）系统测试（15分）

a) 测试方法（含接线图）（5分）

b) 测试数据（表格）（5分）

c) 数据分析和结论（5分）

（5）系统使用说明（10分）

a) 系统外观及接口说明（5分）

含2～3张实物照片

b) 系统操作使用说明（5分）

（6）总结（10分）

a) 本人所做工作（5分）

b) 收获与体会（5分）

c) 对本课程的建议（5分）

（7）参考文献（5分）

考核要求与方法（限300字）

1. 实物验收（总分100分）

根据附表1《验收测试标准》进行验收评分

2. 答辩验收(总分100分)：

a) 系统设计思路、工作原理（20分）

b) 系统设计方案的比较与评估（20分）

c) 对照电路实物及设计报告指出本人在系统设计制作过程中所做的工作，说明团队合作情况（20分）

d) 对照电路原理图和电路实物解释各部分电路的功能、参数计算方法（20分）

e) 系统设计制作过程、遇到的问题及解决的方案（20分）

3. 实验报告验收（总分100分）：

根据实验报告验收标准进行验收。

成绩构成：

作品实物——以小组为单位现场测试验收，占总成绩的50%

设计报告——每人“背靠背”独立撰写，单独打分，占总成绩的20%

4. 答辩——单人答辩，单独打分，占总成绩的30%

项目特色或创新（可空缺，限150字）

项目的特色在于：项目背景的趣味性，知识应用的综合性，实现方法的多样性。

实验案例信息表