集成电路设计步骤篇1
关键词：项目教学法；中职教育；直流稳压电源
中图分类号：G424文献标识码：a文章编号：1009-3044（2016）03-0121-02
1项目教学法简介
1.1实施项目教学法的指导思想
著名的教育学家弗雷德・海因里希教授曾以这样的例子来介绍项目教学。首先由学生或教师在现实中选取一个“造一座桥”的项目，学生分组对项目进行讨论，并写出各自的计划书；接着正式实施项目，利用模型拼装桥梁；然后演示项目结果，由学生阐述构造的机理；最后由教师对学生的作品进行评估。通过这样的教学步骤，充分发掘学了生的创造潜能，并促使其在提高动手能力和推销自己等方面努力实践。
所以，项目教学法”就是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。它传统的教学法相比，有很大的区别，主要表现在改变了传统的三个中心，由以教师为中心转变为以学生为中心，由以教材为中心转变为以“项目”为中心，由以课堂为中心转变为以实际经验为中心。
1.2项目教学法的实施步骤
在运用项目教学法进行教学设计的时候，必须明确学生是认知的主体、是知识意义的主动建构者。所以根据项目教学的教法思路和教学设计原则，项目教学具体见以下五个步骤：
1）确定项目的目标和任务：通常先由教师提出一个或几个项目任务，然后同学们一起讨论，最终确定项目的目标和任务。
2）计划：由同学们共同制定出项目的工作计划，确定工作步骤和程序。
3）项目实施：同学们根据各自的分工和合作的形式，按照已明确的工作步骤开展工作。
4）项目的检查评估：先由同学们自评，再由教师根据项目的工作成绩进行检查评分。最终师生共同讨论、提出工作中问题，讨论解决方法并进行总结记录。
5）归档或应用。
2中职学校电子技术教学的现状
《电子技术基础》是中等职业学校一门专业基础性质的课程，它是理论性、实践性都很强的课程。在传统实践教学中，由于实验设备有限，只能进行一些验证性的实验，且传统实践教学多采用讲解式，其教学内容的选择、实验步骤的设定和实验器材的组织等均由老师组织，缺乏对学生动手能力和创新能力的培养，使得学生的综合素质未得到锻炼和提高。如何让学生能完全接受这门课的知识，为以后的专业知识打下良好基础，是中等职业学校需要解决的课题。
3项目式教学法在设计直流稳压电源教学中的具体实施和反馈
直流稳压电源应用广泛，也是中职学校电子技术学科的重要知识点。它包含了电路的集中重要基本元器件，电阻器、二极管和晶体三极管等，以及由这些基本元器件所构成基本电路，所以利用项目教学法设计直流稳压电源的教学具有十分重的要意义。
下面我以设计直流稳压电源的教学为例。
3.1确定项目任务
首先，向学生下达项目任务：设计直流稳压电源电路。并提出要求如下：
设计要求：①分析设计要求，明确性能指标。集思广益，提出多种设计方案，并构建出设计框架。②确定合理的总体方案。③将总体方案化整为零，分解出各个单元电路，逐个设计。④组成总的系统，形成合理的布局，并按照设计要求进行总体论证，给出必要的说明。
3.2制定工作计划
任务下达后，学生开始前期的准备工作，通过查找相关资料、讨论等制定工作计划，也就是接下来的工作步骤。具体如下：①确定直流稳压电源电路的设计方案；②设计各分电路确定元器件的采用表；③形成直流稳压电源总体电路；④利用软件进行仿真验证。
3.3项目的实施
为了更好地调动学生们的学习兴趣和积极性，我们可以把课堂搬到一体化教室，让学生在学习理论知识的同时，动手操作起来，手脑并用。这样可以使得学生学到知识更加直观，便于理解和记忆。
实施步骤一：确定设计方案。
在具体的实施过程中我将班级的学生分成4-5人一组，要求每组明确每个成员的具体分工和合作形式，并按照已确定的步骤开始工作。同学们可以根据我们之前所学习的，在这里可以采用分工合作，集体讨论，教师指导，确定直流稳压电源电路的设计方案。
实施步骤二：确定子电路图。
我们已经学过直流稳压电源由四个主要部分组成，包含整流变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。接下来开始让同学们自己利用所学的知识设计直流稳压电路的各个部分。为了提高效率，这里可采取分工合作的形式，由组员各自去收集材料，收集的过程不仅复习和巩固了所学知识的，还锻炼了大家分工协作的能力以及团队合作的精神。教师在旁边观察各组学生的讨论过程并适时给予指导，并要求各组上交工作报告，由各组表表阐述各电路的工作原理，给予点评和鼓励，以便于接下来的集体讨论形成整体电路。
实施步骤三：形成直流稳压电路总体整体电路，进行参数的论证。
在教师指导下形成最终的整体电路，并在multisim软件上进行绘制。阐述工作原理并进行电路参数的论证。
集成电路设计步骤篇2
一、实习内容：
使用电烙铁和焊锡丝在电路板上焊接元件。实习目的：初步掌握焊接技能，为后续实习打下扎实基础。实习要求：焊点要成型牢固可靠、圆滑光亮，成半球形，元件排列整齐。
二、实习器材及介绍：
1.电烙铁：由烙铁头.加热管.电源线和烙铁架组成我们使用的是内热式电烙铁，功率在20—30w之间，其优点是功率小，热量集中，适于一般元件的焊接。由于焊接的元件多，烙铁头是铜制。
2.钳子、镊子各一把。
3.焊锡丝：由37%的铅和63%的锡组成的合金。焊锡丝有熔点低，易与铜、铁等金属结合，焊接强度合适，电阻率低等优点因此是用于焊接合适材料。由于锡它的熔点低，焊接时，焊锡能迅速散步在金属表面焊接牢固，焊点光亮美观
4.印刷电路板（pcb板）：硬制塑料板上印有钢制电路，可将一些电子元件焊在其上。印刷线路板的原料主要是铜箔，粘结剂，极板。
5.细铜丝。
三．原理简述：
电烙铁是加热工具，可将烙铁头加热到250摄氏度左右，在此温度下，焊锡便可融化为熔融状态，此时便可将与锡相亲的铜制元件与pcb板上铜制电路焊接在一起。
焊锡线为锡铅合金，通常用于电子设备的锡焊，其锡铅比为：60：40它的熔点低，焊接时，焊锡能迅速散步在金属表面焊接牢固，焊点光亮美观。
烙铁头在正常使用下氧化得很快，清理办法是：将烙铁头在有松香的烙铁板上轻轻摩擦。
四．实习步骤：
步骤1：准备焊接将烙铁头和焊接物靠近焊接物
步骤2：焊接物加热将烙铁头接触焊接物
步骤3：焊接溶解将焊丝接近焊接物使之溶解
步骤4：焊丝离开见到焊锡中之助焊物流出时，将焊丝拿开
步骤5：烙铁离开将烙铁头按照箭头方向加速离开
五、实习小结及心得：
电烙铁头、焊锡丝尖与焊盘三点要接触在一点上，焊接时间不宜过长或过短，焊锡之前应该先插上电烙铁的插头，给电烙铁加热。焊接时，焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成45度，这样焊锡与电烙铁夹角成90度。焊接时，焊锡与电烙铁接触时间不要太长，以免焊锡过多或是造成漏锡；也不要过短，以免造成虚焊。元件的腿尽量要直，而且不要伸出太长，以1毫米为好，多余的可以剪掉。焊完时，焊锡最好呈圆滑的圆锥状，而且还要有金属光泽。经过对焊接技术的实习，我们初步掌握了焊接方法与技术要点并对电路板的基本构造和电路元器件有了初步认识。听了老师讲的技术要点再经过在实践的过程中不断自我摸索，我们由不会到会，焊点从不均匀到均匀。整个过程持续的时间不宜太长，最多三秒而已。锡量也要进行控制，太多容易造成虚焊，而太少又有可能会容易折断。并且在焊接结束时应先将锡丝拿开后再将烙铁拿开，否则易使锡丝粘在集成板上。通过一上午的练习，我了解了焊接的基本原理与方法。
实验四：简单印制电路板设计
一、实习内容：
根据电路图，自主绘制印制电路板图。
二、设计要求
1．印制电路板图的大小为100mm*100mm;
2.插孔直径为1mm，焊盘直径为1.5mm-2mm，铜箔宽1mm;
3.根据通过电流的大小来确定印制电路板连线宽度（1mm宽导线可按2ma电流量计算）；
4.设计印制电路图形应考虑减少干扰，维修方便；
5.印制电路板四周要空出5mm-10mm的边框；
6.电源线与接地线粗一些，布线密度大时可使用过渡线；
7.布线尽可能短，尤其是晶体管的极极，布线拐角一般为圆角；
8.输入、输出的印制导线应尽量避免平行，以免发生串绕；
9.高低电频悬殊的信号线应尽可能短，且间隔大些；
10.公共地线尽量分布在板子的边缘，尽可能保留铜箔做地线。
三、实习步骤：
1.认真了解电路图的组成和结构，首先要了解电路原理，以及各个元器件的作用和大概的位置，并对照要求的电路板大小来确定大致的电路图构成。同时要考虑到各个器件的性质以及相互之间的影响。
2.整体布局与印制板结构的确定。
3.根据电路图先做简单的草图设计，画出相应的草图。考虑到跨接线，元件焊接点，还有地线走位等因素，进行修改。最后观察整体布局是否合理。
4.根据草图在正式的图纸上绘图，这时可以根据坐标纸上的网格来确定具体的走线和元件位置。另外，画的过程中要考虑到元件的实际尺寸，注意设计要求的规定，注意线与线不可以相交。
集成电路设计步骤篇3
【关键词】数字电路;传统方式;VHDL
1.引言
随着计算机以及大规模集成电路应用的普及，电子行业正在迅速的发展。目前采用小中规模的数字电路逻辑设计已经不能满足数字电子技术发展的需要。例如传统的ttL电路或者ComS电路设计任务繁琐，设计效率低，所以迫切的需要我们做出调整，适应社会对数字电子技术发展的要求。伴随着集成电子工艺的发展，新型的逻辑器件也应运而生，到目前为止，市场上的逻辑器件大致可分为三类：第一是标准的逻辑芯片如ComS/ttL等系列芯片;第二是微型计算机芯片和各种微处理器;第三种就是应用规格芯片aSiC，其中aSiC芯片中就有我们接下来介绍的可编程逻辑器件（pLD）[1]。而使用可编程逻辑芯片就必须要求我们掌握编写VHDL语言的技术。这种设计数字电路实验的方法大大克服了传统数字电路设计出现的缺点，更加适应现在社会的发展。
2.传统数字电路设计优缺点
传统的数字电路设计过程大致经过以下几个步骤：一是分析问题画出状态转换图以及状态转换表，二是进行状态化简，三是状态编码，四是写出输入方程、驱动方程以及输出方程，五是画出逻辑电路图，经过这一系列步骤之后，还要在电路板上焊接电路，或者在面包板上拼接电路。传统的设计方法是数字电路设计的基础，它的优点是能够反映了数字电路的基本工作原理，系统内部构成的各个细节也能够很直观的反映出来，各部分之间的联系显而易见。因此，通过对设计的原理图的观察我们可以验证系统的合理性，同时也奠定了数字电路设计的基础。它的缺点是设计步骤复杂，在整个过程中需要用到大量的芯片和连线。而且传统的方法出错率高而且不易修复，在焊接电路板的时候如果不注意就会导致接触不良或者出现某个芯片损坏的情况，这就导致整个电路板都不起作用。
3.pLD器件芯片的出现
pLD又称可编程逻辑器件，pLD芯片上的金属引线和电路都是厂家做好的，但是器件的逻辑功能在出厂时是没有确定的，用户可以根据自己的需要合理的编程设计确定想要的功能。而编程用到的语言就是我们接下来要介绍的VHDL语言。目前pLD器件芯片具有微处理器灵活等优点，芯片的引脚也从一开始的20多个引脚发展到现在的200引脚[2]。可编程逻辑器件的出现从很大程度上使得数字电路设计发生了根本性变革。采用pLD设计电路不再是对电路板设计，而是对芯片设计，使之实现我们预想的功能。一般的pLD的集成度很高，可以满足一般的数字系统的需要。设计人员只需要自己编程到一块pLD上，而不用去供应商那儿买特定功能的芯片。我们可以对芯片内部的逻辑和外部的引脚进行设计。这样就克服了传统方式中对电路板进行焊接所花费的大量时间，克服了工作量大，难以调试等缺点，用户只需要编写适当合理的程序就可以实现预想的功能。如此大大简化了设计步骤，更加适应社会发展的需要。
4.VHDL简介
VHDL语言是一种应用于描述数字系统的功能、结构和接口的语言。VHDL含有许多具有硬件特征的语句而且语言的描述也更类似于一般计算机的高级语言。在编程上简单可行性高。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体。分成外部和内部，在对一个设计实体定义了外部界面后，当其内部开发完成后，其他的设计也能够直接调用这个实体。VHDL系统设计的基本点是将设计实体分成内外部分。VHDL语言之所以能够成为标准化的硬件描述语言并且获得广泛应用，正是因为它本身具有其他硬件描述语言不具有的优点。归纳起来，VHDL语言主要具有以下优点：
（1）VHDL语言设计多样：VHDL语言结构很强大，而且设计方法多样，既支持层次化设计也支持模块化设计，既可以采用自顶向下设计方式，也可以采用自底向上的设计方法。
（2）VHDL语言的设计是针对于芯片而并非器件，传统的硬件拼接的方法针对的是器件，但是VHDL语言是直接对芯片而言的，在设计电路时，用户可以不必考虑所选用的器件。设计者也可以不必考虑系统硬件结构，而进行独立的设计。
（3）VHDL语言可移植性强，对于同一个硬件的VHDL语言来说，它可以从一个工作平台移植到另一个工作平台上。
（4）VHDL语言有非常丰富的库函数和仿真语句，用户可以随时对系统进行仿真。
由此可见传统方式与应用VHDL的区别有以下几点：第一，传统的方法采用自上至下的设计方式，而应用VHDL语言则采用自下至上的设计方法;第二，传统方式采用的是通用的逻辑元器件，系统硬件的后期进行调试和仿真，而应用VHDL语言采用的芯片则是pLD（可编程逻辑器件），系统的设计早期进行调试与仿真;第三，传统的设计方式主要采用电路原理图的方式设计，而本文提出的设计方式主要则以VHDL语言描述为主，从而降低了硬件设计电路的难度。
5.VHDL语言结构及语言设计步骤
VHDL语言结构由library（库）定义区，entity（实体）定义区，architecture（构造体）定义区package（包集合）configuration（配置）组成，其中library，entity和architecture也是一个VHDL语言所必有的。
VHDL语言设计步骤大致可以分为以下三步：第一，分析系统结构并划分模块;第二，输入VHDL语言的代码，编写程序，并且将其编译，在此过程中如果有错误要及时修正;第三，对编译的后的VHDL文件进行仿真。
6.VHDL举例
下面介绍一个简单分频器的例子：
Libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityfenpinis
port（clk，clear：instd_logic;
q：out_std_logic）;
endfenpin;
architecturebehaveoffenpinis
signalm：intergerange0to11
begin
p1：process（clear，clk）
begin
ifclear=’0’thenm<=’0’;
elsif“clkeventandclk=’1’”then
ifm=11thenm<=’0’;
elsem<=m+1;
endif;
endif;
endprocessp1;
p2：process（m）
begin
iftemp<6thenq<=’0’;
elseq<=’1’;
endif;
endprocessp2;
endbehave;
由例题可以看出，在设计分频器是可以不用硬件搭连的方式，用VHDL语言进行编程更简单易行。
7.小结
本文针对目前传统数字电路设计中存在的若干弊端，提出用VHDL语言编写适当合理程序来设计数字电路实验的方法，避免了硬件电路中若干繁琐的问题，使得系统简单明了，可维护性强，芯片也可以反复使用。传统的硬件设计方法已不能满足现代电子工业的发展，在数字电路的应用中，VHDL语言必将会被广泛的使用。
参考文献
[1]张有志.可编程逻辑器件pLD原理与应用[m].北京：中国铁道出版社，1996：1-3，91
集成电路设计步骤篇4
（建东职业技术学院电子与电气工程系，江苏常州213000）
【摘 要】为了更好地培养高职院校学生的实践动手能力，面对高职自动化、电子信息工程、应用电子、机电一体化专业的学生，对现有的实训教学进行了设计研究，提出项目化的实训教学过程，提高实训教学效率和质量。以单片机实训教学项目为例，介绍了单片机应用实训的项目化教学过程实施，提高学生的实践创新能力。
关键词实训；单片机；项目化
0 引言
51系列单片机在工业控制，便携式仪器仪表，家电电子等领域被广泛应用。通过不断升级使得51单片机功能更加强大，应用仍然很普遍。大多数高等职业院校在开设单片机实训课程时，实训项目大部分是利用现有的实验教学设备进行训练。由于教学设备是成品，线路大多在成品电路板中已经设计好了，从外部根本看不到电路是如何连接的，且生产商很少配备完整的电路原理图，学生在做实训时，要求连的线很少，很难参与到电路设计的细节中，动手能力也就很难在实训课程中得到训练和提高。而且传统教学过程中未引入工程项目实践设计，导致学生缺乏整体设计能力,动手能力普遍较差。
基于该课程应用性较强的特点，必须把实验和实践教学环节作为学习的关键。通过总结近年实践教学的经验，本文将通过过程项目化教学开展实训，使学生直接参与到项目过程中，以真实的工作过程及工作步骤为依据，融合“教、学、做”一体化的教学手段，用以提高学生的单片机系统设计的动手能力。
本文以简易音乐播放器设计项目为例讲解单片机应用实训的项目化教学实施。
1 任务引入
该项目任务设计一个简易的音乐播放器，硬件电路如图1所示，图1是由单片机最小系统，独立式按键电路、数码管控制电路及蜂鸣器电路组成，通过对该项目的proteus仿真实现，学生可以锻炼综合运用按键、数码管及蜂鸣器的软硬件设计方案。在图1中，利用K1按键对选定播放的音乐段，在播放的过程中可用此按键暂停；用K2按键选择待播放的几段音乐中的一段；数码管显示当前系统所播放的是选中的是第几段音乐。该项目硬件电路设计实际上并不复杂，软件编程主要是单片机定时器技术、中断技术的应用。教师可以通过对音乐索引和节拍产生原理的讲解，让学生掌握每个高脉冲或低脉冲的延时形成某种频率的声音输出方法，每个不同频率声音输出的时间长短形成节拍的方法，以及高低音的产生方法。
通过硬件和软件的设计和学习，该项目实施并不复杂，但涉及到学生学习过的课程门类还是比较多的，学生必须通过对protel课程、C语言课程、单片机课程与音频产生知识等相结合，把单门课程动手实训转换为以实际工作环境为导向的顺序工作过程，按照步骤学习的过程就变成了实际项目实施的工作过程，且学习的每一步骤是实实在在的工作过程，有效地将学生的理论知识、实践知识、职业态度和情感等内容整合成相对完整的有机系统。
2 项目实施步骤
通过项目的内容描述，使学生更加清楚地了解实训的目的，学生知道该做什么。结合实训，我们将对实施项目化的过程进行具体研究设计。
2.1 总体设计
根据简易音乐制作的工作顺序，对该实训项目进行总体设计，将整个实训过程分解成各个具体工作任务，然后整理成与各个分解内容相适应的八个步骤，实训时间为二周，内容如表1所示。
2.2 具体实施
表1很详细的给出了总体设计，这就要求我们教师必须对每一个工作步骤进行认真设计，让学生有明确的目标，引导学生对每个步骤进行思考和实践，这样可以较大地调动学生学习单片机的兴趣。
我们对实训班级进行分组，随机指定3~5人为一个小组，不允许自由组合。这样对以后学生的就业是有利，在企业的岗位上是没有资格挑选同事的，同时也能培养学生的团队协作能力。
如步骤五，教师设计时的主要内容有：1、学习目标2、工作内容3、教学设计4、教学材料。学生在这一步骤结束时，可以掌握KeiL软件的使用、汇编程序的编写、软件模拟调试的具体应用等相关实际工作内容。且每一个步骤完成后可以在表2中进行评价。
实训过程中的每一个步骤都必须与指导教师充分交流和探讨后方能进行下一步骤，虽然这样会增加实训指导老师的指导工作量，但可以从过程中很好地把握学生的完成情况，也让大多数学生能够完成项目的任务得到保障。
2.3 成绩评定
成绩评定的方式如表2所示，它可以很好地评价项目化教学过程中每位同学应该获得的成绩，也可以更好的与其它教学模式进行对比，从而体现出过程项目化教学的优势。以小组为单位，检查每个学生制作的产品是否满足设计要求，K2按键按下能否正常的选择所要播放的歌曲，K1按键按下能否正常的播放完一段完整的所选歌曲以及数码管能否正常显示所选歌曲的编号。以答辩方式进行考核，要求每位同学回答2到3个有关该项目制作过程中的软硬件设计、系统仿真制作以及实训体会等方面的问题，根据这些内容的完成情况由教师填写教师评定成绩；小组互评内容在每个步骤完成后根据教师设计的每一步骤内容完成情况由小组集体评价填写相应的互评成绩，适当增加互评成绩在总成绩中的比重，这样有利于对同一水平的产品发现问题和解决问题，让同学之间进行对比，加深学生对项目实施过程中的产生问题的印象；自评内容是每位同学自己在每次步骤完成后，根据教师设计的每一步骤内容完成情况进行打分，并给出各个步骤的说明。每位同学的最终综合成绩=教师评定成绩*30%+小组互评*50%+自评*20%。
3 结语
通过以上对单片机实训方法的改革探索和实践，形成了以学生为主体、教师为主导的教学课堂，形成了讲与练相结合、教与学互动的教学模式。教学效果已有明显改善。学生的学习兴趣得到了提高，学生在实训的过程中能积极思考，发现问题并解决问题。学生的知识体系在真实的工作过程中，在小组协作的过程中得以建立。这不仅培养了学生的专业能力、社交能力、团队精神，同时也增强了学生的自信心。当然，教学改革是一项长期和系统的工程，我们将继续努力，培养符合社会需求、更加优秀的相关专业人才。
参考文献
［1］刘燎原,孙秋波.proteus软件在单片机项目教学中的应用[J].徐州建筑职业技术学院学报.
集成电路设计步骤篇5
关键词:电能质量;DSp+aRm;winCe;小波变换
中图分类号:tm933文献标识码:a
文章编号:1004-373X(2010)05-179-03
DesignofportablepowerQualityanalyzerBasedonDSp+aRm
LUoXiaoming,YanGShuanke,JinYinbin
(Collegeofelectricalengineering,Xi′anJiaotongUniversity,Xi′an,710049,China)
abstract:thedesignofpowerqualityanalyzerbasedonahighperformanceDSpofaDSp21161andanaRmchipofS3C2410areintroduced,DSpisusedasthecoreofdataacquisitionandprocessing,accompaniedwithS3C2410chipasthecoreofdatadisplayandsystemcontrol,andembeddedoperationsystemwinCeisadoptedassoftwareofsystem.theschemeadvancestheintelligenceandreliabilityofsystem,reducesthesystempowerconsumptionanditisgoodforfunctionexpanding.thetestresultsshowthattheanalyzermeettheieCstandardsforpowerquality.
Keywords:powerquality;DSp+aRm;winCe;wavelettransformation
0引言
随着国家工业规模的扩大和科学技术的发展,电网负荷结构发生了很大的变化,一方面,非线性、冲击性和不平衡负荷的大量增长使得电能质量恶化;另一方面,随着信息技术的发展,越来越多的敏感负载对电能质量的要求也越来越高[1]。这就要求电能质量检测分析设备具有实时检测、快速分析、实时显示的能力。采用高性能数字信号处理器(DSp)和嵌入式计算机系统(aRm)双处理器架构设计电能质量分析仪能满足上述要求。DSp系统实现电压、电流信号的实时采集处理,通过加窗傅里叶变换和小波算法得到电能质量参数;aRm嵌入式平台运行winCe操作系统完成人机交互、数据存储、实时显示等功能。该系统为仪器的可扩展性和智能化建立了良好的软硬件平台。
1硬件系统设计
便携电能质量分析仪硬件系统设计应以功能实现和便携式设计为基础,并兼顾系统的可扩展性。
1.1硬件系统总体设计
该硬件系统包括信号调理、数据采集与处理、aRm嵌入式平台、协控制器和电源系统5个模块,系统框架如图1所示。电网电压电流信号经调理电路预处理;采用高速aDC数字化后由DSp处理器系统实现缓存及快速、准确的分析计算;采集到的波形数据和分析计算结果通过FiFo传递到aRm嵌入式平台;采用LCD实现波形和分析结果显示;采用SD卡或USB存储设备来存储大量的数据以便回放或进一步深入分析;利用键盘或触摸屏实现人机交互功能;设置RS232、USB和网络接口,便于实现电能质量分析仪的系统化和网络化扩展。
图1系统的硬件框架
系统中采用CpLD芯片设计了协控制器,它的作用主要是产生a/D转换器所需要的采样时钟、完成采样通道的时序控制、综合FiFo读时钟逻辑、网卡地址控制逻辑和DSp启动模式的设置。系统硬件电路配有多种电源,通过对系统各模块电源进行控制,以及使DSp按测量需求工作在节电模式等措施实现了系统低功耗设计。系统采用电池供电,满足便携式仪器要求。
1.2数据采集和处理模块
电能质量分析仪需要有较高的测量准确度,并且电网电压电流信号除了50Hz工频分量以外,还包含电压瞬变、短时电压骤升骤降等因素引起的高频分量;按照一般电网测试要求,需要检测8路信号(4路电压和4路电流);这里需要高速、高分辨率、多通道、低功耗的aDC芯片。ti公司出品的aD7655是一款低成本、4通道、1mSpS采样率、16位aDC芯片。该芯片典型功耗为120mw,采样率为10KSpS时只有2.6mw,满足系统低功耗要求;芯片内有两个低噪声、宽频带的采样保持器和相应的模拟开关,允许两个通道同时采样。选用两片aD7655可满足系统设计需要。
数字信号处理器选用aDi公司的aDSp-21161n32位浮点DSp芯片[2]。该芯片采用超级哈佛结构,拥有多条内部总线、高速运算单元、大容量存储器、灵活多样的外部接口。它的内核工作频率可达100mHz,外部总线工作频率可达50mHz,运算处理速度可高达600mipS,以较低的工作频率实现了较高的处理能力,同时降低了功耗。而aDi公司提供的根据处理器量身制作的iDe环境极大的方便了DSp软件开发,最大程度上发挥了处理器的性能。
两片aD7655与DSp通过“三线”Spi接口连接,DSp对数据进行缓存并进行一系列运算,将计算结果通过LinKpoRtS接口发送给FiFo实现数据传输功能。aDC的采样时钟、每个aDC中的通道切换和双aDC调度等控制逻辑由协控制器实现。
1.3协控制器
协控制器逻辑电路框图如图2所示。图2中,采样时钟发生器为a/D转换器提供采样时钟;aDC通道轮换控制电路协调8个通道的数据转换次序,协助DSp准确地读取各相电压电流信号;DSp启动模式控制电路协助DSp上电初始化程序从FLaSH自启动;FiFo读时钟逻辑电路由aRm嵌入式平台控制,产生读时钟,完成DSp与aRm系统的数据传输;网卡地址控制逻辑为CS8900网卡提供读写逻辑。
1.4aRm嵌入式平台
aRm嵌入式平台硬件配置如图1所示。选用三星公司S3C2410芯片,外扩64mBSDRam和64mBFLaSH。该嵌入式平台有众多外设接口:Spi接口用于和DSp命令传输;LCD接口用于tFt液晶屏的驱动;USB接口适用于多种即插即用设备;SD卡接口可插入大容量SD卡用于数据存储;触摸屏接口可实现触摸屏控制。为了实现仪器的网络化,该系统扩展了网卡芯片CS8900a;为了系统调试的安全性,将RS232接口进行隔离处理。
图2协控制器逻辑电路框图
aRm与DSp之间通信和数据传输通过Spi接口和FiFo实现。aRm通过Spi接口发送命令,使DSp进行相应的数学运算及传输数据,系统设定aRm为主设备,DSp为从设备。FiFo用于传输DSp的计算结果和波形数据;FiFo芯片采用低功耗异步芯片Sn74aLVC7805,数据传输率可达50mHz,数据存储深度为256B。
aRm嵌入式平台移植了winCe操作系统。winCe操作系统在实时管理、图形界面、开发环境等方面有着特有的优势,这为便携式电能质量分析仪的人机交互和网络化扩展提供了便利。
2系统软件设计
系统软件设计包括aRm部分winCe操作系统定制、应用程序设计和DSp部分数据处理程序设计。
2.1winCe操作系统定制及应用程序设计
winCe是模块式、多任务、实时嵌入式操作系统[3],微软公司提供了功能强大的开发工具,winCe操作系统定制包括操作系统内核定制、各相关驱动程序编写等。其内核的定制使用pB(platformBuilder)软件,相应的驱动程序开发使用eVC(embeddedVisualC++)。
系统应用程序是在winCe5.0上由VS2005(VisualStudio2005)开发的C#窗体应用程序[4],其主要功能为:实现良好的人机界面、合理的功能设定、数据的接收显示及存储、对DSp和系统电源的控制等。
电能质量分析仪应用程序的界面是根据不同的测量用途来划分的,分为示波器、功率和能量、谐波、向量图、骤升骤降、闪变和瞬态等显示界面,不同的显示界面运行着不同的显示线程,每一个显示线程都有一个对应的数据传输模式。aRm根据这个数据传输模式来给DSp处理器发送命令,进行相应计算和传输相应的数据。
2.2数据处理程序设计
数据处理程序流程图如图3所示,程序启动后,DSp通过Serials中断读取aDC采样数据,同时接收Spi中断,根据aRm系统的命令进行相应的电能质量指标计算,将计算数据通过Linkport传送给FiFo供aRm系统读取;iRQ0中断用于控制数据传送的节奏和数据同步。
图3数据处理程序流程
2.3数据处理算法介绍
电能质量分析仪需要对电力信号进行稳态分析和暂态分析[5]。稳态分析包括检测三相电压、电流的有效值,电网频率,电压、电流的各次谐波及谐波总畸变率,电压、电流中的正序和负序分量;三相不平衡等的计算。暂态信号分析包含电压瞬变、短时电压骤升、骤降、电压闪变、短时严重波形畸变等检测内容[6]。相对于稳态分析,暂态电能质量分析需要对信号进行快速、实时、准确的测量与分析。
FFt变换是电能质量分析的重要工具,为提高采用FFt变换的计算精度,需要通过硬件或软件方法实现整周期采样。整周期采样就是要求采样的数据刚好是信号的整个周期或是倍数,也就是假如信号周期为t,就是要保证:
n/fS=L×t
其中,L为整数;fS为采样频率;n为采样点数。
在实际采样中,通常做不到整周期采样,即使知道信号的周期,采取同步采样,也只能使信号中的某些频率(工频及其倍频)接近整周期采样,而不能使信号中所有的频率成分(如噪声等)都是整周期采样。非整周期采样的直接的后果就是频谱泄露,使获得的频率成分不准;第二个后果就是对于频率相隔较近的多频率成分信号来说,会出现干涉现象。
为简化硬件设计本文采用非整周期采样[7],通过加窗傅里叶变换来减小频谱泄露和干涉。通过加窗傅里叶变换法[8]可以精确计算出50次以下谐波的幅值和相位。从谐波分析结果进一步计算可以得到三相系统各相的有效值、频率、功率、相位差、失真度和不平衡度等基本电参数。
微分算子可以检测瞬变,而小波滤波器的n阶消失矩和n次卷积微分算子具有等价关系。在此原理基础上设计了基于小波变换的电压瞬变检测算法[9]。在短时电压骤升骤降和浪涌电流检测中,使用了实时真有效值计算方法,通过有效值与阈值的比较来判断有无事件发生。电压闪变的评估使用了ieC推荐的同步检波法[10],通过ieC测试数据对闪变测量值进行校准。在此硬件平台所设计的暂态电能质量分析软件可实现对电压瞬变、短时电压骤升骤降、浪涌电流、谐波、三相不平衡度、电压闪变等项目的测量。
3系统测试结果
搭建了以Chroma61702功率信号源及三相交流电机组成的Y型接法测试系统,对本检测系统的稳态分析功能和暂态分析功能进行检测。实测表明该系统具有较高的测量精度,能够精确测量电压电流有效值、功率能量值、最高50次谐波分量、三相不平衡度、短时闪变值和长时间闪变值,各项测试指标满足设计要求。该仪器可以捕捉电网实时真有效值并显示结果,方便观测者检测电网电压事件,同时本仪器可以实时捕捉电压电流波动与闪变、电压跌落等事件,并将事件存储于SD卡中以便用户随时读取。
4结语
本文从便携式仪器设计的角度出发,设计了一种电能质量分析仪。该仪器用DSp实现数据采集与处理,快速准确的计算出各项电能质量指标,能够进行稳态分析和暂态分析;用aRm嵌入式平台实现数据管理、人机界面及系统控制,结合winCe操作系统,提高了系统的可靠性,为实现电能质量分析仪智能化及网络化提供了良好的平台。通过实际测试,表明该仪器各项指标均满足ieC电能质量测量标准。通过选用低功耗器件,以及采用电源控制,实现了系统的低功耗;系统硬件设计简洁,集成度比较高,实现了系统的便携式设计。
参考文献
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集成电路设计步骤篇6
【关键词】aSon绿色光网络动态多播疏导保护
一、引言
光核心网技术的发展迅猛，一旦某条光纤断裂将造成严重后果，如何实现高效的网络保护和恢复，如何实现保护带宽的智能动态分配，都是自动交换光网络（aSon）需要解决的问题。aSon作为具有分布式智能的光传送网，它的最大特点就是在传送平面（tp）和管理平面（mp）的基础上引入了具有智能的控制平面（Cp），并使用了信令、路由和自动发现等技术，因此aSon能够实现实时的光通道指配及灵活的带宽管理。
本文针对可能发生的光网络多播单链路失效情况提出了新的保护算法，即基于aSon的绿色多播专用疏导保护算法（DedicatedmulticastGreen-groomingalgorithmbasedonSpanning-path）简称DmGaS，该算法基于遍历路径保护，结合aSon智能控制和动态自动调节的优势，大大提高了多播传输的服务质量，同时针对绿色节能方面我们提出的算法可以最小化由链路保护所带来的电能消耗。
二、数学模型
（一）辅助图模型auxiliaryGraphmodel
为了进行动态的业务量疏导，本文在文献[1]所提出的疏导图的基础上定义两种辅助图：虚拓扑图（VirtualtopologyGraph，VG）和联合疏导图（integratedGraph，iG），如图2.1所示。
数学符号说明如下：
：网络物理拓扑上的节点标号；
：iG中波长平面中的对应于物理拓扑节点的节点；
：VG和iG中的虚拓扑平面中，利用波长所建立的光路的端节点；
：iG中的节点对之间的物理链路；
：iG中波长平面中节点对之间的波长链路；
：iG中的虚拓扑平面，利用波长在节点对之间所建立的光路链路
：物理链路的代价
：波长链路的代价，与对应的物理链路代价相等；
：光路的代价，光路代价为组成条光路的所有波长链路代价之和；
：三种符号分别表示物理链路，波长链路，光路链路的状态，有四种状态，分别用u、w、p和mix来表示，分别为空闲、工作、保护和混合。
虚拓扑图VG是一个单层图，如图2.1（b），图中每条链路都是光路链路（partiallyavailableLightpath，paL）。虚拓扑中节点具有波长变换能力，这种波长变换的能力实现的前提是在该点处分配光收发器，通过光收发器将光信号转换成电信号，在电交换矩阵中实现业务融合以及波长变换。新到达的低速业务可以利用所有paL链路上的剩余带宽来建立连接。
联合疏导图iG是将分层图和虚拓扑图联合在一起，如图2.1（c），即将物理拓扑转化为个互不相邻的波长平面，每个平面都对应一个特定的波长，另外又增加了虚拓扑图作为平面，将个平面联系起来的是虚链路（如图2.1（c）中的虚线所示），如果在节点中存在空闲的光收发器，那么就可以将在每个层中对应的这个点用虚链路连接起来。
图2.1辅助图
（二）问题描述
物理拓扑，其中是网络节点集；是链路集；为每根光纤支持的可用波长集，并且。每条链路赋予一正权值，表示使用该条链路疏导业务所需的代价。多播业务请求随机动态地到达和离开，其中是源节点；是目的节点集合；是业务请求带宽；是业务服务持续时间。
如果多播业务请求成功建立一棵工作树，工作树中的节点度为1的节点数目为，那么可以将这棵划分为条遍历路径，每条遍历路径可以看作一个单播请求，其中分别是源节点和目的节点。为这些单播请求计算保护路径，最后计算出最小代价树，使得工作树上任意一条链路失效后都能利用保护路径实现业务恢复。
优化目标：最小化
（2.1）
模型的优化目标（公式（2.1））最小化网络的能耗。公式前半部分计算光收发器和路由器端口的能耗，公式的后半部分统计光放大器的能耗。因为多播树的计算是一个np-hard问题，所以针对如上问题我们在第三章中提出了启发式算法。
三、DmGaS算法描述
（一）选路图构建
在计算工作树和保护路径时需要根据疏导辅助图来构建有效的选路图。在构建计算工作树的选路图时只要辅助图的链路的带宽大于或是等于业务请求的带宽就可以加入到选路图中，但是在构建计算保护路径的选路图时不仅带宽要满足要求，并且要与被保护的工作路径链路分离。计算工作树和保护路径时，按照相关公式在选路图上设置各链路的代价。目的是使保护路径能够相对集中在同一条链路上，那么就可以有更多的设备可以进入睡眠状态，促进节能的实现。
（二）算法步骤
步骤1：根据物理拓扑和当前的网络状态初始化虚拓扑图或联合疏导图。
步骤2：等待多播业务请求，如果是建立连接请求，转至步骤3；如果是释放连接请求，转至步骤5；
步骤3：用下面的步骤为连接请求计算多播树和保护路径：如果成功，记录工作树和保护路径集信息，转至步骤4；如果失败，该业务请求被阻塞，返回步骤2。
（a）根据网络资源使用状况和多播业务请求带宽在虚拓扑图中裁减带宽值小于的光路链路paL，并根据公式3.2和重新设置光路代价，得到有效虚拓扑图。用最小代价树mpH算法寻找连接源节点s并包含目的节点集D中所有节点的工作树，如果成功，则记录多播树信息，并找出节点度为1的节点，将工作树划分成条遍历路径，并根据第条遍历路径形成一个单播请求，并转至（c）；否则继续（b）。
（b）根据网络资源使用状况和多播业务请求带宽，与（a）相同，根据公式3.1和3.2以及，重新设置光路和波长链路的代价。采用mpH算法为业务请求计算一棵多播树，在这棵多播树中可能是光路链路、波长链路和虚链路的组合。如果计算成功，与（a）相同，则转至（d）；否则业务阻塞，转至步骤2。
（c）针对每个单播请求。根据保护请求带宽形成与链路分离的可用的虚拓扑图，并根据公式3.4和重新设置光路代价，转至（e）。
（d）针对单播请求。根据保护请求带宽b形成与遍历路径链路分离的可用的联合疏导图，并根据公式3.3和3.4及重新设置光路和波长链路的代价，转至（e）。
（e）利用Dijkstra’s算法为所有单播请求计算保护路径，如果为至少个请求选路成功，则转至（f），否则业务阻塞，转至步骤2。
（f）利用最小遍历树算法选出代价最小的保护路径集。如果工作树中任意链路故障都通过保护路径恢复业务，则记录保护路径集信息，并转至步骤4，否则业务阻塞，转至步骤2。
步骤4：为多播业务请求分配资源，为建立的所有保护路径预留资源。统计新建光路在ip路由端口、光收发器、光放大器等器件所消耗的能量。
步骤5：释放链路带宽资源，更新节点空闲光收发器资源和ip路由器端口资源，如果某节点的光收发器由无到有，则恢复这个节点的虚链路。
四、仿真分析
本章将DmGaS算法分别与没有采用疏导技术的多播遍历路径专用保护算法（DmpaS）[3]、多播疏导专用树保护算法（DmGat）[3]和多播疏导专用分段保护算法（DmGaSe）[3]进行了比较。最后分析了不同的代价设置参数对算法DmGaS的影响。网络拓扑模型为USnet，每个节点都采用的是结构和功能相同的GmC-oXC，并且具有完全分光能力，且配备有足够多的光收发器。在网络中每条物理链路可容纳的波长数相同为2，每个波长所支持的带宽为oC-48。
如图4.1所示，四种算法在网络负载增加时业务阻塞率不断增加，其中DmpaS最差，DmGat和DmGaSe其次，DmGaS最好。DmGaS阻塞率较低的原因是采用了基于遍历路径的保护方式，这种方式不会像基于树保护时对链路分离的限制那么高，只需要与被保护的遍历路径链路分离即可，也不会像基于分段保护需要较多的保护路径。所以在网络负载较低的情况下业务阻塞率几乎为零，网络负载较高的情况下业务阻塞率的增涨也很缓慢。
图4.1四种算法业务阻塞率BR的比较
比如DmpaS算法的平均能耗一直比较平稳。DmGaS算法的平均能耗则是随着网络负载的增加而逐渐降低，但DmGat算法的平均能耗最高，然后是DmGaSe算法，最低是DmGaS算法。DmGat和DmGaSe这两个算法总能耗相差不多，但DmGaSe的业务阻塞率低，平均每个业务的能耗就要低一些。DmGaS的平均能耗较低是因为除了采用光旁路和业务量疏导这两个技术外，还采用设备睡眠技术。
图4.2在DmGaS算法中代价设置参数对aeC的影响
图4.2所示，四种参数的DmGaS算法平均能耗趋势均与仿真时钟相似，随着网络负载的增加，平均能耗降低，在网络负载低时下降速度非常快，当网络负载高时平均能耗趋于平稳。在相同负载下，越大，平均能耗越低。平均能耗均降低的主要原因是随着网络负载的增加，处理相同数目的业务所需要的时间越短，消耗的总能耗也就越少。参数越大，就有越多的工作路径和保护路径分别集中，使更多的链路进入睡眠状态。但代价设置参数过高，并没有对能耗有更大的贡献，反而使业务阻塞率增加。的增加能有效的降低网络能耗，但其代价是业务阻塞率增加，并且其增加到一定程度后便失去了对节能的贡献。
五、结论
本文研究了基于aSon的多播专用绿色疏导保护算法，首先设计了辅助图，并将专用多播保护节能问题抽象成数学模型，然后提出了改变链路代价的公式并设计了算法。仿真分析显示，我们所提出的算法不但在阻塞率方面较先前算法有所提高，而且更加节能。
参考文献：
集成电路设计步骤篇7
关键词:外业测量RtK测量数据现状发展
1.概述
高速公路的外业测量要求严，精度高，而且受地形、地貌的限制比较大。所以无论新建公路还是改建公路项目的外业数据的收集显得尤为重要与困难。一个高速公路项目的外业测量分为初测与定测，笔者重点讨论定测的相关问题。
1.1高速公路外业测量现状
现有高速公路外业测量步骤较为细致，大致可分为（1）路线中桩敷设（2）中桩高程测量（3）横断面测量（4）地形图测绘（5）路基、路面及排水勘测与调查（6）小桥涵勘测与调查（7）大、中桥勘测与调查（8）隧道勘测与调查（9）路线交叉勘测与调查（10）沿线设施勘测与调查（11）环境保护调查（12）临时工程勘测与调查（13）工程经济调查。
在此步骤中有诸多步骤可统筹安排进行；也有的步骤是补充与核对，如步骤（4）；也有的步骤在某些项目中不存在，如（8），但所有步骤都是必不可少和简化的。
1.2测量仪器现状
外业测量的仪器主要有：RtK仪器，全站仪，水准仪，经纬仪等。
中线定测运用GpS动态放样，即省时又省力且确保路线测设精度，采用的仪器主要为拓普康公司生产的全套RtK测量仪器。
中桩高程测量主要采用水准仪，传统的光学仪器保证了高程测量的精度。
横断面测量主要采用全站仪，电子仪器应用使得读数和计算更加准确与快捷。
其他勘测与调查中可采用全站仪或经纬仪。
1.3RtK的技术应用
实时动态（RtK）定位技术是GpS测量技术发展的一个新突破，在公路工程中有广阔的应用前景。
实时动态定位（RtK）系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。
实时动态（RtK）定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GiS（地理信息系统）前端数据采集。
现有的新型的仪器可以跟踪美国的GpS卫星，又可以跟踪俄罗斯联邦的GLonaSS卫星，这无疑将会增加接收机的可见卫星数，从而提高工作效率。
其中全球定位系统（GpS）是由美国国防部掌控的星基无线电导航系统。该系统为任何装备了GpS接收机的近地用户提供了全球、全天候、24小时的定位、测速和定时服务。全球卫星导航系统（GLonaSS）是由俄联邦国防部掌控的与GpS类似的导航系统。
2.对技术、设备发展的构想
2.1路线中桩敷设
现状路线中桩敷设中，是利用RtK技术，对输入桩号，然会用手持的接收机定位，无限的靠近改点，得出此点的三位坐标。在此过程中对一些地形变化点、地形地物的特殊点等往往需要反复输入，寻找，直至无限接近改点。
在此构想，可改变测量仪器硬件及软件的模块，由此改变测量的方法。首先通过线位的数据，卫星定位系统可完成路线在大地坐标中的线位，手持接收机可显示测量人员所在的位置与该位置垂直与线位的中桩的距离与方向，然后测量人员去无限靠近中桩，得到中桩的三维坐标；如该中桩不是所需特征点，可沿大致路线方向前后移动到所需点位置的附近，再沿路线法线方向无限接近该点，得到该点的三维坐标，得到桩号。由此可免去反复输入桩号的繁琐过程。
在此可构想有一台小巧便于携带的掌上电脑，此中已储存三维化的地形图，路线的平面及初步纵断面数据，既形成路线的三维透视图（现已有相关软件可以生成）。
在测量的过程中其他测量人员可持有掌上电脑，此电脑的软件及硬件可与RtK接收机相接，做到实时连接，掌上电脑已有三维化的地形图中，可实时看到所放线点所在三维地形图中的位置，可以看到此点的填挖情况。如果遇到不合适的地方，就可以现场进行调整，然后再连接手持接收机进行重新敷设，做到最大方面的优化路线方案。
2.2中桩高程测量
在中桩高程测量中，现状是采用水准仪测量。水准测量采用激光测量仪器，水准尺由特殊的反射材料做成，由特制电子的水准仪发出水平射线反射回来，然后显示读数，并且可设置前视后视，直接计算高差，记录人员可持有掌上电脑计算数据，此数据有专业的计算软件计算并且做出平差。此数据成果可与路线中桩测量中的掌上电脑联结传输数据，直接形成纵断面数据，免去了数据计算与输入的繁琐过程，也避免了数据输入的错误。
2.3横断面测量
横断面测量中可采用全站仪或RtK测量，在此可构想仪器的测量数据可直接联结到掌上电脑，实现测量数据与三维地形图数模的比对，可减少测量数据中的误差，最后的测量数据成果可直接形成横断面数据，避免了数据输入的繁琐过程。在掌上电脑中可以显示测量点的位置，可以根据具体的需要确定测量的距离，这样可以具置具体测量，避免了浪费和漏测，提高了效率。
2.4地形图测绘
地形图的测绘，同样采用RtK技术和掌上电脑的结合，实时比对，实时观测，这样可以提高准确率和精度，避免漏测，并且可节省大量的数据输入时间。
2.5勘测与调查
在众多的勘测与调查中，我们同样可采用相同的技术手段，可利用三维透视图和现场地形的结合做出判断，使得勘测和调查更加准确，并且可以利用计算机模拟各种天气气候环境下的数据，做到准确合理的现场调查。如对一个涵洞的调查，在三维透视图中已经做出初步的设计，我们可以在三维透视图中模拟降雨的情况，可以判断出该涵洞的设置位置及结构型式是不是合理，如不合理，可及时做出相应的调整，再次重新确定位置和结构型式。同样大中桥的勘测与调查可采用相同的技术方法确定。同时还可以查阅互联网的相关数据，对其他的调查有很大的帮助。
总之我们的测量数据在外业测量过程中直接由测量人员直接录入电脑，自动进行计算，直接形成数字化的数据成果，这样有利于我们今后的查阅和利用，缩短了数据录入和转抄的中间过程，提高了准确率和工作效率。
3.展望
集成电路设计步骤篇8
【关键词】集成电路多媒体教学方法工艺设计
【中图分类号】G43【文献标识码】a【文章编号】2095-3089（2012）05-0005-01
目前，随着教学的发展，多媒体在课堂上的应用也越来越广泛，作者从事集成电路教学的几年时间里，深刻体会到，平时很难能够从多个角度详细了解集成电路内部的器件构造，通过多媒体幻灯片可以做到一目了然。因此，采用多媒体教学是一种很好的手段，能够让学生从内部直观的了解集成电路的情况。但多媒体教学也有一些不足之处，根据作者这几年从事集成电路教学的一点体会，总结了关于多媒体技术在集成电路工艺设计教学上的一些特点，与大家分享。
1.多媒体在集成电路工艺设计中的教学优势
从工艺过程的角度，集成电路的结构示意图往往比较复杂，如果仅仅是教师在黑板上画图，在课堂上时间有限，可能一节课大部分的时间都耽误在画图上，而如果不配合一定数量的图形，仅靠讲的内容，学生很难理解。这个时侯，多媒体教学发挥出了其优势的地方，能够配合教师的讲课内容形象的展示给学生。因此，多媒体使得集成电路设计课程的教学效率有了很大的提高。
例如，在讲授“半导体掺杂”工艺中，有两种典型的工艺：热扩散掺杂和离子注入掺杂。这两种工艺在概念、原理、过程上都有很大的差别。作者在讲课过程中，在开始讲述两种工艺的概念时，如果配上一些视频短片，学生印象就会加深。而在原理、设备、和过程中插入许多的图片，让学生能够直观的看到两种工艺的不同之处。再比如讲到光刻工艺时，光刻工艺是集成电路的核心工艺之一，如果采用传统的授课方式，学生几乎不可能体会到光刻的具体过程，这时候配上实物图形和一定时间的视频资料，学生就能真正看到、感受到“光刻”工艺。这些都是传统教学方法很难做到的。
在设计一个工艺流程的时候，往往有许多的步骤，每一步都对应这其中的一副图形，教师可以有选择的拿出其中的步骤和图形，让学生在课堂上完善这些步骤和图形。因此，多媒体在集成电路工艺的教学中，起到了许多传统教学达不到的效果。正确的使用多媒体中的图像、视频和音频等效果，在合适的时候，学生的学习会有事半功倍的效果。尤其是一些视频的短片，可以清楚地将工艺过程展示给学生。让他们印象深刻。
2.多媒体在集成电路教学中的不足之处
多媒体教学的引入提高了集成电路设计的教学质量，但多媒体教学也有其明显的不足之处。多媒体课件信息量的增大导致了其知识重点不突出，学生课堂上思考的时间减少。学生更多的专注于幻灯片上的内容，幻灯片的切换也使得学生兴奋点分散，容易产生疲劳。比如讲到二极管在集成电路中的结构时，如果仅采用多媒体教学方法，将二极管的结构通过幻灯片展示出来，学生几乎不会留下什么印象，但此时如果黑板上画图配合讲解的方法，将二极管在集成电路中的结构画出来，学生在老师画图的过程中有了充分的思考和建构，这样对二极管的结构印象更加深刻。
目前的现实情况是，许多青年教师过分依赖于多媒体教学，忽略了传统的教学方式，很少在黑板上写字，很少重复重要的知识点。所以学生课堂上大多要对着幻灯片的投影板很长的时间，自己很难总结出其中的重点内容，很多学生会专注于幻灯片的格式、颜色等，而忽略了其背后的内在知识点。传统的教学方式是逐步式的，传统的教学方式可以使学生有足够的时间去思考教师的授课内容，而多媒体课件的信息量比较大，通常学生接收的信息多，而“消化吸收”的效率低，如果单纯依靠多媒体的授课方式，当一副幻灯片还没有理解，往往紧接着出现下一张，这样学生很难一直跟上教师的节奏。因此，在集成电路工艺设计教学中，将多媒体教学与传统的教学方式结合才是最好的讲授方式，让学生既能够有足够的时间思考，又能够直观的了解集成电路中的每一个生产制造的步骤。
3.多媒体结合传统的教学模式，提高教学质量
与传统教学方式相比，多媒体教学有其优势的地方，也有其明显的不足之处，如何充分发挥多媒体传统教学和传统教学模式优势相结合，而尽量避免其短处，是每个集成电路教师要面对的现实问题。笔者认为，教师的教学在任何时候都应当以学生为中心。因此，学生的学习效果是检验教学好坏的唯一标准，作为教师，应当随时掌握学生的学习情况，课堂上经常强调重点和难点内容，幻灯片的数目不易过多，以学生容易理解和掌握为依据，同时合理安排教学的进度,从而提高教学质量。
4.结论
多媒体辅助教学既是对现代教育技术的运用，又是对传统教学方法的完善和补充。因此，教师应在教学中应当充分发挥多媒体教学的优点，而避免其不足之处，多学习、多探索，不断提高多媒体辅助教学的水平和质量，有效的结合传统教学的优势之处，使其切实有效地服务于教学。
参考文献：
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集成电路设计步骤篇9
近些年来，随着信息技术不断发展，电子技术也随着发展。电子产品更新频率不断加快，实现了电子产品的高集成、大容量和小体积开发。eDa技术的发展，创新了电子工程设计行业，为电子工程设计发展明确了新方向。21世纪将是eDa技术的高速发展期，eDa技术将是对21世纪产生重大影响的十大技术之一。文章主要阐述eDa技术的发展概念、发展过程，明确了eDa技术特点，分析该技术的作用。
关键词：
电子工程设计；eDa技术；电子技术
近些年来，随着电子技术日益发展、革新，应用逐渐实现了快速化和大容量发展，设计系统的数字化，由传统组合芯片转变为单片系统发展。可以说，eDa技术发展，实现了电子领域、电子系统开发的变革，是科技提高、发展的重要产物，对电子工程设计而言，eDa技术的研究、分析具有十分重要的现实意义。
1eDa技术概述
eDa技术，实现了电子设计的自动化，Cam和Cae技术概念出现，逐渐产生了eDa技术，该技术以计算机为主要工具，集合拓扑逻辑结构、计算数学技术、数据库技术、数字优化技术、图形技术等学科，逐渐产生了最新理论结构，由微电子、信号处理分析、电路技术和信息技术的重要集合。现代化eDa技术特点较多，选择自顶向下方式设计程序，确保了设计方案整体性和优化性，加上该技术自动化程度较高，在电子工程设计时，可开展各类级别调试和仿真，对于电子工程设计者而言，可及时发现结构设计错误，防止设计工作浪费，防止细枝末节错误，在系统开发中能够投入更多精力，确保设计的高效率和低成本，缩短设计周期。同时，eDa技术能够并行操作，构建框架结构环境，可实现同步电子工程开发、设计。可以说，eDa是电子技术设计自动化，也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥作用，使设计更复杂的电路和系统成为可能。
2eDa技术的特点
首先，在现代eDa技术的运用，大多选择“top-Down”程序进行设计，保证设计方案优化性、合理性，防止“Bottom-up”的设计局部优化，避免整体结构缺陷。其次，HDL技术的设计优点，可实现语言的公开利用，保证语言描述范围，确保设计和工艺无联系，保证现场、系统编程，确保设计保存更为便捷，可实现在线升级。第三，自动化程度较高，在设计过程中，能够实现各级别仿真和调试，在早期结构设计时，设计者能够及时发现设计错误，防止设计工作重叠。另外，设计人员能够省略具体细节问题，在系统开发上能够集中精力，确保设计低成本和高效率。
3eDa技术的发展
在电子工程设计领域，随着eDa技术出现到发展，主要分为3个历史发展时期：首先，初级阶段。从1970年开始，eDa技术主要是采取CaD技术，集成电路具有小规模特点，在传统手工图设计时，因集成电路板、集成电路成本较大，周期较长，设计效率不高，主要依靠计算机技术进行设计印刷，选择CaD工具，可实现布图布线的二维设计和分析，代替了传统的高重复性工艺。其次，发展阶段。从1980年开始，eDa技术逐渐发展完善，集成电路规模也随之增大，电子系统的复杂化，开展软件开发研究，实现CaD系统集成，强化了电路功能设计、结构设计，eDa技术逐渐延伸至半导体芯片设计。第三，成熟阶段。eDa技术经过长时间发展，从1990年开始，微电子技术发展十分迅猛，一个芯片集成，就可达到几千万、上亿晶体管，对于该技术现状，对eDa技术要求也随之提高，促使eDa技术进一步发展。全球各大公司陆续研发eDa系统，开展大规模系统仿真，研究高级语言技术和综合技术。
4eDa技术软件研究
首先，ewB软件。该软件技术是基于pC电子软件设计，具有集成化、仿真分析、原理图、接口设计、文件夹设计等几个特点。其次，pRoteL软件。使用该技术，主要在pRote199中广泛运用，立足电路原理图设计，采取印刷电路板设计和高层次设计技术。近些年来，eDa技术开发成为热门话题，得到迅速发展。在该领域，主要包含高层次模拟和硬件语言描述，是一种高层次综合技术。随着科学技术水平不断提高，eDa技术朝着更科学、更高层次设计技术逐渐发展。
5eDa技术作用
首先，使用eDa技术，可验证电路设计，保证方案正确性。确定设计方案后，通过系统仿真、结构模拟，对设计方案可行性进行验证设计，保证系统环节传递函数能够实现。推广系统仿真技术，在非电专业系统设计时，可确定某种新构思和新理论设计方案。待仿真后，可模拟分析系统各电路结构，对电路性能指标实现性、结构设计正确性进行判定。其次，使用eDa技术，可优化设计电路特性。对于元器件容差，加上工作环境温度变化，会影响电路稳定性。通过传统设计方法，难以全面分析这种影响，也难以完成整体优化设计。使用eDa技术，利用统计分析、温度分析功能，处于各种温度条件下，可分析电路特性，有利于最佳电路结构、系统稳定温度和最佳元件参数确定，保证电路优化设计。第三，使用eDa技术，可实现电路模拟测试。对于电子电路设计，在设计过程中，包含大量的特性分析、数据测试，由于受测试仪器精度、测试手段约束，存在较多测试问题，选择eDa技术，可实现功能的全部测试。
6eDa技术实现步骤
如上文所述，在现代电子设计领域，eDa技术是技术发展的重要方向，主要是一种硬件HDL描述语言，对硬件电路功能、信号连接、定时关系的语言描述。因此，eDa技术具有较高的自动化程度，能够实现并行操作，具有较广的语言描述范围，可实现语言公开利用，促使整体设计方案的优化设计。对于eDa步骤的实现，主要包含如下方法：首先，文本图编辑和原理图修改。通过图形编辑器，对文本、图形进行设计，可充分表达设计者的设计意图。其次，编译。通过编译器，对设计描述进行拍错编译，通过设计描述，直接转换成特定的文本形式。第三，综合。在该步骤中，可实现软件设计、硬件实现性的合二为一，由硬件电路代替软件设计，通过HDL综合器，促使网表文件生成。另外，以门级为出发点，可描述门电路结构。只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确，就可以进行该数字系统的芯片设计与制造。第四，行为仿真。通过设计描述网表文件，实现功能仿真，对设计描述和设计意图是否一致进行判定。第五，适配。对于网表文件，利用布局布线适配器，针对某一目标器件进行逻辑映射操作，例如逻辑分割优化，布局布线，以及底层器件的优化配置，等到逻辑映射操作完成之后，eDa软件可形成多项结构，例如适配报告、下载文件。第六，功能仿真。在该步骤中，仿真精度非常高，和真实情况十分接近。第七，下载。如果上述6个步骤能够顺利实现，可将适配器文件下载，直接在目标芯片中转存。
7电子工程设计中eDa技术的应用流程
近些年来，eDa技术在各领域不断深入，涉及医疗、生物、航天、通信等领域，然而，eDa技术在电子工程设计中的运用最为突出，通过eDa技术，利用虚拟仪器进行产品测试，保证技术支持。可以说，eDa技术的运用，主要是电路特性优化和电路设计仿真。eDa技术在电子工程设计中的运用，主要应用流程如下：首先，源程序。在一般情况下，在电子工程设计时，主要是利用eDa器件软件，通过图形编辑器，展示文本、图形。不论是文本编辑器，或图形编辑器，均需依靠eDa工具编译、排错，方可实现文件格式转化，保证了逻辑综合分析。输入源程序之后，即可实现仿真器仿真。其次，逻辑综合。输入源程序之后，利用VHDL格式转化，即可进入逻辑综合分析流程，利用综合器，在电路设计过程中，通过高级指令，实现高级向层次较低语言转化，即逻辑综合。在逻辑综合过程中，可将其看作电子设计的目标优化流程，输入文件到仿真器后，实现仿真操作，确保功效、结果一致性。第三，时序仿真。逻辑综合适配后，进入到时序仿真环节，时序仿真是利用适配器、布线器，通过适当手段，将VHDL文件传输至仿真器内，逐渐开始部分仿真。因VHDL仿真器的使用，需考虑器件特性，在适配之后，时序仿真结果比较精确。第四，仿真分析。明确了电子工程设计方案，通过结构模拟、系统仿真方法，对方案可行性、合理性进行研究分析。通过eDa技术，可实现系统函数传递，建立数学模型开展仿真分析。使用该系统仿真技术，可应用到其他非电专业设计中，在理论验证、方案构思中能够正确运用。
8结语
综上所述，随着科学技术不断发展，现代技术逐渐革新，促使eDa技术领域朝着更高层次推广、开发，且成效非常显著。在本篇文章中，笔者详细分析、研究了eDa技术的基本信息。根据研究表明，在我国电子工程设计领域，eDa技术的运用是一种技术推动和变革，基于eDa技术的电子产品，其使用性能、专业化程度明显高于传统设计方案。因此，在电子工程设计领域，使用eDa技术，可明显提升工作效率，优化电子产品，拓展产品附加值，eDa技术发展方向的高层次自动化设计技术必将取得更辉煌的成绩。无线互联科技•设计分析
作者：陈瑾单位：徐州工程学院
[参考文献]
[1]赵欢欢.电子工程设计的eDa技术研究分析[J].电子技术与软件工程，2014（3）：140.
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[6]江燕.电子工程设计的eDa技术分析[J].电子技术与软件工程，2016（7）：125.
集成电路设计步骤篇10
关键词：计算机仿真软件；电力电子技术应用；方法
电力电子技术在电力领域占据着举足轻重的位置，在变换、控制电能方面发挥着不可替代的作用。当前，电力电子技术发生了变革：半控转变为全控。电路日趋繁杂的形势，给生产实践带来了严峻的挑战。近年来，计算机仿真软件在电力电子领域获得了广泛的应用，并取得了一定的成绩。实践证明，计算机仿真软件的导入，为电力电子电路的解析、控制系统设计、电机驱动研究等提供强有力的仿真环境。文章从常用计算机仿真软件；常用计算机仿真软件的特点；计算机仿真软件在电力电子技术领域的应用方法三个方面进行了详细探讨。
1常用计算机仿真软件
计算机仿真技术是在现代信息技术的基础上发展起来的一类综合性技术，包括信息技术、网络技术、图形及图像处理技术、多媒体技术、软件技术、数据分析处理技术、自动化技术以及系统工程技术等，其目的是对系统的设计方案和运行进行了解。目前常用的计算机仿真软件有matLaB、pspice、pSCaD等。其中，matLaB计算机仿真软件的应用环境主要有科学计算、可视化等，其功能全面,能够满足各个行业建模仿真的需求。对于matLaB而言，Simulink是其核心组成部分，其可以构建出集综合分析、仿真等于一体的工作环境。pspice用于模拟电路、数字电路和集成电路的仿真。具有电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路。pSCaD计算机仿真软件除了可以简易模拟直流输电系统及其他相关控制系统等复杂电力系统之外，还可以对研究电力系统电磁暂态模拟产生积极的作用。此外，其与实时数字模拟器RtDS硬件的联合使用可用于研发模拟器，例如：大型互联电力系统。
2常用计算机仿真软件的特点
2.1图形界面友好，操作简单易用
在使用过程中，计算机仿真软件大都表现出图形界面友好、操作简单易用的特点。具体操作时，点击、拖曳相应的功能模块，并依据电气联结关系进行连接。实践证明，其不仅操作简便，而且与电力电子技术知识存在着很强的联系。对于学习者而言，只要具备基本的计算机软件、电力电子技术知识，就能够迅速掌握应用技巧。
2.2建立仿真工程的步骤相似
在实际操作中，这些计算机仿真软件的工作步骤存在着共性，换句话说，其工作步骤相似。通常，其计算机仿真软件工作步骤主要由建立仿真工程文件、电气连接元件、运行仿真操作、分析仿真数据等构成。
2.3节省物力
所谓的节省物力指的是事件及仪器设备。一般来说，计算机仿真软件应用于正式设计实际电路之前，通过随意设置电路参数、更换电路元件等实验，以对设计进行分析，从而提高设计的科学性、合理性。与此同时，计算机仿真软件还在简化实际电路操作步骤方面具有一定的作用，对提高设计人员工作成效颇有益处。
2.4软件升级迅速及时
通常，计算机仿真软件在升级方面呈现出迅速、及时的特点，换句话说，伴随着科学发展而发生变化。经调查发现，新能源的迅猛发展带动了计算机软件的发展，主要表现为模型（风机、光伏发电等）的增加。此外，计算机仿真软件为满足用户日益增长的需求，其版本亦不断优化、升级。
3计算机仿真软件在电力电子技术领域的应用方法
3.1计算机仿真软件在电力电子技术模拟方面的应用方法
在晶体管三极管电路实验中，其参数的一致性较差，极易导致实验数据产生误差。而将计算机仿真图形的引入，对检验误差大小、观察瞬时电路参数等有所帮助。此外，计算机仿真软件在实现改变元件参数值环节中毋须替换电子元件，并可以在相同时间内观察到更多特性曲线的变化在实际操作中，可通过改变局部电路参数，带动其输出特性发生变化，进而更好地观察电路变化、学习、掌握电力电子技术应用技巧。
3.2计算机仿真软件在电力电子技术原理图设计方面的应用方法
实践证明，计算机仿真软件在电力电子技术原理图设计方面发挥着巨大的作用。笔者以“晶闸管三相桥式可控整流电路设计与仿真”为案例进行分析。在设计过程中，计算机仿真软件的导入除了降低了人的劳动强度，还提升了分析、设计能力，从而确保原理图存有较小误差。此外，其还能“降本增效（控制设计成本，加速设计进程）”。就计算机仿真软件（matLaB、pSim、pSCaD等）具体操作而言，其包括根据设计电路搭建仿真模型、设置参数进行仿真、变换触发角分析波形等环节。其中，搭建仿真模型分为建立仿真文件，提取电路、器件模块，构建系统模型三个部分。仿真参数设置主要体现于电源参数、三相晶闸管整流器、6脉冲发生器设置变步长算法等方面。变换触发角分析波形，通过改变不同的控制角，观察记录输出电压指的变化：阻性负载、阻感性负载等。由此可见，计算机仿真软件的引入，省略了以往较为繁琐的绘图、计算过程，可直观、迅速作出相应的分析等，大大降低了电路设计的周期，同时亦提高了设计质量。
4结束语
总而言之，计算机仿真软件在电力电子技术领域中发挥着极其重要的作用。当前，计算机信息技术迅猛发展、电路日趋繁杂，为满足用户不断增长的需求，电力电子技术方面的编程语言取得了长足的发展——计算机仿真软件蓬勃兴起。计算机软件具有图形界面友好，操作简单易用；节省时间及仪器设备；软件升级迅速及时等优点。计算机仿真软件的存在，对降低电力电子技术设计、运作成本，缩短设计周期等具有积极的意义。希冀相关人员能够加强自身学习，以掌握应用计算机仿真软件的技巧，进而提升我国电路系统质量。
参考文献
[1]裴云庆,段雅莉,王兆安.电力电子系统的计算机仿真及参数优化算法[J].西安交通大学学报,2009,11(20):221-223.