电路设计方法篇1
【关键词】集成电路；设计方法；ip技术
基于CmoS工艺发展背景下，CmoS集成电路得到了广泛应用，即到目前为止，仍有95%集成电路融入了CmoS工艺技术，但基于64kb动态存储器的发展，集成电路微小化设计逐渐引起了人们关注。因而在此基础上，为了迎合集成电路时代的发展，应注重在当前集成电路设计过程中从微电路、芯片等角度入手，对集成电路进行改善与优化，且突出小型化设计优势。以下就是对集成电路设计与ip设计技术的详细阐述，望其能为当前集成电路设计领域的发展提供参考。
1当前集成电路设计方法
1.1全定制设计方法
集成电路，即通过光刻、扩散、氧化等作业方法，将半导体、电阻、电容、电感等元器件集中于一块小硅片，置入管壳内，应用于网络通信、计算机、电子技术等领域中。而在集成电路设计过程中，为了营造良好的电路设计空间，应注重强调对全定制设计方法的应用，即在集成电路实践设计环节开展过程中通过版图编辑工具，对半导体元器件图形、尺寸、连线、位置等各个设计环节进行把控，最终通过版图布局、布线等，达到元器件组合、优化目的。同时，在元器件电路参数优化过程中，为了满足小型化集成电路应用需求，应遵从“自由格式”版图设计原则，且以紧凑的设计方法，对每个元器件所连导线进行布局，就此将芯片尺寸控制到最小状态下。例如，随机逻辑网络在设计过程中，为了提高网络运行速度，即采取全定制集成电路设计方法，满足了网络平台运行需求。但由于全定制设计方法在实施过程中，设计周期较长，为此，应注重对其的合理化应用。
1.2半定制设计方法
半定制设计方法在应用过程中需借助原有的单元电路，同时注重在集成电路优化过程中，从单元库内选取适宜的电压或压焊块，以自动化方式对集成电路进行布局、布线，且获取掩膜版图。例如，专用集成电路aSiC在设计过程中为了减少成本投入量，即采用了半定制设计方法，同时注重在半定制设计方式应用过程中融入门阵列设计理念，即将若干个器件进行排序，且排列为门阵列形式，继而通过导线连接形式形成统一的电路单元，并保障各单元间的一致性。而在半定制集成电路设计过程中，亦可采取标准单元设计方式，即要求相关技术人员在集成电路设计过程中应运用版图编辑工具对集成电路进行操控，同时结合电路单元版图，连接、布局集成电路运作环境，达到布通率100%的集成电路设计状态。从以上的分析中即可看出，在小型化集成电路设计过程中，强调对半定制设计方法的应用，有助于缩短设计周期，为此，应提高对其的重视程度。
1.3基于ip的设计方法
基于0.35μmCmoS工艺的推动下，传统的集成电路设计方式已经无法满足计算机、网络通讯等领域集成电路应用需求，因而在此基础上，为了推动各领域产业的进一步发展，应注重融入ip设计方法，即在集成电路设计过程中将“设计复用与软硬件协同”作为导向，开发单一模块，并集成、复用ip，就此将集成电路工作量控制到原有1/10，而工作效益提升10倍。但基于ip视角下，在集成电路设计过程中，要求相关工作人员应注重通过专业ip公司、Foundry积累、eDa厂商等路径获取ip核，且基于ip核支撑资源获取的基础上，完善检索系统、开发库管理系统、ip核库等，最终对1700多个ip核资源进行系统化整理，并通过VSia标准评估方式，对ip核集成电路运行环境的安全性、动态性进行质量检测、评估，规避集成电路故障问题的凸显，且达到最佳的集成电路设计状态。另外，在ip集成电路设计过程中，亦应注重增设HDL代码等检测功能，从而满足集成电路设计要求，达到最佳的设计状态，且更好的应用于计算机、网络通讯等领域中。
2集成电路设计中ip设计技术分析
基于ip的设计技术，主要分为软核、硬核、固核三种设计方式，同时在ip系统规划过程中，需完善32位处理器，同时融入微处理器、DSp等，继而应用于internet、USB接口、微处理器核、UaRt等运作环境下。而ip设计技术在应用过程中对测试平台支撑条件提出了更高的要求，因而在ip设计环节开展过程中，应注重选用适宜的接口，寄存i/o，且以独立性ip模块设计方式，对芯片布局布线进行操控，简化集成电路整体设计过程。此外，在ip设计技术应用过程中，必须突出全面性特点，即从特性概述、框图、工作描述、版图信息、软模型/HDL模型等角度入手，推进ip文件化，最终实现对集成电路设计信息的全方位反馈。另外，就当前的现状来看，ip设计技术涵盖了aSiC测试、系统仿真、aSiC模拟、ip继承等设计环节，且制定了ip战略，因而有助于减少ip集成电路开发风险，为此，在当前集成电路设计工作开展过程中应融入ip设计技术，并建构amBa总线等，打造良好的集成电路运行环境，强化整体电路集成度，达到最佳的电路布局、规划状态。
3结论
综上可知，集成电路被广泛应用于计算机等产业发展领域，推进了社会的进步。为此，为了降低集成电路设计风险，减少开发经费，缩短开发时间，要求相关技术人员在集成电路设计工作开展过程中应注重强调对基于ip的设计方法、半定制设计方法、全定制设计方法等的应用，同时注重引入ip设计技术理念，完善aSiC模拟、系统测试等集成电路设计功能，最终就此规避电路开发中故障问题的凸显，达到最佳的集成电路开发、设计状态。
参考文献
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[2]李群，樊丽春.基于ip技术的模拟集成电路设计研究[J].科技创新导报,2013,12(08):56-57.
电路设计方法篇2
[关键词]计算机；电路设计；分析；辅助；方法
中图分类号：tp391.7；tn702文献标识码：a文章编号：1009-914X（2014）35-0284-01
一、计算机辅助电路设计的优点
电路设计，是指按照一定规则，使用特定方法设计出符合使用要求的电路系统。在进行计算机辅助电路设计的过程中，主要是利用计算机能够模拟的特点取缔传统采用搭接方式进行电路实验的方法。利用计算机之后，可以在电路设计阶段可以大量减少验证电路正确过程中使用的时间和工作量，让进行整个电路设计过程的进程比传统电路设计的进程速度快得多，同时还保障了电路设计的效率。
在很多相关电路设计的专业软件里面都会设置有电路设计中会涉及的许多参数数据库以及图形数据库，在进行电路设计的时候，设计人员可以通过这些数据库中选取到所需用到的电子元件模型，即使数据库中没有所需要的电子元件，也能电路设计之前在相关界面中设计出所需的电子元件模型，并设置其参数，然后再将其放入进对应数据库中，很多电子元件都可以在数据库中直接拿出来使用。另外在对电路板设计进行印刷的时候，也可以找到相关专业的印刷电路板设计的软件，这些软件可以对其电路设计中的电子元件间布线布局的自动进行，还可以起到后期处理的作用。在电路图纸进行绘制的时候，也能使用专业的软件进行制版。总之，在计算机的辅助下，让电路设计更加简便，大大缩短其设计周期，同时在一定程度上会可以节约电路设计的成本费用。
二、计算机辅助电路设计的方法
设计一个完整的电路，并让其实现一个功能，其前提就是要设计好一个完整有效的电路原理图。通过计算机进行电路设计是非常快捷的，而且还能很容易的将设计好的电路进行再次的修改，通过计算机的相关软件自带的自动布线就能够很容易的把电路原理图生成电路板版图。
1、电路原理图设计
首先设计人员通过调用电路设计软件，建立新文件并对其命名，然后加载所需要的原理图器件库，因为在电路设计中电子元件的种类存在千差万别的差距，所以有些时候所需要的元件在对应数据库中没有，所以设计人员就要通过元器件生成软件或者电路设计软件中自带可以设计元器件的选项，创造出需要的元器件，然后根据设计电路构思的结构进行电路原理图的设计，将有电性能元件的管教利用线连接起来，如果是总线电路就可以由一条总线连接，这样可以有效减少线路太多所造成不必要的麻烦，而总线的两端始终会分出很多条线，就有必要将其明确的标注，有节点的话在电路上应该必须标上节点，否则在后期电路查看和系统会将两条线认为不相连。
在将电路原理图设计完毕之后，就应该创建网络表。网络表是作为原理图和印制线路版图间的桥梁，只有通过网络表才能将电路原理图转换为对应的电路板版图。调用pCB图生成软件，在其加载相关的元器件库，通过在禁止布线层上画好pCB图的外形，然后更改其自动布线，让其达到前期的设计要求。通过自动布局命令将加载到pCB图中的组件摆好，然后对其进行自动布线，该过程会需要一段时间，因为有的时候自动布线并不是完全合理有效的，所以在进行自动布线之后还要对其进行手工调整。
2、电路板版图设计
电路板厂都是按照用户设计的pCB图对电路板进行生产的，针对成型的一块电路板，想要再制一块或者多块的话，就要利用计算机辅助进行电路设计了，通过形成的pCB图再次进行电路板的生产。
利用刻度尺度量成型的电路板，将对应数据进行记录后将数据输入进计算机中，这类方法主要使用在线路简单的电路板上，在线路上寻找一个点来作为原点，将电路板上的其他点一原点为参照，对照pCB图左下角的横纵坐标，将元器件放在对应的pCB图上。而对于元器件较多且线路复杂的电路板则通常使用扫描仪将其数据输入进计算机中，因为用尺度量就会太花费时间，且制作也会相比扫描仪粗糙，在对电路板进行扫描的时候也要注意正确的放置电路板的位置，不然会影响扫描效果。
三、结束语
计算机辅助电路设计的出现，让电路设计摆脱了传统以手工为主的设计方式，而且在使用计算机进行电路设计的时候，不仅节省设计时间，还能在电路设计出现错误的时候方便及时的对其进行修改，大大提升了电路设计的效率，还可以做大程度保障设计的电路产品的性价比。
参考文献
[1]叶勇盛.计算机辅助电路设计教学方法研究与实践[J].职业教育研究，2010，03：90-91.
[2]王秀娟.行动导向法在《计算机辅助电路设计》课程中的应用[J].科技信息，2010，30：618.
电路设计方法篇3
1.1传统方法
高温电路的设计的传统方法主要是针对电子器件本身进行的优化设计，即采用耐热设计、降低电子器件的功耗、选择耐热原材料，进而提高电子器件的耐热性。这种方法短期见效快，但是这种方法主要是针对普通高温环境进行的设计，应用范围小，同时如果电子器件长期处于高温条件下，其整体性能不能得到保证。
1.2混合电路方法
混合电路方法主要是通过同时运用现成的集成芯片和薄厚膜技术来设计电路的方法，这种方法下设计的电路性能居于传统电路方法与专门功能设计方法之间。这项技术无论是在功耗方面还是在耐高温方面都由于传统电路设计方法，但是这种方法也存在一个重要的缺点就是设计、应用成本高。
1.3专用功能电路方法
所谓的专用功能电路方法其实就是专门针对集成电路设计的一种特殊的设计方法，这种方法设计的电路耐高温性能最高，针对性、适应性较强，因此这种方法也成为了未来高温电路设计的一个重要方向。
1.4三种高温电路设计方法对比
在三种高温电路设计方法中，专用功能方法下设计的电路具有功耗低，体积小、稳定性高、针对性强、耐热性好的特点，但是这种方法的有一个重要的缺点，即设计研发的成本高，设计周期较长。传统的电路设计方法与专用功能方法恰恰相反，它具有研发成本低，设计周期短的特点。对于混合电路方法来说，它的性能介于上述两种方法之间。因此，我们在选择电路设计方法时，要针对它所处的状况进行选择，比如在普通的温度下，最好采用传统的设计方法，再比如在一些特殊的高温环境下，我们则要采用专门功能方法。
2低功耗设计方法
提高电路耐高温的性能除了采用耐高温的元器件和优化电路结构外，还可以通过降低功耗的方法实现。目前降低功耗的措施主要有降低供电电压、实施降频以及降低负载容抗等。其中最有效降低功耗的方法就是降低负载容抗。
2.1硬件设计方面
2.1.1高温集成芯片具有耐高温、功耗低的特点，所以进行电子器件选择时应该尽量选择集成芯片；
2.1.2较低的工作电压可以较大幅度地提高电源的转化效率，进而减少转化过程产生的多余热量，因此我们应该在确保电路性能的基础上，尽量降低电源电压；3.1.3优化电路设计，精简元器件的数量；
2.1.4在允许的条件下，我们应该做到硬件软件化，用软件代替硬件；
2.1.5软件设计方面
2.1.5.1加大相关软件的开发进度，尽量用软件取代硬件去工作，减低维护、运营成本；
2.1.5.2可以充分利用中断等手段减少电量的损耗；
2.1.5.3通过软件和具体的应用相结合来达到降低能耗的目的。
2.2结语
电路设计方法篇4
关键词：估算；电路实验；设计；方法
中图分类号：G633.7文献标识码：a文章编号：1992-7711（2013）13-0018
一、估算的意义及作用
物理学是定量程度很高的学科，但是在研究具体的物理问题时，有时由于受条件的限制，有时由于根据研究问题的需要，只需知道结果的大概值即可，这就需要对结果进行估算。
世界上第一个核反应堆的设计者费米，在第一颗原子弹爆炸产生的冲击波到来的时候，让冲击波将手中的纸片吹落，他凭着纸片被吹落的距离，估算出了这颗原子弹释放能量的数量级，费米的这一事例在物理界中一直都被引为美谈。因此，能否运用已有知识将结果的大概值估算出来，取决于一个人运用物理知识的能力以及想象能力、创造性思维的能力。
电学部分在物理学中占重要地位，其中实验中的设计电路问题，综合运用了电学知识，同时在实验技能、仪器使用、逻辑推理、统筹安排、误差分析等方面对学生有较高要求，设计电路实验可以锻炼学生的能力，但是有关电学实验器材的选取和电路设计又恰恰是学生的难点，无直接公式可套，在设计电路实验时，由于受所给器材以及测量的准确度等各种因素的限制和相互制约，要使电路符合实验要求，往往需要经过多次的估算，根据实验目的，设计出合适的电路。
二、电路实验需估算的物理量和要求
电路实验设计过程中的估算，犹如拄着拐杖涉水过河，边试探边前进。方法是先假定一些量值以后，再估算结果是否符合要求，如果不符合则再假定另一些量值重新估算，直到符合要求为止。
需估算的物理量一般有：电路中各元件的电流、电压以及电流、电压的变化范围；各电表的读数以及电表指针在表盘上的位置等等，估算得到的数值可为电路设计提供参考数据。
估算的一般要求是：从器材的安全考虑，各电流、电压不能超过其额定值；为使电表的读数较为准确，对于电流表和电压表，其电表的指针应有较大的偏转，对于欧姆表，其电表的指针应在表盘中心值附近；电路的系统误差要小等等。这些要求往往都要综合考虑。
三、用估算的方法设计电路实验的实例
例1.（2006年全国高考）现要测量某一电压表的内阻。给定的器材有：待测电压表（量程2V，内阻约4kΩ）；电流表（量程1.2ma，内阻约500Ω）；直流电源e（电动势约2.4V，内阻不计）；固定电阻3个：R1=4000Ω，R2=10000Ω，R3=15000Ω；电键S及导线若干。
要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。
（1）试从3个固定电阻中选用1个，与其他器材一起组成测量电路，并在虚线框内画出测量电路的原理图。（要求电路中各器材用题中给定的符号标出。）
（2）电路接通后，若电压表读数为U，电流表读数为i，则电压表内阻RV=。
思路与解答：（1）待测电压表的读数即为其两端的电压U，如果再测出通过该电压表的电流iV，即可由欧姆定律求得其内阻RV=■。
为了确定选用哪一个电阻，可以先估算通过待测电压表的电流值。
根据待测电压表的量程和其内阻的大约值，由欧姆定律，可以估算出待测电压表的指针满偏转时，通过待测电压表的电流值大约为■=0.5ma。
如果用量程为1.2ma的电流表去测量0.5ma的电流，电流表的指针偏转将达不到其量程的一半，即不能选用1.2ma的电流表直接测量通过待测电压表的电流。
为了使电流表的指针有较大的偏转，可将一电阻与电压表并联，增加一电流支路。这时需要估算应该并联哪一个电阻。
①如果用电阻R1与待测电压表并联，这两者并联的电阻值约为2kΩ，再加上电流表的电阻后，电路的总电阻约为2.5kΩ，接上2.4V的电源电压后，由闭合电路欧姆定律，可估算出电路的总电流略小于1ma，这个电流接近电流表的量程；由分流原理可知，通过待测电压表的电流略小于0.5ma，其指针也接近满偏转，都符合题意要求。
综上所述，符合题意要求的电路如图1所示。
②如果用电阻R2与待测电压表并联，这两者并联的电阻值约为286，再加上电流表的电阻后，电路的总电阻约为786，接上2.4V的电源电压后，电路的总电流约为■≈3ma，这个电流已大于电流表的量程，即不能用电阻R2与待测电压表并联。
因电阻R3大于电阻R2，也不能用电阻R3与待测电压表并联。
（2）在图1中，■=R并，而■=■+■
解得RV=■
例2.（2000年全国高考）从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表的内阻，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。（见24页表格）
（1）画出电路图，标明所用器材的代号。
（2）若选测量数据中的一组来计算，则所用的表达式，式中各符号的意义是。
思路与解答：（1）电流表a1的读数即为通过电流表a1的电流i，如果再测出电流表a1两端的电压U，即可由欧姆定律求得其内阻r=■。
（上接第18页）
为了测出电流表a1两端的电压，需要估算其电压的大约值。
根据待测电流表a1的量程和内阻的大约值，由欧姆定律，可以估算出电流表a1的指针满偏转时，电流表a1两端的电压值大约为10ma×40Ω=400mV。
如果用量程为10V的电压表去测量400mV电压，电压表的指针偏转太小，测量精度不高，即该实验不能选用电压表V测量电流表a1两端的电压。
而电流表a2指针满偏转时，电流表a2两端的电压为500μa×750Ω=375mV，如果将电流表a2作为电压表用，则其电压量程为375mV，因这个数值接近400mV，较为合适，即可以选a2作为电压表，用来测量a1两端的电压。
根据题中“能测得多组数据”的要求，滑动变阻器应接成分压式接法。
所设计的电路如图2所示。
（2）所求的表达式为r1=■，式中i1表示通过电流表a1的电流，i2表示通过电流表a2的电流，r2表示电流表a2的电阻。
四、结束语
估算是一种方法，是设计电路最基本的方法。在实际的问题中，可供选择的器材更多，能够运用的电学知识也会更丰富，而要设计出符合实验要求的电路，创造性地解决实验设计的问题，总离不开估算。随着新课改的展开和深入，电学设计性实验将是学生专研精神和探究能力的反映。
估算可体现能力。为得到正确的结果，先假定的量不同，估算的量不同，会有简繁程度的不同。上述例子中的思路也并不是唯一的。在估算的过程中，需要思考，需要分析判断，需要运用知识，可体现多种能力。
估算可反映过程。参与者为完成一个任务，需要多次判断自己的方案是可行的还是不可行的，才能确定下一步的做法，这其中的感受与通常做题的感受是不同的，在解决问题的过程中需要尝试多种方案，而在尝试的过程中将会获得各种感受，从新课程的理念来看，这是十分重要的。
参考文献：
[1]丁钢.高中物理实验手册[m].南宁：广西教育出版社，2004.
[2]康翔，丁钢.金榜教练[m].广州：世界图书出版公司，2010.
电路设计方法篇5
关键词：土壤湿度检测；组容模型；检测电路设计；控制策略
中图分类号：tn78?34；tp29文献标识码：a文章编号：1004?373X（2013）08?0125?03
土壤湿度，又称土壤含水率，是植物生长的一个重要影响因素，在园林花卉、蔬菜大棚等自动灌溉控制系统中，土壤湿度检测准确和稳定是控制系统成功的关键。现有的土壤湿度测定方法基本都属于电信号测量方式，即土壤作为载体通过电信号时，电信号的特性发生一定的改变。但实际土壤的结构和成分非常复杂，土壤是固相、液相、气相共同组成的物质[1]，这些物质处于一种微弱的平衡之中。当探测头插入土壤或电信号通过时，土壤中的平衡被改变，从而使得测量的准确性和稳定度较差。如何在测量过程中能够保证稳定性和精度，是电信号测量土壤湿度的关键问题。
1恒流源作用下土壤湿度模型
设计试验土壤湿度检测的结构如图1，采用直径约1mm，长100mm的不锈钢针作为土壤探针，探针间距离100mm。当控制开关开通时，恒流源输出稳定电流（0.5ma），通过土壤在两根探针间输出电压波形，得到图2中的电压瞬态变化曲线。如果测量不同湿度的土壤就可以得到图2的曲线簇。
从图2中可以得出以下结论：
（1）在恒流源作用下土壤湿度越大，输出电压波形的瞬态过程越长，输出电压幅度变化越大。
（2）在恒流源作用下不同土壤湿度情况下，当达到新的平衡时，输出电压的大小趋向数值相同。
（3）在恒流源作用下瞬态过程中土壤湿度越大，输出电压的初始值越小；土壤湿度越小，输出电压的初始值越大。
理论上土壤湿度检测的电学模型可以用一个阻容网络进行模拟[2]，在恒流源作用下常用的阻容电路（如图3所示）很难解释上述的结论，因此将电学模型修改为如图4的阻容模型电路来进行解释。
结合上述结论，对于图4的阻容等效网络在恒流源作用下可以得出：
（1）输出电压波形符合电容充电的曲线趋势；
（2）由于不同湿度时，输出电压在一定时间稳定后趋向数值一致，可知R0在不同的土壤湿度时基本变化很小；
（3）土壤湿度越大，输出电压的初始值越小，由于电容通电“瞬间”导通的原理，可知R1随着土壤湿度的增加而减小；
（4）土壤湿度越大，输出电压波形的瞬态过程越长，可知C随着土壤湿度的增加而增加，而且R1C也增大。
从阻容等效网络的物理意义上讲，可以认为R0代表了土壤样本的结构和基本成分，具有一定的稳定性；R1代表了土壤固相、液相和气相的物理变化，当湿度变化时，三者的比例发生变化，其导电性能变化；C代表土壤的电化学反应，当湿度变化时电解质的活跃程度变化，同时电流输入时，将会产生一些电解反应。
2土壤湿度检测电路设计
从恒流源土壤湿度检测的分析可知，在实际信号采样中当电流输入后输出信号到达基本稳定时，其检测结果很难反应出湿度的区别，同时电流的输入打破了土壤的微弱平衡，其特性可能会发生变化，造成信号自身对测量的干扰。因此信号的采样应该位于输出电压曲线的初始值附近，才能准确反应土壤湿度的变化，同时由于电流作用时间短，电解反应的干扰基本不会出现。
实际采样电路如图5所示，在恒流源开通时，利用标准锯齿波电压与土壤探针输出电压在运放组成的比较电路中产生矩形脉冲，通过斯密特触发电路整形后进行脉宽捕捉和检测[3]，得到代表此时输出电压大小的矩形波脉宽，得到数据后系统立刻关闭脉宽捕捉功能和恒流源。
从理论上，锯齿波的频率越高，系统所捕捉的第一个脉宽越接近探针输出电压的初始值。实际上由于在较小恒流源电流作用下，输出电压波形的稳定时间基本都在100ms以上，因此在实际使用中综合系统捕捉脉宽软件的技术实现可设计锯齿波的频率100Hz以上即可。在实际制作中金属探针插入泥土后，对于泥土会产生一定扰动，土壤中的自由离子向金属表面运动，影响检测准确性。因此为了保证测试的稳定性，探针的金属表面与土壤接触不能太大，同时为了保证探针的插入深度，可采用绝缘材料包裹金属探针的方式[4]，金属探针露出与土壤直接接触的针长短在1～1.5cm为宜。测试时应先将探针插入土壤后一定时间（10～15min）后进行。
图6显示实际制作的电路（锯齿波频率为100Hz）在土壤湿度增加时脉冲宽度的变化情况，其湿度?脉冲宽度曲线具有函数单调性。图7为同一湿度下不同时间段脉冲宽度变化，其稳定性较好。
3基于土壤湿度检测的控制系统策略
由于同一土壤在不同湿度时其检测数据曲线具有一定非线性，为了提高检测的精度，控制系统CpU（单片机等）可以采用分段线性拟合的方法来实现较高的检测精度[5?8]（见图8）。
在系统工作之前，先利用样本土壤进行湿度数值预置，如5%，10%，15%，…，控制系统利用这些样本检测到的脉宽数值进行分段线性拟合曲线，生成分段脉宽?湿度函数。在实际测量时，将检测到的脉宽数据对应相应区间函数进行运算，即可得到相应的土壤湿度值。同时由于实际上土壤的湿度变化不会很快，因此可采用定期采样（间隔几分钟左右）的方式来进行工作。
在测量不同土壤时，应先清除原有预置值，重新进行样本土壤湿度预置，生成新的分段脉宽?湿度函数进行工作。
4结语
本文所建立的恒流源作用下土壤湿度电学模型较好地表现了土壤湿度变化时探针阻抗变化的特性趋势，根据本文设计电路和控制策略制作的土壤湿度检测自动控制系统，经过在农业蔬菜大棚自动浇灌控制系统[9]和阳台花园自动浇灌控制系统中的应用和实践，土壤湿度检测稳定度和区分度比较良好。由于土壤的结构非常复杂，成分之间的相互反应多种多样，土壤中的微弱平衡很容易受到外界的干扰（如温度变化等）[10]，如何提高抗干扰还有待进一步深入研究。
参考文献
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[8]张泽卉.基于GSm短信和无线高频通信的灌溉自动控制系统[J].节水灌溉，2008（1）：33?37.
电路设计方法篇6
随着电子电路复杂程度越来越高、更新速度越来越快、设计规模越来越大、推向市场时间越来越短，这就迫切需要实现设计工作的自动化。电子设计自动化（eDa）技术的出现，改革了传统的电子电路设计方法。
2multisim仿真软件的功能及特点
multisim是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，可实现原理图捕获、电路分析、电路仿真、仿真仪器测试等功能；具有如下特点：界面设计人性化、操作简洁明了、元件库规模庞大、仪器仪表库种类齐全（包括函数信号发生器、示波器、逻辑分析仪等）、分析功能强大（包括直流工作点分析、交流分析、噪声分析等）。
3应用实例
以数字抢答器的设计为例，阐述采用multisim仿真软件进行电子电路设计的过程。
设计任务和要求用中、小规模集成电路设计一个数字抢答器，设计要求：
1）抢答器可同时供8名选手参加比赛，每个选手拥有一个抢答按键，分别用按键J0～J7表示，按键编号和选手编号相同；
2）主持人扳动控制开关J8，可控制系统的复位和抢答的开始；
3）抢答器具有第一抢答信息的鉴别、锁存和显示功能，抢答开始后，第一抢答者按动抢答按键时，该选手的编号立即被锁存，并显示在LeD数码管上，控制电路使扬声器发出报警声音，并对输入电路进行封锁，使其他选手的抢答不起作用；
4）抢答器具有定时抢答功能，主持人通过设定一次抢答时间，控制比赛的开始和结束[1]。
电路组成抢答器由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路由主持人控制开关、抢答按键、控制电路、优先编码器、锁存器、译码器、编号显示器和报警电路构成，完成基本抢答的功能；扩展电路由秒脉冲产生电路、定时电路、译码器和定时显示器构成，完成定时抢答的功能。
抢答器工作过程：首先，接通抢答器电源，主持人将开关J8置于复位位置，禁止抢答器工作，编号显示器被熄灭，定时显示器显示定时时间；然后，主持人将开关J8置于开始位置，允许抢答器工作，计数器进行减计时；当选手在定时时间内抢答时，计数器停止工作，编号显示器显示抢答选手的编号，定时显示器显示剩余抢答时间，并禁止其他选手随后的抢答；当定时时间到，但无人抢答时，系统报警，并禁止选手超时抢答。
电路设计及仿真
1）抢答器电路。抢答器电路如图1所示。优先编码器74LS148能鉴别第一抢答者的按键操作，并使其他选手的操作无效；RS锁存器74LS279能锁存第一抢答者的编号，并经译码器74LS48译码后显示在LeD数码管上。
抢答器电路仿真波形如图2所示。借助于multisim仿真软件中的逻辑分析仪，可对抢答器电路的多路逻辑信号同步进行高速采集和时序分析。将逻辑分析仪的输入端口相应地连接到电路的如下测试点上：开关J8，74LS279的输出端Q4、Q3、Q2、Q1（ei、Bi），按键J7、J6、J5、J4、
J3、J2、J1、J0。被采集的输入信号将显示在屏幕上。
由图2可知，在第一个Clock脉冲的上升沿，主持人将开关J8置于复位位置时，74LS279被复位，禁止锁存器工作，其输出Q4Q3Q2Q1=0000。于是，74LSl48的选通输入端ei=0，允许优先编码器工作；74LS48的消隐输入端Bi=0，编号显示器被熄灭。在第一个Clock脉冲的下降沿，当主持人将开关J8置于开始位置时，允许优先编码器和锁存器工作。在第二个Clock脉冲的下降沿，将J6按键按下时，74LSl48的输出a2a1a0=001，GS=0，经RS锁存后，Q4Q3Q2Q1=1101。于是，Q1=1，使Bi=1，允许74LS48工作；Q4Q3Q2=110，经译码显示为“6”。此外，Q1=1，使ei=1，禁止74LSl48工作，封锁了其他按键的输入（即在第三个Clock脉冲的上升沿J3按键的输入）。在第四个Clock脉冲的上升沿，当按下的J6键松开后，GS=1，此时由于仍为Q1=1，使ei=1，所以仍禁止74LSl48工作，封锁了其他按键的输入（即第五个Clock脉冲的下降沿J0按键的输入），从而实现了抢答的优先性，保证了电路的准确性。在第六个Clock脉冲的下降沿，主持人将开关J8重新置于复位位置，以便进行下一轮的抢答。
2）定时电路。将两片同步十进制可逆计数器74LSl92级联，以串行进位方式构成百进制计数器；计数器的计数脉冲由555定时器构成的秒脉冲电路提供；通过预置时间电路，主持人对计数器进行一次抢答时间的预置；74LS48译码器和定时显示器构成译码显示电路。当主持人将开关J8置于复位位置时，计数器预置定时时间，并显示在定时显示器上。当主持人将开关J8置于开始位置时，74LS279的输出Q1=0，经非门反相后，使555定时器的时钟输出端Cp与74LSl92的时钟输入端CpD相连，计数器进行减计时；在定时时间未到时，74LS192的借位输出端Bo2=1，使74LSl48的ei=0，允许74LSl48工作。当选手在定时时间内抢答时，Q1=1，经非门反相后，封锁Cp信号，计数器停止工作，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统复位为止；同时，ei=1，禁止74LSl48工作。当定时时间到无人抢答时，Bo2=0，ei=1，禁止74LSl48工作，禁止选手超时抢答；同时，Bo2=0，封锁Cp信号，计数器停止工作，定时显示器上显示00[2]。
3）报警电路。报警电路由555定时器、三极管推动级和扬声器构成。由若干电阻、电容和555定时器接成多谐振荡器，将时序电路控制信号pR接至555定时器的清零端，以控制多谐振荡器振荡的起停，多谐振荡器输出信号控制三极管的导通、截止，从而推动扬声器发出报警声音。
根据上述设计思路，画出各单元电路的仿真电路图，先对各单元电路逐个进行仿真调试，再将各单元电路连接起 isim仿真，观察各部分电路之间的时序配合关系，测量电路各项性能指标，调整部分元器件参数，检查电路各部分功能，使其满足设计要求；最后进行电路焊接与装配，并对实际电路进行测试。
4结语
multisim是电子电路计算机仿真设计与分析的基础，在电子电路设计中应用multisim仿真软件，把虚拟仿真和硬件实现相结合，可以节约设计成本、缩短开发周期和提高设计效率，有利于培养学生工程实践、综合分析和开发创新能力，提高学生运用现代化设计工具的能力。
参考文献
电路设计方法篇7
关键词：光电编码器；4倍频；方向判别；FpGa
中图分类号：tm41文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)1917503
anglemeasurementCircuitDesignformulti-channelincremental
photoelectricencoderBasedonFpGa
FenGXi1,2，LianGYanbing1，ZHanGtao1,2
(1.Xi′aninstituteofopticsandprecisionmechanics,ChineseacademyofSciences,Xi′an,710119China;
2.GraduateSchool,ChineseacademyofSciences,Beijing,100039,China)
abstract：
adesignschemeofanglemeasurementcircuitformulti-clannelincrementalencoderbasedonFpGaisinteroduced,whichiscomposedof4multiplefrequency,direction-judgmentandcountercircuit.thecircuitproduces12bitdigitalsignalsforanglesandonesignalfordirection.thedesigniscompletedinaltiumDesigner6.0withbothschematicdocumentandVHDLprogramasinput.thesimulationisbasedonchipXC25300e-6pQ208CofXilinxCompany.thedesigncanmeetthehighspeedrotationrequirements,whichcanbevalidatedthroughthesimulationwaveformsandexperimentresults,itisfeasible.
Keywords：photoelectricencoder;4multiplefrequency;direction-judgment;FpGa
1引言
光电编码器是一种高精度的角位置测量传感器。它是由高精度计量圆光栅盘和光电检测装置组成，其原理示意图如图1所示。当电动机旋转时，光栅盘与电动机一起旋转，光敏元件接受透过光栅的光，通过光电转换，将输入的角位置信息转换成相应的数字脉冲，并可与计算机或其他显示装置相连接，实现数字测量与数字控制。目前光电编码器已经普遍应用在雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、机器人、数控机床和高精度闭环调速系统等诸多领域［1］。
通常，根据形成脉冲代码的方式不同，光电编码器分为绝对式和增量式两大类，二者最大的区别在于码盘。绝对式光电编码器一般采用二进制码盘，如图2所示。码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成。每一分辨率区间对应惟一的二进制数。它具有可以直接读出角度、没有累计误差、电源切除后位置信息不丢失、固定零点、抗干扰能力强的优点。但码盘的制造工艺复杂，精度越高需要越复杂的码盘，不易实现小型化。增量式光电编码器的码盘如图3所示，其刻线间距均一，对应每一个分辨率区间，可输出一个增量脉冲，因此，增量式光电编码器输出的是a、B、Z三列脉冲，其中a、B两列脉冲占空比为1∶1，相位相差90°，用来实现鉴相和计数；Z是复位脉冲，每旋转一圈出现一个脉冲，作为清零信号。对输出脉冲设计辅助计数和接口电路便可以实现位置的测量。增量式编码器的优点是易于实现小型化，响应迅速，结构简单。
本文介绍一种新的数字电路实现方法，完成增量式光电编码器的角位置测量。该电路完成4倍频、鉴相和计数功能，计数模块使用单脉冲，与其他采用双脉冲计数［4］有所不同，具有不丢步、工作状态稳定、适用于电机高转速下测角的良好特性。
2数字电路框图
由于高转速时输出的a、B脉冲会很密集，如果用微处理器计数需要多次中断，效率较低且容易漏计，故适宜使用数字电路实现；同时考虑到设计需要对三路测角输入进行处理，采用FpGa实现会更快速稳定、集成度高，且使设计容易模块化和移植；并且，FpGa能够提供统一的时钟clk，不仅可以使得倍频的延迟时间（即计数时钟cp）具有相同的宽度，而且能够同步整个电路。因此基于FpGa设计是个很好的选择。
电路的输入是三组脉冲信号，每一组的处理方法相同，这里只介绍其中一组。总体功能框图如图4所示。
3数字电路的各功能模块介绍
3.14倍频电路
a、B脉冲的频率与电机转速相关，是时刻在变的，所以采用锁相环电路进行倍频复杂费时，可以用更简单的方法，即在a和B的上升沿和下降沿均产生脉冲，实现4倍频。基本原理是延迟同一信号取反后所得信号与原信号相异或，波形图如图5所示，倍频电路原理图如图6所示。由于延迟采用统一时钟控制，和以往采用R、C延迟相比，脉冲宽度可以取得一致。
3.2鉴相电路
当a超前B90°相位时，电机正转，输出高电平；当B超前a90°相位时，电机反转，输出低电平。波形图如图7所示，对应的电路原理图如图8所示。输出信号updn除作为计数器加减功能的判断信号外，也可单独引出来作为他用。
从波形图中可以看出，转换方向后的第一个c上升沿触发时仍在做加运算，第二个c上升沿触发时正常。由于用作计数的cp是在上升沿有效，cp上升沿对应c的下降沿，因此第二个cp以后都是做减运算；同理，从反转到正转时，第一个cp是做减运算，第二个cp以后都做加运算。这样来回改变转向的情况下，二者相抵消，不影响位置的确定。
3.3计数电路
光电编码器是1000线，4倍频后一圈有4000个cp，精度为0.09°，输出位置信号为12位。电路设计是在altiumDesigner6.0下采用原理图和VHDL编程混合输入，编译仿真完成的。计数部分使用3个同步置数的16进制加、减计数器级联。原理图如图9所示。需要指出：计数范围是0～3999。遇到清零z信号后，当正向转动时，置数0，反向转动时，置数为3999＝（111110011111）2。因此置数端信号可以从updn信号引过来即:D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0=(/updn/updn/updn/updn/updnupdnupdn/updn/updn/updn/updn/updn)。
3.4锁存电路与输出
计数模块输出的位置数据要先存入锁存器，再向外传输，以保证读出数据稳定，避免时序错误。锁存器是由VHDL语言描述的同步时钟锁存器［3］。读取数据后可以使用数码管显示或者直接采用标准RS232协议串行输出给上位机。使用数码管显示时，要将计数信号转化为相应的实际角度二进制信号再交给数码管显示。
4仿真验证
仿真的clk周期取2ns，a、B信号周期取40ns。在实际中，3000转/分的高速度，使用1000线的码盘，4倍频，电路所需clk是1mHz，FpGa提供的时钟远远高于这个需要。仿真基于的器件是Xilinx公司Spartan2eXC25300e-6pQ208C。仿真中设计了三种情况的测试平台，仿真结果如图10所示。
5结语
基于FpGa设计光电编码器信号处理模块，电路简单，功能实现快速稳定。从软件环境下的仿真波形到实验检测可以看出，本文提出的数字电路设计方案满足
电机高速转动条件下实时准确处理的要求，可以应用在实际系统中。
参考文献
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电路设计方法篇8
关键词：玄武岩纤维筋；输电线路；铁塔基础设计方法；承载力；刚度；混凝土灌注桩文献标识码：a
中图分类号：tU984文章编号：1009-2374（2016）19-0142-02Doi：10.13535/ki.11-4406/n.2016.19.068
玄武岩纤维复合材料（BFRp）具有抗拉强度高、抗腐蚀性能优良、重量轻、耐疲劳、耐高低温等优良特性，因此在沿海地区的输电线路工程中，采用轻质高强、绝缘、耐高低温和耐腐蚀的玄武岩纤维复合筋，进行基础混凝土结构的配筋，有望有效提高沿海地区输电线路基础结构的耐腐蚀性，延长使用寿命。
本文依托江苏省电力公司2014年科技项目《玄武岩纤维在输电塔基础中应用研究》，对玄武岩纤维筋应用于铁塔基础中采用的设计方法进行研究。
1设计原则
由于BFRp良好的抗腐蚀性能，长期耐久性有保证，因此BFRp筋混凝土灌注桩可用在环境恶劣的沿海或者强腐蚀地区，但在设计使用过程中必须采取一定的设计方法和设计原则。一般BFRp筋混凝土灌注桩基础设计可采用等强度（面积）设计或等刚度设计原则。
等强度（面积）设计原则就是使BFRp筋与钢筋具有相同的设计应力和使用应力，通常做法是用相同截面积的BFRp筋代替钢筋，可用在对竖向承载力和裂缝控制要求不高，并且不是水平荷载和水平位移控制的桩基中，其刚度较低，在桩身开裂之前与钢筋混凝土桩具有相同的刚度，其水平位移与稳定控制良好，开裂之后刚度下降较钢筋混凝土桩要快，在相同水平荷载下水平位移是同等钢筋混凝土桩的3～4倍。
等刚度设计可用在对承载力较高且由水平荷载或水平位移控制的桩基中，其刚度、竖向承载力、水平承载力和水平位移、裂缝控制等，无论是桩身开裂前或开裂后都等同或强于钢筋混凝土桩，是一种保守的设计方法。
2单桩承载力标准值
第一，一级杆塔桩基，有条件时应采用现场静载荷试验，并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定；二级杆塔桩基应根据静力触探、标准贯入、经验参数等估算，并参照地质条件相同的试桩资料，综合确定。当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时，应由现场静载荷试验确定；对三级杆塔桩基，如无原位测试资料时，可利用承载力经验参数估算。
第二，采用现场静载荷试验确定单桩下压极限承载力标准值时，在同一条件下的试桩数量不宜小于总桩数的1%，且不应小于3根，工程总桩数在50根以内时不应小于2根。试验及单桩下压极限承载力取值按JGJ94-2008附录C方法进行。
4玄武岩筋灌注桩施工构造要求
4.1玄武岩筋锚固
根据《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》（GB50608-2010），BFRp筋最小锚固长度不应小于35d，当锚固长度不足时，应采用可靠的机械锚固措施。玄武岩纤维筋在节点处的锚固，可采用以下两种方式：一是采用订制弯折筋搭接锚固的方法；二是直线筋在端部直接采用螺帽形成扩大端的锚固方式，两者都很有效地实现梁柱锚固。
4.2玄武岩筋搭接连接
图2是玄武岩筋常见的两种搭接方式，需保证35d的搭接长度，以保证力的有效传递，搭接处可以用铁丝、塑料扎带或玄武岩纤维原丝浸透环氧树脂后残绕再涂抹环氧树脂密封。
4.3玄武岩箍筋
玄武岩筋易加工成形，可以在工厂做成各种形状，一般桩基中需要的螺旋箍筋和方形箍筋需在工厂定制
加工。
5结语
采用BFRp筋等面积设计时需考虑单桩竖向承载力和水平承载力的降低，特别要注意水平承载力和水平位移，因为等面积时桩身刚度比混凝土桩低，其水平位移易超限，按刚度折算的话在相同水平荷载下BFRp筋混凝土桩水平侧移是钢筋混凝土桩的3～4倍。
采用等刚度设计时，竖向承载力和水平承载力都与钢筋混凝土桩类似，裂缝控制要更强，但需考虑刚度变大时，BFRp筋变密集或直径变大在施工时可能出现的
问题。
参考文献
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[2]马孝轩，仇新刚，孙秀武.钢筋混凝土桩在沿海地区
腐蚀规律试验研究[J].混凝土与水泥制品，2002，
（1）.
电路设计方法篇9
关键词：proteus仿真赛独立学院培训方法
我校自2012年以来，一直在组织培训学生参加江西省电路仿真设计比赛，这个比赛是基于proteus和keil软件进行的，要求参赛学生熟悉模拟电路、数字电路、传感器技术以及单片机系统相关的知识，比赛以组委会组织专家组命题的形式进行，要求学生在8小时内完成设计任务。那么，如何让学生在有效的时间内，顺利完成比赛任务，就和平时的准备和训练息息相关，一套行之有效的培训方法是学生成功获奖的关键，本文给出了笔者多年来仿真比赛的培训经验，抛砖引玉，可以作为同行们培训的参考。
电路仿真比赛涉及知识面广，对培训老师的要求比较高，同时比赛结果也是一所学校教学水平的侧面反映，特别是那些注重工程实践的课程的教学水平。以赛促改，是仿真设计比赛的直接目的，比赛过程中反映的各种问题都可以作为学校课程教学和实验室建设的改革依据。竞赛必将引起学院各级领导和广大教师重视实践教学环节，提高实践教学水平，重视实践环境的改善，全面提高学生的创新意识和创新素养。所以，电路仿真比赛积极促进了学校实践教学的改革和实用性人才培养模式的建立和推行。
一、传统电路仿真教学模式存在的问题
1、传统培训的方法存在缺陷
我校自2012年参赛，一直都在摸索有效的培训方法和体系，从近三届比赛中学生暴露的各种问题充分体现了传统培训方法的不足。其一，是掌握的知识面不够宽，知识点分离，综合能力不强。学生拿到一个设计任务之后，提出的设计方案存在不合理的地方，同时不能充分地论证和比较所给方案，设计也是采取生搬硬套的方式照搬参考模板，不会自己构思新的设计电路；其二，学生综合分析的能力有待加强，他们分析问题只看点不看面，更不用说系统的整体配合了，究其原因是生硬地理解所学习的知识点，不能灵活地面对所接触的各种电路。
2、课程理论教学脱离工程实践
培训过程中，布置给学生任务之后，学生不能迅速找准相关的资料参与设计，多数学生首先选择的参考资料就是教材和教学参考书，说明学生的思维始终停留在传统教学的培养模式中，缺乏工程意识，思维有局限性。同时也反映了平时我们的课程教学也存在脱离工程实际的缺陷。
3、教学工作中缺乏对学生实验技能的培养
在培训过程中，我们发现学生不太习惯计算元件参数的值，而采取实验匹配的办法来选择使用的元件，而大多数同学不习惯使用实验数据表格对设计进行分析，获得实验数据之后也不能正确总结归纳数据的规律，电路调试和故障排查的能力比较差。这些现象侧面反映了我们的实验教学内容验证型的实验过多，综合设计型实验过少，没有培养学生的综合设计能力。
4、教学中缺少编程思想方面的培养
电路仿真比赛中的题目是必须使用单片机的，采用的语言是C语言，我们学校开设了很多和单片机编程有关的课程，比如《微机原理与接口技术》、《单片机原理与技术》以及《C语言程序设计》等，但是这些课程的教学过于注重语言、语法的解释，而没有很好地加强学生编程思想的培养。导致学生不会编程，影响了比赛的成绩。
二、电路仿真设计比赛培训方法的创新
如何提高学生在电路仿真设计比赛中的成绩，针对培训中出现的各类问题和历届本校电路仿真设计比赛成功经验和失败教训，本文提出一些列培训方法的创新。
1、重视实践教学内容的教学
构建电路仿真设计相对独立的实践培训体系，首先要求培训教师抛弃传统教学观念，从以教师为核心的传统授课模式变成以学生为主老师为辅的培训模式；从单一的实验验证培训体系转换成层次型、综合性性项目、案例式培养体系。
培训过程中，同一个电路或者模块让学生自己整理多个方案，并独立完成对方案的评价和论证，让学生自己选择不同型号的芯片实现同一功能，并总结对比其优劣，不同的芯片使用过程中电路如何修改？为什么改变。为了配合这一环节有效进行，要求学生参阅相关的文献资料，多上图书馆和相关网站积累设计经验，并以论文、读书笔记以及产品制作的方式提交培训作业，由老师仔细批改，认真点评。
2、采取项目导向、任务驱动的培养模式
改变传统的先讲理论，在根据理论进行实践论证的授课方式，每次培训内容都以项目案例为素材，一次课解决一个工程实际问题。对于单片机系统的培训，我们选用若干个典型的单片机产品，结合一些工程小案例或者项目，把单片机中断、定时计数器、串行通信、i/0口等理论知识融合在项目设计中，让学生在实际动手过程中深刻体会到什么是端口？什么是中断？为什么要中断？等理论问题，变抽象理论为具体形态，让学生在真实的模型下建立其中断、端口和定时计数等概念，为以后的设计打下坚实的基础。
3、联系实验室教学部门，实行全开放式实验教学
我们和实验室进行了沟通，实行全开放式实验教学。充分发挥开放实验室的作用，制定了开放式实验室的管理办法以及开放式实验教学方案，充分保障开放实验室工作的有序进行。开放性实验室是分层次面对不同学生开放的，一定时期内，每一个层次的实验室对应一个开放式实验项目，配备指导教师，由指导教师负责推行对应实验室的项目教学工作。
开放式实验室的推行，大大提升了学生动手能力，是一个对电路仿真赛培训起着重要作用的侧面措施，负责开放式实验室的教师都是电路仿真设计赛的指导老师，这样的方式给学生实践能力的培养带来了好处，同时也重构了师生关系，让之后的系统培训工作变得顺利。
4、加强课外电子活动，调动学生学习兴趣。
我校组建了电子设计兴趣小组，开展了各种不同形式的第二课堂活动，培养学生电子设计者必须具备的独立思考、综合分析和解决问题的能力，充分利用学校机房和实验室作为学生活动的场地，配备专门的老师进行指导和协助，成立电子设计创新指导中心，对选拔后的学员进行指导教师负责制，几乎是一对一的辅导形式，让这些拔尖的学生可以参与老师的科研项目，独立承担科研课题中的小型项目设计。鼓励学生多动手，多参加这样的科技活动。
三、结语
大学生电路仿真赛是一个实践性很强的比赛，其培训过程是一个细致而严谨的过程，如何变理论为实际，是这个培训工作的中心，我们给出了很多辅助培训的项目，也研发了很多案例进行课程培训，基本上满足了受训学生具有电子系统的设计和开发能力。经过近几年的不断探索与实践，我们的培训和比赛工作都取得了一定成绩，从2102年开始每年比赛我们学校都有学生获奖，累计获得一等奖3人次，二等奖3人次，三等奖若干。实践证明，这些培训的措施取得了较好的培训效果。
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电路设计方法篇10
电子系统的种类较多，从总体上可分为模拟系统、数字系统和模/数混合系统三大类。在数字系统中，又可分为以标准数字集成电路(如ttL、CmoS器件)为核心的电子系统以及以mpU、mCU、pLD、aSiC为核心的电子系统。在模/数混合系统中，以SoC为核心的电子系统发展最为迅猛。以模拟器件为核心的电子系统是基本的，该设计环节对于学生巩固及应用已学电子技术理论和基本技能，进一步提高实际工作能力和培养创新能力具有不可替代的作用。
一、电子系统设计的基本原则
电子电路系统设计时应遵循以下几个基本原则:
(1)满足系统功能和性能指标要求，这是电子电路系统设计时必须满足的基本条件。
(2)电路优化。在满足功能和性能要求的情况下，通过优化的简单电路系统既经济又可靠。
(3)电磁兼容性好。电磁兼容性是现代电子电路系统应具备的基本特性。
(4)可靠性高。电子电路系统的可靠性要求与系统的实际用途、使用环境等因素有关。
(5)系统集成度高。最大限度地提高集成度，是电子电路系统设计应当遵循的一个重要原则。
(6)调试简单方便。
(7)生产工艺简单。生产工艺是电子电路系统设计者应当考虑的一个主要问题，无论是批量产品还是样品，生产工艺对电路的制作与调试都是相当重要的一个环节。
(8)操作简便、性价比高。
二、电子系统的设计方法根据电子系统的功能和结构上的层次性，通常有如下三种设计方法。
1.自顶向下的设计方法这种设计方法就是设计者根据原始设计指标或用户需求，从整体上规划整个系统的功能和性能，然后对系统进行划分，分解为规模较小、功能较简单且相对独立的子系统，并确定它们之间的相互关系。这种划分过程可以不断进行下去，直到划分得到的单元可以映射到物理实现，实现可以是具体的部件、电路和元件，也可以是VLSi的芯片版图。
2.自底向上的设计方法
这种设计方法就是设计者根据要实现系统的各个功能的要求，首先从现有的可用的元件中选出最合适的，设计成一个个的部件，当一个部件不能直接实现系统的某个功能时，需设计出由多个部件组成的子系统去实现该功能，上述过程一直进行到系统所要求的全部功能都实现为止。该方法的优点是可以继承使用经过验证的、成熟的部件与子系统，从而可以实现设计重用，减少设计的重复劳动，提高设计生产率。其缺点是设计过程中设计人员的思想受限于现成可用的元件，故不容易实现系统化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护性好的设计。
3.以自顶向下方法为主导结合使用自底向上的设计方法
随着SoC(单芯片系统)的出现，为了实现设计重用以及对系统进行模块化测试，通常采用以自顶向下方法为主导，并结合使用自底向上的方法，这样既能保证实现系统化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护性好的设计，又能充分利用ip核，减少设计的重复劳动，提高设计生产率，因而得到普遍采用。
三、基于模拟器件的电子系统设计流程
基于模拟器件的电子系统设计的流程如图1所示。模拟电路种类较多导致系统的设计步骤将有所差异，流程图中的环节应随设计的实际作调整或交叉进行、重复。
1.明确设计任务
该阶段是对系统的设计任务进行具体的分析，充分了解系统的性能、指标、内容及要求，掌握系统的基本特征，以便明确系统应完成的任务。
2.总体方案选择
该阶段针对所提出的任务、要求和条件，从全局着眼，用具有一定功能的若干单元电路构成一个整体，来实现系统的各项性能。通常符合要求的总体方案不止一个，设计者应当针对任务、要求和条件，查阅有关资料，广开思路，提出若干种不同的方案，然后逐一分析每一个方案的可行性和优缺点，再加以比较，择优选用。
3.单元电路设计
在确定总体方案后，便可以画出详细框图，设计单元电路。设计单元电路的一般方法和思路如下:
(1)根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，明确对各单元电路的要求，必要时应详细拟定出主要单元电路的性能指标。注意各单元电路之间的相互配合，但要尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构、降低成本。
(2)拟定出各单元电路的要求后，应全面检查一遍，确定无误后方可按一定的顺序分别设计各单元电路。
(3)选择单元电路的结构形式。最简单的办法是从以往学过的和了解的各种电路中选择一个合适的电路，但一般情况下，应查阅有关资料，以丰富知识、开阔眼界，从而找到适合的电路。具体设计时，在符合设计要求的电路基础上适当改进或进行创造性的设计。
4.计算和调整参数
电路设计中参数的计算方法主要在于正确运用课程中已经学过的分析方法，搞清电路原理，灵活运用计算公式。对于一般情况，计算参数应注意以下几点:①各元器件的工作电压、电流、频率和功耗等应在允许范围内，并留有适当裕量;②对于环境温度、交流电网电压等工作条件应按最不利的情况考虑;③对于元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般按额定值的1．5倍左右考虑;④电阻、电容的参数应选计算值附近的标称值;⑤在保证电路达到功能指标的前提下，应尽量减少所用元器件的品种、价格、体积、数量等。
5.元器件的选择
从某种意义上讲，电子电路设计就是选择最合适的元器件，并把它们最好地组合起来。首先要根据具体问题和方案，考虑需要哪些元件、每个元件应该具有哪些功能和性能指标;其次所需的元件哪些实验室有，哪些市场上能买到，价格如何，指导学生关心元器件的信息和新动向，多查资料。以下概括地说明设计中元器件的选择思路。
(1)阻容元件的选择。电阻和电容的种类很多，正确选择电阻和电容很重要，不同电路对电阻和电容的性能要求也不一样。设计是要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。
(2)分立元件的选择。分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电管、晶闸管等，根据用途、参数等进行选择。
(3)集成电路的选择。集成电路的品种很多，选用的方法一般是“先粗后细”，即先根据总体方案考虑应该选用什么功能的集成电路，然后考虑具体的性能，最后根据供货、价格等因素选用某种型号的集成电路。
6.审图
在电路的设计过程中必然会有考虑不周的地方，各种计算也会出现误差甚至错误，所以在画出电路总图后，要进行全面审查。审查时要注意先从全局出发检查总体方案是否合适，各单元电路的原理是否正确，电路形式是否合适，再检查各单元电路之间的电平、时序配合是否合适，电路图中有无烦琐可优化之处，接着根据电路图中所标出的各元器件的型号、参数等验算是否能达到性能指标，有无恰当的裕量，同时需注意电路中各元件是否工作在额定值范围内，以免实验时损坏。
7.实验检测
一个电路的设计是一个复杂的过程，在这个过程中需要考虑很多的因素和问题，设计中难免会出一些差错。实验检测是设计电子电路必不可少的环节，通过实验检测可以发现设计中存在的问题，通过解决实验中所发现的问题，逐步完善设计，最终达到设计目标。在实验中所需要检测的内容主要有:各元件的性能和质量、各单元电路的功能和主要指标、各个接口电路的功效、总体电路的功能等。
四、电子电路的安装和调试
电子电路的安装和调试在电子工程技术中占有重要的地位。它是把理论付诸实践的过程，是把人们的主观设想转变为电路和电子设备的过程，是把设计转化为产品的过程。任何一个好的设计方案都是经过安装、调试和多次修改才形成的。安装主要涉及到结构布局、元器件的安排布置、线路的走向及连接等问题。电子电路系统的调试是电子电路设计中的重要内容，它包括电子电路的测试和调整两个方面。测试是对已经安装完成的电路进行参数及工作状态的测量，调整是在测试的基础上对电路元器件的参数进行必要的调整，使电路的各项性能指标达到设计要求。电子电路的调试通常有两种方法，其一是分块调试法，这是采用边安装边调试的方法，其二是统一调试法，即在整个电路系统安装完成之后，进行一次性的统一调试。以上两种方法的调试步骤基本一致，具体有:通电前的检查，主要内容是检查元器件、检查连线、检查电源进线;通电检查;静态调试;动态调试。例如，对于数字电路的动态调试，一般先调整好振荡电路，以便为整个电路提供时钟信号，然后再分别调整控制电路、信号处理电路、输入输出电路及各种执行机构，在调试过程中要注意各部分的逻辑关系和时序关系，应对照设计时的时序图，检查各点的波形是否正常。对于调试过程中出现的故障，常用的诊断方法有直接观察法、静态工作点测量法、信号寻迹法、对比法、元件替换法、旁路法、短路法、断路法、电子干扰的抑制措施等。