时间：2023-10-10 16:08:32
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电路设计前景，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】集成电路设计产业 发展作用 发展趋势
1 中国集成电路设计产业的发展历程
集成电路又称IC（Integrated Circuit），自从1958年第一块集成电路诞生后得到了快速的发展。在整体机中，集成电路在计算机中的应用最为广泛，紧接着是通讯行业，然后是电子消费类行业。集成电路按结构分类可以分为单片集成电路和混合集成电路两大类。20世纪初世界上第一个电子管面世。到20世纪60年代我国的第一块集成电路研制成功，比世界上第一块集成电路晚了七年的时间。而且在这期间双极型和MOS型电路的出现催生了集成电路产业的形成。20世纪90年代PC成为IC技术和市场发展的主要推动力。到了21世纪，智能终端和汽车电子将成为IC技术和市场发展的新的推动力。
2 中国集成电路设计产业发展的作用
现代社会的数字化、网络化和信息化的速度越来越快，集成电路设计产业在对于一个国家经济的发展、国防的建设、信息安全的维护以及综合国力的提高都有重要作用。下面笔者从中国集成电路产业发展对国民经济和国防安全两个方面的重要作用进行简单的分析。
2.1 有助于加快国民经济的发展
集成电路设计产业对国民经济的提高首先体现在计算机方面。从第一台计算机的发明到现在电脑的全面普及不得不说得益于芯片集成度的提高，当然，它与集成电路设计产业的快速发展有着密切的联系。其次是对通信领域的促进。现在智能手机的普及各种支付软件的使用等都极大地方便了人们的生活，拉近了人们之间的距离。同时也推动了社会的快速发展。最后是对消费类电子领域的促进。人们从最早的黑白电视到现在的彩色电视，数字电视和计算机的普遍应用都可以看出集成电路设计产业促进了传统产业的更新换代，促进了世界的进步。对加快国民经济的发展具有重大意义。
2.2 有益于加强国防安全的建设
计算机既是集成电路的核心也是国家和国民信息的载体。目前，微电子技术在计算机、通讯设备、导航设备、电子对抗设备等军用设备中已经得到广泛的应用。这也使得微子技术的成熟水平和发展规模成为衡量一个国家军事能力和综合国力的重要标志。现代战争不再是单纯武力的较量，更多的是科学技术之间的抗衡。微电子技术使人们摆脱了一些超重超大的武器装备。所以微电子技术的使用大大提高了单兵的作战能力。微电子技术促进了装备的轻便化、提高了军队的隐蔽性，能大大增强部队和武器装备的作战能力。二是提高了武器的打击精准度。三是增强了国家和国民的信息安全性。
3 中国集成电路设计产业的发展趋势
在政策支持和市场需求的带动下，去年中国集成电路设计产业的发展呈现平稳快速发展的态势。中国集成电路设计产业在面临新的发展机遇和挑战以及新的发展重点和发展前景时又会表现出什么样的发展趋势呢？下面是笔者提出的几点看法。
3.1 中国集成电路设计产业将达到世界主流水平
在2015年，中国集成电路设计产业在很多技术领域取得了巨大的成功。例如运用16纳米FinFETplus技术的SoC芯片的设计技术的成功；28纳米多晶硅生产工艺的成熟；4G芯片在中国市场爆炸性的增长；2015年28纳米制程芯片在中芯国际的大规模生产；在2016年，中国在14纳米级以下工艺和存储器等多个方面实现突破性的进展。这些都预示着中国的集成电路设计产业会在2017年再创新佳绩。并且中国的集成电路设计产业将有望达到世界主流水平。
3.2 中国集成电路设计产业将面临更大的挑战
由于中国集成电路设计与市场需求的变化不协调，致使中国的集成电路产业难以进入整机领域中的高端市场。首先，国内移动智能终端产品形态趋于多样化发展，这就要求集成电路在产品功能和技术参数方面不断创造创新，而我国的智能终端用高端芯片领域的竞争力还不够强。其次，我国集成电路市场约占全球总市场的57%，虽然是全球最大的集成电路市场，但是中国在市场中的权威性还很低。需求量大的CPU、存储器等市场还是由国外企业多垄断，这一现象对于芯片的国有化目标产生了很大的阻碍。所以国内的集成电路设计产业将面临更大的挑战。最后是集成电路领域的企业并购现象的加剧，使国内的竞争格局面临重塑，国内企业的竞争压力也将持续增加。
3.3 智能终端和汽车电子将仍是中国集成电路产业发展的主要推动力
在云计算和大数据技术的推动下，高科技走进了人们的日常生活中。能源管理、城市安全、远端医疗、智慧家庭和智慧交通等的发展对中国集成电子领域的需求不断加大。低耗能和小尺寸的芯片技术在智能手机和智能家电中的广泛使用也加大了对集成电子技术的要求。随着国内企业芯片技术的提升，国外芯片技术垄断中国芯片市场的现象将被打破。另外在2015年汽车电子的复合增长率超过了10%。由此可以看出中国的集成电路设计产业发展的主要推动力仍将是智能终端和汽车电子。
4 结语
集成电路设计产业的发展对于增强国防实力、发展经济和提高人们生活水平和生活质量有着密切的联系。只有拥有高端的技术工艺，在国际中拥有重要的话语权才是综合国力增强的主要表现。集成电路的发展仍向着高频、高速、高度集成、低耗能、尺寸小、寿命长等方向展开。在21世纪，集成电路产业的发展仍是我国科技发展的重中之重也是信息技术发展的必然结果。在面临大的机遇和严峻挑战的同时，中国集成电路设计产业的发展必须保持稳中求进，积极研发高端技术上来。发展自身的长处，积极弥补自身的短板达到平衡发展。
参考文献：
[1]于宗光，黄伟.中国集成电路设计产业的发展趋势[J].2014.
【关键词】LED恒流驱动 高压
LED光源的稳定性、低耗能、耐用性等特点比起传统电源来讲优势明显，使得高压LED恒流电路的研究更加具有非凡的价值。对驱动电路的研发过程中，驱动芯片的开发、设计显得尤为关键。驱动IC在研发设计中，必须考虑到电压的不稳定性给电路工作带来的挑战。从另一个方面来讲，驱动IC在高压LED电路施工过程中决定着是否能研发成功。在LED工作过程中，驱动电路设计的架构都会影响电路工作的过程，对其电路的研发设计都具有很广泛的市场前景。
1 高压LED恒流驱动芯片发展现状
高压LED恒流驱动IC在整个电路的施工设计过程中的关键性都使得国内厂商在此领域热情高涨。生产厂家为了自身的LED光源质量的提高，对驱动芯片的研发都投入了巨大的资金。跟国外产品比起来，从产品的特性、造型等方面依然有一定的差距。这也是受制于LED驱动芯片研发周期长的性质所决定的。随着国内厂家研发过程的持续，这些产品陆续投入到实际生产中，高质量的LED高压电路驱动芯片会不断研发出来。
高压LED电路在工作的过程中，其成本及能耗很大程度上取决于其驱动IC的质量及特性。驱动IC的研发对降低LED光源的成本有着非常现实的意义。驱动IC在工作过程中主要承受40V电压，这就必须将平常电压220V转换成驱动IC 能承受及工作的电压，这就无形中提高了驱动IC的使用成本。在这一研发过程中，驱动芯片当中的电压转换器及稳定器的研发设计都是关键中的关键。驱动芯片在工作过程中，其耐压性如何都决定了LED光源的质量，也从一定程度上决定了驱动电路的成功与否。
国外许多值得借鉴的经验教训非常值得我们学习，这对驱动芯片的研发设计是非常重要的一环。随着LED 光源应用越来越广泛，LED电路驱动IC的研发还将进一步深入，这对建设节约型能源的社会需求是一致的。
2 高压LED恒流驱动电路的设计方案
高压LED恒流电路设计的过程中，对工作电压的要求相对较高。一般来讲，需要将控制电压稳定在3.6V，这样才能稳定的控制高压LED电路的正常运转。在这一过程中，常用的电池供电都达不到持久的将电压稳定在这一范围，这就对恒压电路的研发设计提出了挑战。LED光源的稳定性取决于电路设计的质量高低，在此，稳定的控制电压决定了电路工作的稳定性。对于LED光源来讲，驱动电路设计方案必须符合LED光源的大致需求，并且要对其稳定性、耐压性进行严格的检测，经过长时间的工作数据及大量案例分析，设计出理想的工作电路。
对于LED光源的控制来讲，电路设计方案的产生都会面临极大的挑战，电路设计是采用串联还是并联都或多或少的对电路的工作的稳定性有影响。LED光源的型号、规模的多样性，使得驱动电路设计方案的不同。在实际设计过程中，还要对多种方案进行必要的工作测试，这样才能应用到实际的LED光源当中。
LED驱动电路结构通常为三类，下面对这几种结构进行简单说明。
2.1 线性结构
线性结构（LDO结构）的基本构件包括：调整管、稳压电源、比例电阻、误差测算器。这种结构往往涉及简单、易操作。并且这种结构构件成本较低，非常受市场的欢迎。但是这样的结构也有明显的缺陷。线性结构由于电路设计的特殊性只能对增压有着明显的效果，反之对降低电压明显不足。在输出电压的过程中，当电压升高时，调整管中电压电流会明显减小，从而降低电压输出，这就在一定程度上达到了稳压的目的。
2.2 电容式开关结构
电容式开关结构是以元器件电容为结构基础的一种电路结构，这也决定了该结构具有体积小、高效能的特点。在电路的实际工作过程中，该结构能适应多种LED电路的结构布置。这提高了LED光源的应用市场，使得LED光源的低耗能特性得到应用推广。输入电压往往对于电路来讲具有明显的不确定性，也就是说电压的不稳定性对于电容式开关结构来讲是种考验，如何在电路导通的时候，对电压的稳定性起到关键性的支持作用，决定了该设计结构的成功与否。
2.3 电感式开关结构
这一部分可通过3种结构来实现，分别为升压、降压和反转型的，不管是哪种类型的，均是为了保证电流的灵活控制和电路输出端的及时保护。尤其对于反转型的电感式开关结构来说，需要加入一定的反馈作用机制，促成电路反馈环形结构的实现，在电压调整过程发挥稳定作用。
3 高压LED恒流驱动电路的验证分析
通过笔者对上文中LED恒流驱动电路的设计方案进一步分析，并对电路中所用的芯片HV9911进行研究可知，整体的横流电路可以分为以下几个部分，比如线性稳压器、上电复位、DC一DC电路、过爪保护等具体作用模块。为了保证横流电路设计的科学有效，还进行了一定的验证分析。
可以说这整个电路部分的作用机理中最为重要的就是内部的线性稳压器模块，这一部分通过对系统外部的高电压进行一定的恒压处理，使之能够稳定在8.IV左右，当然这样一个数值仍然与我们所用芯片的具体性能参数存在着些许出入，不过已经可以稳定地为芯片提供电量需要，当然为了进一步实现其横流高压功能，还设计了斜坡补偿电路，这部分在进行功能验证时发挥重要作用。另外的电压是基准电压模块所产生的，能够分去1.27V的压力；而功耗最小的就是上电复位电路，在整个电路没有耗电之前，这部分电路也处于完全无压力状态，不需要开启。
进一步的仿真结果也充分说明了本电路可以实现对系统的恒流驱动以及各种调光、保护功能，当然还能显示出一定的电流控制效果。除了实现芯片对电压的需求外，电路整体性能也达到了预设方案的效果，证明本研究的可行性和科学性。
参考文献
[1]周志敏，周纪海，纪爱华等.LED驱动电路设计与应用[M].北京：人民邮电出版社，2006.
[2]朱正涌著.半导体集成电路[M].北京：清华大学出版社，2001.
[3]攀磊，戴宇杰，张子兴等一种用于斜坡补偿的振荡器设计[J].微电子器件与术.2009，46（5）.
【关键词】新专业 市场 可行性 分析 需求
【中图分类号】U472 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）04-0117-01
一、开设新专业的指导思想
在职业院校开设新的专业，应以市场为导向，以社会需求为准则，充分发挥地方资源优势和人才培养优势。积极地探寻市场、发现市场，把供需链条紧紧连在一起。在北京市同层次院校的专业中，做到人无我有，人有我强，人强我特，形成品牌，形成特色。专业设置逐步从“条件驱动”型向“发展需求驱动”型转变，即根据社会经济发展需求确定专业设置。从强调我能做什么，能培养什么样的人才，转变为强调需要我做什么，需要培养什么样的人才。本着以上指导思想，现提出开设微电子技术与器件专业的一些方案设想。
二、市场需求分析
微电子技术与器件专业，其就业导向涵盖了集成电路和半导体材料产业。根据首都“十一五”电子信息产业发展规划，集成电路、TFT?鄄LCD、计算机及网络设备、移动通信产业、数字电视产业、半导体照明材料产业和智能交通及汽车电子产业等7个产业是信息产业下一步发展的重点领域。其中集成电路排在了第一位，半导体照明材料排在了第六位。早在2000年，北京市委、市政府就首次向全球宣布：北京将建设中国北方微电子产业基地。从那时到现在，北京集成电路产业走过了蓬勃兴起的10年，初步建立起了集成电路设计、制造、封装测试以及装备材料互动协调发展的良好格局，确立了北京在全国集成电路产业中的重要地位。
以2010年为例，该年北京集成电路产业全产业链实现销售收入245亿元，比2009年增长了31%，产业规模是2000年的20倍左右，占全国的17%。在北京市，电子信息产业产品销售收入排名位居全市工业第一，占全市工业23%，而集成电路产业全产业链的销售就占了近四分之一。
目前，北京有各类集成电路设计企业约80多家，年总销售收入约90亿元，占全国的1/4。集成电路制造企业3-4（大型）家，实现总销售收入约60亿元，约占全国14%。集成电路封装测试企业2-3家（大型），实现总销售收入约90亿元，约占全国15%。集成电路装备制造企业3-4家（大型），实现销售20多亿元，多项装备在全国处于领先地位。另外，还建有生产集成电路关键原料的硅材料科研、生产基地。
当前，北京集成电路产业正迎来跨越式发展的新机遇。国务院2011年4号文为集成电路产业的发展提供优越的外部环境。相信要不了多久北京就会建成具有全球影响力的集成电路产业基地。
政府的大力支持，坚实的产业基础，广阔的发展前景，优惠的国家政策，可以说集成电路产业在北京具有得天独厚的条件。产业的发展必然伴随着人才的巨大需求，虽然集成电路产业是知识和资金密集型产业，但它同样需要大量应用型技术人才。比如集成电路设计，需要大量的程序录入和辅助支持技术人员；集成电路制造，需要大量的高科技设备仪器操作员、工艺技术员、质量检验员和设备维护技术人员；集成电路封装测试，同样需要大量的高科技设备仪器操作员、工艺技术员、质量检验员和设备维护技术人员。另外，半导体硅材料及单晶硅片的生产等，都需要大量的应用型技术人才。
三、可行性分析
在我院设置微电子技术与器件专业具有非常好的条件并且可行，其理由主要有以下几个方面：
1.我院在中专学校升高职院校之前，南校区就有这个专业。因此，在师资力量、教学资源、实训资源、招生分配等方面都有一定的基础和经验，设置微电子技术与器件专业可以说是驾轻就熟。
2.该专业的设置符合国家产业政策，契合北京“十一五”电子信息产业发展规划，因此，获得上级单位批准的几率大。
3.在北京“十一五”电子信息产业发展规划中，7个重点发展领域，集成电路产业排第一，半导体照明材料产业排第六，因此，设置该专业可获得国家和北京市资金的大力支持。
4.分配就业前景良好，正如市场需求分析中所提到的，集成电路产业在整个电子信息产业已经占到了四分之一左右，而且，今后将跨越式发展，必然需要大量的应用型技术人才，因此，该专业毕业学生的就业前景良好。
四、困难及解决途径
在我院设置微电子技术与器件专业也会遇到一些困难，仔细分析有以下几个方面：
1.生源问题。微电子技术与器件这一名称，属于比较新的科技名词，一般人在日常生活中很少接触，理解起来有一定困难，不知道这一专业到底学什么，毕业后干什么。因此，会出现专业招生困难，或招不到相对高素质的学生。
解决办法：一是改专业名称，起一个即通俗易懂，又能代表专业含义的名称，这有一定困难。二是加强宣传，在招生时，宣传材料、现场解说、视频资料等全方位进行，使考生了解北京市的产业政策和就业前景，提高对该专业的认知度。
2.实训问题。微电子技术与器件专业的实训环节比较困难，我们知道现在强调实训模拟真实场景，而集成电路产业链的工序非常多，每一道工序的设备仪器都非常昂贵，动则几百万，建立校内实训基地，场地和资金都是问题。
解决办法：一是计算机模拟，现在多媒体教学设备完善，各种模拟软件很多，通过购买和教师制作等方式来模拟实际工艺，替代昂贵的真实设备仪表。二是下厂实训，校企合作办学是学院发展的方向，我院有良好的基础和得天独厚的条件，北京分布着众多的集成电路设计、生产、测试企业可供我们选择实习参观，而且，我院已经和许多这方面的企业签有校外实训基地协议，如中国电子集团微电子所，北京飞宇微电子科技有限公司，中国科学院微电子所，燕东微电子有限公司等。我院应充分利用这一优势，解决微电子技术与器件专业的实训问题。
参考文献:
[1]尹建华，李志伟 半导体硅材料基础，北京.化学工业出版社，2012
关键词：OTA；滤波器；通用性
中图分类号：TN713 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 12-0000-01
一、前言
自从美国学者Khanrrambadi和Gray首次提出了采用CMOS工艺搭建的OTA-C滤波器。从此，OTA-C滤波器成为滤波器领域内的一个重要分支，可应用于有源RC滤波器、整流器、振荡器的设计。由于OTA存在通用性强，易与集成化，且增益和带宽相互独立。最近，OTA获得了相当大的关注，使OTA成为现在一种流行的电子电路设计的设备，OTA-C更是被用于各种电路设计与运算放大器来实现各种信号处理电路。
OTA作为有源器件，跨导易受温度影响。在国内，有学者在研究一种可用于热释电红外探测技术中，提出了利用OTA的差分放大特性补偿OTA全波整流电路，用于扩大了输入信号范围，同时通过调节偏置电流来实现整流后信号的放大，也有学者提出，将OTA的输出级接上滑动电阻器，来减小温度对OTA的跨导影响。
二＼OTA设计滤波器的优缺点
OTA其搭建的滤波器电路简单，高频特性好，通用性较强，可用于直接处理信号不用进行A/D，D/A变换。且OTA具有容易集成化，而且能获得较大的输入信号范围的特点。OTA为许多电路设计提供了众多可供选择的有源器件功能块，这不论在理论还是时间上都是了不起的贡献。
但MOS管存在着非线性关系，国内外商用OTA重要缺点就是其线性差、输入范围窄[1]。以二十世纪70年代由美国的RCA公司采用双极型工艺制成的CA3060及CA3080系列为例，要使线性范围误差小于1%其输入电压的峰峰值大约为30mV。为此限制了OTA的广泛使用。所以，扩大OTA线性输入范围非常重要，因为以差动放大器为输入级且工作在开环状态下的电路，如变跨导模拟乘法器等都需要扩大其线性输入范围。搭建电路时，要考虑复杂的内部电路和更多额外的所必需的被动元件及接地电容和电阻是否为更好的比值，还要考虑制造工艺的简易及改进后的集成电路寄生效应。
三、OTA加减法电路仿真
用Multisim对两个OTA搭建的加减法电路的特性进行了仿真。如图1.输入为5V，-3V，5V时输出为14.943.显然14.943V=5V-（-3）V+5V，符合： ，同样，如图2，输入为5V，-5V，5V时输出为12.954.显然，误差允许范围内，12.954=5V-（-5）V+5V，符合： 。其中V1，V2，V3为OTA的三个输入，Vo为整个电路的输出。
四、应用前景
本文研究具有不可或缺的现实意义，OTA搭建滤波器可广泛应用于电子学和数字信号领域，或者大气科学，医学等领域。可用于心电监测电路中抑制低频干扰，将经过调理电路和前置放大后的信号利用带通滤波器滤除高频和低频基线干扰，然后信号经后级放大电路再次放大，最后采用陷波器进一步滤除50HZ的工频干扰，从而保证心电监护仪能稳定可靠工作[2]。
参考文献：
【关键词】MULTISIM；仿真；模拟电子；数字电子；电力电子
1.引言
目前电子教学在大学专业教育中存在很多困境，存在教学模糊浅显、虚拟性强、系统全面化实验力度不够、学生听天书等问题，学生在学习中无法对其建立很好的感性认识，对原理理解不清，因此学习电子类课程的积极性也就不高。
MULTISIM软件易学易用，非常适合在电子类课程教学中开展综合性的设计与仿真实验，能够将课堂上抽象难懂的学习内容形象地表现在图形化界面窗口中，能够帮助学生建立很好的电子模型，有利于调动学生学习积极性和培养综合分析实验能力。
近年来，虚拟电子仿真软件在我国电子类课程教学中的应用也得到了广泛的重视，许多高等院校相继建立了自己的仿真教学实验室。电子类课程教学的一线教师也不断接触应用仿真软件并将其引入传统理论教学中进行教学辅助，各种相关教材开始大量涌现；国家教改最新目标中也明确提出要将信息化与课程进行整合，Multisim仿真软件将在电子类教学中的应用越来越普遍。
2.MULTISIM软件在模拟电子技术中的应用研究
下面以单级放大电路的实验仿真为例，来说明MULTISIM软件在模拟电子电路运用中的优越性。
2.1 根据实验要求和原理绘制仿真实验电路图，直接双击示波器就可以形象地显示电路图中任意两点的电压电流波形图，如图1所示。
由波形图可以形象直观地比较输出电压与输入电压的关系，图1可以清楚看到输出电压与输入电压相位相差180。
2.2 通过调节电路图中滑动变阻器RP，可以很方便地观察各节点电压的变化情况，如RP增大时，VB减小，VC增大，VE减小。
由以上仿真分析结果知，MULTISIM软件在模拟电路设计与仿真中大大简化了传统电子电路实验的繁琐步骤，而且可以方便添加删除元件，同时能实时仿真出实验电路的各处电压电流波形图，形象直观。
3.MULTISIM软件在数字电子技术中的应用研究
下面主要以数电中的组合逻辑电路的分析与设计为例，来说明此软件在数字电路设计中的优越性。
3.1 根据实验要求，调用所需要原件，按照实验原理连接好电路图，只需要双击逻辑转换仪即可直接查看真值表和逻辑表达式。图2为由逻辑转换仪产生的真值表和逻辑表达式。
3.2 同时还可以运用逻辑转化仪的按钮，根据真值表设计出符合条件的实验电路图。
由以上分析可知，在数字电路教学实验中，可以通过MULTISIM软件绘制实验电路连接图，根据逻辑转换仪可以直接得到真值表和逻辑表达式，而且可以通过改变各输入量的逻辑值来观察其对输出量的影响，方便快捷，直观形象。
4.MULTISIM软件在电力电子技术中的应用研究
下面主要以Buck-Boost电路仿真实验为例，从多个方面对其进行仿真分析，以此说明其在电力电子仿真实验方面的巨大优越性。
4.1 Buck-Boost仿真模型的建立及分析
为了使输出电压更稳定，可以方便地在电路中采用反馈环节，从输出端采样得到的电压与运放的负端的标准电压进行比较后，输出控制信号对Buck-Boost模块进行调节，从而自动维持输出电压稳定。
4.2 观察输出纹波电压随输入电压和负载的变化情况
随着输入直流电压（30v-300v）的升高以及负载电阻（50?-500?）的升高，输出电压在12V附近有小幅度的上升，同时输入电压的增大，输出纹波减小，实验结果和理论完全一致，仿真结果如图3和图4所示。
4.3 还可以观察外界因素如温度对输出电压的影响
在Sweep Parameter选项下选择温度扫描（Temperature），可以通过查看直流输出电压仿真波形图直观形象判断电路是否正常工作，从而对外界因素的影响可以迅速直观地作出判断。
由以上仿真结果知，MULTISIM以其强大的电路分析和仿真能力，即使在复杂的电力电子领域也能非常直观简便地仿真分析出实验所要求的各种变量的变化波形图，具有很大的优越性。
5.结论
本课题的上述各类仿真实验结果表明，MULTISIM软件在模拟电子、数字电子及电力电子领域的应用具有实验操作简单方便、仿真结果直观形象、模拟电子元件数量巨大以及强大的数据图像处理能力，用户无需编程和复杂的数学推导就可通过仿真直观地看到实验结果，而且在原有电路图的基础上易于修改和做进一步扩展等，比起传统的电子实验方法更加灵活、直观形象，对于本科生学习电子类课程起到很大的辅助和指导作用，在电力类教学中将具有良好的应用前景。
参考文献
[1]卢艳红.基于Multisim10的电子电路设计、仿真与应用[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[2]袁丽萍.Multisim在电子线路实验教学中的应用[J].现代电子技术，2009.
[3]张天瑜.基于Multisim的模拟电路课程改革研究[J]，湖北广播电视大学学报，2010.
[4]帅晓勇.基于电子线路虚拟实验教学环境促进学习迁移的策略研究[D].上海：华东师范大学，2008.
作者简介：
李志伟（1993—），男，安徽阜阳人，大学本科，现就读于武汉大学电气工程学院电气工程与自动化专业。
魏聪（1992—），女，湖北孝感人，大学本科，现就读于武汉大学电气工程学院电气工程与自动化专业。
【关键词】LED照明驱动；智能调光；电路
LED照明使用安全可靠，环保无污染，且维护相当方便，业界专家认为此项技术将成为未来照明的主流。LED属于非线性器件，导通过后只需稍微改变一下电压就能增加很多电流，所以微小的电压反应也会极大的影响LED工作情况，如电流过大极易发热损坏。LED驱动的最佳方式是采用恒流源驱动，这样电流不会受到LED参数离散性、环境温度、电压的影响，确保电流一直处于恒定状态，可以将LED的优良特性一一表现出来。驱动电路具备较高的功率、效率因数，将较小的谐波电流注入电网，可以有效减轻电网供电质量产生的影响，而且体积小、成本低、重量轻。LED照明中不可或缺的一部分就是智能化调光部分，它是LED照明驱动器发展的趋势。
一、LED灯结构特点
LED灯主要由配光系统、散热系统、驱动电源和机械、防护结构几部分组成[1]。配光系统包括发光源（LED灯板）、均光罩（灯壳）；散热系统包括内外散热器、导热板等；驱动电源输入的是市电交流电，包括线性恒流源和高频恒流源；机械、防护结构包括散热器、绝缘套、均光罩等。LED灯壳分为多头组合式、分裂式和整体式等多种形式。
二、LED照明的驱动要求、特性和调光方式
理论上LED的照明光效为300lm/W，不过目前市场化水平仅达到了120lm/W，其导通电压大约为3.0-4.3V，以PN结为核心，当LED上加载的电压比导通电压小时，LED上基本上不会有电流通过，导通LED之后，依据正向电压指数变化规律，正向电流会产生相应的改变，即便是很小的电压也会引发极大电流变化。如导通区电压由80%的额定值变为100%，电流怎会发生相应的变化，从0%的额定值变为100%【2】。LED的相对光通量与正向电流IF之间的关系如图1所示。如图两者之间是正比关系，对LED正向电流实施控制就能够调整发光亮度。当LED以恒压源进行驱动时，小电压也能引发大电流变化，所以仅适用小功率范围，而大功率、高要求状况下均采用恒流驱动。LED的发光亮度会伴随工作时间的长短而改变，工作时间长，亮度减弱，电流增加，光效减少，因此亮度和驱动电流为饱和关系。当电流达到70%-80%之后，会转化成热能，这是最适宜的驱动电流[3]。恒压驱动及PWM调光时电流最大≤3倍最小电流，超过这个范围会降低LED使用寿命。目前市场上LED单个功率多为
三、LED照明的驱动电路设计
LED属于非线性器件，导通之后电压细微变化就会增加较大的电流，影响LED器件工作质量，甚至引发发热损坏，采用恒流源驱动是最佳驱动方式[6]。SMD802属于PWM控制器，能够组成固定开关频率的恒流LED驱动电路。IC可直接450V直流电压，电路简单，极少的元器件，生产成本较低，可实现>90%的转换率；能满足不同负载要求，对于多个串联大功率IED同样适用；用户可设定开关频率，范围25kHz-300kHz；适用模拟调光和PWM调光，内部设有过载保护、欠压锁存保护，确保工作温度可是控制在40℃-80℃。
1.工作原理
图2表示SMD802内部结构、元器件电路。电压输入之后可直接到达VIN端，主要的内部结构组成部分有：7.5V线性稳压器、振荡器、电压比较器（2个）、250mV基准电压、RS触发器、消隐电路等组成；主要的外界元器件为：ROSC（确定振荡器频率）、采样电阻RCS、续流二极管D1、开关管Q1、电感L1、稳压器外接电容CDD等。如VDD电压>VLO，输出为高电平，通过对外部功率峰值电流进行限制实施工作。因外部电流采样电阻串联功率MOSFET源极，所以电压消除电路会将信息反馈至CS脚，一旦CS脚电压比设定的阈值电压大，会自动结束GATE驱动信号，断开功率管。通常内部设定峰值电流阈值电压为250mV，软启动将电容（1个）连接在LD脚上，电压会依据设定的期望速率上升，保证输出电流逐渐上升。
四、LED照明的智能调光应用方式
大功率LED照明适宜采用电流If幅值不变（LED工作电流），仅仅改变If，对电流脉冲单位时间内宽度进行调整实现智能调光，不用改变光谱，不会产生白光偏色。一般采用以下方式[7]：
1.频率调制方式
保持矩形脉冲电流宽度不变，仅仅将单位时间内LED上的矩形脉冲电流个数改变，促使平均电流发生较大范围变化，实现大范围的LED亮度调节。
2.脉宽调制方式
这是一种常见的LED亮度调节方式，把LED上的矩形脉冲电流宽度改变，促使平均电流发生较大范围变化，实现大范围的LED亮度调节。
3.位角调制方式
利用一串二进制序列脉冲，依照位值比例对每一位序列脉冲宽度进行延展，将单位时间内在LED上所占的位值延伸宽度进行改变，促使平均电流发生较大范围变化，实现大范围的LED亮度调节。
图4表示的是应用PWM信号进行LED亮度控制的电路。IC的EN端子可以实现开关变换器开/关运行，在此基础上施加PWM信号，能实现LED以某种速率进行开/关，获得调节LED亮度功能。利用A/D转换器可以将Tr1的输出信号转化成数字信号，计算出LED平均电流ILED（avg）。计算公式为：
五、总结
大功率LED照明驱动及智能调光电路的设计需要注意以下问题：（1）电源的可靠性应高，需具备高功率因数，采用较高电源效率，可减小耗损功率，降低灯具温升；（2）设置浪涌保护电路，由于LED抗浪涌能力较弱，电路设计时应格外注意；（3）电源应具备防水、防潮、符合电磁兼容要求、外壳耐高低温能力强、使用寿命适配LED使用寿命等。希望通过本次研究，实现LED照明的广泛应用，LED产业健康发展奠定基础。
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1．1工作原理
本研究以病原菌为检测对象，通过蛋白A将病原菌抗体固定于金叉指阵列微电极表面，制备了一种阻抗型传感器。以Fe(CN)3－/4－6作为氧化还原对，经过化学电阻抗谱表征电极表面修饰及抗原捕获过程，采用等效电路阐述其阻抗谱的变化。实验结果表明，待测溶液中病原菌浓度的对数值与叉指阵列微电极的电子传递阻抗的变化值呈线性关系。传感器系统将上面的输出信号进行电压放大、A/D转换等处理，然后由已知的定量检测模型得出表征被测物含量的数值，并通过LCD装置进行显示，且可在超过安全值时进行报警。
1．2基本结构
实现定量检测和自动报警等功能，单片机是核心部件。本设计选用STC89C52单片机，它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，可满足系统工作的要求。该系统以STC89C52单片机为核心，包括阻抗测试模块、阻抗电压转换模块、电压放大电路模块、A/D转换模块和显示及报警模块。此系统采用模块化设计不仅便于扩充不同测量单元，而且可防止各模块间相互干扰，利于仪器稳定。
2硬件选型及电路设计
2．1集成放大器选择
A/D转换电路所需的电压幅值一般为2V，而叉指微电极输出的电压信号比较小，所以需要对叉指微电极输出的电压信号进行放大。主放大电路采用放大器ICL7650，其电路具有电源电压范围宽、静态功耗小、可单电源使用及价格低廉等优点，广泛应用在各种电路中。
2．2A/D转换模块设计
经放大电路输出的电压值是模拟信号，不能直接送入单片机进行处理，还必须进行A/D转换后送入单片机进行处理。本设计选择ADC0809芯片作为AD转换装置，此芯片功能简单，能稳定实现本设计的要求。
2．3显示及报警模块设计
2．3．1显示电路设计
传感器需要输出液晶显示结果，主要包括检测物名及物质浓度等。本系统选用LCD1602液晶显示屏，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，能够同时显示16×2(16列2行，即32个)字符，可满足显示检测物名称和浓度的要求。
2．3．2报警电路设计
为了实现超限自动报警的功能，需要蜂鸣器接受单片机发出的超限报警信号发出警报，警示微生物的数量已经超标。要实现自动报警的功能，可采用实现单频音报警。其接口电路较简单，发音元件为压电蜂鸣器，当在蜂鸣器两引脚上加3～15V直流工作电压时，可产生3kHz左右的蜂鸣振荡音响。压电式蜂鸣器结构简单、耗电少，更适于在单片机系统中应用。压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流，可在单片机一端口接一只三极管和电阻组成的驱动电路来驱动。浓度超标时，单片机P3．6输出高电平，驱动蜂鸣器报警，提醒检测者被测物超标，并做相应处理。
3软件设计
为了便于程序修改和升级，软件系统采用模块化设计方法，主要程序包括:主程序、键盘处理子程序、数据处理子程序、液晶显示子程序及报警子程序。系统工作流程为:检测人员通过键盘输入被测物种类，MCU通过判断处理之后，阻抗测试仪测量获得多个阻抗值，经阻抗电压转换电路和放大电路，A/D转换器处理，将得到的数字信号送入MCU;MCU对数字进行计算、比较等处理，得到被测物浓度，判断出浓度是否超限;接着，MCU将浓度送入LCD进行显示，判断比较结果是否需要进行报警，需要时则控制报警器报警。
4结论
【关键词】IC产业集群升级地方政府作用政策建议
【中图分类号】F291.1 【文献标识码】A 【文章编号】1004-6623（2012）05-0089-04
一、上海IC集群总体概况
上海IC集群，是以IC制造为重点，包括IC设计、封装、测试、原材料、光掩膜，以及模具、设备生产和维护、人才培训等相关配套服务的较为完整的IC地方产业网络。上海IC集群的空间范围，是以张江高科技园区为核心、延伸到金桥出口加工区和外高桥保税区的浦东微电子产业带（核心区），和漕河泾、松江、青浦为扩展区的IC产业集聚区。其中芯片制造业代表企业有中芯国际集成电路制造有限公司、上海宏力半导体制造有限公司和上海华虹NEC电子有限公司；芯片设计企业代表有展讯通讯（上海）有限公司、AMD；封装测试企业代表有安靠和日月光等；设备材料业企业代表有中微半导体设备（深厚）有限公司和盛美半导体设备有限公司。
上海IC集群，在全国占有非常重要的地位。多年销售收入在全国集成电路产业中占据1/3以上的份额（表1）。从产业链各环节看，芯片制造业、设计、封装测试等产业都占有114以上的比重。
公共服务平台建设一直是上海营造产业环境，提高产业高端技术的研发实力、加快高新技术产业化步伐的重要抓手。国家在上海建立了第一个国家级集成电路产业基地、第一家集成电路设计专业孵化器，目前集成电路产业的公共服务平台主要有上海集成电路研发中心、上海集成电路技术与产业促进中心、上海硅知识产权交易中心和上海集成电路测试技术平台。上海集成电路研发中心拥有开放的集成电路工艺技术研发和中试平台。主要业务包括为行业提供技术来源和知识产权保护、工艺研发和验证服务，面向设计企业开发特色工艺模块和人才实训等。上海集成电路测试技术平台则以政府补贴、有偿共享的方式，为集成电路开发和生产企业提供专业测试技术服务。
二、上海IC集群升级面临的主要问题
1.产业规模偏小，盈利能力弱
上海集成电路产业的整体发展还处于初始阶段，突出表现为产业规模小，单体规模小，盈利能力弱。在产业构成上，2009年上海IC设计业销售收入为36.5亿元、制造业为146.7亿元、封测业为183.7亿元，仅为台湾新竹IC的1/25、1/11和1/4。同国际先进集成电路企业比较，上海集成电路企业在规模和盈利能力上均有很大的差距。中芯国际为上海最大的集成电路制造企业，与全球第一的代工厂的台积电相比，销售收入仅为台积电的15%，盈利能力更是相差甚远。中芯国际与新加坡特许半导体销售收入分列全球第三、四位，但前者毛利率仅为后者的1/3。展讯作为上海最大的设计公司，在销售收入、研发投入和盈利能力等方面，与国际著名设计公司都存在较大差距。
2.在全球价值链中处于低端环节
上海IC地方产业网络，是以代工制造环节嵌入生产者驱动的价值链当中，主要从事一般元器件的生产以及整机的加工和组装。设计公司弱小，制造封装测试环节规模最大，近年IC产业3/4以上销售收入来源于制造和封装测试等低价值链环节。由于IC产业是知识技术、资本密集型产业，全球IC产业价值链由研发设计力量强大、制程技术先进，并掌握系统集成核心技术的美、欧、日的IDM（整合元器件制造）公司控制。他们通过制定规制、标准和监督规则、标准的实施，来整合价值链的价值创造活动，最终获取了价值创造的绝大部分。
3.周边地区形成了对上海IC集群的强劲竞争和挑战
除集成电路设计业落后、中高级技术人员不足的制约因素外，商务成本提高也使得上海IC集群面临挑战。虽然集成电路业特别强调企业网络的完善性，但是商务成本（包括土地成本、劳动力成本等）等因素也会显著影响产业链上某些环节的分布。土地作为一种不可再生资源，近年来随着上海经济的发展而价格飞涨，上海的劳动力成本与周边的苏州、无锡相比也逐渐丧失优势。集成电路企业选址时不得不权衡上海的集聚效应带来的成本降低、较高的要素成本与预期利润。一些集成电路制造厂投资项目最终主要因为上海的商务成本过高而选择了上海周边地区，2008及2009年江苏省的销售收入已超过上海市，成为国内集成电路第一大省。近两三年随着武汉新芯12英寸生产线、成都成芯和重庆渝德8英寸生产线建成投产、英特尔成都封装测试工厂投产以及西安应用材料公司技术中心的建设，中西部地区IC产业发展的势头不可小觑。
4.国际硅周期和金融危机对上海IC集群的冲击
2000年以来，随着全球化的推进、跨国公司的产业转移，上海IC集群经历了快速发展阶段后，遭遇了前所未有的国际集成电路行业和金融危机的巨大冲击。从销售收入来看，2001年到2004年翻了一番，2003至2006年年均增长率达到50%。到2007年步入硅周期，全球集成电路产业不景气，上海集成电路产业仅实现销售收入389.5亿元，同比增长2.5%.增速明显放缓。受到国际半导体市场的影响，2008—2009年上海IC产业呈现负增长，2009年销售收入降为402亿元，增长率为一12%，比同期全国IC产业销售收入跌幅还多1个百分点，这说明，上海IC产业遭遇了较全国更大的冲击。
三、推进上海IC集群升级的政策建议
1.科学制定上海IC集群规划，实施价值模块协同网战略
一是要找准上海IC集群在全球和全国价值链中的位置。随着国家实施“国家科技重大专项”和本市加紧实施推进“高新技术产业化”等项目，抓住整机业与集成电路设计业的联动环节，形成从集成电路设计、制造、封装测试到产业化应用的大产业链，确立产业升级路线图，确立上海IC在全国IC设计业及其产业化的领先地位，并推动上海IC集群在全球价值链中的位置不断攀升。
二是调整和优化区域产业布局及定位。科学分析浦东、松江、紫竹园区的产业链优势环节，每个园区确立1～2个优势环节，其余非优势环节给予鼓励政策转移到相应园区，避免过度竞争，资源浪费。张江重点发展集成电路设计和微电子装备；外高桥发展集成电路封装测试；金桥建设国家级通信产业基地，重点集聚和发展移动通讯设备和光机电一体化；康桥发展以华硕公司为标杆企业的手机、个人电脑等消费类终端产品。
三是实施价值模块协同网络（VMCN）战略。模块协同网络是通过加强集群内相关企业间的水平联系，通过协作、创新、竞争全面满足市场的差异化需求，将模块供应商、业务流程与系统管理等结合在一起，形成强大、集成、灵敏的全球化模块化产业集群。上海IC集群可以发挥地方政府的优势，将集群内的大量同类型本地企业，协同组织，建立复杂的水平联系网络，协同集群内中介服务机构、大学和科研机构等区域本地行为主体，组成灵活敏捷、协同互补的动态经济体系，有效实现价值创造过程的网络化整合，并通过企业和不同知识背景、知识结构的不同行为主体的知识交流与碰撞，激发集群创新发生。在有效利用全球网络的同时，积极实施本土化战略，增加网络的密度，拓宽相互学习的界面。
2.加快IC产业整合转型，提升创新能力
对上海IC产业来说，加快整合转型，促进产业集聚和企业做大做强，同样是IC集群升级的紧迫需要。应抓住国家鼓励产业整合重组的机遇，采取强有力的扶持措施，通过政策、资金和市场引导等途径，对产品技术水平高和市场前景好的企业，加快整合IC芯片制造、设计企业，建立自主可控的集成电路产业体系，尽快形成几个上规模的企业，为培育世界级集成电路企业作准备。以IC产业航母，撬动龙头企业的跨国混合网络，加速集群国际知识的获取、吸收、创造性运用，从而为本地IC集群的跨越式升级创造条件。要从自身实际出发，加快技术和产品创新速度。要以《国家中长期科学和技术发展规划纲要》确定的16个国家重大专项重点提升集成电路企业研发创新能力、突破核心技术的机遇，引导本地企业根据国内市场的实际需求加大新产品的开发力度，快速占领新兴市场，增加企业竞争力。
3.争取国家和地方的政策支持，实施积极的人才战略
一是落实2008年财税1号文有关优惠政策，国家规划布局内软件企业涵盖重点集成电路设计企业，将集成电路设计企业认定为“生产型企业”，享受出口退税政策，使其在国内完成设计后顺利投入生产出口到国内外市场，并将集成电路产业优惠政策覆盖半导体产业链诸环节。二是对公司的跨国研发给予财政政策支持，取消“出口”和“进口”的双向税赋成本，规定企业在国外的研发专利可以作为国内企业申报高新技术企业的依据，可以享受相关税收减免的优惠政策。三是鼓励地方企业利用中国本土大学、科研院所等与国外相应机构的“非赢利合作”关系，建立国外有关法律、科技制度的“专家咨询库”，通过“迂回”战略间接嵌入到西方知识网络，从而脱离于跨国公司独立发展奠定基础。
IC产业是知识密集型产业，专业化、高端人才对于IC集群的升级至关重要。可以借鉴国外的发展经验，制定高工资、低（零）个人所得税、股权奖励等优惠的人才吸引政策，吸引海外集成电路设计、制造、管理专家前来工作。可以通过提高员工待遇。加强产业间的网络联动来进一步强化企业网络优势。同时重视技术人才的培养，为基层作业员、技工、工程师提供较好的专业素质培训。这样的措施对设计企业和制造企业都是至关重要的。当然，要从根本上解决上海IC人才问题，地方政府必须制定积极人才政策，将人才待遇与户籍制度、住房、社会保障、配偶工作、子女教育与就业统筹考虑，使人才引得来、留得住。
4.充分发挥协会、企业管理咨询服务平台职能
建议政府及其相关部门“抓大放小”，将具体事务性职能交由协会办理。在建立产业同盟方面，建议进一步发挥好行业协会的作用，促进和推动lC产业的协同发展。可以授权协会实施或参与产业联盟的培育、建设和运作，构建公共服务平台，通过协会的推进来形成产学研结合的运行机制，发挥协会在行业管理中的主体作用。可以参考香港政府和香港工程师协会的做法，以政府（工程类）公务员的要求对协会的会员标准进行认定。在提升企业自主创新能力方面，政府和市、区两级行业协会结合起来，具体放手让协会去做。提供孵化楼的同时，为中小企业提供更加优质的创业服务；打造风险投资机构积聚地，重点培养有自主创新的重点企业。通过行业协会，促成IC产业的产业联盟。
关键词： 无人值守； 远程开关机； 超短波电台； FSK
中图分类号： TN962?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）01?0059?03
军用机场通信导航装备种类繁多，由于受电磁环境和建台规范等因素的制约，通信导航台站点多分散，导致部队值守困难也不便于人员管理。虽然近年来部队列装的新型通导装备大多都配备了遥控终端，可在各级指挥中心对装备进行操控，但遥控终端只能控制装备的工作状态，无法实现远程开关机，各台站仍需有人值守。根据部队实际需求设计的远程开关机模块[1]，通过分析各型装备配套遥控终端的工作原理，借用原有遥控信道实现装备的远程开关机，特别是对于地处高山、海岛或各战场制高点的通信导航台站，无人值守不仅节约了大量的值班力量，还大大提升了通信导航指挥网络的实时性和灵活性[2]。本文以某型超短波电台为例介绍远程开关机模块的具体设计细节。
1 超短波电台遥控终端工作原理
超短波电台置“遥控”状态时，其遥控终端可通过控制面板和遥控线路（有线或无线，无线需配备微波无线遥控信道机）实现更改主机工作参数、工作状态等操作，当使用光纤传输时，遥控控制距离可达几千千米，其原理框图如图1所示。
遥控终端采用两个信道：音频信道传送话音；数据信道传送指令信息。两个信道都可以实现二线和四线两种接口电路的转换。某型超短波电台遥控数据传送执行CCITT（国际电报电话咨询委员会）V.23标准，即工作方式为半双工，调制方式为异步移频键控（FSK），数据传输速率为1 200 b/s，频率空号时为1 300 Hz，传号时为2 100 Hz，中心频率为1 700 Hz。
在遥控话音模式下，两个信道分别传送话音和指令。音频信道在遥控数传模式下，传送数据业务信息。遥控终端在工作时，每5 s向主机发送一次状态查询指令。
2 远程开关机模块设计
2.1 远程开关机模块原理
远程遥控开关机模块原理框图如图2所示。通过对某型超短波电台遥控终端发送FSK遥控信号进行放大、解调和载波检测，提取遥控终端发送的闲时状态查询指令，利用单片机对提取的信号进行程序控制，形成稳定的远程遥控操作指令控制开关电路实现电台的远程遥控开关机。由图2可见，该模块主要由24 V DC/DC电源、遥控信号放大器、FSK信号解调和载波检测电路、单片机控制电路和开关电路等组成。
2.2 FSK解调电路
频移键控（FSK）是用载波的频率参量来携带数字信息的调制方式，具有实现容易，抗干扰能力强的特点[3?4]。目前国内市场上单片FSKMODEM集成电路较多，综合考虑各方面因素，设计中采用了AMD公司的AM7910DI，内含接收带通滤波器，具有载波检测和自环测试功能，其数据接口与TTL电平兼容，可与大多数微处理器连接。AM7910DI主要由调制器（发送器）、解调器（接收器）以及接口控制逻辑电路组成，其内部结构方框图如图3所示。本设计中FSK信号的解调和载波检测电路由AM7910DI及其电路组成，为满足某型电台遥控信号的传输要求，模式控制选择在MC4MC3MC2 MC1MC0=10110，时钟频率为2.456 7 Hz。
2.3 单片机控制电路
单片机采用AVR系列的ATtiny13A，它是模块的控制核心，主要完成数据的读取、处理、发送及接收控制[5?6]。单片机ATtiny13A内嵌高质量的1 KB FLASH程序存储器，擦写方便，便于模块的调试、开发和更新；内嵌64 B的E2PROM，可长期保存关键数据，避免断电丢失；片内具有64 B的SRAM，完全满足远程遥控指令的数据存储要求；一个具有比较模式的8位定时器/计数器及具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器，可实现对遥控指令宽度的精确计算和判别。单片机程序的设计重点是接收程序[7?8]，其目的是对ATtiny13A进行初始化，设置接收数据的条件、波特率，通过对接收的数据按预设条件进行比较和判定来控制后续开关电路的动作。接收程序设计流程图如图4所示。
3 远程开关机模块的电路实现
设计中通过分析研究超短波电台遥控终端的工作原理，利用遥控终端工作时每5 s向主机发送一次状态查询指令的特点，通过检测是否有状态查询指令来控制开关电路动作，实现电台的远程遥控开关机。
模块关键电路[9]的实现如图5所示。由图5可见，单片机电路简单，采用单片机最小系统，复位电路由[R15]串联[C7]组成，[R15]取1 MΩ，[C7]取0.1 μF，因此[RC]取值为0.1 s，可以保证可靠的上电复位；[VCC=]5 V，二极管电压为2 V，LED串联电阻[R7=R8=（5-2）0.003=1 kΩ。]
当单片机串口接收到状态查询指令时，控制开关电路动作，实现电台主机的远程开机功能；当单片机串口接收不到状态查询指令时，内部计时电路开始工作，并通过比较器判别是否符合关机条件[10]。本设计中设定遥控终端关机后主机延时15～20 s断电。
本模块经多部电台安装试用，工作稳定可靠，采用的FSK调制解调芯片、数/模转换及单片机控制芯片技术成熟，可维护性强；电路设计合理，操控简单。设计中综合考虑了模块的投入成本、元器件工作的可靠性以及可扩展性，在电台中加装该模块后，可实现收发信机的全功能遥控，为部队节省了大量的人力，提高了设备组网调用的灵活性，具有成本低、可靠性高和实用性强的优点。
4 结 语
在机场通信导航装备中加装远程遥控开关机模块，能够解决台站值班力量缺乏、调用程序繁琐和设备不够及时的难题，实现了对通导装备的全功能遥控和无人值守。该模块电路简单，信息传输可靠，操作方便，功耗和成本较低。本模块只需稍加改进，可用于实现各型通信导航装备的无人值守，具有较好的推广价值及良好的应用前景。
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关键词:可编程器件;计数器;数字电路;VHDL
中图分类号:TN47文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)19-189-02
Design of Digital Circuit Based on Programmable Logic Devices
LIU Caihong,CHEN Xiuping
(Northwest Minorities University,Lanzhou,730030,China)
Abstract:The traditional design method of digital systems has fundamentally changed because of the emergence of programmable logic devices,it is necessary to introduce the design of digital circuit based on the programmable logic device.The realization methods of counter as examples,described two ways to achieve counter by schematic and hardware description language as input methods.The method of compiled simulation was described,and given the simulation results.The design of digital circuit based on the programmable logic device easier to understand and grasp by the use of familiar device.
Keywords:programmable logic devices;counter;digital circuit;VHDL
0 引 言
可编程逻辑器件PLD(Programmable Logic Device)是一种数字电路,它可以由用户来进行编程和进行配置,利用它可以解决不同的逻辑设计问题。PLD由基本逻辑门电路、触发器以及内部连接电路构成,利用软件和硬件(编程器)可以对其进行编程,从而实现特定的逻辑功能。可编程逻辑器件自20世纪70年代初期以来经历了从PROM,PLA,PAL,GAL到CPLD和FPGA的发展过程,在结构、工艺、集成度、功能、速度和灵活性方面都有很大的改进和提高[1]。
随着数字集成电路的不断更新和换代,特别是可编程逻辑器件的出现,使得传统的数字系统设计方法发生了根本的改变[2]。可编程逻辑器件的灵活性使得硬件系统设计师在实验室里用一台计算机、一套相应的EDA软件和可编程逻辑芯片就可以完成数字系统设计与生产[3]。
1 Max+plus Ⅱ简介
Max+plus Ⅱ是一种与结构无关的全集成化设计环境,使设计者能对Altera的各种CPLD系列方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。Max+plus Ⅱ开发系统具有强大的处理能力和高度的灵活性,其主要优点:与结构无关、多平台、丰富的设计库、开放的界面、全集成化、支持多种硬件描述语言(HDL)等。
数字系统的设计采用自顶向下、由粗到细,逐步分解的设计方法,最顶层电路是指系统的整体要求,最下层是具体的逻辑电路的实现。自顶向下的设计方法将一个复杂的系统逐渐分解成若干功能模块,从而进行设计描述,并且应用EDA 软件平台自动完成各功能模块的逻辑综合与优化,门级电路的布局,再下载到硬件中实现设计[4],具体设计过程如下。
1.1 设计输入
Max+plus Ⅱ支持多种设计输入方式,如原理图输入、波形输入、文本输入和它们的混合输入。
1.2 设计处理
设计输入完后,用Max+plus Ⅱ的编译器编译、查错、修改直到设计输入正确,同时将对输入文件进行逻辑简化、优化,最后生成一个编程文件,这是设计的核心环节。
1.3 设计检查
Max+plus Ⅱ为设计者提供完善的检查方法设计仿真和定时分析,其目的是检验电路的逻辑功能是否正确,同时测试目标器件在最差情况下的时延,这一查错过程对于检验组合逻辑电路的竞争冒险和时序逻辑电路的时序、时延等至关重要。
1.4 器件编程
当电路设计、校验之后,Max+plus Ⅱ的Programmer 将编译器所生成的编译文件下载到具体的CPLD器件中,即实现目标器件的物理编程[5]。
2 以计数器为例介绍具体的设计方法
计数器是非常常用的时序逻辑电路。计数器类型有多种,实现计数器的方法也有很多。可以买到大部分类型的中规模集成的计数器直接使用,也可以用触发器搭建符合要求的计数器。但是采用以上方法实现的计数器灵活性不够,不能随时进行修改,通用性差。这里介绍基于可编程逻辑器件的实现方法。
2.1 设计输入
采用原理图输入的思维方式比较适合一直采用传统设计方法人的使用。原理图输入如图1所示。
图1 原理输入图
采用硬件描述语言输入的方法对于没有传统设计方法经验的人更容易入门,修改起来也更方便。给出了一个可逆计数器的实现实例[6],程序的核心部分如下[7]:
PROCESS (clk)
VARIABLE cnt:INTEGER RANGE 0 TO 255;
VARIABLE direction:INTEGER;
BEGIN
IF(updown=′1′)THEN
direction:=1;
ELSE
direction:=-1;
END IF;
IF(clk′EVENT AND clk=′1′)THEN
cnt:=cnt+direction;
END IF;
qd
end process;
2.2 设计处理
原理图或程序完成之后,选择好器件并进行引脚定义,然后编译优化得到编程文件的界面如图2所示[8]。
2.3 设计检查
编译结束后,建立波形文件进行仿真,注意波形文件需要先保存,保存文件名和源文件一致才能进行仿真[9]。结果如图3所示。
图2 编译优化得到编程文件的界面
图3 仿真结果
仿真结果达到设计目的,符合设计要求。这时可以把编译生成的*.pof文件下载到选定的器件使用。用以上方法实现的器件,修改起来非常方便,只需要修改程序重新编译下载即可,任何类型的计数器都可以在可编程逻辑器件实现。
3 结 语
随着电子技术的高速发展,CPLD 和FPGA 器件在集成度、功能和性能(速度及可靠性)方面已经能够满足大多数场合的使用要求。用CPLD,FPGA等大规模可编程逻辑器件取代传统的标准集成电路、接口电路和专用集成电路已成为技术发展的必然趋势。
可编程逻辑器件是逻辑器件家族中发展最快的一类器件,它出现使得产品开发周期缩短、现场灵活性好、开发风险变小,随着工艺、技术及市场的不断发展,PLD产品的价格将越来越便宜、集成度越来越高、速度越来越快,再加上其设计开发采用符合国际标准的、功能强大的通用性EDA工具,可编程逻辑器件的应用前景将愈来愈广阔[10]。
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随着自动控制系统的发展，其在越来越多的行业中发挥了重要的作用。当前系统中的设备通过电缆来连接，从而形成了很大的限制性，为了拓宽系统控制的范围，在系统中应用了ZigBee无线网络技术，这种技术具备成本低、易维护、自我修复等优点，可以实现远程自动控制。与现有的自动控制系统有线网络相比，基于ZigBee无线网络技术的自动控制系统将会具备更加优越的性能，从而提升运行的稳定性及可靠性。
1自动控制系统的硬件设计
1.1发射模块
传感器在进行信号发送时，发送的为4~20mA的标准电流信号，发射模块接收到信号之后，需要对信号进行转换，变为电磁波无线之后在发射出去，而这就是发射模块的功能。发射模块的硬件具有固定的结构，接收到传感器的信号之后，首先由I/V变换电路对信号进行变换，经过变换之后，标准电流信号由4~20mA变为1~5V，随后，变化之后的信号经过零点迁移电路，成为0~4V电压，再经过A/D转换器以及单片机之后，变成电磁波无线信号，实现与下位机之间的通信。在进行发射模块硬件电路设计时，首先要对使用的元器件进行了解，在自动控制系统中，所使用的微控制器的型号为P89LPC935，该型号为单片封装，处理器结构的性能非常高，在执行命令时，所需的时间比较少，同时，此种型号的微控制器中集合了很多系统级的功能，使用之后可以大量的减少元器件的数量，降低系统成本；射频芯片的型号为CC1100，此种芯片具备可编程的特点，而且与ZigBee协议之间具备较高的一致性，在低功耗无线应用中，适用性非常强；ADS7829是发射模块硬件电路中一个重要的元件，此种型号的元件所具备的采样速率是非常快的；在I/V变换电路中，主要的功能就是信号变换，在选择元件时，采用了无源I/V变换；零点迁移电路为LM358，在LM358内部，设置了两个双运算放大器，这两个部件之间相互独立，在单电源中具备比较高的适用性。在明确电路元器件的型号和功能之后，就需要进行发射模块硬件电路设计。
1.2接收模块
接收模块硬件电路设计的步骤与发射模块是相同的，首先需要明确各个元器件的型号及功能。在接收模块中，包含四个部分：射频芯片、单片机、D/A转换器、V/I转换电路。实际上，接收模块的工作流程就是将发射模块逆过来。D/A转换器选择的型号为TLV5617，此种芯片的接口为SPI接口，输入时的通道为单个，输出时的通道为双通道，芯片的输入端与发射模块单片机的接口需要进行有效地连接；V/I转换器选择的为集成的AD694型号，通过转换器的转换，将接收到的信号还原为4~20mA标准电流信号。这两个部分的元件型号确定之后，就需要根据其功能及相关的要求来进行电路设计。
1.3PCB电磁兼容
在进行PCB设计的过程中，电磁兼容是必须要考虑的，只有电磁兼容性能比较优异，才能保证PCB设计的合理性及科学性，具体说来，应该注意四个方面的问题：①在进行电源线设计时，为了将环路电阻减少，就需要将电源线的宽度增加，同时，在进行电源线的走向设计时，要与数据传递的方向保持一致，这样一来，抗噪声的能力才会比较好；②在进行集成芯片的电源输入设计时，要设置滤波电容，位置为电源输入脚；③为了保证晶振的正常运转，在晶振信号线附近要避免其他信号的穿过；④为了将寄生耦合降低，元件面与焊接面之间不能出现平行。
2自动控制系统的软件设计
2.1需解决的问题
自动控制系统在应用ZigBee无线网络技术进行软件设计时，首先需要解决可靠性以及延时两个方面的问题。对于可靠性，要从硬件设计及软件设计两个方面来保证，通过电路的合理设计以及软件的科学编程，来提升自动控制系统运行的可靠性；对于延时，延时的存在会在很大程度上影响系统的可靠性、稳定性，不过在系统中应用了ZigBee技术之后，延时问题也被有效的解决。这样一来，通过ZigBee无线网络技术在自动控制系统中的应用，有效的解决了可靠性及延时的问题。
2.2发射模块
①进行初始化程序设计。针对微控制器的型号，在进行软件设计时，就需要选择I/O口输出模式，为了保证I/O输出模式的正常使用，I/O口模式要保证正确的配置，通常来说，I/O口配置寄存器决定了其模式。I/O口模式配置完成之后，需要进行SPI寄存器初始化，在SPI寄存器中，包含主模式和从模式两种操作形式，这两种模式所具备的速率是非常快的。初始化完成之后，要将开门狗关闭，并将外部中断开启。②CC1100初始化程序设计。在CC1100中，微控制器为其接口显示，在进行初始化程序设计时，要对寄存器进行正确的配置。③发射模块软件程序设计。无线收发模块的电源来源为电池，为了保证其具备较长的使用寿命，就需要将系统的工作时间尽量的减低，在非工作状态时，系统需要处于睡眠状态，基于此，LPC935在工作时，采用的方式为定时采样中断，采样完成之后，就会进入到睡眠状。
2.3接收模块
在进行了一段时间的控制之后，CC1100将会自动终止接收，这是CC1100具备的一个可选功能，称之为电磁波激活。也就是说，CC1100在工作的过程中，接收等待状况并不是一直持续的，而是接收等待状况以及深度休眠状态各维持一定的时间，这样一来，在对数据信号进行侦测时，就可以不借助MCU的作用。CC1100在进行侦测时，如果侦测到数据信号，就会将信号发送给LPC935，如果此时LPC935处于休眠的状态，CC1100就会向其发送一个外部中断信号，LPC935接收之后进行相应的反应，同时进行数据信号的接收，数据信号接收完毕并检测地址正确之后，就会向发送模块发出已接收的应答信号。这一系列的过程完成之后，会再次进入到休眠状态，直到再有数据信号传来时，才能被激活。
3结论
一、电路系统的完整性:
电路中的每个器件的独立功能和各个器件之间的关系是根据电磁学的定律协调存在于整个系统中的。任意一个器件都不能离开整体去研究。脱离了整体性，器件本身就失去了在系统中存在的意义。而且，研究单一的器件本身不能够对电路整体的性能得出正确结论。综上所述，用系统工程思想对电子电路系统设计中出现的各种问题进行定量、定性的分析，并根据分析结果对产品进行优化设计，使产品的可靠性和适用性接近或达到设计目标的方法就是系统工程在电子电路设计领域中的应用
二、在实际生产中的应用
一般而言，系统工程技术在电子电路设计中应用的具体步骤如下:
1．系统设计初期:在电子系统设计的初期，首先要处理的是电路本身要实现什么样的功能以及怎样实现的问题。这个阶段也可以称之为阐明问题阶段。在这个阶段中应用系统工程的方法可以分两步进行，一是分析问题的内容，主要是设计者们要把现实世界待解决的问题用专业知识归纳分析，总结出各种实现方案;二是解决问题，设计者们要在不同的实现方案中分析每种方案对资源的需求，通过线性规划、动态规划等运筹学(OperationResearch)方法找出最优方案进行设计。
2．电路模块设计阶段:电子系统设计方案确定后，就可以使用Protel等EDA软件进行具体电路的设计。由于每个电子系统都是由各个子系统构成的模块化结构，在这一时期可以应用系统工程中的结构化模型技术对组成整个电子系统的每个电路模块进行分析。一般的步骤是选择每个电路模块中的构成要素、根据构成要素建立电路模块的邻接矩阵和可达矩阵、用代数的方法建立整个电子系统的解释结构模型(ISM)，然后用图解法定量的分析该模型的平衡点和稳定性。利用模型分析的结果对构成电子系统的的各个模块进行性能微调，使其能更好的接近理想状态。
3．整体电路仿真分析:组成电路的每个模块EDA设计完毕后，就可以对整体的电路进行软件仿真分析。由于电子电路系统在宏观上是一个连续系统，而连续系统的数学模型一般是由微分方程组成。一旦系统中存在非线性要素，微分方程是不能求得其具体数值的。在这种情况下只能使用系统工程中的离散相似技术对连续系统进行离散化处理。使用电子仿真软件Multisim把整体电路图输入计算机，通过记录系统输入和响应数值，建立系统的动力学模型。再通过对系统动力学模型的数值计算分析该系统的可靠性和稳定性，为最终的电子系统性能评价提供依据。
4．电子系统总体价值分析:经过上述步骤，一个较完备的电子电路系统基本建立。为了能使电子电路系统实现产品化，在系统的设计目标达到后还要对系统进行价值分析。使用系统工程中的决策分析技术，能够通过效用分析、冲突分析等手段分析该系统的成本、风险以及可能存在的隐患和漏洞。在电子系统形成产品前尽可能的完善其功能，提高其性能价格比，从而得到一个在技术上稳定、可靠、适用;在市场上具有一定竞争力的电子电路系统。
三、结语
总之，系统工程技术作为一门交叉学科，其在自然科学和社会科学之间起到的沟通作用已经良好的解决了大量的工程实践问题。近年来，计算机智能决策系统分析、模糊决策理论、神经网络方法等在系统工程的出现使得系统工程技术展示了广阔的应用前景。相信随着现代计算机技术和数学方法的不断进步，系统工程必将在各个自然科学领域的应用中开辟更为广阔的道路。
作者：郭谭娜焦艳冰单位：许昌职业技术学院
