时间：2023-10-11 16:32:55
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篇电路设计方案，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。
1．元件的选择．电学实验中，元件的选择十分重要，它关乎着电路是否能设计成功．首先应该选择合适的电源，在选择时一定要考虑符合电路设计的电流值，其次还要对电表进行选择，尽量选择更贴近自己需要的量程，保证设计的精确性．还要选择适合电路的元件的型号等，将这些问题都进行全面考虑才能保证实验的进行．2．了解元件的使用方法．电路设计中存在许多电路元件，要想电学实验能顺利的进行，就必须了解各种电路元件的使用方法和使用规则．例如电表，电表上显示两个数值，如果不提前进行了解很容易将数值弄混．造成实验结果的错误．因此电学实验中电路设计时一定要先弄清电路元件的使用方法，才能保障实验的进行．3．熟悉电路构成，加强对特殊电路的记忆与理解电学实验中有许多特殊的电路，如果内心没有一个完整的电路构成图，在遇到这些特殊电路时，就没有办法将实验顺利开展下去．因此在实验前一定要加强对电路构成的设计．
二、电路设计的原则
1、整体性原则．在电路设计时不能将每一部分分开设计，电路的各个部分的关联性都很强，必须以整体性的原则进行设计，电流、电压的选择等都是根据电路的整体方案进行选择的．2、优化原则．电路设计不是一个简单的电学实验，它有庞大的系统性，在这个系统里又有许多小系统，这样才能形成一个完整的电路，电路设计时或多或少都会有一定的问题存在，出现这些问题不能视而不见，要将问题进行整合，拿出一套合理的改进方案，将电路设计达到最佳的设计效果．3、功能性原则．电学实验电路设计不是让学生完成一个简单的实验，目的是为了让学生通过电路设计来掌握一定的学习技能，这才是进行电路设计最终要完成的目标，所以在电路设计上一定要考虑它的功能性．
三、电路设计的方法
1．明确实验目的．所有的实验设计都有一个设计目的，为了达到这个目的才来进行实验操作，电路设计前也应该如此，首先要设定一个实验的目标，然后再进行实验，实验结束后来看看自己的实验结果是否达到了设计目的，才能从中分析思路找到设计的缺陷，从而进行改进．2．选择实验器材．实验设计除了理论的知识还需要实验器材的支撑，我们明确了实验的目的后就要进行实验器材的选择，选择时一定要配合自己的设计目标，尽可能的保证实验器材对实验带来的误差影响，选择最适宜的器材将误差降到最低．选择器材时还要考虑器材的操作性是否适用于自己的实验设计中，避免在进行实验时造成实验失败．在器材选择上最应该注意的就是器材的安全性，由于电路设计的复杂性往往会由于器材的选择不当造成电路烧毁，因此在器材的选择上这些问题都应该被注意．3．选择设计方案．电路设计是一种灵活的设计，不同的方案可以有不同的设计效果，实验目的、实验器材确定后根据这些内容来进行分析选择一些适宜的电路设计方案，将它们整理出来，绘制成设计图，结合学过的理论知识加以比较选择最适宜的设计方案．包括电流表应设计内接还是外接，滑动变阻器应采取分压式接法还是限流式接法，电路结构原理选择伏安法还是半偏法等等．保证电路的设计方案能顺利的运用在电学实验中．4．简化电路方程．电路设计中有许多的电路方程，它们是非常复杂的，但是在电路设计时还必须要用到，如果不将其进行简化在设计的过程中就会遇到许多麻烦，不仅会对电路的结构产生较大的影响，还有可能造成电路系统紊乱，所以在进行电路设计前要在合理的范围内将复杂的电路方程简化，保证电学实验的有效进行．5．电路设计案例分析．在描绘标有“2．5V0．3A”字样小灯泡的伏安特性曲线实验中，使用3V干电池和滑动变阻器进行供电．该实验本就要求小灯泡两端的电压从零起调，所以也只能是选用分压接法进行供电．只是在滑动变阻器的阻值选择上，考虑到灯泡正常发光时的电阻为12．5Ω，因此最好是选用实验室配备的5Ω或10Ω的滑动变阻器．电路实验设计题其设计思路、方法一般都来源于教材，要求用学过的物理知识、原理、实验思路、方法设计出合理的方案．因此在教学中或者复习过程中要特别注意对所学过电学实验问题的多种方法、远离的优劣、电路联接式的选择方法以及有关的实验注意事项进行归纳总结．从中体会多种方法的优劣，养成发散性思维的好习惯，才能比较顺利完成实验设计问题．高中物理电学实验电路设计学习起来虽然复杂，但是如果方法得当，进行实验前考虑的全面，在进行电路设计时就会相对简单些．高中生进行实验是对学生的理论知识及动手能力的考察，教师在学生的操作过程中也要加以指导帮助学生实验的误差变小，安全性提高，学生才能更好的将电学知识运用到考试中和实际生活中．
作者:汤从 单位:安徽省滁州市明光明光中学
参考文献:
［1］王慧．中学生电学实验能力现状及影响因素研究［D］．苏州大学，2010．
［2］曹会．高中物理电学实验资源开发与能力培养的初步研究［D］．苏州大学，2010．
［3］胡可玲．初中生电学学习中常见错误诊断性分析及策略［D］．苏州大学，2013．
【关键词】三人多数表决器 电路设计 Multisim10仿真
在组合逻辑电路设计的学习环节中，将学习过程中接触到的电路设计题目通过整理分析，不难发现有这样的两个特点，其一，对于同一题目电路的设计，可采用基本逻辑门、译码器、数据选择器、加法器等不同的设计方案。学习者通过多种设计方案的整理和分析，可加强对电路的理解，掌握更多的设计思路，这些设计思路将所学知识联系起来，通过以点到面的学习方式达到系统掌握知识的目的。其二，对于不同题目的电路设计，可采用相同设计方案。如果不同题目根据其电路功能写出来的真值表相同，就意味着可以采用相同的电路来完成其功能，通过把这种类型的设计题目搜集和归类，可以节省大量的电路设计时间，对学生学习效率的提高和知识的综合应用都会起到很大作用。
本文以三人多数表决器电路设计为例，从两方面探讨和总结了电路设计题目的特点，希望学习者能够借鉴这种学习方法，达到综合掌握知识的目的。
1 三人多数表决器电路设计举例
假设题目要求设计一个三人表决器电路[1]，当表决某个提案时，多数人同意，则提案通过，少数人同意时，提案被否决。
由组合逻辑电路设计步骤[2]，首先定义变量，设三个人分别用A、B、C表示，同意提案时用1表示，否则用0表示，提案表决结果用Y表示，Y为1表示提案表决通过，Y为0则不通过。其次，写真值表，根据上述定义，把题目设计要求的文字信息转化为数字信息的真值表，具体见表1所示。最后， 由表1所示真值表得到逻辑函数表达式为：
表1 三人表决器真值表
输入 输出
A B C Y
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
2 “一题多解法”在电路设计中的应用
所谓“一题多解法”是指在设计同一个电路时，采用不同的设计方法。由于数字电路是用0、1代码表示特定含义的电路设计，任何题目在设计是都要把文字信息转换为数字信息，即用真值表的数字信息来体现电路的功能。根据这个特点在电路设计时，我们除采用传统的用与或非实现电路设计外，还可以采用各种中规模集成块来实现电路设计，只要设计出来的电路经过测试，得到的真值表和题目要求的真值表相同，那么就可以实现题目的要求。这种采用不同思路设计电路的做法，对学生思维扩展和知识综合应用方面起到了积极的作用。下面以三人多数表决器电路设计为例，介绍不同设计思路在电路设计中的应用[3]。
2.1采用基本逻辑门设计
在采用组合逻辑电路现实时，根据表达式（2）的特点，采用1个异或门、一个或门和两个与门就可完成电路搭建和测试，具体设计电路如图1所示，笔者用Multisim10仿真软件进行测试[4]，其结果完全和表1相同，达到了三人多数表决器的设计要求。
图1 基本逻辑门实现三人表决器功能仿真界面
2.2采用译码器设计
译码器74LS138是根据三个地址输入端的输入情况，在同一时刻输出其中一个Yi，译码器是组合逻辑电路设计中很重要的一个中规模集成电路，根据74LS138的工作原理，我们将表达式（1）化为：
由表达式（3）和译码器工作原理可设计出图2所示电路，经测试结果与表1数据一致，由此可见采用译码器也能实现三人表决器的功能。
图2 译码器实现三人表决器功能仿真界面
2.3 采用数据选择器设计
数据选择器是根据地址码的特点，从多路输入数据中选择其中一路输出的中规模集成器件。当逻辑函数的变量个数和数据选择器的地址输入变量个数相同时，将变量和地址码对应连接，就可以用数据选择器实现逻辑函数的功能。
根据上述工作原理，将八选一数据选择器74LS151的D3、D5、D6、D7接高电平，D0、D1、D2、D4接低电平，控制端G接低电平，按图3所示连接，即可实现三人多数表决器功能。经笔者用Multisim10仿真软件进行测试，其结果和表1相同，因此，采用数据选择器同样可以三人表决器的功能。
图3 数据选择器实现三人表决器功能仿真界面
2.4采用全加器设计
由于一位二进制全加器的进位输出端Ci=∑m（3，5，6，7），与三人表决器的真值表中Y的输出完全一样，所以只需将A、B、C对应接到全加器集成块CT74HC183的Ai、Bi、Ci-1端，输出Y接到Ci端，即可用全加器实现三人表决器的功能，采用全加器实现三人表决器功能非常简单，此处不再论述。
3 “多题一解法”在电路设计中的应用
“多题一解法”是指不同功能的电路设计题目，可采用同一个电路来实现。在电路设计过程中，只要设计题目真值表相同，其设计出的电路也就相同。学习者如果善于总结这种规律，当再次遇到真值表相同的设计题目时就可以直接使用原来的电路，这样可以节省大量的电路设计时间，从而提高学习效率。
通过笔者的搜集和归类，发现许多不同功能的电路设计题目，都可使用相同电路来实现其功能。例如，题目要求设计一个火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种不同类型的火灾探测器，为了防止误报警，只有当两种或三种探测去发出探测信号时，报警系统才会产生报警信号。
假设烟感、温感和紫外光感三种火灾探测器分别用个A、B、C表示，发出探测信号时用1表示，否则用0表示，报警信号用Y表示，其中Y为1表示有报警，Y为0表示没有火灾报警。
在此定义下的得到该报警系统的真值表和表1完全一样，这也意味着火灾报警系统的电路设计和三人多数表决器一样，可使用相同的电路来完成其功能，当然也可采用上述所讲的四种方案来实现报警系统的功能。由此看来把不同类型、不同功能的电路设计题目进行归纳和总结，对比各电路真值表的特征，就可以将具有相同真值表的设计题目归为一类。这样的学习方法既提高了学习效率，又增强了学习兴趣，最终达到了深入理解知识，灵活应用知识的目的。
4 结论
通过“一题多解”和“多题一解”学习方法的总结和归类，一方面可以让学生以点学面，把所学知识系统的联系起来，通过各知识点的相互渗透，达到全面理解知识的目的。另一方面，可以为学习者节约大量的电路设计时间，对学生电路设计思想和兴趣的培养方面都会起到积极的作用。
【参考文献】
[1] 杨志忠.数字电子技术[M].北京：高等教育出版社，2008.
[2] 丁业兵，谭学琴，等.基于 Multisim 的组合逻辑电路设计与仿真[J].价值工程，2013，6（8）63-64.
【关键词】PLC技术；自动化控制系统；优化设计；电气工程
1PLC技术及自动化控制系统概念
1.1PLC技术
工业自动化水平是衡量国家经济生产力水平的关键性标准，在这个过程中，工业自动化模式的发展，有利于促进国民经济的健康、可持续运作。随着科学技术的不断创新及应用，电气自动化系统已经成为工业发展体系的关键构成部分，该系统实现了对计算机技术、网络技术等的应用，自动化控制器是该技术系统的核心部件。在实践工作中，PLC自动化控制系统实现了对处理器、电源、存储器等设备的结合性应用，通过对各个设备应用功能的结合，有利于提升自动化控制系统的运作效率。在这个过程中，电源设备是该系统正常运作的基础，一旦电源设备不能正常发挥其功能，就会导致控制系统停滞的状况。在控制系统运作环节中，处理器是该系统的核心构成要素，在工作场景中，其需要进行相关数据信息的处理及转化，其具备良好的处理功能，为了应对电气自动化的复杂性工作环境，必须实现功能系统、设备运作及管理系统、监督系统等的协调。
1.2自动化控制系统优化概念
为了提升PLC自动化控制系统的运作效率，必须进行相关优化设计原则的遵守，满足被控制对象的工作要求，针对控制系统的基本功能及环境应用状况，展开积极的调查及研究，满足该系统优化设计工作的要求。这需要进行系统相关运作数据资料的整理及分析，进行系统设计及应用方案的优化选择。为了提升系统的整体运作效率，进行系统设计方案的科学性、规范性、简约性设计是必要的，从而降低系统的整体运作成本，实现系统综合运作效益的提升，确保系统整体运作的安全性及可靠性。为了提升系统的生产效率，进行PLC自动化控制目标的制定是必要的，进行工作实际与系统运作状况的结合，实现PLC容量模块的合理配置。
2PLC自动化控制系统设计方案
2.1硬件设计模块
为了实现自动化控制系统的稳定性运作，必须为其创造一个良好的硬件设计环境，这就需要进行硬件设计方案的优化，实现其内部各个工作模块的协调，进行控制系统工作总目标的制定。
2.2输入电路设计模块
输入电源是PLC自动化控制系统正常运作的基础，控制系统的供电电源具备良好的工作适应范围。为了满足现阶段自动化控制系统的工作要求，需要进行电源抗干扰性的增强，降低环境对输入电源的工作影响，这就需要进行电源净化原件的安装，实现隔离变压器、电源滤波器等的使用。在隔离变压器工作模块中，进行双层隔离方案的应用是必要的，实现屏蔽层的构建，降低外部环境高低频脉冲的影响。在输入电路设计过程中，需要进行电源容量的控制，优化电源的短路防护工作，确保电源系统的稳定性、安全性运作，提升输入电源的整体容量，为了提升电路的整体安全性，需要专门安装相应型号的熔丝。
2.3输出电路设计模块
在输出电路设计过程中，需要遵循自动化控制系统的相关生产工作要求，进行电路设计准备体系的健全，在这个过程中，通过对晶体管等的利用，进行变频器调速信息、控制信息等的输出，实践证明，通过对晶体管的利用，可以实现PLC控制系统运作效率的增强。在频率较低的工作环境中，需要进行继电器设备的选择，将其作为输出电路设备，该工程流程比较简单，且具备较高的工程应用效益，有利于增强自动化控制系统的整体负载能力。在这个过程中，为了避免出现浪涌电流的冲击状况，需要在直流感性负载旁进行续流二极管的安装，进行浪涌电流的有效性吸收，实现PLC自动化控制系统的稳定性运作。
2.4抗干扰设计模块
为了降低外部环境对系统运作的干扰，可以进行隔离方法的使用，在这个过程中，通过对超隔离变压器的使用，进行系统高频干扰状况的隔离。这也可以进行屏蔽方法的使用，进行干扰源传播途径的阻断，提升控制系统的整体抗干扰性，在实际工作场景中，可以将PLC工作系统放于金属柜内，金属柜具备良好的磁场屏蔽及静电屏蔽功能。为了减少控制系统运作过程中的干扰状况，进行布线分散干扰模式的应用是必要的，确保弱点信号线、强电动力线路等的分开走线。
3结语
为了实现社会经济的稳定性发展，必须进行PLC自动化控制方案的优化，实现硬件设计模块、软件设计模块、抗干扰模块等的协调，提升控制系统的整体运作效益。
参考文献
[1]李怀智.试析PLC自动化控制系统的优化设计[J].中国新技术新产品，2011（11）.
[2]何富其.基于PLC的自动化控制系统的配置及组态分析[J].制造业自动化，2011（06）.
摘要:在汽车电子技术领域,机器视觉的各种应用也在对汽车设计进行着逐步的科技武装,倒车影像就是汽车机器视觉最早的应用之一,但是由于车身环境复杂多变,倒车影像的显现质量多为不太理想,为了提高汽车音响娱乐系统模拟视频信号抗干扰性能,通过对干扰路径的有效理论分析,进行总结归纳,创新采用差分电路设计方式,并经过电磁干扰,整车环境等各种模拟验证,充分验证了可靠性,从而有效提供出了高质量、低成本的车载模拟视频信号抗干扰电路的设计方案。
关键词:车载倒车影像;低成本;高性能;抗干扰电路
引言
汽车电子行业正处于大刀阔斧的改革创新时代,“互联网+冶及“机器视觉冶的浪潮不断改变人们的生活,影响着汽车电子的发展。汽车音响娱乐系统是汽车电子中的重要部分,近些年发展迅猛,视频技术也在汽车音响娱乐系统上有了越来越多的应用。随着视频显示技术的不断提高,车载视频产品已经开始迅猛的充斥着整个汽车电子市场。我们熟知的倒车影像已经不再是中高端以上轿车的专利,在一些小型车和微客上也已经配置倒车影像系统,倒车影像技术的应用也越来越趋于普遍化。这也让更多商用用途的消费者体验到科技配置给倒车入车位带来的方便。随着产品的普及,越来越多的终端用户对显示的质量要求也越来越高。同时各大汽车制造车厂对汽车零部件成本控制要求也越来越严格,传统的倒车视频设计方案越来越多的不能满足终端用户及汽车制造厂的要求。所以低成本,高质量的倒车影像设计方案也显得尤为重要,采用廉价的模拟视频信号无疑是最佳的控制成本的选择,但在模拟视频的无损耗传输过程中,同时还要考虑更好地应对整车环境中错综复杂的电磁干扰环境,确保模拟视频信号的显示质量。因此必须在了解整车电磁干扰环境的情况下,改进传统的电路设计方案,并通过模拟整车环境的各种电磁干扰实验,确保倒车影像能够抵抗整车的电磁干扰和众多电子设备的互扰,从而更好地提高当前倒车影像的视频显示质量。
1硬件设计
1.1当前常规设计前常用的倒车影像系统传输电路设计方案有以下几种:(1)显示模块和倒车摄像头通过平衡电路方式来传输视频信号。如果两个导体及其所连接的电路相对于地线或其他电路参考点具有相同的阻抗,则这个电路称为平衡电路。任何电路在高频时要做到完全平衡是很困难的,因为实际的电路中会有很多杂散参数,这些参数对电路阻抗的影响较大。由于这些杂散参数的不确定性,电路的阻抗也是不确定的,很难保证两个导体的阻抗完全相同。因此,对传输电缆的要求很高,大大提高了倒车影像系统的成本。随着商用摄像头用途的越来越广泛,非平衡CVBS视频信号输出的摄像头已经成为市场主流。整车厂也越来越多地采用非平衡CVBS视频信号输出的摄像头了;(2)显示模块和倒车摄像头通过非平衡电路方式来传输视频信号(如图1)。非平衡传输方式对电缆的要求大大降低。但是由于信号线CVBS-分别连接到显示模块GND2和摄像头GND3,形成了一个很大的地环路。两个接地点(GND2和GND3)电位的不同(由显示模块工作电流I1导致,现在显示模块的功能越来越多,有时I1甚至会超过10A)以及环境中交变的电磁场都会在环路上形成电流I2。导致显示模块和摄像头参考地之间形成电位差V1。如果V1包含模拟视频信号频率带宽内的成分,则会对视频信号形成干扰并且无法滤除,直接影响显示效果,用户体验差。一般的解决方案是在摄像头端增加共模扼流圈,通过增加地环路的阻抗来减小地环路电流,从而减小了地环路电流的影响,也可以认为一部分电压降在了共模扼流圈上,减小了对电路的影响。共模扼流圈的电感量越大,这个共模扼流圈的效果越好,扼流圈的尺寸也越大。摄像头本身尺寸较小,共模扼流圈也受到限制,电感量没有办法做到很大。在极端情况下,用户就会感受到画面的抖动,严重影响了使用感受。
1.2改善电路设计
本电路设计目的在于克服上述现有技术中的不足之处,提供一种新型的车载模拟视频信号抗干扰电路,有效地提高了模拟视频信号的抗干扰能力,从而提供一种高效、低成本模拟视频信号抗干扰电路的设计方案。显示模块接口电路为差分电路,CVBS-不再连接到GND2,切断了地环路,环路电流无法产生。另外将摄像头的GND3直接连接到显示模块GND2,保证了不会由于显示模块工作电流较大,显示模块和整车地电位不一致而影响到显示效果。并且摄像头本身电流很小(及I3很小),保证了摄像头和显示模块电位差V2足够小。但是如果干扰的频率较高时,这种单点接地的方法效果不明显,因为虽然不存在明显的地环路,但是由于杂散电容的原因会有隐含的地环路。因此本设计在OPA电路之后增加了一个低通滤波电路,来滤除这些较高频率的干扰信号。如图2所示,摄像头输出的模拟视频信号线连接到显示模块的差分接口电路上,地环路消失。摄像头电源地直接连接到显示模块,保证两模块之间参考地电位差足够小,不会受到其它模块的影响,不再影响显示效果。模拟视频信号经过OPA电路之后,通过低通滤波器滤除模拟视频信号上因为隐含地环路而存在的高频干扰。从而提高了模拟视频信号的抗干扰能力。以下结合图3对电路设计进行进一步的说明:如图3所示,R1、R2、R3根据AD转换器对输入信号幅度的要求进行分压,并且一起组成了模拟视频信号的终端匹配电阻。R9、C5、C6组成了运放供电电源上的滤波电路。C2、C3、C9为电路的隔直电容,阻隔电路上的直流成分。R4、R5、R6、R7、R8、C1、C7、IC1组成运放电路,将输入的模拟视频信号的参考地CVBS-转变为显示模块参考地GND2。R10、L1、C8构成低通滤波器,滤除视频模拟信号中的高频干扰成分。通过运放电路,CVBS-信号不需要连接到GND2,切断了地环路;增加低通滤波器滤除模拟信号中的高频干扰信号。提高了模拟视频信号的抗干扰能力。1郾3摇电路设计验证及结果对电路进行了电磁干扰及整车环境变化的性能验证。淤在电磁干扰试验中,进行了大电流注入干扰实验,输入了200mA的干扰电流,在整个实验过程中,倒车影像性能没有任何堕落,满足各项性能指标要求。同时进行了电源,地平面波动实验,注入50mS的电源,地变化波动周期,通过500个循环的注入实验,各项性能指标都符合要求。于整车环境变化模式实验,在整车上进行了发动机启停循环,电动雨刮频率变化,电动车窗,电动后视镜工作等实验,均没有发现倒车影像收到任何干扰,满足整车要求。综上,对于电路进行了电磁抗干扰和整车环境模拟实验,通过各项实验,电路设计性能可靠稳定,没有发现任何倒车影像显示质量问题。
2结束语
图像去噪是一种图像退变处理,而任何滤波技术对不同的噪声类型有不同的处理能力。一般来说对滤波技术性能优劣的质量评价主要用细节和边缘的保护、噪声滤除性能及滤波复杂性等指标来衡量。其中细节和边缘的保护是该技术的一个重要特性。同时主观的判断也是一种有效的衡量判定方式。总之,性能优良的滤波技术应具有在较好保护图像细节和边缘前提下,能有效去除图像噪声,尽最大可能恢复局部相关像素的原来特性,尽量满足符合人类视觉系统特征规律。但是对滤波技术主观评价具有一定的个体差异性和片面性,所以探索对滤波技术客观全面的评价体系是一项长期而艰巨的研究任务。但是到目前为止,除了利用人眼视觉系统对滤波结果直接主观观察评价外,还没有一个比较理想的客观标准对滤波效果能够全面有效地评价。在汽车复杂环境下,模拟视频信号极其容易受到干扰,倒车后视影像的显示质量对于驾驶客户来说,也是尤为重要的,通过使用信号差分电路的设计,可以有效的减去隐性的地环路,避免模拟信号收到外部的各种干扰,保证视频影像的显示质量。该电路设计也在实际产品上在整车环境上进行了了实验验证,达到了预期的效果,大大提高了终端客户使用的满意度。
作者：张园 朱康 林荣生 单位：延锋伟世通汽车电子科技有限公司
关键词：LED；多路平衡电路
中图分类号：TM923.34 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 02-0000-02
一、LED与多路LED电流平衡电路
LED是一种利用固体半导体材料作为发光材料，通过导电，使得其中的半导体发生载流子的复合变化，从而释放出能量，引发光子发光的装置。LED的中文全称为发光二极管，是当前应用最为广泛的照明设施之一。LED之所以能够成为当前世界上应用最广泛的照明设施之一，在于其多方面的优势。
其一，LED的照明高校节能。相较于普通的白炽灯（60W），一个LED灯管（10W）连续运行100个小时，所消耗的电能是白炽灯（60W）运行17个小时所消耗的电能。而二者在照明的效果上是一样的。由此可见LED照明效率之高，能耗之低。其二，LED的寿命非常高。由于采用了半导体材料，加之其结构简单，无灯丝，无玻璃泡等装置，因此使用寿命可以高达50000个小时。相较于LED，普通的白炽灯的使用寿命只有短短1000个小时。其三，LED照明效果良好，环保健康。LED可以将9成以上的电能转换成光能，并且由于是直流驱动，所以不存在频闪的问题，因此照明效果很好。不仅如此，由于LED发出的光不含有紫外线和红外线，因此光线健康。以上特性，使得LED的应用得以迅速拓展。
LED是由恒流驱动电路构成，那么在恒流驱动电路的设计的时候，需要充分考虑到一系列的因素。第一，恒流驱动电流可以通过单一的外界电阻来设定；第二，需要严格控制恒流工作电压，将其电压保持在最低限度；第三，在恒流电流输出的时候，可以采用数字信号进行控制，从而满足LED供电驱动对反应速度的要求。因此，在LED供电电路的设计中，需要考虑到上述因素。本文通过分析比较三种供电电路的优劣点，尝试性的进行了多路LED电流平衡电路设计和运用。
二、LED恒流供电电路比较
对于LED电源来说，要求其实就是恒流限压。在某种程度上，LED灯的寿命和可靠性，其实是有LED的驱动电源决定的。如果没有恒流限压的驱动电源，就不能够保证LED等发光的均匀性和长期性。不仅如此，由于LED需要长期满载行工作，因此就需要较高的供电效率。当前，对于LED电流平衡电路的设计，有很多的方法。下面就当前比较流行的TL431，来对一些简单的LED电流平衡电路的设计进行介绍：
（一）单个TL431恒流电路
图1 单个TL431恒流电路设计示意图
从图1中我们可以看到，单个TL431恒流电路设计，其实就是利用了单个的TL431恒流系统。这是一个比较简单的电路设计，其恒流是以431的2.495V为基础的。同时，此电路设计也同样限制了LED上面的压降。这一设计的最大的有点在于其简洁性。电路设计非常简单，所需要的电子元件也很少，因而成本低廉。不仅如此，由于采用了TL431的基准电压，保证了其高精度。同时R12，T13只要采高精度电阻，恒流精度比较高。但是，这一电路设计同样存在着一系列的缺点与问题。由于TL431是2.5V基准，故恒流取样电路的损耗极大，不适合做输出电流过大的电源。不进如此，此电路设计的最大缺陷，也是最致命的缺陷在于，不能进行空载。因此，这一电路设计只适合内置，不能作为外置式的LED电源进行运用。
（二）单个TL431恒流改进型电路
图2 单个TL431恒流电路改进型设计示意图
如图2所示，对单个TL431恒流电路设计进行进一步的改进，可以得到一个新的恒流电路设计。与单个TL431恒流电路设计一样的是，这一电路设计也是基于相同的基准来实现恒流（TL431的2.495V）。但是，这一电路设计与上面的电路设计存在一定程度的差别，这一改进型的电路设计减少了电流取样电路的电压，只要合计设计R12，R13，R14的值，可以限制LED上面的压降。因此，这一点路与上述电路一样，最大的有点在于其简洁性，因而电路设计简单，所适用的电子元器件较少，成本较低。相较于前面的电路设计，该电路设计可以实现空载。但是，需要注意的是，该电路设计中空载依然是其软肋。当输出空载时，输出电压会有上升，上升幅度由电流取样电路电阻与R12，R13的比值决定。
（三）两个TL431恒流电路
相较于上述单个TL431横流电路的电路设计，双TL431恒流电路，包括了两个TL431。在此电路设计中，使用两个TL431加少数元件即可组成恒流电路，相对于线路较复杂、采用元器件较多的恒流检测控制电路，不仅成本大大降低，更能满足LED照明技术越来越小型化的要求。
三、多路电流平衡控制电路设计
要实现LED电路多路电流平衡控制，主要有两种实现方法。一种方法是每路恒压后搭配限流电阻，另外一种方法每一路LED串都用一个恒流转换电路来控制。
前者的做法恰如图4所示，在同一个电路支路上，进行多个LED的串连。这样的做法，一方面可以提高电路供电的效率，同时也可以在整体上实现能耗的降低。该电路设计的优点在于其平衡性，但是该电路的电阻选取需要基于LED的个数。当LED的数量发生变化后，电阻就需要重新极端。因此，降低了整体的效率。
后者的做法恰如图5所示，在电路设计中，每一路LED串都用一个恒流转换电路来控制。在这一设计之中，最大的有点在于可以不需要电阻，因此就可以不考虑LED串之间的正向特性不一致状况。因此，本系统具有易于维护的特点。但是，其缺点也是比较明显的，最显著的特点就是在于其复杂性。
在综合比较了两个多路LED电流平衡电路的设计方案后，本文选择设计方案二作为多路LED电流平衡电路的设计。该设计其实就是每个支路LED串的独立恒流驱动方式。在之前设计的单路恒流电路的基础上，加入多路控制电路和升降压自动切换电路，就构成了一个完整的低成本多路控制器。
四、结束语
本文基于CSMC0.5μm DPTMCMOS工艺库芯片设计了一个多路LED电流平衡电路，在原有的单路恒流电路设计基础上，实现多路控制与升降压自动控制，从而是设计出一个完整的低成本多路控制器。本设计工艺简单，成本低廉，并且具有高精度性与电流平衡能力，可以有效的支撑中小功率LED照明系统。
参考文献：
[1]陈景忠.一种直流LED恒流源电路分析与研究[J].电源技术，2012，12：1928-1930.
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EDA是电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation)的缩写,EDA技术作为现代电子技术的核心，它依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件上，对以硬件描述语言HDL（HardwareDescriptionLanguage）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合（布局布线），以逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。EDA技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术、IC版图设计技术、ASIC测试和封装技术、FPGA/CPLD编程下载技术。自动测试技术等，在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助工程（CAE）技术以及多种计算机语言的设计概念。EDA技术为现代电子理论和设计的表达与实现提供了可能性。
2.EDA技术的发展过程
EDA技术的发展过程反映了近代电子产品设计技术的一段历史进程,就过去几十年电子技术的发展历程，大致可以将EDA技术的发展分为三个阶段。（1）初级阶段:早期阶段即是CAD(ComputerAssistDesign)阶段,大致在20世纪70年代,当时中小规模集成电路已经出现,传统的手工制图设计印刷电路板和集成电路的方法效率低、花费大、制造周期长。人们开始借助于计算机完成印制电路板一PCB设计,将产品设计过程中高重复性的繁杂劳动如布图布线工作用二维平面图形编辑与分析的CAD工具代替,主要功能是交互图形编辑,设计规则检查,解决晶体管级版图设计、PCB布局布线、门级电路模拟和测试。（2）发展阶段:20世纪80年代是EDA技术的发展和完善阶段,即进入到CAE(ComputerAssistEngineeringDesign)阶段。
由于集成电路规模的逐步扩大和电子系统的日趋复杂,人们进一步开发设计软件,将各个CAD工具集成为系统,从而加强了电路功能设计和结构设计,该时期的EDA技术已经延伸到半导体芯片的设计,生产出可编程半导体芯片。（3）成熟阶段:20世纪90年代以后微电子技术突飞猛进,一个芯片上可以集成几百万、几千万乃至上亿个晶体管,这给EDA技术提出了更高的要求,也促进了EDA技术的大发展。各公司相继开发出了大规模的EDA软件系统,这时出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的EDA技术。
3.EDA技术的特点
EDA技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向,它的基本特征是采用高级语言描述,即硬件描述语言HDL(HardwareDescriptionLanguage),就是可以描述硬件电路的功能。信号连接关系及定时关系的语言。它比电原理图更有效地表示硬件电路的特性,同时具有系统仿真和综合能力,具体归纳为以下几点:（1）现代化EDA技术大多采用“自顶向下(Top-Down)”的设计程序,从而确保设计方案整体的合理和优化,避免“自底向上(Bottom-up)”设计过程使局部优化,整体结构较差的缺陷。（2）HDL给设计带来很多优点:①语言公开可利用;②语言描述范围宽广;③使设计与工艺无关;④可以系统编程和现场编程,使设计便于交流、保存、修改和重复使用,能够实现在线升级。（3）自动化程度高,设计过程中随时可以进行各级的仿真、纠错和调试,使设计者能早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的浪费,同时设计人员可以抛开一些具体细节问题,从而把主要精力集中在系统的开发上,保证设计的高效率、低成本,且产品开发周期短、循环快。（4）可以并行操作,现代EDA技术建立了并行工程框架结构的工作环境。从而保证和支持多人同时并行地进行电子系统的设计和开发。
4.EDA技术的应用
EDA技术在电子工程设计中发挥着不可替代的作用,主要表现在以下几个方面:
4.1验证电路设计方案的正确性
设计方案确定之后,首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证设计方案的可行性,这只要确定系统各个环节的传递函数(数学模型)便可实现。这种系统仿真技术可推广应用于非电专业的系统设计,或某种新理论、新构思的设计方案。仿真之后对构成系统的各电路结构进行模拟分析,以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。这种量化分析方法对于提高工程设计水平和产品质量,具有重要的指导意义。
4.2电路特性的优化设计
元器件的容差和工作环境温度将对电路的稳定性产生影响。传统的设计方法很难对这种影响进行全面的分析,也就很难实现整体的优化设计。EDA技术中的温度分析和统计分析功能可以分析各种温度条件下的电路特性,便于确定最佳元件参数、最佳电路结构以及适当的系统稳定裕度,真正做到优化设计
4.3实现电路特性的模拟测试
电子电路设计过程中,大量的工作是数据测试和特性分析。但是受测试手段和仪器精度所限,测试问题很多。采用EDA技术后,可以方便地实现全功能测试。
关键词：摄像头 智能汽车 设计方案
中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0152-01
本设计是基于MK60DN512ZVLL10单片机开发实现的，该系统采用摄像头采集、识别道路两旁或者中央的引导线，在此基础上利用合理闭环的算法控制智能车运动，从而实现智能车快速稳定的寻迹行驶。
1 智能车整体结构的选型与设计
1.1 图像传感器的选择
图像传感器，即数字摄像头。目前市场主流的两种摄像头传感器：以金属氧化物半导体元件为感光材料的CMOS摄像头和以电荷耦合元件为感光材料的CCD摄像头。综合两种摄像头解析度、灵敏度、成本、功耗比、模块电路、体积、重量，CMOS摄像头可以满足于4米/秒速度以下智能车行驶，并且CMOS摄像头功耗低，工作电压只需3.3V-7V，完全可以由智能车稳压后得到，稳定经济，所以选择CMOS摄像头中的OV7725摄像头。
1.2 起跑线检测传感器选择
起跑用的是发车灯塔控制方式，发车灯塔不仅发出起跑信号，而且发出终点信号。我们使用基于使用HS0038B传感器的基础电路作为接收灯塔光信号一个基础电路，OUT口接MK60的C5。
1.3 速度检测传感器选择
一个完整的控制系统是闭环控制的，所以需要测速装置，用以精准反映智能车实时速度。我们采用了由欧姆龙公司研制的一款200线的小型编码器。
1.4 车模选型
本次设计采用由飞思卡尔半导体公司赞助的G768型车模，即为竞赛中的C车模。
2 智能车硬件电路设计
2.1 硬件设计方案
本设计方案采用模块化方式完成总设计，模块化设计使思路清晰，在使用出现错误时容易修理。
2.2 电路设计方案
本次设计将智能车系统电路分成两个主要部分，以MK60N512ZVLQ10为核心的控制电路和以电源为核心的驱动电路。考虑到MK60最小系统电路板比较大，所以将整个系统电路分为两块规则PCB板（主控板和驱动板）。
2.3 控制电路
以MK60为核心的单片机系统的硬件电路设计主要包括以下几个部分：电源电路、时钟电路、JTAG接口、复位电路。
2.4 驱动电路
因为本次比赛摄像头组使用的电机是RS-380SH直流电机，小车驱动芯片决定选用集成的高电流半桥电机驱动应用BTN7971B，它的输出电流足以带动电机转动并且较稳定。
2.5 电源模块
比赛使用飞思卡尔专用电池，2000mAh的镍镉电池1块，标准电压7.2V。
3 智能车软件算法设计
3.1 软件控制整体设计
本次设计所用的软件调试工具支持C语言和汇编语言混合编程的IAR Embedded Workbench软件，由于C语言操作简单，可修改和移植性强，所以本次软件设计大部分程序都使用C语言编写，只有在某些地方加入了汇编语句。
3.2 主程序结构
在系统初始化方面，我们所用到的底层硬件资源进行初始化和上层模块初始化。在方案选择及参数设定上，我们在主板上设置了一组四位的拨码开关和三个按键结合OLED显示屏实现的方案和参数的可调，以在比赛时对车作适当地调整。在图像获取上，对于Ov7725数字摄像头，使用场中断加高速DMA传输的方式来获取图像。图像处理则采用黑线提取和中心线提取。
3.3 控制算法
控制算法是智能车的灵魂，为了使小车能以稳定的速度通过跑道，精确的速度控制是关键，采用速度闭环控制方案。
4 智能车开发与调试
4.1 软件开发环境
系统编译下载是在IAR IDE开发环境下完成的，Embedded Workbench for ARM是IAR Systems公司为ARM单片机开发的一个集成开发环境，这一开发环境使用方便、入门容易和代码简明紧凑。此外，由于在IAR软件中进行编写，调用，修正函数比较复杂繁琐，所以使用了Source insight 3软件进行辅助编写小车程序。
4.2 硬件开发环境
本次毕业设计所用的硬件开发平台为著名硬件开发公司Altium公司的Altium Designer 10，这已开发环境在板级设计特性、软设计特性、数据管理特性、通用特性都较有优势。
4.3 软件调试
软件调试主要包括：程序在线仿真调试，上位机调试。在线调试主要使用的是IAR中的调试器IAR C-SPY。上位机调试主要是通过蓝牙模块将智能车运行过程中的状态和SD卡采集的图像及时地反馈到PC机上。
4.4 现场调试
现场的调试包括摄像头调焦以及固定、PID参数整定、速度控制算法的参数整定、智能车运行状态等方面的调试。
随着半导体工艺技术的不断发展，EDA技术也不断地推动着电子设计技术的发展。IC设计产业在不断高度发展的同时也面临着巨大的挑战，产品上市周期越来越短、成本越来越低等要求都迫使设计者在进行电子设计时选用更高效的EDA技术。设计者在设计的过程中必须全面的考虑问题，不仅要考虑硬件的物理特性对设计时序及功能可靠性等的影响，同时也要选用合适的设计术语及抽象形式等数据来描述设计。EDA技术不仅需要测试深验证亚微米技术的物理效应的能力同时也需要提供抽象设计的能力。EDA技术的发展离不开计算机、电子系统设计及集成电路等，EDA技术的发展大致上可以分为计算机辅助阶段、计算机辅助工程设计阶段及电子设计自动化阶段这三个阶段。电子辅助阶段主要是在计算机辅助的前提下进行的电路原理图编辑，用PCB进行布线布局，从而使得设计师从传统的绘图工作中解放出来。计算机辅助工程设计阶段主要是解决电路设计中的电路检测等问题，CAE以逻辑模拟、故障仿真及定时分析等为核心，从而使得设计可以提前预知产品的相关性能及功能。电子设计自动化阶段主要是通过高级描述语言、综合技术及系统仿真等“自上而下”的完成设计前期的高层次设计。
2EDA技术的要点分析
2.1硬件描述语言硬件描述语言是一种进行电子系统硬件设计的计算机语言，它通过软件编程来具体的描述电子系统中的电路结合、连接形式及逻辑功能等，硬件描述语言适应于设计大规模的电子系统。高速集成电路（VHDL）硬件描述语言于1985年美国国防部推出的目的是为了克服EDA产品不兼容问题，同时也可以进行多层次设计。IEEE以VHDL为硬件描述语言柄滩以覆盖之前的硬件描述语言的各种功能。IEEE是一种全方位的硬件描述语言，包括系统行为级、逻辑门级及寄存器传输等多个设计层次，同时也支持数据流、结构及行为等三种形式进行混合描述整个项目。VHDL硬件描述语言不仅移植性好，同时它的设计也方便了工艺间的转换，而且VHDL使得设计人员的主要工作是进行实现与调试系统功能。
2.2ASIC设计在集成电路的设计中加入ASIC芯片可以解决电子系统集成电路存在的功耗的、可靠性差及体积大等主要问题。随着现代电子产品市场的门槛不断提高，ASIC芯片分为全定制或半定制ASIC及可编程，因此在设计ASIC芯片时应该尽可能的是芯片获得最优的性能，从而达到高利用率、高速度及低耗能的目标。
3EDA技术在电子设计流程
EDA技术是系统级的设计方法，是一种层次相对较高的电子设计方式，EDA技术以概念为驱动从而使电子设计工作者在设计时无需利用门级原理图，电子设计工作者在确定设计目标之后就可以用EDA技术来表述电路，这样不仅可以减少电路细节的约束及限制，同时也可以使设计者的设计更具创造性。EDA系统在电子设计人员将概念构思及高层次的描述输入计算机之后在系统规则下完成对电子产品的设计。EDA技术的电子设计工作流程大致包括系统划分、代码级功能仿真、VHDL代码或图形的输入、送配前时序仿真及ASIC实现部分。首先，电子设计借助文本或者图形编辑器呈现出设计描述，也就是实现设计表述。其次，电子设计借助编译器对设计进行错排编译，即输入HDL程序。然后，设计人员需要沟通软件和硬件设计，以便实施功能仿真，即综合。最后，在确认仿真设计无误时，通过FPGA或CPLD完成逻辑映射操作，即编程下载，系统级设计完成。基于EDA技术电子设计流程如图。
4EDA技术的应用
EDA技术在电子工程设计中扮演着非常重要的角色，它的作用体现在不同的方面。首先，电子自动化技术可以验证电路设计方案的正确性，在进行电子设计时，待设计方案确定之后，会利用结构模拟或者系统仿真等方式来验证设计方案的正确性，在验证过程中系统中的各个环节的传递函数确定之后设计方案便可以实现。这种系统仿真技术推广到非电子专业的系统设计也会得到充分的发展。EDA技术在系统进行仿真之后的电路结构进行模拟分析，从而使得电路设计方案的可行性及正确性得到充分的保障。其次，电子自动化字数也可以对电路特性进行优化设计。电路的稳定性能受到元器件容差及工作环境温度等的影响。在传统设计过程中难以对电路的整体进行优化设计，也无法全面的分析电路稳定性的影响因素。EDA技术中的温度分析及统计分析等功能的应用则可以全面的分析电路特性影响因素，从而对电路特性进行整体的优化设计。最后，电子自动化技术也可以实现电路特性的全功能模拟测试。
5以EDA技术为基础电子设计的注意事项
关键词： 带通滤波器； EDA； FilterPro； Proteus； 仿真分析
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）10?0024?03
0 引 言
带通滤波器是一种仅允许特定频率通过，同时对其余频率的信号进行有效抑制的电路。由于它对信号具有选择性，故而被广泛地应用现在电子设计中。但是，带通滤波器的种类繁多，各个类型的设计差异也很大，这就导致了在传统滤波器的设计方法中不可避免地要进行大量的理论计算与分析，不但损失了宝贵的时间，同时也提升了电路的设计门槛[1]。为了解决上述弊端，本文介绍了一种使用FilterPro和Proteus相结合的有源带通滤波器的设计方案，随着EDA技术的不断发展，这种方法的优势也将越来越明显。
1 带通滤波器设计工具简介
1.1 滤波器设计软件FilterPro
FilterPro是美国TI（德州仪器）公司推出的一款优秀的滤波器设计软件，它支持低通、高通、带通以及全通滤波器的设计，同时也支持常见的贝塞尔、巴特沃斯以及切比雪夫响应类型。设计人员只需要根据滤波器的设计向导按部就班地往下进行，就可以得到符合要求的滤波器电路，同时还可以得到与之相对应的响应曲线。但是有一点需要注意：这款软件的计算结果是一个连续域的计算结果，只有当使用的运算放大器是绝对理想的运放时才能得到与所给响应曲线完全吻合的响应结果，但这并不影响我们使用它进行滤波器的设计。因此只需要使用其他基于Spice模型的EDA仿真软件对电路进行仿真分析和调整，这就可以设计出性能稳定的滤波器电路[2]。
1.2 电路仿真软件Proteus
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司开发的一款功能强大的EDA软件，它自身集成了丰富的元件库，更具有其他软件无法与之相媲美的单片机仿真功能，使得它被广大单片机设计人员所熟知。其实Proteus在模拟电子的设计与仿真中做的同样出色，只不过对它在这方面的介绍较少。
4 结 语
本文介绍的这种带通滤波器的设计方法具有很强的通用性。实践表明，该方法不但可以避免一些复杂的理论计算和分析，同时通过仿真还可以直观的检验电路的输入和输出，进而使得滤波器的性能更加的稳定。另外，使用EDA软件进行电路设计和仿真测试也可以有效地降低设计难度和设计成本，这种设计方法也为滤波器的设计提供了一种新的设计思路。
参考文献
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（下转第30页）
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关键词：单片机 控制系统 电子电路
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0025-01
采用单片机控制系统对普通铣床进行数控化改造，可以提高机械加工工艺水平和产品质量，提高生产效率并减轻操作者的劳动强度。
1 设计方案和基本方案确定
（1）控制功能：X轴、Y轴、Z轴进给伺服运动；行程控制；键盘控制；报警电路、复位电路、隔离电路、功放电路等。（2）设计方案：综合考虑功率、技术难度、精度、成本因素，采用“步进电机+滚珠丝杠副”的开式伺服驱动控制模式。（3）基本方案：采用MCS-51单片机，并扩展两片2764芯片，一片6264芯片，三片8155可编程并行I/O等构成控制系统；采用软件环形分配器；由于铣床三个方向的三步进电机均为三相，所以直接与8155（2）的PA口再加上8155（3）的PA口相接，经光电耦合电路、功放电路驱动电机。
2 单片机扩展
（1）程序存储器EPROM的选择：芯片型号不同，应用参数也不同，主要有最大读出速度、工作温度及容量。在确定容量内选择EPROM型号，主要考虑读取速度。根据CPU与EPROM的匹配要求，应满足8031能提供的读取时间大于EPROM所需的读取时间。应考虑在满足容量要求的同时尽可能选择大容量芯片，以减少芯片组合数。（2）数据存储器RAM的选择：选RAM是主要考虑因素是RAM的读写速度与CPU提供的读写时序的匹配要求，还应满足这样一个关系：即8031所能提供的读写时间应大于RAM所需求的读写时间，常用RAM主要有6116和6264两种。
3 地址分配及接线方法
（1）地址分配：8031所支持的存储系统其程序存储器与数据存储器独立编址，故EPROM和RAM的地址分配自由，不必考虑冲突问题。8031复位后从0000H单元开始执行程序，故程序存储器地址从0000H开始。只用EPROM，地址为0000H-1FFFH，扩展RAM与I/O口及设备实行统一编址。
（2）EPROM、RAM与8031连接方法：803不必加以驱动。EPROM、RAM与8031的连接：1）地址总线：将A0～A12与EPROM的A0～A12对应连接。A0～A12与RAM的A0～A12对应连接，其余地址经译码产生片选信号；2）数据总线：P01～P07分别与存储器D01～D07对应连接；3）地址总线：将A0～A12与EPROM的A0～A12对应连接，A0～A12与RAM的A0～A12对应连接，其余地址经译码产生片选信号；4）数据总线：P01～P07分别与存储器D01～D07对应连接。
4 接口电路及辅助电路设计
本系统接口电路包括键盘、数码显示器及步进电机接口电路，辅助电路包括复位电路及报警显示电路。
8031单片机的口P01可以作为I/O接口，为管理上述接口电路，还需要扩展接口电路，现在用8031的P01管理步进电机，用扩展接口管理键盘和显示电路。
4.1 接口电路设计
8155内部RAM和I/O选择由引脚IO/M（__）控制，当IO/M（__）=0时，CPU访问RAM，RAM的低8位编制为：00H～FFH；IO/M（__）=1时，CPU访问IO口，8155的工作方式选择通过对8155内部命令，寄存器通过设定控制命令来实现。8155具有两种基本操作，即用8155中的256字节RAM及扩展I/O口使用，作RAM时与系统RAM无区别；作I/O口使用时，可通过工作方式以满足不同需要。8155有一个状态寄存器，锁存I/O口和定时器的当前状态，使CPU查询用。状态寄存器和命令寄存器共用一个地址，只能读入，不能写入。CPU读地址时，做状态寄存器，读出时是当前I/O口和定时器的状态，而写时则作为命令寄存器写入命令。
4.2 辅助电路设计
关键词 电子技术综合设计；实践能力；创新思维
中图分类号：G642.3 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2017）02-0113-02
Reform and Practice of Integrated Design of Electronic Techno-logy//ZHOU Tao， ZHANG Ruimin， LIU Qiao， LI Shuanming， ZHONG Furu
Abstract This article introduces the curriculum reform and practice from the aspects of teaching goal， teaching content， teaching imple-mentation， teaching method， examination method and teaching effect. The reform of the integrated design course of electronic tech-nology will be beneficial to the improvement of students’ practical ability， and to cultivate the students’ innovative thinking.
Key words integrated design of electronic technology； practical ability； innovative thinking
1 引言
随着石河子大学人才培养模式的不断改革，以及社会对高等教育培养具备实践能力、创新思维人才目标要求的提出，实践教学环节作为工科专业人才培养体系中的重要组成部分[1]，成为当下大学生创新思维和创新能力培养的重要环节。电子技术综合设计是一门实践性非常强的实训类课程，是电子技术人才培养成长的必由之路。由学生自行设计、自行制作和自行调试电子电路，旨在培养学生掌握综合模拟、数字、高频电路知识，解决电子信息方面常见实际问题的能力，培养学生电子电路设计与EDA（Electronic Design Automation）调试工具的使用方法，以及开展项目管理的基本方法。
2 现状
以往的教学安排中主要侧重电子电路的设计和仿真，留给学生自己用于思考和设计的时间有限，设计基本停留在纸上和计算机上。因此，教学效果很难达到预期的教学目的。虽然W生在参加接下来的相关课程的课程设计、大学生训练计划、全国大学生电子设计大赛、毕业设计时理论分析能力得到提高，但实际设计和调试时却出现大量问题很难得到快速解决的现象。所以，这种教学模式不再适应目前新的人才培养方案对于电子信息工程专业提出的要求以及创新人才的培养。
3 课程改革探索与实践
电子技术综合设计课程的改革与探索主要从课程教学目标、课程教学内容、课程教学实施、教学方法、考核方法和教学效果等几个方面进行。
课程目标 电子技术综合设计将学生已学过的电路基础、模拟电路、数字电路以及高频电路等课程的知识综合运用在该课程中[2]，从而培养学生具备电子元器件的识别和选择，电子电路仿真和电路设计软件的使用，电子电路的分析和设计以及实际应用电路项目的开发、管理等综合能力，使学生切实经历从原来课本上的电路到EDA软件的仿真电路再到实际看得到、摸得着的电路的实现过程。该课程是对现有课程体系的完善和补充[3]，帮助学生拓展视野，提升学生参加课外科技活动、校级SRP（Student Research Project）活动、国家大学生创新计划以及全国电子设计竞赛等专业竞赛的兴趣和毕业设计的质量与水平。
教学内容 课程的主要内容按照基本知识验证、专业知识综合、创新设计能力培养的原则进行安排，主要包括：常用电子元器件基础知识；常用电子测量仪表的使用；电路仿真软件的使用；印刷电路板的设计与实现；电子电路系统设计方案提出、论证、设计、元件焊接、系统调试；撰写总结报告、答辩等。
1）常用电子元器件基础知识：主要讲解电阻、电容、电感、电位器、变压器等常用元件的区分，还包括一些电子常用术语，比如单面板、双面板、焊盘、焊接面、虚焊、桥接等。
2）常用电子测量仪表的使用：包括万用表、示波器、函数发生器、直流稳压电源的基本使用方法。
3）电路仿真软件的使用：主要讲解电路仿真软件Multisim的使用。
4）印刷电路板的设计与实现：Altium Designer软件中电路原理图的绘制和PCB图的绘制方法。
5）电子电路系统设计方案提出、论证、设计、元件焊接、系统调试：对全班学生进行分组，四个人一组，每组一个设计题目，每组经过方案的提出、讨论、修改、教师审核、论证后设计出电路仿真图，仿真没有问题后设计PCB图，然后制成单面板进行元件焊接、调试。
6）撰写总结报告、答辩：系统设计完成后，每组撰写总结报告，提出系统的优点和设计不足，以及设计过程中自己的心得体会，最后制作幻灯片进行课程汇报答辩。
教学实施 在完成各个教学内容时，课程采用项目驱动的方式使学生在掌握理论知识的同时，实践能力也得到不同程度的提高。整个教学过程分为4个项目进行，通过项目的完成，学生逐步完成课程的学习，综合能力也在不知不觉中得到锻炼。
1）基本元件及电路测试项目。教学内容的前两部分讲解完成后，要求每个学生进行基本元件参数的测试、电路虚焊、双面板线路测试等。通过该项目，学生掌握电子元件与电路测试的基本方法和常用测量仪器的使用方法。
2）电子电路设计和仿真项目。在该项目中，教师首先讲解电路仿真软件Multisim的使用方法，然后以实例设计一个两级晶体管放大电路。在此过程中，教师从元件参数的选取、放大倍数的计算、系统测试和修改等方面给学生进行讲解。讲解完成后，学生参考实例设计一个放大倍数不同的晶体管放大电路作为练习。练习完成后，全体学生设计一个波形发生电路用来产生方波、三角波信号。学生设计过程中可相互交流，碰到问题可询问教师，最终完成项目预期目标。该项目完成后，学生可以掌握电路仿真软件的使用方法和电路设计的基本原则。
3）电子电路制板与焊接调试项目。前两阶段的项目完成后，教师讲解电路制板软件Altium Designer的使用方法和手工腐蚀法制作单面电路的流程，讲解和制作过程以上一个项目中的两级晶体管放大电路为例，讲解的过程中学生如果有问题可随时提出，教师进行解答。最终要求学生自己实现一个两级晶体管放大电路的印刷电路板的绘制，以及电路的腐蚀、焊接、通电调试。通过该项目，学生掌握了电子电路从书本的理论知识到实物实现的过程。
4）C合设计与总结项目。学生按学号进行随机选题，题目内容涵盖模拟电路（如连续可调直流稳压电源）、数字电路（如循环彩灯控制器）、高频电路（如小信号阻容耦合放大电路设计）。题目选定后，题目相同的学生分成一组，组建项目小组。项目组成员提出设计方案，经过理论论证，设计完成仿真电路和PCB电路，然后采用手工腐蚀法实现电路系统的板面布线，最后进行元件焊接和调试。系统完成后，整个课程基本接近尾声，每组学生要对自己的设计方案进行汇报答辩。通过该项目，学生掌握了复杂电路的设计与实现，以及团队合作完成项目设计、管理、总结的过程。
教学方法 课程的教学方法，打破传统理论课程完全靠教师讲授以及实验课程以学生动手为主的模式，采用教师讲授、项目训练、学生参与设计和讨论、分析讲解和答辩的形式。学生有机会表达自己的观点和设计思路，充分调动积极参与的兴趣。
考核方法 课程的总评成绩由5个部分组成：考勤10%+课程表现10%+项目完成情况30%+课程答辩情况20%+课程报告30%。新的考核标准打破原来课程总评成绩主要由平时成绩、设计成绩两部分组成的模式，主要以学生在教学实践活动中的参与度和完成度作为考量，注重学生实践能力和综合能力的培养。
教学效果 经过两周的项目驱动训练和实践环节的总结，学生对于测量仪器的使用更加熟练，对常用电子元器件的选用和封装了解得更为清楚，对电子电路的设计和实现更加有信心，分析问题、解决问题的能力得到了很大的提高。
4 结论
课程改革和实践在石河子大学电子信息工程2012级、2013级和2014级为期两周的电子技术综合设计课程中进行，学生对于课程内容安排和各个环节的设计比较欢迎，加大了学生创新思维和创新能力的培养。课程实施的整个过程侧重基础能力培养，将项目管理理念贯穿整个课程的始终，加大创新能力的培养。学生在后续的毕业设计和课外科技活动中凸显了较强的实践和创新能力。■
参考文献
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关键词：数字电子技术；时序电路；串行序列；仿真；EDA
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）06-0131-02
串行序列检测在通信领域应用广泛，因此，教材中对这种电路的设计进行介绍是有必要的。但是目前大多数的数字电子技术教材介绍的串行序列检测电路都存在一定的问题，作者在2003年全国高校电子经验交流会上就指出了问题并提出了多种修订方案[1]，该文也引起了一些老师对该问题的注意[2]。但当时论文中给出的修订方案与时序逻辑电路状态图描述不一致。同时，作者最近在图书馆查阅了最新出版的数字电子技术教材，其中的串行序列检测电路设计仍然是采用以往教材中的设计方法，都没有进行功能验证，问题依然存在。因此本文有必要进一步讨论这一问题。另外，串行序列检测电路设计作为数字电子技术的一个经典实例，欠缺一定的基础知识，比如串行通信的概念、异步串行通信帧格式概念、串行通信的检测和同步问题等。作者在教学中，首先让学生查找资料熟悉上述基本概念，然后设计串行序列检测电路，掌握上述基本概念后，个别同学自己就会发现以往教材中设计存在的问题。这种教学方式执行多年，效果很好。
一、传统串行序列检测电路仿真
大多数数字电子技术教材都是设计了110或111的串行序列检测电路，多数教材中得到的111序列检测电路（要求检测到连续的3个1时输出Z=1）如图1（a）所示，利用MaxplusⅡ仿真的结果如图1（b）所示。图1（b）中箭头表示在CP的上沿检测串行输入X，检测到第一个有效的1时进入01，检测到第二个有效的1时进入11状态，此时输出Z在检测到连续两个1时输出变量Z就1，显然与设计命题要求不符。其他序列的检测也有类似情况，即不是在有效的检测时刻输出1。
二、改进的串行序列电路设计方法
参考文献[3]中提出了这一问题的解决方案，分别给出了Mealy型和Moore型状态图，这样可以得到正确的设计电路。但这种方法的状态图与传统时序逻辑电路状态图不一致。传统状态图是反映时序逻辑电路状态转换规律及相应输入、输出取值关系的一种图形，在状态转换图中以圆圈及圈内的字母或数字表示电路的各个状态，以箭头表示状态转换的方向，相应输入/输出标注在转换箭头上，图2给出了传统的两状态变量的部分状态图。本文根据串行序列检测的特点，即输出是由检测状态S确定的，当检测到有效序列，无论下一个串行输入X为0还是为1，都输出1。则可以将状态图表示为如图3所示的传统形式，进行可重叠序列检测，图4是医电93班吴鹏同学按照改进方法设计的111序列检测电路及仿真结果，由图4（b）可见，只要检测到有效数据串就输出1，结论完全正确。
三、实例安排顺序和教学方式的改变
这一实例所有教材都是安排在基于触发器的时序电路设计部分，因此限制了学生的思路。最近几个学期在时序逻辑电路分析、设计、寄存器等所有知识介绍完之后，让学生开始查串行通信资料、做序列检测电路设计、仿真验证电路功能，并做PPT在课堂上介绍。多数学生对串行通信概念、帧格式、波特率、帧同步等问题都介绍的比较清楚，个别同学对序列检测电路还设计了几种方案，其中包括了参考文献[1]中提到的用移位寄存器、输出与检测时刻同步等方法，拓展了学生的思路，部分学生对设计的电路进行了仿真和分析。这种方式激发了学生学习数字电子技术的热情，对数字电子技术设计产生了浓厚的兴趣。因此，建议各教材在补充相关基础知识的同时，将这一实例放在时序逻辑电路一章的最后，由学生根据自己所学知识进行设计。
通过以上分析可见，即使再多教材使用了再久的实例，也需要进行实践检验；建议教材中基于触发器的时序电路设计步骤中，应该增加“电路功能验证”一步，如果有这一步，就可以避免之前教材所设计电路存在的问题。
参考文献：
[1]宁改娣，杨栓科.串行序列检测同步时序电路设计探讨[C].全国高校电子经验交流会论文集，2003.
[2]陈文楷等.讨论式教学方法如何引入课堂[C].全国高等学校电子技术教学研究会年会，2005.
[3]张克农，宁改娣.数字电子技术基础（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2010.
