时间：2023-10-11 16:33:02
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篇电路设计流程，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非微电子专业开设集成电路设计课程的原则
在非微电子专业如计算机、通信、信号处理、自动化、机械等专业开设集成电路设计技术相关课程，一方面，这些专业的学生有电子电路基础知识，又有自己本专业的知识，可以从本专业的系统角度来理解和设计集成电路芯片，非常适合进行各种应用的集成电路芯片设计阶段的工作，这些专业也是目前芯片设计需求最旺盛的领域；另一方面，对于这些专业学生的应用特点，不宜也不可能开设微电子专业的所有课程，也不宜将集成电路设计阶段的许多技术（如低功耗设计、可测性设计等）开设为单独课程，而是要将相应课程整合，开设一到二门集成电路设计的综合课程，使学生既能够掌握集成电路设计基本技术流程，也能够了解集成电路设计方面更深层的技术和发展趋势。因此，在课程的具体设置上，应该把握以下原则。理论讲授与实践操作并重集成电路设计技术是一门实践性非常强的课程。随着电子信息技术的飞速发展，采用EDA工具进行电路辅助设计，已经成为集成电路芯片主流的设计方法。因此，在理解电路和芯片设计的基本原理和流程的基础上，了解和掌握相关设计工具，是掌握集成电路设计技术的重要环节。技能培训与前瞻理论皆有在课程的内容设置中，既要有使学生掌握集成电路芯片设计能力和技术的讲授和实践，又有对集成电路芯片设计新技术和更高层技术的介绍。这样通过本门课程的学习，一方面，学员掌握了一项实实在在有用的技术；另一方面，学员了解了该项技术的更深和更新的知识，有利于在硕、博士阶段或者在工作岗位上，对集成电路芯片设计技术的继续研究和学习。基础理论和技术流程隔离由于是针对非微电子专业开设的课程，因此在课程讲授中不涉及电路设计的一些原理性知识，如半导体物理及器件、集成电路的工艺原理等，而是将主要精力放在集成电路芯片的设计与实现技术上，这样非微电子专业的学生能够很容易入门，提高其学习兴趣和热情。
2非微电子专业集成电路设计课程实践
根据以上原则，信息工程大学根据具体实际，在计算机、通信、信号处理、密码等相关专业开设集成电路芯片设计技术课程，根据近两年的教学情况来看，取得良好的效果。该课程的主要特点如下。优化的理论授课内容1）集成电路芯片设计概论：介绍IC设计的基本概念、IC设计的关键技术、IC技术的发展和趋势等内容。使学员对IC设计技术有一个大概而全面的了解，了解IC设计技术的发展历程及基本情况，理解IC设计技术的基本概念；了解IC设计发展趋势和新技术，包括软硬件协同设计技术、IC低功耗设计技术、IC可重用设计技术等。2）IC产业链及设计流程：介绍集成电路产业的历史变革、目前形成的“四业分工”，以及数字IC设计流程等内容。使学员了解集成电路产业的变革和分工，了解设计、制造、封装、测试等环节的一些基本情况，了解数字IC的整个设计流程，包括代码编写与仿真、逻辑综合与布局布线、时序验证与物理验证及芯片面积优化、时钟树综合、扫描链插入等内容。3）RTL硬件描述语言基础：主要讲授Verilog硬件描述语言的基本语法、描述方式、设计方法等内容。使学员能够初步掌握使用硬件描述语言进行数字逻辑电路设计的基本语法，了解大型电路芯片的基本设计规则和设计方法，并通过设计实践学习和巩固硬件电路代码编写和调试能力。4）系统集成设计基础：主要讲授更高层次的集成电路芯片如片上系统（SoC）、片上网络（NoC）的基本概念和集成设计方法。使学员初步了解大规模系统级芯片架构设计的基础方法及主要片内嵌入式处理器核。
丰富的实践操作内容1）Verilog代码设计实践：学习通过课下编码、上机调试等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述语言进行基本数字逻辑电路设计的能力，并通过给定的IP核或代码模块的集成，掌握大型芯片电路的集成设计能力。2）IC前端设计基础实践：依托Synopsys公司数字集成电路前端设计平台DesignCompiler，使学员通过上机演练，初步掌握使用DesignCompiler进行集成电路前端设计的流程和方法，主要包括RTL综合、时序约束、时序优化、可测性设计等内容。3）IC后端设计基础实践：依托Synopsys公司数字集成电路后端设计平台ICCompiler，使学员通过上机演练，初步掌握使用ICCompiler进行集成电路后端设计的流程和方法，主要包括后端设计准备、版图规划与电源规划、物理综合与全局优化、时钟树综合、布线操作、物理验证与最终优化等内容。灵活的考核评价机制1）IC设计基本知识笔试：通过闭卷考试的方式，考查学员队IC设计的一些基本知识，如基本概念、基本设计流程、简单的代码编写等。2）IC设计上机实践操作：通过上机操作的形式，给定一个具体并相对简单的芯片设计代码，要求学员使用Synopsys公司数字集成电路设计前后端平台，完成整个芯片的前后端设计和验证流程。3）IC设计相关领域报告：通过撰写报告的形式，要求学员查阅IC设计领域的相关技术文献，包括该领域的前沿研究技术、设计流程中相关技术点的深入研究、集成电路设计领域的发展历程和趋势等，撰写相应的专题报告。
3结语
随着传统集成电路设计和生产流程的改变，大多数芯片设计可以采用无生产线设计和代工厂生产的方式完成[2]，这种流程为高校集成电路设计人才的培养提供了低成本的硬件环境[3]。此外，随着我国对集成电路设计人才需求的逐年提高，在高校非微电子专业开设集成电路设计技术课程已经成为培养相关专业合格毕业生的必须。信息工程大学根据自身软硬件条件和学生具体专业情况，开设了集成电路设计技术相关理论和实践课程，经过两年的教学实践，取得良好的教学效果，培养了一批有着丰富专业技术知识的集成电路设计人才。
作者：宋克张帆沈剑良单位：信息工程大学信息技术研究所讲师
关键词：集成电路设计；版图；CMOS
作者简介：毛剑波（1970-），男，江苏句容人，合肥工业大学电子科学与应用物理学院，副教授；汪涛（1981-），男，河南商城人，合肥工业大学电子科学与应用物理学院，讲师。（安徽?合肥?230009）
基金项目：本文系安徽省高校教研项目（项目编号：20100115）、省级特色专业项目（项目编号：20100062）的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）23-0052-02
集成电路（Integrated Circuit）产业是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业，是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是新一代信息技术产业发展的核心和关键，对其他产业的发展具有巨大的支撑作用。经过30多年的发展，我国集成电路产业已初步形成了设计、芯片制造和封测三业并举的发展格局，产业链基本形成。但与国际先进水平相比，我国集成电路产业还存在发展基础较为薄弱、企业科技创新和自我发展能力不强、应用开发水平急待提高、产业链有待完善等问题。在集成电路产业中，集成电路设计是整个产业的龙头和灵魂。而我国集成电路设计产业的发展远滞后于计算机与通信产业，集成电路设计人才严重匮乏，已成为制约行业发展的瓶颈。因此，培养大量高水平的集成电路设计人才，是当前集成电路产业发展中一个亟待解决的问题，也是高校微电子等相关专业改革和发展的机遇和挑战。[1-4]
一、集成电路版图设计软件平台
为了满足新形势下集成电路人才培养和科学研究的需要，合肥工业大学（以下简称“我校”）从2005年起借助于大学计划，和美国Mentor Graphics公司、Xilinx公司、Altera公司、华大电子等公司合作建立了EDA实验室，配备了ModelSim、IC Station、Calibre、Xilinx ISE、Quartus II、九天Zeni设计系统等EDA软件。我校相继开设了与集成电路设计密切相关的本科课程，如集成电路设计基础、模拟集成电路设计、集成电路版图设计与验证、超大规模集成电路设计、ASIC设计方法、硬件描述语言等。同时对课程体系进行了修订，注意相关课程之间相互衔接，关键内容不遗漏，突出集成电路设计能力的培养，通过对课程内容的精选、重组和充实，结合实验教学环节的开展，构成了系统的集成电路设计教学过程。[5，6]
集成电路设计从实现方法上可以分为三种：全定制（full custom）、半定制（Semi-custom）和基于FPGA/CPLD可编程器件设计。全定制集成电路设计，特别是其后端的版图设计，涵盖了微电子学、电路理论、计算机图形学等诸多学科的基础理论，这是微电子学专业的办学重要特色和人才培养重点方向，目的是给本科专业学生打下坚实的设计理论基础。
在集成电路版图设计的教学中，采用的是中电华大电子设计公司设计开发的九天EDA软件系统（Zeni EDA System），这是中国唯一的具有自主知识产权的EDA工具软件。该软件与国际上流行的EDA系统兼容，支持百万门级的集成电路设计规模，可进行国际通用的标准数据格式转换，它的某些功能如版图编辑、验证等已经与国际产品相当甚至更优，已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用，特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了强大的功能，并成功开发出了许多实用的集成电路芯片。
九天EDA软件系统包括ZeniDM（Design Management）设计管理器，ZeniSE（Schematic Editor）原理图编辑器，ZeniPDT（physical design tool）版图编辑工具，ZeniVERI（Physical Design Verification Tools）版图验证工具，ZeniHDRC（Hierarchical Design Rules Check）层次版图设计规则检查工具，ZeniPE（Parasitic Parameter Extraction）寄生参数提取工具，ZeniSI（Signal Integrity）信号完整性分析工具等几个主要模块，实现了从集成电路电路原理图到版图的整个设计流程。
二、集成电路版图设计的教学目标
根据培养目标结合九天EDA软件的功能特点，在本科生三年级下半学期开设了为期一周的以九天EDA软件为工具的集成电路版图设计课程。
本文首先介绍数据采集卡系统系统的特点、现状单片机毕业论文及趋势。然后对各模块的工作原理进行详细介绍,并给出了各模块程序流程图及程序的设计。该卡具有很强的实用意义,有非常广泛的应用前景。
Abstract
This paper introduce the software design of data colletion card system, design the analog-digital conversion module, data storage module, real-time control module and the bus interface module, and so on. The card use 8051 MCU control the data collection, storage and display, SCM control sensors to conduct real-time data collection, A / D converter will be conver analog to digital, and then store and dispiay that. The card have the advantage of small in size, can work outline and have strong anti-interference capability .It overcome shortcome of the traditional data collection system,such as big size, can not work outline and are not easy to carry.It can be easily in different locations for data collection.
Firstly,the paper introduce the characteristics, status and trends of data collection card systerm. Then introduce the principle of each module in detail, and gives the process flow chart and the design process of each module. The card has strong practical significance and a very wide range of applications.
目 录
摘 要
ABSTRACT
第一章 前 言 5
1.1 课题研究背景 5
1.2 数据采集系统的概述 5
1.3 数据采集卡系统的简介 6
1.3.1 什么是数据采集卡系统 6
1.3.2 数据采集卡系统的特点 7
1.3.3 数据采集卡系统的发展趋势 8
1.3.4 数据采集卡的技术指标 9
第二章 系统软件整体的设计 10
2.1 整体电路 10
2.1.1 传感器的选型 12
2.1.2 前置端放大的硬件电路设计 12
2.1.3 数字滤波器的硬件电路设计 13
2.2 系统的结构框图 14
2.3 程序设计体系结构 16
2.4 主程序流程图的设计 16
第三章 A/D转换模块的设计 18
3.1 A/D转换的硬件电路设计 18
3.1.1 A/D转换器的选择指标 18
3.1.2 A/D转换器的选择 18
3.1.3 应用ADC0809实现数模转换电路 21
3.2 ADC0809与单片机的接口电路 22
3.3 A/D转换模块的流程图及程序 24
第四章 显示模块的软件设计 27
4.1 8279及LED显示器与单片机的接口电路 27
4.2 显示模块的程序流程图及程序 28
第五章 存储模块的软件设计 31
5.1 62128存储器与单片机的接口电路 31
5.2 存储模块程序流程图及程序 32
第六章 数据采集卡与总线接口的硬件电路设计 34
6.1 总线的选择 34
6.2 ISA总线接口 35
6.3 ISA总线接口卡设计基本问题 39
6.3.1 I/0端口地址空间 39
6.3.2总线竞争、隔离和驱动 40
6.4单片机与总线连接的硬件电路设计 40
结 论 44
关键词：集成电路设计；应用型人才；课程改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）14-0059-02
一、引言
在过去的20多年来，中国教育实现两大历史性跨越。第一是实现了基本普及义务教育，基本扫除青壮年文盲的目标；第二是中国高等教育开始迈入大众化阶段，高教毛入学率达到17%。据《2012年中国大学生就业报告》显示[1]，在2011年毕业的大学生中，有近57万人处于失业状态，10多万人选择“啃老”；即使工作一年的人，对工作的满意率也只有47%。2012年，全国普通高校毕业生规模达到680万人，毕业人数再创新高，大学生将面临越来越沉重的就业压力。面对这样的困境，国家相关部分提出了一系列的举措，其中对本科毕业生的培养目标逐渐向应用型人才转变[2-4]。集成电路作为信息产业的基础和核心，是国民经济和社会发展的战略性产业，已成为当前国际竞争的焦点和衡量一个国家或地区现代化程度以及综合国力的重要标志。本文将在对集成电路设计专业特点分析的基础上，以北京信息科技大学集成电路设计专业课程设置为例，介绍面向应用型人才培养目标地集成电路设计本科课程现阶段存在的问题并给出相关可行的改革方案。
二、集成电路设计专业特点
进入本世纪后，我国的集成电路发展迅速，集成电路设计需求剧增。为了适应社会发展的需要，国家开始加大推广集成电路设计相关课程的本科教学工作[5]。经过十年多的发展，集成电路设计专业特色也越来越明显。
首先，集成电路设计专业对学生的专业基础知识要求高。随着工艺的不断进步，集成电路芯片的尺寸不断下降，芯片功能不断增强，功耗越来越低，速度越来越快。但随着器件尺寸的不断下降，组成芯片的最基本单元――“器件”的高阶特性对电路性能的影响越来越大。除了器件基础，电路设计人员同时还需要了解后端电路设计相关的版图、工艺、封装、测试等相关基础知识，而这些流程环环相扣，任何一个环节出现问题，很难想象芯片能正常工作[6]。因此，对于一个合格的电路设计人员，深厚的专业基础知识是必不可少的。
其次，集成电路设计专业需要学生对各种电子设计自动化工具熟悉，实践能力强。随着电子设计自动化工具的不断发展，在电路设计的每一个阶段，电路设计人员可以通过计算机完成电路设计的部分或全部的相关内容。另一方面，电子设计自动化工具的相关比较多，即使是同一家公司的同一种软件的更新速度相当快，集成电路设计工具种类繁多，而且没有统一的标准这对集成电路设计教学增加了很大的难度。
再次，集成电路设计专业的相关教学工作量大。正如前面所介绍，要完成一个电路芯片的设计，需要电路设计人员需要了解从器件基础到电路搭建、电路仿真调试、版图、工艺、封装、测试等相关知识，同时还要通过实验熟悉各种电子设计自动化工具的使用。所有相关内容对集成电路设计专业的教学内容提出了更多的要求，但从现有的情况看，相关专业的课时数目难以改变，所以在有限的课时内如何合理分配教学内容是集成电路设计专业教师重要的工作。
最后，集成电路设计专业对配套的软、硬件平台要求高，投入资金成本高。从现有的情况看，国际上有4大集成电路设计EDA公司，还有很多中、小型EDA公司。每个公司的产品各不相同，即使针对相同的电路芯片，设计自动化工具也各不相同。在硬件方面，软件的安装通常在高性能的服务器上，因此，硬件方面的成本也很高。软硬件方面的成本严重地阻碍了国内很多高等院校的集成电路设计专业发展。
三、集成电路设计专业课程设置及存在的问题
在集成电路设计专业课程设置方面，不同的学校的课程设置各不相同。但总的来说可以分为三类：基础课、专业课和选修课。在三类课程的设置方面，每个学校的定义各不相同，主要是根据本校集成电路设计专业的侧重点不同而有所区别。从国内几大相关院校的课程设置看，基础课主要包括：《固体物理》、《半导体物理》、《晶体管原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》等；专业课主要包括：《模拟集成电路设计》、《数字集成电路设计》、《信号处理》、《高频电路》等；选修课主要包括：《集成电路EDA》、《集成电路芯片测试》、《集成电路版图设计》、《集成电路封装》等。
从现有的课程设置可以看到，针对国家应用型人才培养目标，现有的课程设置还存在很多问题，具体地说：
首先，课程设置偏于理论课程，实践内容缺乏，不符合应用型人才的培养目标要求。从上面的课程设置情况可以看到，各大高校在课程安排方面都侧重于理论教学，缺乏实践内容。比如：《模拟集成电路设计》课程总学时为48，实验学时为8，远远低于实际需求，难以在短短8学时内完成模拟集成电路设计相关实践活动。虽然集成电路设计专业对于专业基础知识要求宽广，但并不深厚，因此，浪费太多时间在每个设计流程相关的理论知识的阐述是不合适的，也不符合我国大学生的现状。
其次，实践活动不能与集成电路设计业界实际需要相结合，实践内容没有可行性。从目前各大高等院校的课程内容方面调研结果表明，对于本科教学情况，90%以上的实践内容都是教师根据理论教学内容设置一些简单可行的小电路，学生按照实验指导书的内容按相关步骤操作即可完成整个实验过程。实验内容简单、重复，与集成电路设计业界实际需要完全不相关，这对学生以后的就业、择业意义不大。
最后，没有突现学校的专业特色，不适于当今社会集成电路设计业界对本科毕业生的要求。但在竞争激烈的电子信息产业界，如果想要毕业生择业或者就业时有更强的竞争力，各大高校需要有自己的专业特色，但现在各个高校的现状仍然是“全面发展，没有特色”。这对于地方高校的集成电路设计专业毕业生是一个劣势。
四、面向应用型人才培养目标的课程改革
针对上面阐述的相关问题，本文给出了面向应用型人才培养目标的集成电路设计专业课程改革的几点方案，具体地说：
首先，削减理论课的课时，加大实验内容比例。理论课时远远高于实践课时是当今大学生教育的一个重要弊端，这也直接导致了大学生动手能力差、实践活动参与度低、分工合作意识薄弱。而在不增加授课学时的前提下要改变这一现象，唯一的方法就是改变授课内容，适当削减理论课的课时，加大实验内容的比例。这样既能满足国家对于本科毕业生应用型人才的培养目标，也符合创新型本科生的特点。
其次，积极推进“校企联合办学”，让学生更早接触业界发展，指导择业、就业。正如前面介绍，现在各大高等院校的教学内容理论性太强，学生在大学四年学习到的相关知识与实际应用相脱离。这也造成很大一部分本科毕业生在入职后的第一年难以进入工作状态，工作效率差，影响后面学生的就业、择业。如果能在学生在校期间，比如大学三年级或更早，推进“校企联合办学”，使学生更早了解到业界真正工作模式以及业界关注的重点，这对于学生后续进入工作非常有利，同时也能推进学校科研工作。
最后，实现优质教学资源的共享。这里的教学资源，除了包括授课笔记、教案、教学讲义外还包括高水平教师。虽然现在高等教育研究相关机构也开设了一些青年教师课程培训相关内容，但真正取得的成效还相对比较小。另外，针对集成电路设计专业来说，跟随业界发展的相关知识更新较快，配套的软硬件代价较高，如果能实现高校软硬件教学资源的共享，尤其是高水平高校扶持低水平高校，这将更有利于提高毕业生的整体水平。
五、结论
本文详细分析面对应用型人才培养目标的集成电路设计专业的特点，并在对国内相关院校集成电路设计专业调研基础上给出集成电路设计专业的基础课、专业课、选修课课程的内容以及教学方式情况，指出面向应用型人才培养目标现在课程设置方面存在的问题。同时，文章给出了在当今大学生招生人数剧增情况下，如何合理安排集成电路设计专业课程的方案从而实现应用型培养目标。
参考文献：
[1]王兴芬.面向应用型人才培养的实践教学内涵建设及其管理机制改革[J].实验技术与管理，2012，（29）：117-119.
[2]殷树娟，齐臣杰.集成电路设计的本科教学现状及探索[J].中国电力教育，2012，（4）：64-66.
[3]侯燕芝，王军，等.实验教学过程规范化管理的研究与实践[J].实验室研究与探索，2012，（10）：124-126.
[4]张宏勋，和荫林，等.高校实验室教学文化变革的阻力及其化解[J].实验室研究与探索，2012，（10）：162-165.
一、建设数字化教学资源
建设集成电路设计相关课程的视频教学资源，包括集成电路设计基础理论课程讲授视频、典型案例设计讲解视频、集成电路制造工艺视频等；构建集教师、博士研究生、硕士研究生和本科生于一体的设计数据共享平台。集成电路设计是一项知识密集的复杂工作，随着该行业技术的不断进步，传统教学模式在内容上没法完全展示集成电路的设计过程和设计方法，尤其不能展示基于EDA软件进行的设计仿真分析，这势必会严重影响教学效果。另外，由于课时量有限，学生在课堂上只能形成对集成电路的初步了解，若在其业余时间能够通过视频教程系统地学习集成电路设计的相关知识，在进行设计时能够借鉴共享平台中的相关方案，将能很好地激发学生学习的积极性，显著提高教学效果。
二、优化课程教学方式方法
以多媒体教学为主，辅以必要的板书，力求给学生创造生动的课堂氛围；以充分调动学生学习积极性和提升学生设计能力的目标为导向[3]，重点探索启发式、探究式、讨论式、参与式、翻转课堂等教学模式，激励学生自主学习；在教学讲义的各章节中添加最新知识，期末开展前沿专题讨论，帮助学生掌握学科前沿动态。传统教学模式以板书为主，不能满足集成电路设计课程信息量大的需求，借助多媒体手段可将大量前沿资讯和设计实例等信息展现给学生。由于集成电路设计理论基础课程较为枯燥乏味，传统的“老师讲、学生听”的教学模式容易激起学生的厌学情绪，课堂教学中应注意结合生产和生活实际进行讲解，多列举一些生动的实例，充分调动学生的积极性。另外，关于集成电路设计的书籍虽然很多，但是在深度和广度方面都较适合作为本科生教材的却很少，即便有也是出版时间较为久远，跟不上集成电路行业的快速发展节奏，选择一些较新的设计作为案例讲解、鼓励学生浏览一些行业资讯网站和论坛、开展前沿专题讲座等可弥补教材和行业情况的脱节。
三、改革课程考核方式
改革课程考核、评价模式，一方面通过习题考核学生对基础知识和基本理论的掌握情况；另一方面，通过项目实践考核学生的基本技能，加大对学生的学习过程考核，突出对学生分析问题和解决问题能力、动手能力的考察；再者，在项目实践中鼓励学生勇于打破常规，充分发挥自己的主观能动性，培养学生的创新意识。传统“一张试卷”的考核方式太过死板、内容局限，不能充分体现学生的学习水平。集成电路设计牵涉到物理、数学、计算机、工程技术等多个学科的知识，要求学生既要有扎实的基础知识和理论基础，又要有很好的灵活性。因此，集成电路设计课程的考核应该是理论考试和项目实践考核相结合，另外，考核是评价学生学习情况的一种手段，也应该是帮助学生总结和完善课程学习内容的一个途径，课程考核不仅要看学生的学习成果，也要看学生应用所学知识的发散思维和创新能力。
四、加强实践教学
在理论课程讲解到集成电路的最小单元电路时就要求学生首先进行模拟仿真实验，然后随着课程的推进进行设计性实验，倡导自选性、协作性实验。理论课程讲授完后，在暑期学期集中进行综合性、更深层次的设计性实验。集成电路设计是一门实践性很强的课程，必须通过大量的项目实践夯实学生的基础知识水平、锻炼学生分析和解决问题的能力。另外，“设计”要求具备自主创新意识和团队协作能力，应在实践教学中鼓励学生打破常规、灵活运用基础知识、充分发挥自身特点并和团队成员形成优势互补，锻炼和提升创新能力和团队协作能力。
五、总结
“集成电路设计”课程既牵涉到物理、数学、计算机等基础学科，又需要用到美学、工程技术等知识，集成电路的应用更是涉及到人类社会的方方面面，这一课程的教学势必需要借助现代信息技术来向学生传递大量的信息。由于课程的综合性较强，要求设计者具有扎实的物理和数学基础，对初学者来说往往会因为难以入手而产生厌学情绪。采用启发式、探究式、讨论式、参与式、翻转课堂等教学模式可充分调动学生学习积极性；结合集成电路设计流程、EDA工具使用、设计实例和设计性实验等进行教学，能够帮助学生快速入门，并在设计过程中充分锻炼学生的创新意识和团队协作能力；另外，在教学过程中应向学生输送大量的学科前沿信息，以便学生掌握行业动态，并在其中找到自己感兴趣的点，进行更深层次的研究。总之，集成电路设计是一项系统性的复杂工程，“集成电路设计”课程的教学需要打破传统，做到理论联系实践、基础和前沿并举、鼓励创新和协作，充分调动学生的学习积极性，实现高效率高质量的教学效果。
作者：马奎杨发顺单位：贵州大学电子科学系
关键词：脉搏；信号调理；电路设计
Design of Circuit for Conditioning the Pulse Signals
ZHANG Jin-bang，LIU Jun
（Graduate Management Team，Engineering University of CAPF，Xi'an 710086）
Abstract: Pulse is one of the most important index of the human physiology and pathology，and provided with important medical researchful value . Basede on the characteristic of weak，low frequency and easily can be disturbed of pulse signals. The request of conditioning circuit for pulse signals is proposed，and the necessary compinents are elected in accordance with the characters of pulse，and the circuit is design. There are the circuit of prepose amplification，the circuit of zero，the circuit of restricting the signals 50 Hz，the circuit of band-pass filter and the circuit of secondary amplification. The circuit of hardware designed has been tested，and the measurement shows that the conditioning circuit of pulse signals possesses the advantages of high CMMR(common model restrain ration)，low noise，the output is stabilization，and has enhanced the precision of collection for pulse signals.
Keywords: pulse; conditioning signals; design of circuit
脉搏是人体的重要生理参数之一，它携带了丰富的生理和病理信息，具有重要的生理和诊断参考价值[1-2]，但脉搏信号在强噪声背景下的低频微弱信号，具有随机性强、频率低的特点，极易受到检测系统内部噪声和外界环境(环境、温度)的干扰，因此必须对检测到的脉搏信号做一系列的处理(滤除噪声和干扰)，才可获得高保真的脉搏信息，为进一步从医学角度分析研究脉搏信息提供准确、有效的数据源。因此，研究脉搏信号调理电路对整个脉搏信号检测系统具有十分重要的意义。
1 调理电路总体设计
脉搏信号幅度小、频率低，极易被噪声湮没，减少甚至消除这些噪声干扰是有效识别脉搏信号特征参数的因素。信号调理电路作为信号采集单元的重要组成部分，其稳定性和可靠性直接决定了脉搏信号的真实性与有效性。
1.1 调理电路设计要求
脉搏信号取自人体浅表动脉，信号源阻抗较大，且幅度小、频率低，极易被噪声湮没。因此，对脉搏信号调理电路有如下要求：(1)高输入阻抗。由于信号源阻抗较高，脉搏信号很微弱，若输入阻抗不高，经分压后信号会更小，会使脉搏信号有严重损失；(2)高增益。脉搏信号属于微弱信号，只有较高的放大倍数才能提高脉搏信号采集的精度；(3)高共模抑制比。主要是消除市电50 Hz的工频干扰；(4)低噪声。使噪声信号不湮没信号微弱且信噪比低的脉搏信号；(5)低漂移。防止高放大倍数的放大电路出现饱和现象；(6)合适的带宽。以有效地抑制噪声，防止采样混叠；(7)高安全性。确保人体的绝对安全，主要对电气特性的要求。
1.2 调理电路设计方案
基于脉搏信号的上述特征和调理电路设计要求，本文设计的高性能脉搏信号调理电路由一级放大电路、调零电路、工频限波电路、带通滤波电路和二级放大电路组成，其原理框图如图1所示。
调理电路的工作流程为，一级放大电路对检测到的脉搏信号，进行线性放大，经调零电路抑制零漂后，传送至限波电路和带通滤波电路，滤除杂波干扰信号；再经二级放大电路送至A/D转换部分进行信号采样。
2 硬件电路设计
2.1 一级放大电路设计[9-10]
关键词：SMD生产线输送带控制 单片机 自动控制
0 引言
在MES制造执行系统的应用，对设备控制的需求随着工业化步伐的不断加快而不断增加。在生产活动过程中，系统搜集生产数据同时，能够在发现异常行为时，将生产设备停止，待异常处理完成后在继续生产。提供生产效率以及产品良率。SMT生产线通常有不同类型的自动化生产设备组成，在设备与设备之间用于连接的自动化传送设备。通过对自动化的传送设备控制，实现对整个生产线运行和停止的控制。
1 SMT生产线工艺流程分析
SMT生产线工艺是表面贴装技术（Surface Mount Technology）的简称，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。它是一种将无引脚或短引线表面组装元器件（简称SMC/SMD，中文称片状元器件）安装在印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）的表面或其它基板的表面上，通过回流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。
主要的工艺过程有：印刷（红胶/锡膏）检测（可选AOI全自动或者目视检测）贴装（先贴小器件后贴大器件：分高速贴片及集成电路贴装）检测（可选AOI 光学/目视检测）焊接（采用热风回流焊进行焊接）检测（可分AOI 光学检测外观及功能性测试检测）维修（使用工具：焊台及热风拆焊台等）分板（手工或者分板机进行切板）
SMT工艺流程结构框图如图1所示。
本文讨论的主要是在SMT生产线作业过程中控制，指的是锡膏印刷到回焊之间的工艺过程。一般采用两段控制，在印刷后和回焊前。也可根据需要增加控制点。
2 电气控制系统设计
2.1 总体方案
①整体采用主控端与子控端设计方案。控制程序使用VB编程。
②主控端使用单片机控制，通过COM口连接PC主控制程序，通过PC的USB端口供电。主控端与子控端使用线路连接。
③子控端安装在受控输送带设备的控制器上，串联接入输送设备控制设备的输送信号线路上。电源使用输送设备的24V电源，分路线路在接信号指示灯以提示目前运行状态。
④控制过程：VB程式发送控制指令，主控端MCU接受并改变对应子控端状态，输送带依据子控端运行或停止。
2.2 电路设计
①主控端电路设计。
a 主控制端电压输入，提供主控端DC5V电压。（图2-1）
b MCU电路设计。（图2-2）
c COM口通讯电路设计。（图2-3）
d 主控制端输出电路设计。（图2-4）
e 主控制端输出显示及接口电路设计。（图2-5）
②子控制端电路设计。控制电路如图3所示。a JP1连接主控制端控制电压。b ALARM，GREEN分别接输送带的24V电压。c 正常运行时，GREEN长亮，生产线正常运行。停线请求时，K1状况转换，ALARM亮起，产线停止。
2.3 VB控制程序设计
程序设计。根据控制要求，VB程序主要是获得MES系统对产线的控制要求，并将指令通过计算机的COM端口传送给主控端。主要包括：数据库数据查询，计算机COM端口数据通信协议。
2.4 单片机控制程序设计
程序设计。根据控制要求，单机片程序主要是获得VB程序输入的请求，控制子控制端的状态。主要包括：计算机COM端口数据接收，子控制端输出。
3 结语
该控制的SMTb生产线输送带控制系统装置应用于生产线中，运行良好，工作稳定，操作方便，满足了控制的要求，达到了预期的功能目标。
参考文献：
[1]龙绪明.实用电子SMT设计技术[M].成都：四川省电子协会SMT专委会，1997.
[2]赵晓安.MCS-51单片机原理及应用[M].天津：天津大学出版社，2001.
[3]龚沛曾.Visual Basic程序设计教程6.0[M].北京：高等教学出版社，2000.
一、Protel软件简介
Protel是Altium公司在20世纪80年代末推出的EDA软件，是电子设计者的首选辅助设计软件，许多电子公司在招聘时，通常要求面试者熟练掌握Protel。2005年年底，Protel软件的最新版本AltiumDesigner6.0诞生，它是将设计流程、集成化PCB设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。
二、引入Protel软件到应电专业毕业设计的优势
1.绘制原理图Protel收集了超过6万种电子元器件，有利于学生熟悉元件的型号及其性能，了解元件的引脚编号和封装形式，方便绘制原理图。利用绘图中的总线、网络标号、注释等工具能让设计出来的原理图清晰规范，增加可读性。2.电路仿真软件提供多种仿真模块，包括交流小信号分析、瞬态特性分析、噪声分析、直流分析等，方便使用者更直观更迅速地验证设计的可行性。3.PCB板设计软件自动布线功能极大地方便了布线规则的设计。软件的自动布线系统利用了人工智能技术，即使对于很复杂的电路板，其布线结果也能达到专家级的水平，大大有助于缺乏实践经验的学生进行电路设计。4.生成PCB加工文件软件完全支持制版输出和电路板数控加工代码文件生成，可用来控制雕刻机自动完成雕刻、钻孔、切边等工作，自动、快速、精确地制作单、双面印刷线路板。
三、Protel软件辅助电子技术专业毕业设计的流程和具体实例
在毕业设计中引入Protel软件，一般可按图1所示流程进行。1.确定设计方案学生根据课题设计的要求，结合应用电子技术专业知识，提出实现设计的几个参考方案，通过在电路成本、可靠性、电路性能等方面对各方案进行比较论证，确定最佳的电路设计方案。2.使用软件绘制原理图根据设计方案，进入Protel原理图编辑器，设置元器件参数，查找或制作元件，合理摆放和布局。然后进行电路连线、放置网络标号，生成材料清单、网络表。最后，对电路进行编译ERC校验，确保电路正确。3.仿真电路性能在Protel的仿真环境中选择相应分析方法，设置数据节点，进行电路仿真，生成sdf文件，分析仿真结果。如果仿真不符合电路设计要求，重新修改电路参数。重复上述步骤，直到达到设计要求。4.设计电路印制进入PCB编辑环境，定义PCB尺寸，从原理图导入网络表信息；合理布局元件封装；然后按实际需要设置布线规则，最后自动布线，手动调整，覆铜。5.生成加工文件打开PCBDOC文件，执行“文件/输出制造文件/GerberFiles”命令，设置Gerber文件的精度和输入板层等参数，生成各层的Gerber文件，执行“文件/输出制造文件/NCDrillFiles”命令，输出钻孔加工文件。最后规范操作雕刻机，加工完成设计好的电路板。6.电路装配焊接按照电子装配工艺规范插接元器件到电路板，用电烙铁等工具对元器件进行焊接，注意焊接工艺，杜绝出现虚焊、假焊和漏焊现象，尽量做到焊点表面完整、连续和圆滑。完成装配。7.电路调试对装配好的电路板进行系统调试，验证电路各功能模块。假如出现故障，利用万用表、示波器等工具检测相关参数，找出并排除故障点，直到电路正常。
四、Protel软件在应用电子技术专业毕业设计的实践效果
1.节约毕业设计的成本学生设计电路前，先运用软件进行原理图绘制，电路仿真成功后，再进行实际硬件的设计、元件选购、焊接、调试等。减少了由于前期设计错误而造成的元器件或仪器仪表的损坏；减少了购买元器件的费用支出和时间精力的浪费。2.增强学生完成毕业设计的决心和信心在实际电路搭建过程中，大部分学生由于实践经验不足，往往在系统调试时遇到问题，就会对自己的设计产生怀疑，对完成毕业设计缺乏信心。引入Protel软件，可以暂时抛开实际电路，在软件上绘制电路、模拟制版、仿真分析，最终呈现设计效果，方便快捷，从而大大增强了学生的专业信心和完成毕业设计的决心。3.提供师生沟通交流的便捷平台利用Protel软件原理图的规范性和仿真的可视化，毕业设计指导老师可以在系统功能层面和学生探讨整体设计问题，而不受具体电路的制约，使得指导教师和学生的沟通变得清晰流畅。4.锻炼学生综合能力在毕业设计过程中，当学生遇到陌生元器件时，可能对其引脚参数和功能不熟悉，需要查找资料手册，从而提高了学生的自学能力；在电路布线过程中，学生对布线规则和要求缺乏经验时，需要请教指导老师或者行业专家，提升了学生的沟通能力；在电路设计、电路仿真过程中，可能会出现参数误差，需要反复修正和调整，培养了学生坚持不懈和精益求精的工匠精神。更重要的是，学生熟练掌握Protel软件，对工业制版工艺要求、具体流程的熟悉程度越高，就更有利于毕业后应聘电子绘图员、制板工等相关职位。
五、小结
关键词：微电子实验室；集成电路设计；微电子工艺；实验教学；
作者简介：李建军(1980—)，男，四川江油，博士，副教授，主要从事超大规模集成电路教学与科研工作
当前，全球微电子技术及产业飞速发展，22nm节点技术已量产，以微电子集成电路为核心的电子信息产业已成为全球第一大产业，而我国的微电子技术及产业同国外比还有较大的差距，集成电路设计和微电子工艺方面的人才比较匮乏。当前和今后一段时期是我国微电子产业发展的重要战略机遇期和攻坚期，2014年6月我国了《国家集成电路产业发展推进纲要》以加快推进我国集成电路产业发展，并明确指出“重点支持集成电路制造领域”[1]。因此，为适应该领域技术和产业的人才需求，亟须加强对微电子和集成电路相关专业本科生的工艺实验与工程实践能力的训练，培养其创新和实践能力。
高校实验室是培养创新和实践能力重要基地，也是开展教学、科研、生产实践三结合的重要场所[2-3]，特别是对于实践性强的微电子学科，实验室在教学中发挥着举足轻重的作用。因此，建设专业的实验室并开展实践与创新相结合的实验教学，才能更多、更有效地培养满足社会急需的微电子技术人才[4]。
1微电子实验室建设指导思想
微电子实验室建设及人才的培养是以国家对微电子技术人才的需求为目的，以满足社会经济快速发展的需要。近10多年来是我国微电子和集成电路产业飞速发展时期，2000年和2011年国家先后出台了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》、《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》，到2014年了《国家集成电路产业发展推进纲要》。在政策导向下，高校微电子专业实验的建设成就也十分显著。但是，我国的微电子技术及产业同国外比还有较大的差距，这其中缩小差距重要的一点是缩小微电子实验室技术的差距。因此，对于高校微电子专业实验室的建设发展还需进一步的改革创新[5-7]。
微电子实验室建设应以《国家中长期教育改革和发展规划纲要》为导则，明确国家教育改革战略目标和战略主题是优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培养，要着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力[8]。
在实验室建设的措施实施上，一是贯彻实施《高等学校本科教学质量与教学改革工程》，进一步推动高校实验室建设和实验教学改革，促进优质教学资源共享，提升高等学校办学水平，加强学生动手能力、实践能力和创新能力的培养，全面提高教育质量；二是贯彻实施《卓越工程师教育培养计划》，面向微电子产业，按通用标准和行业标准强化培养学生的工程和创新能力[9-10]。
2微电子实验室建设
为适应国际半导体产业和我国电子信息产业的快速发展以及社会对微电子专业人才的大量需求，从2002年起我校就对微电子实验室进行了改造，并持续进行了升级换代建设，截止到目前共计投入了800余万元的建设经费。我校的微电子实验室建设主要包括2方面的内容，一是微电子设计实验室建设，二是微电子工艺实验室建设。目前，微电子实验室可满足每年500人的实验教学规模以及高水平实验项目的开设。学生在此完成集成电路芯片设计、制造的整个过程，并对制造的芯片进行测试和分析。
2.1微电子设计实验室建设
微电子设计实验室主要开展超大规模集成电路设计以及微电子器件仿真和工艺模拟的实验教学。教学目的是使学生掌握超大规模集成电路设计的基本原理和方法，初步掌握用于集成电路设计的电子设计自动化EDA(electronicdesignautomation)软件工具的使用，以及掌握用于半导体工艺流程模拟和微电子器件仿真的工艺计算机辅助设计TCAD(technologycomputeraideddesign)软件工具的使用。我校共计投资300余万元用于微电子设计教学实验室建设，建立了配备40台SUNBlade工作站、面积100m2的专用教室，并专门建立了EDA、TCAD软件校内共享第二层交换网络，多个实验室可以同时使用授权EDA、TCAD软件。
微电子设计教学内容的建设包括以下内容：
一是开设VHDL(高速硬件描述语言)程序实验，要求学生编写逻辑电路的VHDL代码，对程序代码进行仿真综合。目的使学生掌握运用VHDL语言进行逻辑电路设计的技能。
二是开设FPGA(现场可编程门阵列)实验，要求学生将综合后的网表文件下载到FPGA器件中，对设计的电路进行硬件验证。目的是使学生掌握电子设计的FPGA物理实现方法，以及应用示波器等调试仪器对电路进行诊断排错的技巧。
三是开设ASICAPR(专用集成电路自动布局布线)版图设计实验，要求学生将通过硬件验证过的电路设计，借助半定制的ASIC设计EDA工具，结合代工厂提供的标准单元库，进行自动布局布线，得到所设计电路的物理版图。目的是使学生掌握电子设计的AISC实现方法。
四是开设工艺模拟和器件仿真实验，要求学生通过TCAD软件的学习熟悉集成电路制造工艺流程，并指定产生的器件结构，在满足制造设备的能力和精度下(即给定工艺参数范围内)，让学生设计实验并加以仿真实现。
2.2微电子工艺实验室建设
微电子技术的发展是以集成电路制造技术工艺节点为标志，遵循摩尔定律，变化日新月异。虽然理想的工程教育要求教学最新最前沿的技术，但是不断升级换代，昂贵的实验设备费用是任何高校都负担不起的。况且，每一代集成电路制造技术的工艺流程都具有类似性，因此，单纯追求工艺先进性的实验教学是没有必要的。所以，结合实际教学资源情况，建设主流、典型工艺技术的工艺实验线，并开展理论联系实践的实验教学是微电子工艺实验室建设的重点。
我校先后投入500余万元建设微电子工艺教学实验室，建立了面积300m2的净化室，具有主流CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺和具有代表性的双极工艺完整流程，最小工艺线宽为1μm。并且，由于工艺设备条件的限制，因地制宜地开发了铝栅CMOS工艺。这2类工艺实验课程的学时数都为40学时，学生根据专业方向选择具体工艺类型。
微电子工艺实验课程的目的是培养学生具有一定的工艺设计和分析能力，并通过实践掌握集成电路制造工艺流程。
首先，通过TCAD软件的学习熟悉集成电路制造工艺流程，按指定器件结构设计实验并加以仿真实现。并且，TCAD软件是基于物理的器件仿真，不仅能够得到最终的电学特性，还可以了解器件工作时内部物理机制，能够直观分析器件内部能带、电场、电流以及载流子等的分布和变化，有助于学生分析工艺参数的变化对器件物理特性影响，从而最终导致电学参数的改变，从而有利于学生深入理解工艺原理与器件机理的联系。
然后，根据设计的器件尺寸参数，采用L-edit图形编辑器进行器件版图设计，并且选用已设计的器件单元来设计简单的集成电路，如倒向器、或非门、与非门等电路。最后是进行工艺实验实践环节，采用设计的版图制作掩膜版。微电子工艺实验课程的工程化能力要求也主要体现在这一环节，一方面是工程化的理念，另一方面就是相应的实践能力。在这一过程既要培养实际操作能力，更要培养分析问题、解决问题的能力，分析工艺过程中的原因以及造成芯片测试参数与设计参数差别的原因。
2.3实验教学资源建设
2.3.1实验教材编写
微电子设计实验开设的难点之一是实验步骤繁多，学生操作起来较为困难。其原因是国内外缺乏针对本科学生的实验指导书，而EDA工具厂商提供的操作指南过于繁琐，本科学生难以掌握。为配合上述实验的开展，课程组组织相关有实际ASIC设计经验的教师编写了《VLSI自动布局布线(APR)设计实验指导书》实验教材，从操作原理、操作步骤、数据管理、报告撰写等方面对学生进行指导，力求做到学生通过阅读实验教材就能按图索骥，自行完成实验流程。因此在教材的编写上，不厌其详，采用了大量的EDA工具实际操作的截面图，力争反映出每一个操作细节。
对于微电子工艺实验，由于实验内容根据学校实验工艺线实际条件开设，实验内容一是要具有代表性，二是要根据实际情况建立工艺流程。因此，也没有现成的教材或实验指导书可供选择。课程组组织具有丰富工艺实践经验的教师，根据实验室设备条件编写了对应的、适用的《微电子器件设计与制造综合性实验指导书》实验教材。
2.3.2多媒体资料制作
教学信息载体的多样化，包括文字、图片、音频、视频、网络等载体，这是现代教学发展的必然趋势。实验教学多媒体资料可以充分调动教学要素，激发学生的学习兴趣，融教与学为一体[11-12]。
为了让学生对集成电路设计和微电子制造工艺有直观的认识。课程组结合实际的实验实践教学过程，制作了全程相关单项工艺原理、流程及设备操作视频演示多媒体资料。多媒体资料将动画、声音、图形、图像、文字、视频等进行合理的处理，做到图文声像并茂。由于微电子实验课程是与实际联系很紧密的课程，形象化教学素材十分丰富，能激发学生的学习兴趣，对提高教学效果、教学质量非常有益。同时制作器件、集成电路电路的设计、仿真视频演示多媒体资料，让学生能快速熟悉设计软件并理解设计方法。在熟悉微电子器件基本理论和集成电路制造工艺的基础上，掌握器件和集成电路的设计方法，最后通过实验操作制作芯片并测试。
3微电子实验室建设成效
充分发挥了以学生为主的教学形式，完成从设计到实验制作再到测试验证整个过程。每个学生都设计了各自结构的器件，因此在器件制作过程中，每个学生就会切实关注每步工艺对器件性能的影响，在实际工艺过程中的操作锻炼了动手能力，在实践过程中了解哪些工艺因素可能对器件造成影响。微电子实验教学将理论与实践结合、创新与实践结合，培养了学生分析问题、解决问题的能力。
微电子实验采用理论联系实际的方式在国内首次实现了“微电子工艺原理”课程的完整实验教学，并因此而获得2004年四川省教学成果二等奖。此外，我校“电子科学与技术”在2012年全国学科评估中排名全国第一，其中微电子实验教学是本学科本科教学的重要组成部分。
我校微电子实验室除了满足每年本校500人的实验教学外，还向其他高校或二级学院开设微电子实验课程，如西南交通大学和电子科技大学成都学院，起到了教学资源共享，以及辐射带动作用。
关键词：单片机;创新教学;模拟豆浆机;实际项目驱动
单片机课程是电子、电气自动化等高校专业的基础课程，对于现如今发展迅速的自动化、智能化起着很重要的作用，同时，又渗透到如今各个方面，如现在的智能家居也离不开单片机的发展。为了学生以后的就业及专业技术的发展，学好单片机显得尤为重要。但现在高校中普遍存在学生学习编程吃力，动手能力弱，具体项目接触少，然后课余时间想学习没法学习的状况。这种传统的教学模式挫伤了学生学习的积极性，不灵活的教学方式激发不了学生的学习兴趣。
本文通过多年的单片机课程教学，结合职业学校学生的特点，灵活的改变的传统理论教学，融合多种方式，最大限度的激发学生兴趣和最大限度的利用学生的时间，通过模拟实际项目的过程来驱动单片机教学，改变了传统的教学模式，激发了学生的学习兴趣，能够真正的学到知识。本次以模拟豆浆机为例。
一、项目总体设计
（一）系统功能介绍：模拟豆浆机有纯豆浆和五谷杂粮两种工作模式，每种工作模式下工作流程如下：
（1）纯豆浆加工流程：
（2）五谷杂粮加工流程：
图1 项目功能流程图
学生通过项目功能流程图来了解项目实现功能，做电路设计，我们采用单片机来控制，选择AT89S51单片机来实现控制。
（二）电路设计：
通过功能选择电路所用的芯片及电路设计。
单片机选择AT89S51，热敏电阻根据国标规定，额定零功率电阻值是 NTC 热敏电阻在基准温度 25 ℃ 时测得的电阻值
R25，这个电阻值就是NTC 热敏电阻的标称电阻值。通常所说 NTC 热敏电阻多少阻值，亦指该值选择NTC103。
（三）画图制板。设计好电路通过PROTEL 画图，制板实现硬件电路。
（四）软件设计。根据硬件设计以及我们模拟豆浆机的流程以及模拟豆浆机有纯豆浆和五谷杂粮两种工作模式来进行软件编程实现功能。
实现功能的时候我们需要用到的知识，单片机如何检测传感器数据、按键控制、以及报警电路实现，还需要定时器计数器如何使用，通过本次项目实施，我们可以学习单片机中的很多重要的知识点。
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关键词：开关电源；UCC3895；测控系统
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.012
引言
大中功率直流开关电源一般采用移相全桥DC/DC变换器 。实现全桥变换器的移相控制主要有以下三种方法：（1）采用分立器件进行逻辑组合；（2）采用DSP或CPLD实现数字控制；（3）采用专用集成控制芯片 。采用分立器件进行逻辑组合构成的模拟控制电路结构复杂，不利于开关电源小型化；采用DSP或CPLD实现数字控制的成本较高，且存在数字电路延迟；采用专用的集成控制芯片电路简单且成本较低。第三种方法中可以采用UCC3895芯片来产生PWM控制波形，UCC3895是一款优良的移相全桥控制芯片，有电压和电流两种控制模式，占空比可从0%～100%， 且可以为零电压开关（ZVS）提供高效高频的解决方案。国内外常用的移相全桥反馈模式为电流模式 ，但其双闭环控制电路复杂，不易实现。
由于单电压环反馈模式简单有效的优点，本文基于UCC3895移相全桥控制芯片采用单电压环加限流环的反馈模式和单片机相结合设计了直流开关电源数字模拟混合测控系统，详细设计了闭环系统、控制器参数、保护电路，显示电路，调压电路，并对测控系统进行了实验。
系统方案
采用应用广泛的TI公司生产的UCC3895芯片与单片机相结合的方案设计了直流开关电源数字模拟混合测控系统。如图1所示，利用UCC3895对DC/DC变化器主电路进行PWM移相控制，并与单片机相结合来实现对主电路的检测与反馈控制，以及输出过压，过流，过温等保护。其中，所选单片机型号为美国微芯公司生产的PIC16F873单片机。PIC16F873共28个引脚，内部自带5个10位A/D通道，2个定时计数器，2个脉宽调制（PWM）通道。
UCC3895电路设计
如图4所示，UCC3895的EAN脚为内部误差放大器反相输入端，E A O U T脚为误差放大器输出端，R 3、R 4、R 6、C 1、C 2、C 3构成了闭环控制系统的电压调节器，输出电压Vo经过电阻分压接到电压调节器反相输入端构成反馈电压，改变可调电阻R2的值可以改变电源输出电压。RT、CT可以实现开关频率的设定，A D S脚为自适应延迟死区时间设置端，接地表示输出延迟死区时间设为最大。限流调节器输出端也接到UCC3895的EAOUT脚，故障保护电路接到CS脚实现电源系统的故障保护功能。
故障保护电路设计
UCC3895的CS脚有过流保护功能，当CS脚电压高于2.5V时，UCC3895芯片将会被软关断，驱动脉冲被封锁，CS脚低于2.5V，芯片将进入下一个软启动过程。如图5所示，保护电路的设计就是基于CS脚的过流保护功能，正常情况下保护电路的输出为低电平，一旦出现输出过压、过流、过温等故障，相应的电压比较器输出高电平，同时故障信号被单片机检测，通过单片机数字控制也可使电压比较器输出为高电平，开关管T1导通，输出一个高于2.5V的高电平至CS脚，使芯片封锁驱动信号，从而使主电路停止工作，实现电源系统的数字模拟双重保护功能。
限流值可调的限流环电路设计
单片机与电路设计
单片机部分电路和电源状态显示电路分别如图7和图8所示。单片机部分引脚功能分配如下：AN0脚是限流信号检测，AN1脚是输出电压检测，AN2脚是输出电流检测，AN4脚是温度检测，其中AN0、AN1、AN2、AN4脚均为A/D转换端口。CCP2脚（PWM端口）提供可调的限流调节器的限流参考值，CCP1脚（PWM端口）提供可调的电压调节器的输出电压参考值，SCK、SDO、RB4脚用于电源状态显示，RB1脚（I/ O口）为单片机数字控制。单片机通过SPI（同步串行通讯）向移位寄存器SN74HC164发送电源当前工作状态数据，由移位寄存器把串行数据转换为并行数据并输出给显示模块。单片机RB4脚（I/O口）控制发光二极管的供电电压，在刚开机还没有采集工作状态之前，保证所有二极管不工作。单片机SCK（时钟）脚接在三个移位寄存器的脉冲输入口（CLK）作为脉冲输入。单片机SDO（SPI通讯数据输出）脚接到移位寄存器的数据输入口（A、B脚），并把三个移位寄存器接到一起串联使用。通过数码管实时显示输出电流值，通过4个LED灯图11 突加突减负载电压波形的亮灭表示电源当前的工作状态，其中发光二极管D4（绿灯）灯亮表示电源正常工作，D3（红灯）灯亮表示输出过压故障，D2（红灯）灯亮表示输出限流，D1（红灯）灯亮表示过温故障。
调压电路设计
单片机CCP1脚为PWM波端口，可以通过调节PWM波的占空比产生不同的电压。如图9所示，PWM信号经过滤波电路由数字量转变为模拟量输入到由运放5构成的电压跟随器进行缓冲与隔离，该模拟电压与参考电压VDD叠加构成分压电路，分压信号输入到由运放6构成的电压跟随器正向输入端。输出端经过滤波电路接到UCC3895芯片电压调节器参考电压端（EAP）。改变CCP1的PWM波占空比即可调整电压调节器参考电压，进而改变电源输出电压。图中由R2、R3、R4构成的分压电路可以设定PWM占空比为最低时电压调节器参考电压的最低值，保证电源电压的最低输出。可调电阻R2的作用是调节电压调节器参考电压的范围，改变R2的值，在输出占空比范围不变的情况下，输出参考电压的范围可以进行调整，进而改变电源输出电压的范围。图12 过载限流波形
实验及结果
图10是直流开关电源上电输出电压瞬态波形，上电输出瞬态电压的超调量为1.1%，调整时间为50ms，稳态误差为0.5V。图11是直流开关电源突加突减负载输出电压瞬态波形，突加突减负载输出瞬态电压的恢复时间为30ms，电压动态降落为22%。图12是突加过载限流波形，过流后限流环起作用，通过调节输出电压，使得电流很快限制在限流值上。
【关键词】有源电力滤波器（APF）TMS320F28335芯片；驱动电路；相位检测电路
随着现代工业的发展，电力电子变流装置被广泛使用，随着电网中不可控整流及变频调速装置等非线性负荷的不断增加，电网的谐波成分剧增，严重影响了电能质量，有源电力滤波器（APF）以动态响应快，能快速精确补偿变化的所有谐波电流，其控制策略选择灵活，具有很大的性能提升潜力。
1.有源电力滤波器（APF）简介
APF是一种动态抑制谐波、补偿无功和负序的新型电力电子装置，利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的
2.实验平台样机设计
根据有源滤波器构成原理，本文针对三相三线制非线性负载设计了容量为50KVA的有源电力滤波器实验平台。主电路结构由非线性负载，IGBT逆变模块，LCL滤波器，直流电容，充放电路等组成，如图1所示。
2.1主电路设计
主电路工作原理：三相电源给非线性负载供电，因为负载的特性电网会产生大量的非线性谐波电流，同时控制IGBT产生逆变电流，经过LCL滤波以后补偿负载产生的非线性谐波电流，逆变部分直流侧电容的作用是稳定逆变器的直流电压，类似直流电源的作用。
图1 APF主电路原理图
控制电路中采样信号经过信号调理，除掉高频噪声，经A/D转换后进入DSP，DSP控制完成谐波电流计算，参考电流及参考电压的计算，产生IGBT驱动信号，经CPLD逻辑判断后，送入驱动芯片经过功率放大后来驱动IGBT模块，从而补偿负载产生的谐波电流，使流入到电网的电流波形近似为正弦波。实验样机的设计要求如下表1。主要元器年选择如表2
2.2电网电压相位检测电路设计
相位检测电路由两个运放电路加一个比较器组成。
其中前一运放有一可调电阻，设计时要保证在谐振频率处的幅值增益为1，而谐振频率可以通过调节可调电阻来调节，按照设计要求第一个运放的输出信号与输入信号的相位可调范围为90°～270°，第二个运放的相位固定延迟为180°，这样调节R2使总延时为360°。从而达到调节延迟信号相位的目的。电网电压信号为周期性信号，频率变化范围很小，这样就可以用上周期的相位信息来得到本周期的相位信息。
2.3驱动电路设计
对于 DSP 发出的IGBT 驱动信号，由于DSP引脚的驱动功率不够，需要有专门的驱动芯片对信号进行功率放大。目前，IGBT的驱动广泛使用比较成熟可靠M57962作为驱动芯片，能为控制器产生的PWM信号提供足够的功率放大， M57962输出驱动信号为15V高电平和-9V低电平，同时提供了一个检测错误的输出引脚。当M57962的驱动信号为高电平时，如果这时检测到1脚的电平为高，则M57962就判断系统出现了短路故障，通常1脚接到功率开关管的集电极，这样当驱动信号为高，如果集电极与源极之间的电压过高就可以判断出系统出现了短路故障。
2.4逻辑信号处理
（1）故障信号锁存
要求对所有的硬件故障信号都锁存，以免系统发生意外故障，同时DSP重新启动以后能够清除原来已经锁存的故障信号。每一相的故障信号锁存处理原理是一样的，
（2）逆变器的硬件死区
逆变器的上下桥臂要互锁输出，同时上下桥臂之间要有一段死区时间。其中国CLOCK信号由外部晶振提供，实验所用的晶振为16MHz，经过4分频后，再经过16分频，产生的死区延时约为4us。
（3）故障信号的逻辑运算
实验设定低电平表示故障信号，所以只要将所有的故障信号相与得出一路总的故障信号，然后用这一总的故障信号来切断PWM信号输出。
3.软件流程设计
实验采用基于DSP F28335为控制核心的全数字控制系统，F28335的主频达150MHz，具备32位浮点处理单元， F28335能提供三相互补的PWM波输出引脚，F28335功能强大，运算速度快。程序整体框图如图8所示。
程序流程：在主程序中，先分配好变量，然后赋给变量初值，然后就进入死循环，在死循环中不断的检测系统有没有发生故障，如果有则置位相应的保护标志位。在DSP外部中断1的引脚输入的是电网电压的同步信号；由于电网电压频率为50Hz，因此实验没有设计锁相环，而是利用电网电压的同步信号和DSP周期中断信号来估计电网电压的相位。在周期中断中，先检测保护标志位判断系统有没有发生故障，如果有则切断PWM信号输出，如果没有就开始AD采样，然后计算输出PWM信号去控制功率开关管。
4.结论
本文介绍了并联型三相三线制APF的工作原理与构成，较为详细的探讨了关于50KVA容量APF实验平台的硬件电路设计和软件程序设计，给出了关键硬件控制电路原理图，对电路结构，和控制系参数，进行了设定。并对系统软件部分设计做了流程设计， 实验表明该实验样机能有效补偿电网中的谐波电流及无功功率。降低谐波畸变，改善系统电能质量。
参考文献：
[1]仇志凌. 基于LCL滤波器的三相三线并网变流器若干关键技术研究[博士学位论文]. 杭州：浙江大学，2009.
