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第1篇：電路設計步驟與方法范文

【關鍵詞】數(shù)字電路;傳統(tǒng)方式;VHDL

1.引言

隨著計算機以及大規(guī)模集成電路應用的普及，電子行業(yè)正在迅速的發(fā)展。目前采用小中規(guī)模的數(shù)字電路邏輯設計已經(jīng)不能滿足數(shù)字電子技術發(fā)展的需要。例如傳統(tǒng)的TTL電路或者COMS電路設計任務繁瑣，設計效率低，所以迫切的需要我們做出調(diào)整，適應社會對數(shù)字電子技術發(fā)展的要求。伴隨著集成電子工藝的發(fā)展，新型的邏輯器件也應運而生，到目前為止，市場上的邏輯器件大致可分為三類：第一是標準的邏輯芯片如COMS/TTL等系列芯片;第二是微型計算機芯片和各種微處理器;第三種就是應用規(guī)格芯片ASIC，其中ASIC芯片中就有我們接下來介紹的可編程邏輯器件（PLD）[1]。而使用可編程邏輯芯片就必須要求我們掌握編寫VHDL語言的技術。這種設計數(shù)字電路實驗的方法大大克服了傳統(tǒng)數(shù)字電路設計出現(xiàn)的缺點，更加適應現(xiàn)在社會的發(fā)展。

2.傳統(tǒng)數(shù)字電路設計優(yōu)缺點

傳統(tǒng)的數(shù)字電路設計過程大致經(jīng)過以下幾個步驟：一是分析問題畫出狀態(tài)轉換圖以及狀態(tài)轉換表，二是進行狀態(tài)化簡，三是狀態(tài)編碼，四是寫出輸入方程、驅動方程以及輸出方程，五是畫出邏輯電路圖，經(jīng)過這一系列步驟之后，還要在電路板上焊接電路，或者在面包板上拼接電路。傳統(tǒng)的設計方法是數(shù)字電路設計的基礎，它的優(yōu)點是能夠反映了數(shù)字電路的基本工作原理，系統(tǒng)內(nèi)部構成的各個細節(jié)也能夠很直觀的反映出來，各部分之間的聯(lián)系顯而易見。因此，通過對設計的原理圖的觀察我們可以驗證系統(tǒng)的合理性，同時也奠定了數(shù)字電路設計的基礎。它的缺點是設計步驟復雜，在整個過程中需要用到大量的芯片和連線。而且傳統(tǒng)的方法出錯率高而且不易修復，在焊接電路板的時候如果不注意就會導致接觸不良或者出現(xiàn)某個芯片損壞的情況，這就導致整個電路板都不起作用。

3.PLD器件芯片的出現(xiàn)

PLD又稱可編程邏輯器件，PLD芯片上的金屬引線和電路都是廠家做好的，但是器件的邏輯功能在出廠時是沒有確定的，用戶可以根據(jù)自己的需要合理的編程設計確定想要的功能。而編程用到的語言就是我們接下來要介紹的VHDL語言。目前PLD器件芯片具有微處理器靈活等優(yōu)點，芯片的引腳也從一開始的20多個引腳發(fā)展到現(xiàn)在的200引腳[2]?？删幊踢壿嬈骷某霈F(xiàn)從很大程度上使得數(shù)字電路設計發(fā)生了根本性變革。采用PLD設計電路不再是對電路板設計，而是對芯片設計，使之實現(xiàn)我們預想的功能。一般的PLD的集成度很高，可以滿足一般的數(shù)字系統(tǒng)的需要。設計人員只需要自己編程到一塊PLD上，而不用去供應商那兒買特定功能的芯片。我們可以對芯片內(nèi)部的邏輯和外部的引腳進行設計。這樣就克服了傳統(tǒng)方式中對電路板進行焊接所花費的大量時間，克服了工作量大，難以調(diào)試等缺點，用戶只需要編寫適當合理的程序就可以實現(xiàn)預想的功能。如此大大簡化了設計步驟，更加適應社會發(fā)展的需要。

4.VHDL簡介

VHDL語言是一種應用于描述數(shù)字系統(tǒng)的功能、結構和接口的語言。VHDL含有許多具有硬件特征的語句而且語言的描述也更類似于一般計算機的高級語言。在編程上簡單可行性高。VHDL的程序結構特點是將一項工程設計，或稱設計實體。分成外部和內(nèi)部，在對一個設計實體定義了外部界面后，當其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設計也能夠直接調(diào)用這個實體。VHDL系統(tǒng)設計的基本點是將設計實體分成內(nèi)外部分。VHDL語言之所以能夠成為標準化的硬件描述語言并且獲得廣泛應用，正是因為它本身具有其他硬件描述語言不具有的優(yōu)點。歸納起來，VHDL語言主要具有以下優(yōu)點：

（1）VHDL語言設計多樣：VHDL語言結構很強大，而且設計方法多樣，既支持層次化設計也支持模塊化設計，既可以采用自頂向下設計方式，也可以采用自底向上的設計方法。

（2）VHDL語言的設計是針對于芯片而并非器件，傳統(tǒng)的硬件拼接的方法針對的是器件，但是VHDL語言是直接對芯片而言的，在設計電路時，用戶可以不必考慮所選用的器件。設計者也可以不必考慮系統(tǒng)硬件結構，而進行獨立的設計。

（3）VHDL語言可移植性強，對于同一個硬件的VHDL語言來說，它可以從一個工作平臺移植到另一個工作平臺上。

（4）VHDL語言有非常豐富的庫函數(shù)和仿真語句，用戶可以隨時對系統(tǒng)進行仿真。

由此可見傳統(tǒng)方式與應用VHDL的區(qū)別有以下幾點：第一，傳統(tǒng)的方法采用自上至下的設計方式，而應用VHDL語言則采用自下至上的設計方法;第二，傳統(tǒng)方式采用的是通用的邏輯元器件，系統(tǒng)硬件的后期進行調(diào)試和仿真，而應用VHDL語言采用的芯片則是PLD（可編程邏輯器件），系統(tǒng)的設計早期進行調(diào)試與仿真;第三，傳統(tǒng)的設計方式主要采用電路原理圖的方式設計，而本文提出的設計方式主要則以VHDL語言描述為主，從而降低了硬件設計電路的難度。

5.VHDL語言結構及語言設計步驟

VHDL語言結構由library（庫）定義區(qū)，entity（實體）定義區(qū)，architecture（構造體）定義區(qū)package（包集合）configuration（配置）組成，其中l(wèi)ibrary，entity和architecture也是一個VHDL語言所必有的。

VHDL語言設計步驟大致可以分為以下三步：第一，分析系統(tǒng)結構并劃分模塊;第二，輸入VHDL語言的代碼，編寫程序，并且將其編譯，在此過程中如果有錯誤要及時修正;第三，對編譯的后的VHDL文件進行仿真。

6.VHDL舉例

下面介紹一個簡單分頻器的例子：

Library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity fenpin is

port（clk，clear：in std_logic;

q：out_std_logic）;

end fenpin;

architecture behave of fenpin is

signal m：interge range 0 to11

begin

p1：process（clear，clk）

begin

if clear =’0’then m<=’0’;

elsif “clk event and clk=’1’”then

if m=11 then m<=’0’;

else m<=m+1;

end if;

end if;

end process p1;

p2：process（m）

begin

if temp<6 then q<=’0’;

else q<=’1’;

end if;

end process p2;

end behave;

由例題可以看出，在設計分頻器是可以不用硬件搭連的方式，用VHDL語言進行編程更簡單易行。

7.小結

本文針對目前傳統(tǒng)數(shù)字電路設計中存在的若干弊端，提出用VHDL語言編寫適當合理程序來設計數(shù)字電路實驗的方法，避免了硬件電路中若干繁瑣的問題，使得系統(tǒng)簡單明了，可維護性強，芯片也可以反復使用。傳統(tǒng)的硬件設計方法已不能滿足現(xiàn)代電子工業(yè)的發(fā)展，在數(shù)字電路的應用中，VHDL語言必將會被廣泛的使用。

參考文獻

[1]張有志.可編程邏輯器件PLD原理與應用[M].北京：中國鐵道出版社，1996：1-3，91

第2篇：電路設計步驟與方法范文

關鍵詞：仿真；課程設計；效果；效率

Comprehensive application for the simulation software in the course design and the measures for some problems

Xu Junyun

South China of agriculture university, Guangzhou, 441052, China

Abstract: Introduced a method for conducting students to apply the simulation software comprehensively to do course design about the power electronics system. Through analyzing the characteristics for two kinds of simulation softwares, guided students to use Matlab/Simulink to do power electronic main circuit design, and to use Orcad/Pspice to do the power electronic control circuit design, and give a useful measure for convergence problem in the simulation. The practices show that the comprehensive application of simulation softwares can effectively help students improve the effect and efficiency of the power electronics circuit design.

Key words: emulation; course design; effect; efficiency

高校實踐教學是一項需要不斷創(chuàng)新的工作，實踐課教師有必要探索新的實踐教學方法，改進實踐教學效果。因此，筆者在本校電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)課―電力電子技術的實踐教學的指導方法上做了改進，引導學生采用一種綜合應用仿真軟件輔助電力電子電路課程設計的方法。

1 電力電子電路常用仿真軟件特點分析

目前在電力電子電路設計和分析上主要采用Matlab/Simulink和Orcad/Pspice這兩種仿真軟件。在Matlab/Simulink仿真平臺，電力電子器件模型使用的是簡化宏模型，它只要求元器件的外特性與實際元器件特性基本相符，而不考慮元器件的內(nèi)部細微結構，屬于系統(tǒng)級模型。 Orcad/Pspice是不同于Matlab/Simulink的仿真平臺，它構建的元器件模型除了要求元器件的外特性與實際元器件特性相符，還要考慮元器件內(nèi)部的細微結構，相比Matlab/Simulink的宏模型更詳細，更復雜，是屬于器件級的模型，用Pspice仿真可以細致地反映元器件的工作情況。雖然Matlab/Simulink的電力電子器件模型較為簡單，但是它占用的系統(tǒng)資源較少，因而在仿真時出現(xiàn)不收斂的幾率相比Orcad/Pspice要少。鑒于此，可以考慮將這兩種仿真軟件有機結合起來，取長補短，以提高仿真的效率。

下面以一種基于TL494控制的開關電源的設計為例，介紹在電力電子技術課程設計實踐教學中建議學生采用的綜合性設計方法。

2 基于TL494控制的開關電源設計舉例

本示例要求設計出一種以TL494為控制器件的開關電源，電源電壓范圍為0～12 V。要求該開關電源性能可靠，紋波電壓小，控制精度高。

2.1 設計步驟1―主電路的原理電路設計

主電路的原理電路設計方案利用所學知識，學生容易確定。如本設計中的主電路可采用常規(guī)的非隔離式Buck電路，開關管采用P溝道MOSFET，驅動采用“圖騰柱”電路，輸出電壓反饋電路由一個比例運放電路構成(如圖1所示)。

圖1 主電路、驅動電路及電壓反饋原理電路

2.2 設計步驟2―控制電路原理電路設計

控制電路原理電路方案參照相關資料，并利用所學自動控制理論知識，學生也較容易確定。本部分要求以TL494作為控制芯片。

TL494控制原理電路(如圖2所示)，1和2腳前接上兩相同阻值的電阻，起到限流阻隔的作用，其中1腳接主電路輸出反饋電壓Vo，2腳接設定電壓Vset，當改變Vset的值時，Vo和Vset經(jīng)誤差比較后控制PWM信號的輸出；3腳經(jīng)一個PI比例積分回路串上2腳，起到反饋的作用；4腳接地；5腳經(jīng)一個電容接地，6腳經(jīng)一個電阻接地，5，6腳共同構成振蕩回路；8，11腳與12腳共同接工作電壓；13腳接地，使9，10腳以并聯(lián)工作方式輸出。

圖2 TL494控制原理電路

2.3 設計步驟3―開關電源系統(tǒng)仿真預設計

這個環(huán)節(jié)是整個設計的重點和難點。對學生而言，設計原理電路并不難，難的就在于如何確定原理電路中具體的元器件參數(shù)，在這方面學生缺乏經(jīng)驗。

2.3.1 仿真軟件使用方案及問題對策

按常規(guī)設計方法，直接將Orcad/Pspice仿真軟件用于電力電子電路設計，對初學者特別是學生來說，往往困難較大。學生在使用該軟件的時候，很容易碰到仿真不收斂的問題，從而一籌莫展。

因此，在教學實踐中，引導學生首先利用Matlab中Simulink仿真平臺仿真快而不易出現(xiàn)收斂問題的優(yōu)勢進行主電路的仿真設計，較高效地確定出主電路中的電感、電容和電阻的最佳參數(shù)值。然后再利用Orcad/Pspice仿真軟件進行控制電路的仿真設計?？刂齐娐凡糠衷O計的難點在于PI參數(shù)的選擇，因此要引導學生采用Orcad/Pspice仿真軟件來進行。因為Orcad/Pspice是器件級仿真軟件，仿真精度高，輔助控制電路參數(shù)的確定最佳。

對Orcad/Pspice在電力電子電路整體仿真中容易遇到的收斂性問題，筆者通過和學生一起分析研究、查找資料，積累了一些解決問題的經(jīng)驗。實踐表明，這些經(jīng)驗對開關電源系統(tǒng)電路的仿真設計是有用的。下面給出一個對此問題有用的對策。

在用Orcad/Pspice進行仿真調(diào)試的時候，經(jīng)常出現(xiàn)ERROR -- Convergence problem in transient analysis at Time =？ Time step =？, minimum allowable step size =？這個問題。一個有效的解決方法就是修改參數(shù)。系統(tǒng)默認參數(shù)及參數(shù)修改的方法如圖3和圖4所示。

圖3 PSpice系統(tǒng)默認參數(shù)

圖4 參數(shù)修改圖

2.3.2 系統(tǒng)仿真輸出波形圖示例

通過對不同參數(shù)條件下仿真結果的比較，按照開關電源紋波電壓小，控制精度高等要求可確定原理電路參數(shù)。下面是利用仿真平臺方便的參數(shù)比較功能得出的主電路最佳仿真輸出波形圖及控制電路采用最佳PI參數(shù)值時系統(tǒng)的輸出電壓仿真波形(如圖5，圖6所示)。

圖5 主電路負載電壓仿真輸出波形(Simulink)

圖6 總電路負載電壓仿真輸出波形3(Pspice)

圖5是在開環(huán)狀態(tài)下選擇出的相對最優(yōu)電感、電容和電阻參數(shù)值下的負載電壓波形；圖6是在控制電路選用相對最優(yōu)比例系數(shù)和積分電容參數(shù)時的負載電壓波形。

2.4 設計步驟4―實際開關電源系統(tǒng)測試

依據(jù)仿真預定元器件參數(shù)構建出具體的電路。在實驗室調(diào)試中，要求學生利用示波器等檢測儀器分析電路中的問題，幫助進一步確定最佳元器件參數(shù)。下面是對系統(tǒng)進行實際測試的一些數(shù)據(jù)(見表1，表2)。

表1 輸入設定電壓和輸出實際電壓

表2 輸入設定電壓和輸出實際電壓

實驗測試結果表明：本電路系統(tǒng)可以穩(wěn)定地輸出0～12 V的直流電壓。

實踐表明，引導學生將不同仿真軟件綜合應用于電力電子電路的設計，不僅能有效地幫助學生提高電路設計的效率，而且對開拓學生思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力也是有益的。

參考文獻

[1] 許俊云.實驗設備的改進與使用[J].實驗室研究與探索,2010,8:337-339.

第3篇：電路設計步驟與方法范文

關鍵詞：直流穩(wěn)壓電源；電路設計；工作原理

1 電路設計背景和目的

通過多年的教學經(jīng)驗和對中職院校的學生進行的調(diào)研情況來看，中職院校的學生普遍文化基礎薄弱，對文化課、理論課不感興趣，但是大部分中職學生對實訓課程感興趣，喜歡動手操作，能夠嘗試動手去做一些實驗，有的甚至能獨立完成一些電子產(chǎn)品的安裝與調(diào)試。例如，簡單的門鈴電路，流水燈電路等。因此，針對中職院校學生的實際情況，結合我學院電氣工程系的學生學習情況，今年，我系領導決定對學生的課程安排進行了大膽改革，去掉純粹的理論課，所有專業(yè)課程都變?yōu)橐惑w化課程，讓學生通過動手操作掌握理論知識，真正做到在做中學，在學中做，在這樣的背景下，我嘗試了將所擔任學科《電子技術基礎》這門理論課程融入到《電子電路的安裝與調(diào)試》這門實訓課程中去，變理論課實訓課程為一體化課程。依托這樣的改革前提，我嘗試對直流穩(wěn)壓電源的電路進行了以下設計，目的就是為了更好的適應電氣工程系的改革實踐，同時也能夠使學生在實際動手操作過程中深刻理解相應的電子專業(yè)理論知識，能夠培養(yǎng)學生掌握理論知識的能力，激發(fā)學生熱愛電子專業(yè)的熱情，提高了學生學習的積極性，最重要的是讓學生學會了技能，一技在手，更好地走上工作崗位，盡快地適應社會。

2 電路設計實驗設備及器件

所謂巧婦難為無米之炊，電路設計同樣需要必要的實驗設施和工具，而實驗條件的好壞和選擇工具的正確與否是設計的關鍵和前提。下面我來具體闡釋我的設計思路中所需要的實驗條件、實驗工具和必要的原材料：

2.1 電路所需實驗設施和工具

本次設計的完成需要在專業(yè)的電子試驗臺上進行，需要的工具如下：示波器、萬用表、變壓器（12v）、電烙鐵、鉗子和鑷子等，另外需要必要的焊錫和連接線。

2.2 電路所需元器件清單

元器件清單如下：

1A二極管IN4007，V1、V2、V3、V4，4只；發(fā)光二極管V5，1只；熔斷絲FU 參數(shù)為1A1只；100uF 50 V電容C1，1只；10uF25V電容C2，1只；500uF 16V電容C3，1只；2200uF電容C4，1只；開關SW，1只；2.7KΩ電阻R1，1只；190Ω電阻R2，1只；280Ω電阻R3，1只；1KΩ電位器R4，1只；三端集成穩(wěn)器CW7812 U（可調(diào)范圍1.25V～12V），一只；可調(diào)電阻RW，1只。

3 電路設計思路

直流穩(wěn)壓電源又稱為直流穩(wěn)壓器，其作用就是將交流電轉化成相應用電器所需要的穩(wěn)定電壓的直流電。其關鍵是輸出直流電壓的穩(wěn)定性，所以我們設計電路的著眼點就是電路轉化的穩(wěn)定性。

3.1 直流穩(wěn)壓電源的工作原理

直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成，其組成框圖如圖1：

直流穩(wěn)壓電源各部分的作用

（1）電源變壓器：主要是降壓器，用于把220V的交流電轉換成整流電路所需要的交流電壓Ui。（2）整流電路：利用整流二極管單向導電性，把交流電U2轉變?yōu)槊}動的直流電。（3）濾波電路：利用濾波電容將脈動直流電中的交流電壓成分過濾掉，濾波電路主要有橋式整流電容濾波電路和全波整流濾波電感濾波電路。（4）穩(wěn)壓電路：利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定輸出電壓的目的，用于將不穩(wěn)定的直流電壓轉換成較穩(wěn)定的直流電壓。

3.2 直流穩(wěn)壓電源的設計方法

直流穩(wěn)壓電源的設計，是根據(jù)其輸出電壓UO、輸出電流IO等性能指標的要求，確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的相關性能參數(shù)，選擇出這些元器件。

具體設計方法分為三個步驟：第一步：根據(jù)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓UO、最大輸出電流IOMAX，確定出穩(wěn)壓器的型號及電路形式。第二步：根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui，確定出電源變壓器二次側電壓U2；根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流IOMAX，確定出流過電源變壓器二次線圈的電流I2和電源變壓器二次線圈的功率P2；再根據(jù)P2，確定出電源變壓器一次線圈的功率P1。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇合適的電源變壓器，一般為12v。第三步：確定整流二極管的正向平均電流ID、整流二極管的最大反向電壓URM和濾波電容的容量值以及耐壓值。根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇合適的整流二極管和濾波電容。

4 電路設計步驟

電路設計思路想出后，考慮實際電路具體設計步驟，完整的設計步驟是整個電路的核心部分，因此在設計過程中實際設計步驟顯得尤為重要，具體步驟為以下幾步：

4.1 電路圖設計方法

電路圖設計使用PCB制圖軟件制作

4.2 電路原理圖的設計

電路原理設計使用Protel2000制圖軟件設計電路原理圖如圖2。

4.3 直流穩(wěn)壓電源實物設計

如圖3所示安裝直流穩(wěn)壓電源電路的前半部分整流濾波電路，然后從穩(wěn)壓器的輸入端加入直流電壓UI？燮12V，調(diào)節(jié)RW，如果輸出電壓也跟著發(fā)生變化，說明穩(wěn)壓電路工作正常。用萬用表測量整流二極管的正、反向電阻，正確判斷出二極管的極性后，先在變壓器的二次測線圈接上額定電流為1A的保險絲，然后安裝整流濾波電路。安裝時要注意，二極管和電解電容的極性不能接反。經(jīng)檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用示波器或萬用表檢查整流后輸出電壓UI的極性，若UI的極性為正，則說明整流電路連接正確，然后斷開電源，將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路連接起來。然后接通電源，調(diào)節(jié)RW的值，如果輸出電壓滿足設計指標，說明穩(wěn)壓電源中各級電路都能正常工作。

5 電路設計總結

通過論述直流穩(wěn)壓電源電路的設計過程，強化了本人所教學科《電子技術基礎》中模擬電路部分知識和《電子電路的安裝與調(diào)試》實驗部分知識。所設計的直流穩(wěn)壓電源電路，廣泛運用于生活中，例如手機的充電電源、冰箱的穩(wěn)壓電源等。同時，也通過查閱參考書，網(wǎng)上資料等拓寬了自己專業(yè)方面的知識面。論述過程中，通過邊教學邊調(diào)研邊實踐的方式使本人對直流穩(wěn)壓電源電路設計過程有了一些新的認識，特別是強化了自己的教學能力，增強了所教專業(yè)學生掌握理論知識的能力，提高了其動手操作的能力。通過一段時間的教學效果來看，我所教授專業(yè)的學生對學院的此種教學改革適應快，容易接受，對教師所設計的教學模塊感興趣，并且激發(fā)了繼續(xù)探究這一教學模塊的動力，這也充分證明了學院提出的此種教學改革是可行的。

參考文獻

[1]郭S.電子技術基礎（第四版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社.

[2]王建.維修電工技能訓練（第四版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社.

第4篇：電路設計步驟與方法范文

關鍵詞：EDA技術；電子技術；應用研究

1引言

電子技術是電子信息類專業(yè)課程之一，通常包括數(shù)電、模電和高配電三個部分。電子技術的學習對相關專業(yè)的學生是非常重要的，將直接影響到學生的專業(yè)技術水平和實踐能力，應該引起教師和學生的重視。

2傳統(tǒng)電子技術教學的弊端

傳統(tǒng)電子技術課程在實際教學過程中存在諸多弊端。例如：電子技術教材已無法適應當前快速發(fā)展的電子技術，不能與最新技術接軌，如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)教材和培養(yǎng)模式，將對教學質量和學生實踐能力產(chǎn)生重要影響；滿足學生實際訓練需求的輔助設備存在不足，導致學生進行的實驗多是基于“電路模塊化”的設計項目，而傳統(tǒng)電路所使用的設計方法無法適應現(xiàn)代化的大型項目的設計需求；傳統(tǒng)電子技術教學中，內(nèi)容抽象，實踐不足，缺乏創(chuàng)新設計方面的教學課程。

3EDA技術的含義和EDA技術課程特征

EDA，是ElectronicsDesignAutomation的縮寫，意為電子設計自動化，是基于計算機輔助設計、輔助制造、輔助測試、輔助工程的概念發(fā)展而來的。EDA技術也被稱為電子設計機動化技術，是在計算機為載體的EDA軟件平臺上，融合應用電子技術、計算機技術和智能化技術，采用硬件描述語言進行設計，計算機將自動完成設計語言邏輯編譯、化簡、分割、布局、仿真等步驟。

4EDA技術在電子技術中的設計流程

就EDA技術電子技術流程而言，主要可劃分為系統(tǒng)劃分、圖形或者VHDL輸入、代碼級功能仿真、適配前時序仿真及AS1C實現(xiàn)等。

5EDA技術在電子技術中的實踐運用

5.1運用仿真軟件代替硬件

隨著EDA技術的發(fā)展，越來越多的仿真軟件開始出現(xiàn)，并逐步運用到實際的電路設計中，例如，SPICE/PSPICE，KELI，WEB，ANSMS，SIMULINK等。通過這些仿真軟件，可以構建兼具科學化與規(guī)模化的實驗、實習平臺，而在這些實驗平臺上，電路仿真實驗、交直流分析、影響頻率監(jiān)測、電路參數(shù)掃描分析等實驗均可以進行。以仿真軟件代替硬件的形式有效彌補了電路設計實訓中設備不足的問題。EDA技術運用到電子技術中，以科學化、現(xiàn)代化的教學手段，降低了實訓過程對硬件設施的依賴性，使得學生在實訓過程中不再受到實驗設備不足及教學硬件缺乏的影響。

5.2將硬件設計轉化為軟件設計

EDA技術在電子技術中的運用，降低了實訓過程對硬件設施的依賴性，學生可以轉化設計思路和載體，直接在EDA技術所搭建的軟件平臺上，進行電子產(chǎn)品設計。例如，Layout、PowerPCB等。通過EDA軟件將硬件設計轉化為軟件設計，不僅提高了學生的電子技術中的綜合技能水平，而且極大程度上調(diào)動學生的學習積極性。

5.3驗證設計實驗和電路設計方案的正確性

在EDA技術平臺中，計算機可自動完成編譯、分析、仿真、優(yōu)化等步驟。因此，利用EDA技術時，可采用系統(tǒng)仿真和結構模擬方法，在確保系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的子項目和子模塊能夠運轉的情況下，對設計實驗和電路設計方案的準確性和可行性進行驗證。仿真完成后，對各個子電路的結構進行檢測和分析，獲取必要的技術參數(shù)，并以此為依據(jù)判斷電路設計是否科學合理，各項性能指標是否可靠有效。EDA技術中的系統(tǒng)仿真和量化分析，在有效提高電子技術設計水平和相對應的電子產(chǎn)品質量方面具有積極影響，對于整個電子產(chǎn)品行業(yè)的發(fā)展也具有重要作用。

5.4優(yōu)化所設計電路的特性

在EDA技術條件下，借助其自身所具有的溫度分析、統(tǒng)計分析功能，能夠有效分析出電路在各種不同條件下所具有的特征，從而確定電子元器件的最佳技術參數(shù)、系統(tǒng)穩(wěn)定程度以及合適的電路結構，以全面優(yōu)化電路設計。

5.5科學模擬測試電路特性

由于受到測試方法、儀表精度等因素的限制，在電路設計過程中，進行大量數(shù)據(jù)測試和特性分析時，會出現(xiàn)較大的誤差，并給電子產(chǎn)品制作和產(chǎn)品質量帶來一些問題。而在EDA技術條件下，模擬測試的工作量將大幅下降，大部分測試工作將直接由計算機自動完成，既減輕了測試的工作量，又提高了測試的精確性，從而實現(xiàn)全方位、全功能測試。

5.6EDA技術條件下，可多人同時操作

在EDA技術條件下進行電路框架構建和設計，能夠保證設計方案的整體性和合理性。當設計過程中任意子環(huán)節(jié)或子模塊出現(xiàn)問題時，設計人員都能夠從問題自身開始逐步解決?；谶@一優(yōu)勢，電子系統(tǒng)的設計和開發(fā)可由多人同時進行。在電子設計類競賽培訓時，在電子產(chǎn)品設計制作過程中運用EDA技術，能夠為團隊設計奠定良好的技術基礎。

5.7降低設備損耗和實訓成本

傳統(tǒng)教學中的實驗或設計課程中，檢查試驗箱和面包板鏈接插件是否松動、檢查數(shù)據(jù)處理器是否存在灼燒、焊接設備、連接電路、調(diào)試電路等步驟都需要學生花費大量的時間去操作。而在EDA技術條件下，學生可以在實驗正式開始前，依照實驗設計方案和步驟進行仿真測試，減少了大量繁瑣的步驟。既節(jié)省了大量實訓時間，又有效降低實驗設備的耗材和損耗；既節(jié)約實訓成本，又提高實訓效率。

6結束語

在實訓過程中，采用以軟件替代硬件的方式進行設計結構搭建、仿真調(diào)試和產(chǎn)品制作，既提高學生的開發(fā)能力和創(chuàng)新能力，又極大的降低了設備損害和培訓成本，實訓內(nèi)容、學生創(chuàng)新思維、設計能力都將得到進一步的豐富和提高，電子技術也將得到進一步發(fā)展。

參考文獻

第5篇：電路設計步驟與方法范文

關鍵詞： 電子技術課程設計 教學設計 教學過程

電子技術課程設計是在電子技術實驗的基礎上進行的綜合性的實驗訓練，是電子技術課程的實踐性教學環(huán)節(jié)，是對電子類和其他相近專業(yè)學生進行綜合能力培養(yǎng)的實踐課程，對于全面、系統(tǒng)、深入地理解與掌握電子系統(tǒng)的知識、設計方法具有重要的教學意義。

1.電子技術課程設計的重點與要求

本課程的重點是電路設計，內(nèi)容側重綜合應用所學知識，設計制作較為復雜的功能電路或小型電子系統(tǒng)。一般給出實驗任務和設計要求，通過電路方案設計、電路設計、電路安裝調(diào)試和指標測試、撰寫實驗報告等過程，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力，提高電路設計水平和實驗技能。在實踐中著重培養(yǎng)學生系統(tǒng)設計的綜合分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐的能力。

電子技術課程設計一般要求學生根據(jù)題目要求，通過查閱資料、調(diào)查研究等，獨立完成方案設計、元器件選擇、電路設計、仿真分析、電路的安裝調(diào)試及指標測試，并獨立寫出嚴謹?shù)?、文理通順的實驗報告?/p>

具體地說，學生通過課程設計教學實踐，應達到以下基本要求：建立電子系統(tǒng)的概念，綜合運用電子技術課程中所學習到的理論知識完成一個電子系統(tǒng)的設計；掌握電子系統(tǒng)設計的基本方法，了解電子系統(tǒng)設計中的關鍵技術；進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用器件的原則；掌握查閱有關資料和使用器件手冊的基本方法；掌握用電子設計自動化軟件設計與仿真電路系統(tǒng)的基本方法；進一步熟悉電子儀器的正確使用方法；學會撰寫課程設計總結報告；培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

2.電子技術課程設計的教學過程

電子技術課程設計是在教師指導下，學生獨立完成課題，達到對學生理論與實踐相結合的綜合性訓練，要求本課程設計涵蓋模擬電路知識和數(shù)字電路知識，因此課程設計的選題要求包含數(shù)字電子技術和模擬電子技術。

教學環(huán)節(jié)可以分為以下四個部分。

2.1課堂講授。

課程設計開始前，需要確定指導老師。由指導老師通過兩學時的教學，明確課程設計的要求，主要內(nèi)容包括課程介紹、教學安排、成績評定方法等。

在課堂教學環(huán)節(jié)中，指導老師介紹課題的基本情況與要求，要求學生從多個課題中選擇一個。

2.2設計與調(diào)試環(huán)節(jié)。

2.2.1前期準備、方案及電路設計。

前期準備包括選擇題目、查找資料、確定方案、電路設計、電路仿真等。在確定方案時要求學生認真閱讀教材，根據(jù)技術指標，進行方案分析、論證和計算，獨立完成設計。設計工作內(nèi)容如下：題目分析、系統(tǒng)結構設計、具體電路設計。

學生根據(jù)所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計，通過論證與選擇，確定總體方案。此后是對方案中單元電路進行選擇和設計計算，稱為預設計階段，包括元器件的選用和電路參數(shù)的計算。最后畫出總體電路圖（原理圖和布線圖），此階段約占課程設計總學時的30％。

2.2.2在實驗室進行電路安裝、調(diào)試，指標測試等。

在安裝與調(diào)試這個階段，要求學生運用所學的知識進行安裝和調(diào)試，達到任務書的各項技術指標。

預設計經(jīng)指導教師審查通過后，學生即可購買所需元器件等材料，并在實驗箱上或試驗板上組裝電路。運用測試儀表調(diào)試電路、排除電路故障、調(diào)整元器件、修改電路（并制作相應電路板），使之達到設計指標要求。此階段往往是課程設計的重點與難點，所需時間約占總學時的50％。

2.3撰寫總結報告，總結交流與討論。

撰寫課程設計的總結報告是對學生寫科學論文和科研總結報告能力的訓練。學生寫報告，不僅要對設計、組裝、調(diào)試的內(nèi)容進行全面總結，而且要把實踐內(nèi)容上升到理論高度?？偨Y報告應包括以下方面：系統(tǒng)任務與分析、方案選擇與可行性論證、單元電路的設計、參數(shù)計算及元器件選擇、元件清單和參考資料目錄。除此之外，還應對以下幾部分進行說明：設計進程記錄，設計方案說明、比較，實際電路圖，功能與指標測試結果，存在的問題及改進意見，等等。

總結報告具體內(nèi)容如下：課題名稱、內(nèi)容摘要、設計內(nèi)容及要求、比較和選擇設計的系統(tǒng)方案、畫出系統(tǒng)框圖、單元電路設計、參數(shù)計算和器件選擇。畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理。組裝調(diào)試的內(nèi)容，包括使用的主要儀器和儀表；調(diào)試電路的方法和技巧；測試的數(shù)據(jù)和波形并與計算結果比較分析；調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法?？偨Y設計電路的特點和方案的優(yōu)缺點，指出課題的核心及實用價值，列出系統(tǒng)需要的元器件清單，列出參考文獻，收獲、體會，并對本次設計提出建議。

2.4成績評定。

課程的實踐性不僅體現(xiàn)實際操作能力，而且體現(xiàn)獨立完成設計和分析的能力。因此，課程設計的考核分為以下部分：設計方案的正確性與合理性。設計成品：觀察實驗現(xiàn)象，是否達到技術要求。（安裝工藝水平、調(diào)試中分析解決問題的能力）實驗報告：實驗報告應具有設計題目、技術指標、實現(xiàn)方案、測試數(shù)據(jù)、出現(xiàn)的問題與解決方法、收獲體會等。課程設計答辯：考查學生實際掌握的能力和表達能力，設計過程中的學習態(tài)度、工作作風和科學精神及創(chuàng)新精神，等等。

3.電子技術課程設計的步驟

在“電子技術基礎”理論課程教學中，通常只介紹單元電路的設計。然而，一個實用的電子電路通常是由若干個單元電路組成的。通常將規(guī)模較小、功能單一的電子電路稱為單元電路。因此，一個電子系統(tǒng)的設計不僅包括單元電路的設計，還包括總體電路的系統(tǒng)設計（總體電路由哪些單元電路構成，以及單元電路之間如何連接，等等）。隨著微電子技術的發(fā)展，各種通用和專用的模擬和數(shù)字集成電路大量涌現(xiàn)，電子系統(tǒng)的設計除了單元電路的設計外，還包括集成電路的合理選用。電子電路的系統(tǒng)設計越來越重要，不過從教學訓練角度出發(fā)，課程設計仍應保留一定的單元電路內(nèi)容。

電子系統(tǒng)分為模擬型、數(shù)字型及兩者兼而有之的混合型三種。

雖然模擬電路和數(shù)字電路設計的方法有所不同（尤其單元電路的設計），但總體電路的設計步驟是基本相同的。

電子電路的一般設計方法與步驟包括：總體方案的設計與方案論證、單元電路的設計、單元電路間的連接方法、繪制總體電路草圖、關鍵電路試驗、EDA仿真、繪制正式的總體電路圖等。

4.電子技術課程設計的效果

學生經(jīng)過這樣系統(tǒng)訓練后，各方面技能都通過考核，為后續(xù)課程的學習打下了扎實的基礎。

參考文獻：

［1］高吉祥，易凡，丁文霞等.電子技術基礎實驗與課程設計（第二版）［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

［2］楊志忠，華沙，康廣荃.電子技術課程設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

第6篇：電路設計步驟與方法范文

一、每種情況畫1條支路，各種情況都要用到的元件畫在干路中

初中物理的電路設計中，所設計的電路圖一般都是并聯(lián)(或混聯(lián))電路，很少有純粹的串聯(lián)電路.而且生活實例中往往敘述有幾種并列的現(xiàn)象.比如“前門開門與后門開門”兩種情況，“甲病床與乙病床” 兩種情況等.電路設計時一般都是依據(jù)“一種情況畫1條支路，每種情況都要用到的元件畫在干路中”來設計電路.

生活應用實例1有一商品倉庫，后門進貨、前門取貨，現(xiàn)有紅綠兩只燈泡和一個電鈴、一個電池組、兩個開關，導線若干.請你為倉庫值班人員設計一個電路：電鈴響同時紅燈亮，表示取貨人在前門按開關；電鈴響同時綠燈亮，表示送貨人在后門按開關.要求畫出設計的電路圖.圖中標明紅燈、綠燈及對應的前門、后門開關.

解析根據(jù)題意可知：1.綠燈與紅燈的工作情況互不影響，各自均可獨立工作，可知這兩盞燈應該是并聯(lián)的；2.前門開關控制紅燈，后門開關控制綠燈，所以前門開關應與紅燈在一條支路上，后門開關應與綠燈在另一條支路上；3.無論紅燈亮或是綠燈亮時，電鈴均響，可知兩種情況都要用到電鈴，所以電鈴應該畫在干路中.綜合以上分析，設計的電路圖如圖2所示.

類似的生活例子還有病床呼叫電路、甲乙雙方從兩地相互呼叫對方的電路等例子.

二、兩開關串聯(lián)，表示兩個條件同時滿足，電路才會通

兩開關并聯(lián)，表示只要有一個條件滿足，電路就會通.

當兩個開關串聯(lián)時，要想電路接通，必須將兩個開關同時閉合.這個在現(xiàn)實中往往表現(xiàn)為生活中的兩個條件要同時滿足；而兩個開關并聯(lián)時，要想電路接通，則隨便其中哪個開關閉合電路都能接通，這個在現(xiàn)實中就表現(xiàn)為生活中的多個條件只要有一個滿足即可.

生活應用實例2樓道聲光控延時開關電路.聲光控延時開關已廣泛應用于住宅區(qū)的樓道、工廠、辦公樓、教學樓等公共場所.小瑞家所在小區(qū)的樓道路燈也已用聲光控延時開關代替了按鈕開關，只有在天黑以后，當有人走過樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明；在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，從而達到節(jié)能的目的.請你設計出該聲光控延時開關電路.

解析根據(jù)題意可知，要想讓樓道路燈亮起來，必須同時滿足兩個條件.一是必須天黑(即光控開關閉合)，二是必須要有聲響(即聲控開關也要閉合)，屬于“兩個條件同時滿足，電路才會通”的情況，所以光控開關與聲控開關必須是串聯(lián)的，再串上路燈后接到家庭電路中.設計的電路如圖3所示.

生活應用實例3“倉庫保管員系統(tǒng)”.某銀行金庫為防止單個職工進入而發(fā)生盜竊行為，現(xiàn)要求對金庫大門進行改裝.他們用電動機來帶動鐵門的運動，要驅動電動機工作，必須該銀行內(nèi)的三個保管員同時用各自的鑰匙插入對應的鎖孔內(nèi)開鎖，(將各自的鎖打開相當于將電路中的開關閉合)，請根據(jù)要求，將圖4中的器材連接起來.

解析根據(jù)實際情況，要想把驅動機把金庫大門打開，必須同時滿足三個條件.即是三個保管員都要同時把鎖打開(即三個保管員控制的開關都要閉合).屬于“三個條件都要同時滿足，電路才會通”的情況，因此三個保管員控制的開關是串聯(lián)在一起的，設計的電路如圖5所示.

類似的生活例子還有實驗室柜鑰匙保管系統(tǒng)等電路都根據(jù)上述方法進行電路的設計.

三、開關的特殊用法：開關與相應的用電器并聯(lián)

開關的作用是控制用電器的工作.實際生活中，開關與被它所控制的用電器之間大都是串聯(lián)連接的.這樣，要讓該用電器工作，就閉合開關；要讓該用電器停止工作，就把開關斷開.如果出現(xiàn)了“開關閉合，某用電器停止工作，而開關斷開時，該用電器反而工作”的現(xiàn)象，這明顯不是開關的常規(guī)用法，而是一種“特殊用法”.即開關不是與該用電器串聯(lián)，而是與它并聯(lián).

生活應用實例4請你為奶牛場設計一自動放養(yǎng)奶牛的裝置圖.要求：用細導線將牛群圍住，合上開關后，當牛群在圈內(nèi)吃草時，小屋內(nèi)燈亮而鈴不響；當有牛了圈住的細導線跑到圈外時，電鈴便會響起來，放牛的人能及時發(fā)現(xiàn).

解析根據(jù)上述要求可知，電路中的燈是一直亮著，起到提示電路在正常工作狀態(tài)的作用.而電鈴卻受到“圈住牛的細導線”的控制.但是它的控制情況與常規(guī)的控制不同：當“圈住牛的細導線”沒斷(即相當于開關閉合)時，電鈴是不響的(被“圈住牛的細導線”給短路了)；而當“圈住牛的細導線”被牛弄斷時(即相當于開關斷開)，電鈴反而響起來了(電流不能走細導線而只能通過電鈴形成通路了).根據(jù)題意設計出的電路如圖6所示.

類似的例子在很多電路設計題中都有出現(xiàn)，當某開關斷開時，燈L有亮，而當這個開關閉合后，燈L反而熄滅了.這些都是屬于“開關的特殊用法”，即該開關與相應的燈L并聯(lián).

四、從所有用電器都不能工作的那個條件出發(fā)，再從個別用電器不能工作的那個條件出發(fā)設計電路

有很多電路設計題要求學生根據(jù)題目的條件或要求設計出合理的電路，解決這類問題時一定要抓住外部連接情況及對應現(xiàn)象，逐步分析并畫出符合題意的電路結構，解決此類問題的步驟是：先從所有用電器都不能工作的那個條件出發(fā)；再從個別用電器不能工作的那個條件出發(fā)來設計電路.

生活應用實例5現(xiàn)有兩只燈泡L1和L2，三只開關S1、S2、S3和電源、開關、導線等元件，請根據(jù)下列要求設計出符合條件的電路.要求：(1)閉合S1、S2、S3時，L1和L2都亮；(2)閉合S1、S2時，L1亮，L2不亮；(3)閉合S1、S3時，L2亮，L1不亮；(4)閉合S2、S3時，L1、L2都不亮.

解析根據(jù)上述方法按下列步驟分析：首先必須從所有用電器都不能工作的那個條件出發(fā)，即從第(4)個條件出發(fā).S2、S3都已經(jīng)閉合了，怎么兩燈都不亮呢？原來是S1還沒閉合，也就是說只要S1斷開，全部用電器都不能工作，這說明S1是總開關，在干路中，控制整個電路.然后再從個別用電器不能工作的那個條件出發(fā)來，即從條件(2)或(3)出發(fā).由條件(2)可知，S3斷開，L2就不能工作；由條件(3)可知，S2斷開，L1就不能工作.說明S3控制L2，它倆在同一條支路中；S2就控制L1，它倆就在另一條支路中.而條件(1)我們在分析電路時用不上它，它只是起到一個檢驗電路正確與否的作用.最后整理設計出的電路如圖7所示.

第7篇：電路設計步驟與方法范文

自主式課題教學法

針對目前課堂教學的現(xiàn)狀，提出自主式課題教學法。其基本理念就是改革課堂教學，即在課堂上系統(tǒng)地講授電路設計方法，而不是僅僅教會學生解題。此外，將學生分成若干個學習小組，給每個小組布置不同的電路模塊設計課題，通過完成自己的課題達到初步實踐電路設計方法的目的。同時，由于學生都是帶著設計課題聽課的，這樣也會提高學生自主學習理論知識的積極性。具體實施步驟如下：

在課程教學初期，指導學生自由組成學習小組，提供若干模塊設計課題供各小組挑選。選定的模塊設計任務伴隨該小組整個課程學習過程。這個階段的教學要點如下：①盡量保證學生按照自己的意愿組合形成學習小組，這樣小組成員在課題設計過程中才能有較好的默契，相互配合，依靠團隊的力量完成設計任務。②該階段是課程教學初期，學生對各個模塊設計課題還不了解，教師應占用一定的課堂時間對課題進行解釋和指點，充分激發(fā)學生自主學習的積極性，使學生自發(fā)地利用課余時間收集資料，選定設計方案。③當學習小組初步完成課題資料的收集和整理后，則安排一次課堂報告，由各個小組制作幻燈片向全班同學匯報其對課題的理解以及初步選定的設計方案，并由任課教師進行點評，指出其下一步工作重點。④模塊設計課題應涵蓋所講授課程的各個章節(jié)，這樣利于在講課過程中通過講解各個模塊設計方法串聯(lián)課程各章節(jié)的知識點。同時，講課內(nèi)容與學生正在進行的設計任務相關聯(lián)，容易調(diào)動學生自主學習的積極性。

在課程教學中期，將模塊設計課題融入到各個章節(jié)的課堂教學中，教會學生具體的電路設計方法，同時在實驗課上指導學生進行電路調(diào)試以及指標測試。這個階段的教學要點如下：①要求各小組通過課堂學習不斷改進自己初期擬定的電路設計方案以及元器件參數(shù)計算方法。充分體現(xiàn)了自主式課堂教學法的教學理念，即激發(fā)學生的學習主動性，從而自主采用課堂講授方法改進自己的電路設計，使其感受到如何將課堂所學理論知識運用到實際的電路設計中。②向學生灌輸團隊設計的理念，針對電路設計和調(diào)試過程中團隊成員間的溝通和討論，使學生認識到如何進行團隊協(xié)作，同時在教師和團隊間建立暢通的交流渠道，使學生的問題能得到解答，從而有信心完成課題設計任務。③安排課堂報告，各小組制作幻燈片向全班同學匯報課題設計進展，由任課教師對學生的設計進行中期考核并指出下一步工作重點。

在課堂教學后期，對各學習小組制作的模塊電路進行驗收和總結。這個階段的教學要點如下：①督促各學習小組做好指標測試工作，驗證自己設計的電路是否達到設計要求，同時總結整個設計過程的經(jīng)驗教訓。②安排課堂報告，各小組制作幻燈片向全班同學匯報課題制作成果，由任課教師對設計成果進行總結。③各小組提交課題設計報告，詳細介紹整個電路設計原理、參數(shù)計算過程，并記錄系統(tǒng)的性能指標，總結電路調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的經(jīng)驗教訓。

自主式課題教學法的應用實例

我們在通信電子線路課上使用了這種教學法。首先，根據(jù)整個課程內(nèi)容設計8個模塊的設計課題，將該課程的主要知識點都融合在這幾個課題中，課題名稱。

第一階段：由學生自由組合形成學習小組并從這8個課題中選擇一個，作為該小組在課程學習期間的設計任務。由小組成員相互配合進行資料收集以及設計方案的論證。在課程開始后的第二個教學周，組織各小組制作幻燈片報告該小組擬定的設計方案以及設計時間安排。需要說明的是，各小組進行方案設計的時候，相應的知識點還沒有在課堂上進行系統(tǒng)地講授，完全由學生先自學各自課題相關基礎知識，然后進行資料收集整理，通過內(nèi)部討論，最終確定課題的初步設計方案。這個階段需要學生充分發(fā)揮自己的主觀能動性去熟悉課題、討論方案以及確定初步方案。從實際情況來看，學生在這個階段常常表現(xiàn)出很大的學習積極性，進行方案匯報時的現(xiàn)場氣氛也很熱烈。此外，由于設計課題涵蓋了這門課程的主要知識點，相應課題方案的初步確定過程也是學生對課程知識的預習階段。這樣可以充分激發(fā)他們的求知欲，當教師在課堂上講到相應的知識點時，能抓住學生的注意力，獲得較好的教學效果。

第二階段：主要完成各個章節(jié)知識點的講授，這一階段應該注意在課上重點講解如何充分運用教材中的知識完成模塊設計課題，讓學生意識到，這些書本知識并不是抽象的理論知識，只要稍加變通就可以有效地指導生產(chǎn)實際。例如在講到求解高頻功率放大器的題目時，計算電路輸出功率用到公式(1)：200cmVPR=(1)其中P0為電路輸出功率，Vcm為電路輸出電壓幅值，R0為電路負載電阻。而在真正設計功放電路時，電路的輸出功率及輸出電壓幅值常常是已知條件(見表1)，而具體的電路以及電路中所采用元器件的參數(shù)如電阻阻值是需要進行計算的。因此只需要將公式(1)轉化為公式(2)：200cmVRP=(2)轉化后即可用于電路中所采用負載電阻的計算。整個課程講授過程都要將知識點具體化，讓學生意識到，只要將這些公式進行簡單的變化(常常是翻轉)就可以用于電路設計過程中元器件的參數(shù)計算，從而使學生可以一邊學習課堂知識，一邊將所學知識應用起來，真正做到活學活用。此外，在實驗課中要指導各小組的電路焊接以及調(diào)試工作，并監(jiān)督其設計進度，從而掌握學生對所學內(nèi)容的理解程度。在這個階段，真正實現(xiàn)了本教學法所強調(diào)的理論聯(lián)系實際，即學生可以做到邊學習，邊使用，邊檢驗，整個課程的教學效果良好。最后一個階段是課程的結束階段，主要做好各小組課題的驗收工作，并對各小組所設計的模塊進行點評，最后安排一次期終匯報作為整個課堂教學的結束。本教學法已經(jīng)實踐了兩年，學生對這種教學法的滿意度較高。此外，學生的平時成績與模塊設計課題制作情況掛鉤，因此各學習小組都投入了較多精力用于電路模塊制作，成功率也較高。并且學生通過電路模塊的制作過程也了解到了如何運用課堂所學知識進行電路設計。

第8篇：電路設計步驟與方法范文

關鍵詞:專用集成電路;寄存器傳輸級;門級網(wǎng)表;可靠性;手工綜合

中圖分類號:TN402.22文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)20-004-03

Research on Manual Synthesis Based on ASIC Design

WANG Xiaohua,LUO Xiaoshu,YIN Yangang

(College of Physics and Electronic Engineering,Guangxi Normal University,Guilin,541004,China)

Abstract:With the development of ASIC design rapidly,it is key technology of the front-end IC design that the register transfer level description is manually synthesized the register transfer level.Through artificial participation,behave-level code by some of the most basic logic gates(such as nand-door,non-door,nor-door,etc.) gets the corresponding gate-level circuit according to the corresponding synthesized circuit model.Such methods used in ASIC design not only can optimize the circuit structure,but also can guarantee the correct logic function.At the same time,it can reduce the transmission delay and improve the reliability of chip design.Therefore,research on the ASCI design by manual synthesis is of practical value.

Keywords:application specific integrated circuit;register transfer level;register transfer level;reliability;manual synthesis

0 引 言

隨著專用集成電路(Application Specific Integrated Circuit)設計的迅速發(fā)展,將寄存器傳輸級(RTL)描述的手工綜合成門級網(wǎng)表,是IC前端設計中的關鍵技術[1]。在當前IC設計中,通常在行為級功能驗證后,采用軟件進行自動綜合的方式。這種方式雖然縮短了ASIC設計的周期,但是利用軟件綜合的門級電路存在很大的冗余,從而影響到整個芯片的版圖面積和延時。如果采用手工綜合,則會得到最簡的電路結構和最少的線路延時。在總體上,手工邏輯綜合可分為時序邏輯綜合和組合邏輯綜合[2]。

在此,以成功開發(fā)的無線發(fā)碼遙控編碼芯片為實例,詳細介紹手工綜合RTL級代碼的理論依據(jù)和實用方法,重點介紹時序邏輯綜合的實現(xiàn)方法,將時序邏輯綜合的實現(xiàn)方法歸納出各種描述的一般特征,將用戶多種多樣的描述歸整為五種形式,避免了綜合過程中的盲目性,使得整個綜合過程有據(jù)可依,從而提高綜合的效率和準確性[3],并對手工綜合進行深入的研究。

1 組合邏輯綜合

組合邏輯綜合的功能是對組合邏輯函數(shù)的描述形式進行一系列轉換和優(yōu)化,求取實現(xiàn)該邏輯函數(shù)性能最佳的組合邏輯結構形式,并生成與邏輯功能描述相等價的優(yōu)化的邏輯級結構描述。由于行為級描述或寄存器傳輸級描述經(jīng)轉換后所得到的邏輯級的邏輯函數(shù)表示通常都是非優(yōu)化的表示,因此就需要使用邏輯優(yōu)化工具對其進行綜合和優(yōu)化。

組合邏輯綜合的目標通常有:其一是為了在滿足延遲的約束下將面積最小化;其二是為了提高電路的可測試性[4]。

組合邏輯電路設計是數(shù)字電路設計的基礎。相對時序邏輯電路而言其綜合過程要簡單,可參考上面的手工綜合步驟,在這里設計了兩個電路對ASIC的手工綜合進行具體研究。

1.1 單增量加法器(4位)

所謂單增量加法器,就是在二進制計算中,行使代碼換算的任務,即二進制計算中若輸出有N值存在,接下來的數(shù)值就是N+1,為了把輸出值從N變?yōu)镹+1就必須做一個電路。若其Verilog HDL描述語言為:

counter_disp

則綜合步驟為:

(1)列出真值表(略);

(2) 從真值表可以得出其邏輯表達式為:

sum[0]=NOT disp[0]sum[1]= disp[0] XOR disp[1]

sum[2]= disp[2] XOR (disp[0] AND disp[1])

sum[3]= disp[3] XOR (disp[0] ANDdisp[1]AND disp[2])

(3) 綜合后的電路圖如圖1所示。

圖1 單增量加法器手工綜合后電路

1.2 數(shù)值比較器(4位)

完成A

對應的描述語言為:

if(counter disp

(1) 列出真值表(見表1)。其中“X”表示任意值。

(2) 從真值表寫出比較結果的邏輯表達式,再通過化簡得到最簡表達式為:

A_small_B =A3n•B3+(B2B2)A2n•B2+(A3B3)(A2B2)A1n•B1+(A3B3)(A2B2)(A1B1)•A0n•B0

(3) 畫出綜合后的電路圖(見圖2)。

表1 真值表

輸入輸出

A3B3A2B2A1B1A0B0A

A3>B3XXX0

A3

A3=B3A2>B2XX0

A3=B3A2

A3=B3A2=B2A1>B1X0

A3=B3A2=B2A1

A3=B3A2=B2A1=B1A0>B00

A3=B3A2=B2A1=B1A0

A3=B3A2=B2A1=B1A0=B00

圖2 數(shù)值比較器手工綜合后電路

2 時序邏輯綜合

時序邏輯綜合的主要研究集中于同步時序電路的設計綜合。異步時序電路由于其設計和控制過程的復雜性,自動綜合十分困難。同步時序電路邏輯綜合研究的內(nèi)容主要有:同步時序電路的綜合方法(即有限狀態(tài)機的綜合)、時序的優(yōu)化以及時鐘系統(tǒng)的設計優(yōu)化等。

有限狀態(tài)機綜合的主要任務是根據(jù)給定的邏輯功能,選取觸發(fā)器和鎖存器等時序元件,尋求優(yōu)化的時序狀態(tài)激勵函數(shù)。同步時序電路綜合的目標是獲得芯片面積優(yōu)化的高性能電路結構形式,其中包括時序重構和時序邏輯優(yōu)化等方面。時序優(yōu)化與時鐘系統(tǒng)的優(yōu)化通過分析時序電路的數(shù)據(jù)傳輸行為,設置合理的參數(shù),提高系統(tǒng)的效率,消除時序錯誤,解決時序沖突[6]。優(yōu)化電路,得到最終的門級電路網(wǎng)表。

在進行了格式判別,確定采用何種時序元件后,就可以從相應的目標庫中提取相應的元件,組織成符合最終輸出形式的網(wǎng)表格式。在提取元件時應當根據(jù)用戶的輸入描述取得最優(yōu)化的結果,當然,這種優(yōu)化問題也可以在得到最終的數(shù)據(jù)通道之后進行。對于同步/異步復位及上升/下降沿觸發(fā)的問題,在一般的目標庫中,都有各種不同類型的時序邏輯電路元件,同步/異步復位元件為其中之一[7]。同步/異步復位觸發(fā)器的綜合與其他元件的綜合有所不同,綜合時考慮的不僅是某一條賦值語句,而是將用戶的描述作為一個整體來考慮。在提取賦值語句時,同時分析相互有關聯(lián)的語句以及這些語句的相關條件,根據(jù)上下文語義得出最終的結論。

下面針對上述理論用一實例來說明:在采用上面的綜合步驟預處理和綜合實現(xiàn)算法后,得到輸出信號outA的賦值情況如下:

條件X1成立時outA≤0;條件X2成立時outA≤0;條件Y1成立時outA≤1;條件Y2成立時outA≤in1;其他條件下outA保持。

其處理過程如下:

(1) 將所有使輸出信號為0的條件標識為A1,A2等A類(A1=X1,A2=X2);

(2) 將所有使輸出信號為1的條件標識為B1,B2等B類(B1=Y1);

(3) 將所有使輸出信號為某個輸入信號或中間信號值的條件標識為C1,C2等C類(C1=Y2);

(4) 寫出其邏輯表達式:

outA=(A1+A2+in1_not C1)(B1+in1•C1+outA)

=(X1+X2+in1_not Y2)(Y1+in1•Y2+outA)

(5) 將目標信號的邏輯表達式進行畫簡(這里設定已為最簡式);

(6) 畫出對應的邏輯電路圖(見圖3):(其中in1_not表示為in1的非,其余類同。)

圖3 綜合后電路

具有數(shù)據(jù)通道的有限狀態(tài)機是描述數(shù)字系統(tǒng)的最常用的模型。有限狀態(tài)機分為兩個部分:數(shù)據(jù)通道部分和控制部件部分。數(shù)據(jù)通道部分包括數(shù)據(jù)的處理部件、存儲部件、傳輸部件及其互連[8]?？刂撇糠种饕瓿蓴?shù)據(jù)通道的時序控制,以及根據(jù)當前狀態(tài)、外部控制輸入和數(shù)據(jù)通道內(nèi)部狀態(tài)產(chǎn)生外部控制輸出和數(shù)據(jù)通道控制信號等。邏輯綜合接受算法級行為描述,通過將其編譯轉換成為內(nèi)部表示形式,然后經(jīng)過操作調(diào)度和硬件資源分配等處理過程,最終產(chǎn)生表示數(shù)據(jù)通道的寄存器傳輸級網(wǎng)表,并根據(jù)調(diào)度的需要提取控制信息產(chǎn)生控制部件的行為描述(即有限狀態(tài)機的描述,一般為狀態(tài)轉換表/圖)[9]?？刂屏骶C合對行為描述的有限狀態(tài)機進行分解、化簡、分配等處理,選取時序元件,導出狀態(tài)轉換函數(shù)和控制輸出函數(shù)。

下面以一個實例來介紹控制部分的邏輯綜合過程和方法。

按照前面的步驟,分析Verilog HDL代碼,已得出該控制流部分的狀態(tài)轉換圖(見圖4),在這里只列出用符號代替的狀態(tài)轉移條件,未寫出各輸出端信號。

圖4 狀態(tài)轉移圖

這是LED驅動控制芯片核心模塊(顯示和鍵掃控制模塊)的狀態(tài)轉換圖,下面以DISPLAY狀態(tài)為目標求其狀態(tài)轉移電路圖,如圖5所示。

圖5 狀態(tài)DISPLAY 綜合后電路

(1) 根據(jù)狀態(tài)轉移圖列出與DISPLAY狀態(tài)相關的狀態(tài)轉換條件:

當A=1,DISPLAY=1 D=1時,DISPLAY=1;

當B=1,DISPLAY=0 C=1時,DISPLAY=0

(2) 推斷出DISPLAY狀態(tài)保持的條件,設為E:

E=(B && DISPLAY) ||(C&& DISPLAY)+H=

BC&& DISPLAY+H=BC&& DISPLAY

(3) 化簡并得出DISPLAY的邏輯表達式:

DISPLAY≤A+D+E (4) 畫出其邏輯電路圖(狀態(tài)機采用獨熱碼編碼方式)。

3 結 語

在此歸納出一套手工邏輯綜合的方法和綜合步驟,該方法適用于中小規(guī)模和超大規(guī)模中的核心電路部分的電路綜合。同時手工綜合后的效果與自動綜合軟件相比,其電路可靠且使用的門電路規(guī)模減少,功耗降低,延時達到最小。

參考文獻

[1]蔡彭慈,.超大規(guī)模集成電路設計導論[M].北京:清華大學出版社,2005.

[2]劉麗華,辛德祿,李本俊.專用集成電路設計方法[M].北京:北京郵電大學出版社,2001.

[3]汪慶寶,宿昌厚.超大規(guī)模規(guī)模集成電路設計技術從電路到芯片[M].北京:電子工業(yè)出版社,1996.

[4]Martin,Kenneth W.Digital Integrated Circuit Design[M].Beijing:Pub.House of Electronics Industry,2002.

[5]Christopher Saint,Judy Saint.IC Layout Basic[M].北京:清華大學出版社,2003.

[6]Michael John Sebastian Smith.Application-specific Integrated Circuits[M].北京:清華大學出版社,2006.

[7]R Jccob Baker,Harry W Li,David E Boyce.CMOS Circuit Design,Layoutand Simulation[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

第9篇：電路設計步驟與方法范文

關鍵詞：數(shù)字電子技術；時序電路；串行序列；仿真；EDA

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）06-0131-02

串行序列檢測在通信領域應用廣泛，因此，教材中對這種電路的設計進行介紹是有必要的。但是目前大多數(shù)的數(shù)字電子技術教材介紹的串行序列檢測電路都存在一定的問題，作者在2003年全國高校電子經(jīng)驗交流會上就指出了問題并提出了多種修訂方案[1]，該文也引起了一些老師對該問題的注意[2]。但當時論文中給出的修訂方案與時序邏輯電路狀態(tài)圖描述不一致。同時，作者最近在圖書館查閱了最新出版的數(shù)字電子技術教材，其中的串行序列檢測電路設計仍然是采用以往教材中的設計方法，都沒有進行功能驗證，問題依然存在。因此本文有必要進一步討論這一問題。另外，串行序列檢測電路設計作為數(shù)字電子技術的一個經(jīng)典實例，欠缺一定的基礎知識，比如串行通信的概念、異步串行通信幀格式概念、串行通信的檢測和同步問題等。作者在教學中，首先讓學生查找資料熟悉上述基本概念，然后設計串行序列檢測電路，掌握上述基本概念后，個別同學自己就會發(fā)現(xiàn)以往教材中設計存在的問題。這種教學方式執(zhí)行多年，效果很好。

一、傳統(tǒng)串行序列檢測電路仿真

大多數(shù)數(shù)字電子技術教材都是設計了110或111的串行序列檢測電路，多數(shù)教材中得到的111序列檢測電路（要求檢測到連續(xù)的3個1時輸出Z=1）如圖1（a）所示，利用MaxplusⅡ仿真的結果如圖1（b）所示。圖1（b）中箭頭表示在CP的上沿檢測串行輸入X，檢測到第一個有效的1時進入01，檢測到第二個有效的1時進入11狀態(tài)，此時輸出Z在檢測到連續(xù)兩個1時輸出變量Z就1，顯然與設計命題要求不符。其他序列的檢測也有類似情況，即不是在有效的檢測時刻輸出1。

二、改進的串行序列電路設計方法

參考文獻[3]中提出了這一問題的解決方案，分別給出了Mealy型和Moore型狀態(tài)圖，這樣可以得到正確的設計電路。但這種方法的狀態(tài)圖與傳統(tǒng)時序邏輯電路狀態(tài)圖不一致。傳統(tǒng)狀態(tài)圖是反映時序邏輯電路狀態(tài)轉換規(guī)律及相應輸入、輸出取值關系的一種圖形，在狀態(tài)轉換圖中以圓圈及圈內(nèi)的字母或數(shù)字表示電路的各個狀態(tài)，以箭頭表示狀態(tài)轉換的方向，相應輸入/輸出標注在轉換箭頭上，圖2給出了傳統(tǒng)的兩狀態(tài)變量的部分狀態(tài)圖。本文根據(jù)串行序列檢測的特點，即輸出是由檢測狀態(tài)S確定的，當檢測到有效序列，無論下一個串行輸入X為0還是為1，都輸出1。則可以將狀態(tài)圖表示為如圖3所示的傳統(tǒng)形式，進行可重疊序列檢測，圖4是醫(yī)電93班吳鵬同學按照改進方法設計的111序列檢測電路及仿真結果，由圖4（b）可見，只要檢測到有效數(shù)據(jù)串就輸出1，結論完全正確。

三、實例安排順序和教學方式的改變

這一實例所有教材都是安排在基于觸發(fā)器的時序電路設計部分，因此限制了學生的思路。最近幾個學期在時序邏輯電路分析、設計、寄存器等所有知識介紹完之后，讓學生開始查串行通信資料、做序列檢測電路設計、仿真驗證電路功能，并做PPT在課堂上介紹。多數(shù)學生對串行通信概念、幀格式、波特率、幀同步等問題都介紹的比較清楚，個別同學對序列檢測電路還設計了幾種方案，其中包括了參考文獻[1]中提到的用移位寄存器、輸出與檢測時刻同步等方法，拓展了學生的思路，部分學生對設計的電路進行了仿真和分析。這種方式激發(fā)了學生學習數(shù)字電子技術的熱情，對數(shù)字電子技術設計產(chǎn)生了濃厚的興趣。因此，建議各教材在補充相關基礎知識的同時，將這一實例放在時序邏輯電路一章的最后，由學生根據(jù)自己所學知識進行設計。

通過以上分析可見，即使再多教材使用了再久的實例，也需要進行實踐檢驗；建議教材中基于觸發(fā)器的時序電路設計步驟中，應該增加“電路功能驗證”一步，如果有這一步，就可以避免之前教材所設計電路存在的問題。

參考文獻：

[1]寧改娣，楊栓科.串行序列檢測同步時序電路設計探討[C].全國高校電子經(jīng)驗交流會論文集，2003.

[2]陳文楷等.討論式教學方法如何引入課堂[C].全國高等學校電子技術教學研究會年會，2005.

[3]張克農(nóng)，寧改娣.數(shù)字電子技術基礎（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2010.