模擬電路設計方法范文

導語：如何才能寫好一篇模擬電路設計方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】tow-thomas電路；模擬濾波器；設計

一、模擬濾波器

濾波器是一個頻率選擇的器件，它的功能是讓指定頻段的信號通過，而對其他部件產生衰減作用。模擬濾波器處理的是模擬信號。理想的濾波器是只讓指定信號通過，而其他信號無法通過的，其幅頻響應曲線（如圖一）。而實際上的濾波器是無法做到這一點的，它只能保證頻率響應曲線在一定的范圍之內（如圖二）。因此在數學上就有多種方法來實現同一濾波器的指標要求，例如巴特沃斯、切比雪夫一型、切比雪夫二型、橢圓濾波器、貝塞爾濾波器等。每一種類型都有其各自的特點（表1）。

二、Tow-Thomas電路形式

四、確定電路參數值

當由低通原型獲得實際所需濾波器傳輸函數之后，對應上文所述tow-thomas電路與傳輸函數的對應情況，即可獲得電路元件值。

如果采用的是其他形式的電路，則需另外研究其電路形式所對應的傳輸函數，再與所需傳輸函數相對應。

五、模擬濾波器設計實例

六、實物制作結果

實物制作時，采用OP37運算放大器代替所設計運放，來驗證濾波器功能。實際測試中發現信號源的傳輸線對測試結果有很大影響。以下是某一種情況下的測試結果：

1.中心頻率大約100KHz，低截止頻率88KHZ，高截止頻117KHZ。

2.實物與仿真結果有一定偏差，但濾波的趨勢還是能體現出來的。

參考文獻

[1]宋壽鵬.數字濾波器設計及工程應用[M].江蘇大學出版社，2009.

[2]林春芳.一種雙二次型有源帶通濾波器的設計與研制[D].2010.

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一般情況下，半導體集成電路常用直流電壓，電網中的電壓通常是交流電壓，若要將電網中交流電的電壓換成直流電壓，則需要借由電壓變壓器進行降壓，再經由整流電路實現交流電壓轉換為直流電壓的目的。但是，整流過后的直流電壓內還存在著交流電壓的成分，應采用濾波電路濾除夾雜的交流電壓，得到平滑純正的直流電壓。通過利用Protel98軟件進行模擬仿真和分析發現，沒有接連濾波電路之前，整流電路所輸出電壓的波形呈現為直流電壓。而將濾波電容器加在電路中以后，不僅可以降低整流輸出脈動直流電壓，并使電容器的容量得以改變，還能夠改變電路開關電源的波紋。如果需要較小的電路開關電源波紋，受負載電流大小的影響，應該將電容量調大。由于電流大的時候，放電的速度比較快，最電容量的要求就會增大。而當電路交流成分減少時，也會使電容器的容量減少，因此容量改變以后所輸出的計算結果也會不同于容量改變前的計算結果。通過采用示波器進行測試后發現，利用Protel98軟件模擬仿真后輸出來圖形同實際電路測試輸出的波形相同。由此可見，若要改變電子電路中的某個元件，只需要利用Protel98軟件修改參數就可以實現，從而達到模擬仿真應實現的目標。Protel98軟件成為修改和優化設計電子電路的有效輔助工具，也是電子電路設計模擬仿真的重要手段。利用Protel98軟件模擬仿真電路設計的具體步驟包括以下幾個方面：第一，根據電子電路設計的主要目標和所需規模繪制準確的電路原理圖。在繪制原理圖時，應選用比較簡單和普及的電路，從而有效實現模擬仿真的目的。第二，繪制完電路原理圖之后，借由Protel98軟件設置元件的參數，通過鼠標選中元件并雙擊元件的性質項目后，就可以修改元件的參數。修改結果可以利用電子電氣法進行測試和檢查，從而找出出現錯誤的地方，再通過有效的分析和科學的修改，就可以完善電路設計。第三，再用Protel98軟件模擬繪制出的電路原理圖，并對電路功能進行仿真和驗證，從而判斷所設計的電路是否具有可行性。

2基本邏輯門電路的模擬實驗

Protel98軟件的仿真器由實用的數模與模擬混合而組成，利用網表文件將電路的所有元素結合起來，使數字仿真與模擬間的壁壘被有機的打破，再利用波形記錄分析系統將數字波形的結果同模擬結果一起顯示出來，組合成一個各種門電路。在進行模擬實驗時，應首先輸入繪制出來的電路圖，并編輯激勵信號波形和跟蹤誤差信號的波形，再從電子元件的數據庫里找出相關的數據，利用這些數據進行電路模擬，并計算出波形模擬的結果。而從繪制的波形圖中可以發現，當輸入信號的電平組合表現為高—高、高—低、低—低和低—高時，基本邏輯門電路輸出的信號和輸入的信號之間具有可行的邏輯性關系。由此可見，利用Protel98軟件對數字電路進行模擬仿真，不僅能擴大模擬電路設計規模，而且對其進行定時的精確度也非常高，通過采取輸入不同激勵信號波形的方式，可以準確修改基本邏輯門電路數據庫的特性。不但如此，Protel98軟件進行電路模擬仿真，其良好界面對于分析電路設計和修改電路設計具有重要的意義。

3結束語

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關鍵詞：電路設計；proteus；應用

中圖分類號：TN702 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0248-01

二十一世紀的今天，社會科技進步較快，proteus仿真軟件在電路設計中的應用也越來越廣泛。該仿真軟件是計算機技術發展的重要成果之一，可以對模擬電路，數字電路和電路進行仿真操作，軟件自身具備先進的虛擬器，包括示波器，邏輯分析儀，信號發生器等，為了更全面的了解和更深刻的分析proteus在電子電路設計中的應用，就要在軟件開啟的仿真條件下，對整體電路和包含的各個零部件進行逐一研究，為之后的電路設計打下堅實的基礎思路。

1 Proteus仿真軟件簡述

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及器件。它是目前比較好的仿真單片機及器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。該軟件包含ISIS和ARES兩個軟件部分，這兩個部分在大環境下扮演著兩個不同的重要角色，都有著舉足輕重的作用。在日常工作中，ARES部分是用來當PCB設計工作的助手，進行有效輔佐，而ISIS則是主要負責在仿真開啟的環境下對電路原理和模擬電路的設計工作。

2 Proteus仿真軟件進行仿真電路設計的過程分析

在電子電路實訓過程中，proteus仿真軟件在進行仿真電路設計時，要在軟件編輯界面，按照需要模擬的實際電路思路，設計出一套最符合實際情況的電子電路圖，再通過許多相關數據計算，盡可能在最短的時間內完成對電路的初步設計和對數據的測量與計算整理，最后完成整體的模擬電路設計，然后利用軟件的電路生成功能，輸出最后的電路設計圖。為了確保電路設計的順利進行，仿真電路設計過程可以這樣：先確定核實設計項目，然后運行proteus軟件，繪制初步的電路原理圖，然后根據原理確定需要的元件種類和數量，啟動仿真系統，用虛擬儀器檢測然后讀出數據，分析結果，如不符合要求，對元件或者電路作適當修改然后再次檢測，當符合要求時，要對電路進行完善，確定無誤后敲定最終設計方案，然后系統自動生成電路圖。

3 Proteus仿真軟件的仿真電路設計與調試

在進行電路工作前，相關人員要檢查虛擬測量儀器與被測量點的兩個終端是否處于正常連接狀態，還要確定信號源良好的接地情況，其中還要注意示波器與地線的連接狀況。測量結束后要確保測量結果是GND的相反波形，有利于后續對電路的研究。實驗過程中，要時刻注意電壓表，電流表的指針位置，而在仿真電路時，要注意串聯電路中電流指針的指數，如有任何問題，要及時地在相應的執行操作界面，通過網絡，對電壓作出適當調整，然后繼續進行仿真電路的研究試驗，推動proteus仿真軟件在電子電路設計應用中的發展。

4 Proteus仿真軟件的實用電路分析

在今后的與電路設計有關的工作當中，我們不光要充分發揮并發展proteus仿真軟件，還要通過合理的方法來判斷研究proteus仿真軟件在未來電路研究中的發展趨勢，然后進行相應改進。而proteus軟件還需要通過傳感器電路，正弦電路等實用電路中不斷的進行試驗和探索，最后才能把此項技術落實到實際電子科技產品的生產環節當中去。所以，我們再使用該軟件進行電路設計和分析時，要把重點放到傳感器電路和正弦電路等電路的實用性上，結合實際情況探究，才能更好地讓軟件適用于各種實用電路的應用。還能開發出仿真系統的其他用法和功能，促使電子行業發展，為以后的研究工作打下堅實的基礎。

5 結語

綜上所述，現階段proteus仿真軟件的應用已經十分廣泛，而其使用功能也十分便利和強大，在進行電子電路設計時，為了能夠更深刻研究電路的工作情況，更準確地對電路中存在的不足之處進行調整，我們要進一步對軟件進行挖掘研究，明確操作規范，開發出更實用的功能以便使用。還能改善傳統的電子電路設計工作，并z測出其中的缺陷，為降低電路實驗成本，更有效地完成實驗和縮短實驗時間等方面，都有積極的推進意義。

參考文祥

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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。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、電路安裝調試和指標測試、撰寫實驗報告等過程，培養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。在實踐中著重培養學生系統設計的綜合分析問題和解決問題的能力，培養學生創新實踐的能力。電子技術課程設計一般要求學生根據題目要求，通過查閱資料、調查研究等，獨立完成方案設計、元器件選擇、電路設計、仿真分析、電路的安裝調試及指標測試，并獨立寫出嚴謹的、文理通順的實驗報告。

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的設計；掌握電子系統設計的基本方法，了解電子系統設計中的關鍵技術；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；培養嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學態度。

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字電路知識，因此課程設計的選題要求包含數字電子技術和模擬電子技術。教學環節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，主要內容包括課程介紹、教學安排、成績評定方法等。在課堂教學環節中，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設計與調試環節。

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。設計工作內容如下：題目分析、系統結構設計、具體電路設計。學生根據所選課題的任務、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、調試，指標測試等。

在安裝與調試這個階段，要求學生運用所學的知識進行安裝和調試，達到任務書的各項技術指標。預設計經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。運用測試儀表調試電路、排除電路故障、調整元器件、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、調試的內容進行全面總結，而且要把實踐內容上升到理論高度。總結報告應包括以下方面：系統任務與分析、方案選擇與可行性論證、單元電路的設計、參數計算及元器件選擇、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。總結報告具體內容如下：課題名稱、內容摘要、設計內容及要求、比較和選擇設計的系統方案、畫出系統框圖、單元電路設計、參數計算和器件選擇。畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理。組裝調試的內容，包括使用的主要儀器和儀表；調試電路的方法和技巧；測試的數據和波形并與計算結果比較分析；調試中出現的故障、原因及排除方法。總結設計電路的特點和方案的優缺點，指出課題的核心及實用價值，列出系統需要的元器件清單，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實際操作能力，而且體現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：觀察實驗現象，是否達到技術要求。（安裝工藝水平、調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、實現方案、測試數據、出現的問題與解決方法、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度、工作作風和科學精神及創新精神，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，一個電子系統的設計不僅包括單元電路的設計，還包括總體電路的系統設計（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展，各種通用和專用的模擬和數字集成電路大量涌現，電子系統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。電子電路的系統設計越來越重要，不過從教學訓練角度出發，課程設計仍應保留一定的單元電路內容。電子系統分為模擬型、數字型及兩者兼而有之的混合型三種。雖然模擬電路和數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。

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【關鍵詞】教學方法 項目驅動 一體化 表決器 組合邏輯電路

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）06-0241-01

引言

數字電子技術課程是電子、通信、自動化等理工科專業的基礎課程。該課程知識點多，邏輯性強，且理論與實踐結合密切，掌握基本理論和實踐技能可為后續課程打下基礎。學校在培養學生時應以市場為導向，以創新為動力，培養具有自學能力、創新意識、實踐能力及團體協作能力的技能應用型人才。數字電子技術主要分為組合邏輯電路和時序邏輯電路，在教學方法上，采用了項目驅動，任務導向的一體化教學，起到了較好的學習效果，下文以組合邏輯電路中三變量多數表決器為例闡述。

1.項目驅動一體化教學

數字電子技術課程教學方法很多，可以采用傳統的板書講授法、多媒體講解演示法、圖示法、螺旋上升式和支架式教學法、支架式問題啟發式教學法、比較法、項目導向-任務驅動教學法等[1]，各種教學方法各有利弊。在授課過程中應選擇合適的教學工具，根據教學目的和內容特點將各種方式有效組合利用，以便使學生真正成為學習的主導與主體，激發他們更好的學習這門課程。

項目驅動一體化教學就是：即依附一個應用項目，設定具體任務，幾人一組讓同學分工合作進行理論設計[2]，實現理論教學區，模擬操作區，崗位訓練區，實現教學場地“空間一體化”。項目驅動一體化教學體系框架結構如圖1所示。

2.應用實施步驟

（1）布置項目：表決器在選舉及投票時用的非常多，是比較貼近實際的一個產品。該項目要求利用所學的組合邏輯電路知識[3]，設計一個至少3變量的多數表決器，表決時無棄權情況。學生4人為一個小組，分工協作，共同完成理論到實踐設計。

圖1. 項目驅動一體化教學體系框架結構圖

（2）理論教學區――電路理論設計：組合邏輯電路設計步驟：邏輯抽象，函數表達式，選擇器件，電路連線。由項目要求可知，輸入有3個，設為ABC，輸出1個設為Y，可依此列出真值表，寫出函數表達式如下：

選擇器件，電路連線：

方案一：采用小規模集成門電路設計（門電路），從電路器件數目少，種類少的角度考慮，選用與非門設計電路圖如圖3（a）所示。

方案二：采用中規模集成芯片設計（譯碼器和數據選擇器）。用3-8譯碼器74HC138及雙4選1數據選擇器74HC153根據函數構建實現，連線如圖2（b）（c）所示。

（a）門電路 （b） 74HC138 （c）74HC153

圖2. 三變量表決器電路設計圖

（3）模擬操作區――軟件模擬仿真：選用元器件及儀表與實物較接近的Multisim10，該軟件的元件庫提供了數千種電路元器件及其理想值，另外儀器庫中的數字萬用表，邏輯分析儀，函數信號發生器等多種電工電子儀表可供選用[4]。讓學生根據所采用的器件進行Multisim模擬仿真，采用門電路進行的軟件模擬如圖3所示，當代表三變量的開關ABC有2個以上接高電平時，與G4與非門相接的燈就會點亮，表示方案通過。

圖3. 采用門電路構成的3變量表決器

（4）崗位訓練區――版圖繪制及DIY、元件焊接調試[5]：采用Protel99SE進行PCB版圖的設計；接下來進行PCB制板，看是否達到設計要求的效果。學生此部分若未學過Protel可先暫不操作。

（5）各組答辯、評價：根據各組理論設計、軟件模擬、實物制作情況，給予合理的評價，總結各組的優缺點，看是否符合起初設計規定的要求，鼓勵學生設計中的創新之處，讓學生感到自學的快樂。

3.總結

項目驅動一體化教學法使學生通過一個與現實緊密的項目操作，完成理論教學區，模擬操作區，崗位訓練區，實現教學場地“空間一體化”教學，使學生在學習數字電子技術的課程中，可以做到突出應用主線，注重學用結合，更好的培養學生創新、團體協作能力，為其以后提供更為廣闊的發展空間。

參考文獻：

[1]劉巖梅.淺談數字電路的教學方法[J].科技信息，2010（26）：132

[2]蔣淑明，項目教學法在數字電子線路課程教學中的應用[J].實踐與探索，2010（6）：158-159

[3]劉海燕 賈燕茹，《組合邏輯電路設計》的課堂教學設計與實踐[J].鄭州鐵路職業技術學院學報，2010（2）：61-63

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電子技術是一門實踐性很強的課程，其中電子電路設計是一個重要的實踐環節，掌握單元電路的設計方法是每個電子工程師必備的能力。具體介紹了單元電子電路設計步驟及幾種重要單元電路的設計方法。

電子技術是一門實踐性很強的課程，加強技能的訓練及培養，是提高工程人員的素質和能力的必要手段。在電子信息類教學中，電子電路設計是一個重要的實踐環節，著重讓學員從理論學習過渡到實際的應用，為以后從事技術工作打下堅實的基礎。

設計電子電路系統時，首先必須明確系統的設計任務，根據任務進行方案選擇，然后對方案中的各個部分進行單元的設計，參數計算和器件選擇，最后將各個部分連接在一起，畫出一個符合設計要求的完整的系統電路圖。因此，掌握單元電路的設計方法和實際設計電路的能力，是電子工程師必備的能力。

一、電子技術及單元電路概念

所謂電子技術是根據電子學的原理，運用電子器件設計和制造某種特定功能的電路以解決實際問題的一門學科。包括信息電子技術和電路電子技術兩大分支。信息電子技術包括模擬電子技術和數字電子技術。電子技術是對電子信號進行處理的技術，處理的方式有信號的發生、放大、濾波、轉換。

電子電路是由兩部分組成，即電子元件和電子器件。電子原件是指電子設備中的電阻器、電容器、變壓器和開關等，而電子器件通常由電子管、離子管、晶體管等構成。電子電路按組成方式可分為分立電路和集成電路。單元電路是整個電子電路系統的一部分，常用的單元電路有放大電路，整流電路，震蕩電路，檢波電路，數字電路。總體來說是與門，非門，或門及其組合的計數電路，觸發器，加減運算器等。單元電路的設計訓練是為了能提高整體電子電路的設計水平。

二、單元電路的設計步驟

1.明確任務

單元電路設計前都需明確本單元電路的任務，詳細擬定出單元電路的性能指標，這是單元電路設計最基本的條件。通過計算電壓放大的倍數、輸入及輸出電阻的大小，并且根據電路設計的簡單明了、成本低、體積小、可靠性高等特點進行單元電路的設計。

2.參數計算

參數計算是為了保證單元電路的功能指標達到所需的要求，參數計算需要電子技術知識，對這方面的理論要求很高。例如，放大器電路中我們通常需要計算各電阻值以及他們的放大倍數；振蕩器中我們通常需要計算電阻電容以及震蕩頻率。進行參數計算時，同一個電路可能得出不止一組數據，我們要注意選擇數據的方法，選擇的這組數據需要完成電路設計的要求，并且在實踐中能真正可行。

3.畫出電路圖

為詳細表述單元電路與整機電路的連接關系，設計時需要繪制完整的電路圖。通過單元電路之間的相互配合和前后之間的關系使得設計者盡量簡化電路結構。例如對于單元電路之間的級聯設計，在各單元電路確定以后，還要認真仔細地考慮它們之間的級聯問題，從而到達減少浪費，從而降低工作量。注意各部分輸入信號、輸出信號和控制信號的關系，模擬輸入、輸出，使得輸入、輸出、電源、通道間全隔離，將

轉貼于

直流電流、電壓信號分成多路相同或不同的電流、電壓信號，實現不同設備同時采集控制。

（1）注意電路圖的可讀性

繪圖時盡量把主電路圖畫在一張紙上，比較獨立和次要部分畫在令一張紙上，圖的端口和兩端做好標記，標出各圖紙之間信號的引入及引出。

（2）注意信號的流向及圖形符號

一般從輸入端和信號源畫起，又左至右或者由上至下按信號的流向依次畫出單元電路。圖中應加適當的標注，并且圖形符號要標準，

（3）注意連接線畫法

各元件之間的連接線應為直線，并且盡量減少交叉。通常情況下連接線應水平或垂直布置，無特殊情況不畫斜線，互相連接的交叉用原點表示。

三、幾種典型單元電路的設計方法

單元電路的設計是否合理，能夠關系到整個電子電路的設計是否能夠正常運行。因此，各個單元設計的工程師紛紛致力于單元電路的設計。

1.對于線性集成運放組成的穩壓電源的設計

穩壓電源設計的一般思路是讓輸入電壓先通過電壓變壓器，再通過整流網絡，然后經過濾波網絡最后經過穩壓網絡。在單元電路中，對于串聯反饋式穩壓電路大體上可分為調整部分、取樣部分、比較放大電路、基準電壓電路等。經過這樣設計的線路，具有過流及短路保護功能，當負載電流到達限額是能起到保護電路的功能工作。其具體設計方法為：對于整流出來的直流電是很少用來直接帶動負載，還必須濾波后降低其紋波系數，但這種電路不能起到穩壓的作用。所以穩壓電源都應滿足一定的技術指標。

2.單元電路之間的級聯設計

各單元電路確定以后，還要認真仔細地考慮它們之間的級聯問題。如電器特性的相互匹配、信號耦合方式、時序配合以及相互干擾等問題。

對于電氣性能相互匹配的問題有些涉及到的是模擬單元電路之間的匹配，有的涉及到的是數字單元電路之間的匹配，有的則需要兩者兼顧。從提高放大倍數和負載能力考慮，希望后一級的輸入電阻要大，前一級的輸入電子要小，但從改善頻率響應角度考慮，則剛好相反。

信號耦合方式有直接耦合、間接耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光耦合。直接耦合方式最簡單，但是在靜態情況下，存在兩個單元電路的相互影響，因此在電路分析時應加以考慮。

時序配合的問題比較復雜，先對系統中各個單元電路的信號關系進行詳細的分析，來確定系統的時序，以確保系統正常工作下的信號時序。最后設計出實現該時序的方法。

3.對于運算放大器電路的設計

運算放大器是具有很高放大倍數的電路單元，在實際電路中通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現，也可以實現在半導體芯片當中。運算放大器的設計中，其基本參數應當選擇單、雙電源供電，電源電流。而且應當輸入失調電壓、輸入失調電流、輸入電阻。并且轉換速率、建立時間。設計中應當正確認識、對待各種參數，不盲目片面追求指標的先進。其中值得引起重視的是：依據推薦參數在規定的消振引腳之間接入適當的電容消振，這是為了消除運放的高頻自激，同時為了減小消振困難這一情況，應盡量避免兩級以上放大級級連。

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一、課例簡介

（一）課例名稱

基本RS觸發器

（二）課例內容

基本RS觸發器的概念及其應用。觸發器是構成時序邏輯電路的基本單元，而基本RS觸發器又是各種類型觸發器的基本形式，因此它對整個章節的學習具有重要的意義。

二、學生特征

學生為電子技術專業一年級學生，通過前期課程《電工基礎》、《模擬電子技術》和本課程前一階段的學習，已具備了一定的電路的分析、設計及制作的能力。已在本課程學習了“與”、“或”、“非”及其復合邏輯的邏輯符號、邏輯表達式及邏輯運算規則，具備了學習本課的基本知識，對將觸發器用于實際電路的設計與制作有強烈的認知愿望，因此對本節課的學習很感興趣，但又覺得難度大。

三、教學設計

（一）教學目標分析

1．知識與技能目標。讓學生了解觸發器的概念及其應用；學會分析基本RS觸發器的電路結構、工作原理，掌握觸發器在實際電路設計中的應用。

2．方法和能力目標。讓學生初步掌握分析電路的方法，進一步培養學生的電路設計與制作的能力和分析、解決問題的能力；培養學生獲取數字電子技術的能力，交流表達的能力和自主學習的內在發展能力 。

3．情感與態度目標。通過讓學生積極參與探究，投入到課堂教學雙邊活動中，培養學生的合作意識；通過讓學生體驗成功，享受發現的樂趣，培養學生學習數字電子技術的自信心。

（二）教學重點和難點

1.重點：基本RS觸發器工作原理及在實際電路設計中的應用。

2.難點：如何根據基本RS觸發器的電路結構分析其工作原理。

（三）教學目標實現策略

1．通過課件中的實物圖片、動畫、模擬仿真等手段將學生帶進形象的教學情境之中，突出教學內容中的重點、難點，激發學生學習興趣，提高教學效率。

2．采用問題解決的教學策略，以引導式的問題循序漸進地教學，提高學生分析問題、解決問題的能力。

3．采用教師引導、啟發。首先教師提出問題、然后學生討論、發言、同學點評、教師點評；培養學生的認知能力、問題解決與處理能力及交流溝通能力，使學生在雙向互動的教學活動中掌握知識。

（四）教學過程

結構如下圖所示：

（五）學習評價

采用過程性評價和形成性評價相結合的方法進行學習評價，注重利用學生學習質量反饋結果改進教學。

1．過程性評價。（1）通過課堂教學中與學生的互動情況反饋。（2）學生討論及上臺演示的表現。（3）通過學生完成“在線測試”情況了解教學效果。

2．形成性評價。通過查閱網絡課程的“電路設計與制作指導”欄目，完成“由觸發器構成的改進型搶答器”電路的設計與制作。要求學生能正確選擇和測試所使用的元件，電路設計正確、布線合理、制作美觀，電路通過檢測能實現相應的功能。

篇8

關鍵詞：CAN總線；參數測試；LabWindows/CVI

中圖分類號:V351.36 文獻標識碼：A

1 概述

當前隨著中國經濟的長足發展，各行各業的設備的自動化也對其運行參數的監測提出了緊迫的要求。而很多情況下測試采用手持式設備現場對其進行監測，對電壓、電流測量時，是通過簡單的電壓表、電流表去測量；對負載力的測量通過手動加砝碼的方法測量；位移的測量是通過固定的鋼板尺去測量；用秒表去測量時間；在整個的檢測過程中都是人手工的記錄數據。此種測試方式效率低下，且誤差大。這就對能夠適應各種模擬量、數字量輸入的測試系統的設計提出了要求?；诖?，本文極少一套基于CAN總線的多參數自動測試系統的設計思路。

該檢測系統可進行多參數測量的一套檢測系統，可以對設備的各項性能參數進行測量和報表的輸出，并對測量的數據進行分析和處理。具體設計中屏蔽、隔離等抗干擾技術和軟件濾波的方法的運用確保了系統的穩定性和可靠性。

2 系統框架設計

本系統采用了模塊化設計思想，主要包括模擬量采集模塊、數字量模塊、通信接口模塊和顯示模塊。硬件部分以單片機C8051F040為測量控制核心，該芯片功能強大，集成了CAN控制器和大量的模擬、數字功能模塊，簡化了電路設計；各模塊采用相同微處理器提高了系統的一致性、簡化了系統設計[2]；軟件部分采用了可靠的通信機制，解決了系統對控制功能的高可靠性要求；編寫了模擬量采集程序、數字量采集程序、通信程序等；使用MCGS組態軟件對整個系統進行組態；鑒于監控系統中的干擾因素較多，在硬件和軟件方面采取了多項抗干擾措施。

3 系統硬件設計

3.1 模擬量采集電路設計

對模擬量信號的采集主要包含應力、位移、溫度、濕度等方面的測量，對應的均有相應的信號處理鏈路。限于篇幅，本文介紹應力測量的模塊。應力測量采用電阻應變式測力傳感器。在構造應力裝置的擠壓使應變式傳感器產生彈性變形,其上電阻應變片也隨之產生變形,輸出變化微弱的電壓信號。在共橋電壓為12V和滿量程內，傳感器輸出0～16mv微小電壓，經硬件放大電路前置放大后，得到0～2.45V范圍內的電壓信號，送單片機進行A/D轉化。電路如圖2所示。

應力的測量采用了OP07的差動放大電路，如圖2所示：其中R32/R24=R34/R25，為了避免溫度度對應力信號測量的影響，前級電路中對應力信號放大10倍后送入單片機A/D轉換管腳AI5，在單片機內部用可編程增益放大器PGA進行二級放大，放大倍數范圍為1～128，可以根據需要選擇。另外，為了測量兩個方向的作用力，將基準電壓抬高了0.05V，同時利用調零電路，可以非常簡便的調節力傳感器的零點。根據差動放大電路的工作原理得待測電壓 與傳感器輸入電壓的關系為：

其中

可見B為常數，所以待測電壓與輸入電壓之差成線性比例關系。

3.2 CAN總線通信電路設計

CAN總線通信電路設計充分考慮了通信實時性和安全性的因素，CAN總線收發器和控制器間采用了10M高速光耦來進行隔離。另外，此板卡主控MCU自身配合CAN總線控制器芯片82C250的設計，使系統底層通信可靠[3]。CAN總線通信電路如圖3所示。

4 系統軟件設計

上位機監控端以當前流行的虛擬儀器Lab Windows/CVI虛擬儀器為開發平臺，利用其圖形化的軟面板、豐富的數字信號處理庫和高級函數分析庫資源，借助計算機的強大功能，實現與板卡之間的控制信息和采集信息之間的數據交換。該系統具有報表、曲線、圖形等屏幕顯示、模擬盤顯示、打印和繪圖、數據存儲調用、控制等多種功能，圖4為此多參數測試系統的歷史數據查詢分析界面。

結束語

本測試系統可以實現對數字量及模擬量的同時采集，通過不同的模塊設計，使其本身配合相應的傳感器可以應用在絕大多數環境中，且模擬量采集采用24位ADC采集器配合精密前置調理電路設計，可以達到千分位的精度。下位機通過CAN總線與計算機通信，不受板卡間的互相干擾；具有很高的性價比及推廣價值。

參考文獻

[1]郁有文等，傳感器原理及工程應用[M].西安電子科技大學出版社．

篇9

關鍵詞:車載倒車影像;低成本;高性能;抗干擾電路

引言

汽車電子行業正處于大刀闊斧的改革創新時代,“互聯網+冶及“機器視覺冶的浪潮不斷改變人們的生活,影響著汽車電子的發展。汽車音響娛樂系統是汽車電子中的重要部分,近些年發展迅猛,視頻技術也在汽車音響娛樂系統上有了越來越多的應用。隨著視頻顯示技術的不斷提高,車載視頻產品已經開始迅猛的充斥著整個汽車電子市場。我們熟知的倒車影像已經不再是中高端以上轎車的專利,在一些小型車和微客上也已經配置倒車影像系統,倒車影像技術的應用也越來越趨于普遍化。這也讓更多商用用途的消費者體驗到科技配置給倒車入車位帶來的方便。隨著產品的普及,越來越多的終端用戶對顯示的質量要求也越來越高。同時各大汽車制造車廠對汽車零部件成本控制要求也越來越嚴格,傳統的倒車視頻設計方案越來越多的不能滿足終端用戶及汽車制造廠的要求。所以低成本,高質量的倒車影像設計方案也顯得尤為重要,采用廉價的模擬視頻信號無疑是最佳的控制成本的選擇,但在模擬視頻的無損耗傳輸過程中,同時還要考慮更好地應對整車環境中錯綜復雜的電磁干擾環境,確保模擬視頻信號的顯示質量。因此必須在了解整車電磁干擾環境的情況下,改進傳統的電路設計方案,并通過模擬整車環境的各種電磁干擾實驗,確保倒車影像能夠抵抗整車的電磁干擾和眾多電子設備的互擾,從而更好地提高當前倒車影像的視頻顯示質量。

1硬件設計

1.1當前常規設計前常用的倒車影像系統傳輸電路設計方案有以下幾種:(1)顯示模塊和倒車攝像頭通過平衡電路方式來傳輸視頻信號。如果兩個導體及其所連接的電路相對于地線或其他電路參考點具有相同的阻抗,則這個電路稱為平衡電路。任何電路在高頻時要做到完全平衡是很困難的,因為實際的電路中會有很多雜散參數,這些參數對電路阻抗的影響較大。由于這些雜散參數的不確定性,電路的阻抗也是不確定的,很難保證兩個導體的阻抗完全相同。因此,對傳輸電纜的要求很高,大大提高了倒車影像系統的成本。隨著商用攝像頭用途的越來越廣泛,非平衡CVBS視頻信號輸出的攝像頭已經成為市場主流。整車廠也越來越多地采用非平衡CVBS視頻信號輸出的攝像頭了;(2)顯示模塊和倒車攝像頭通過非平衡電路方式來傳輸視頻信號(如圖1)。非平衡傳輸方式對電纜的要求大大降低。但是由于信號線CVBS-分別連接到顯示模塊GND2和攝像頭GND3,形成了一個很大的地環路。兩個接地點(GND2和GND3)電位的不同(由顯示模塊工作電流I1導致,現在顯示模塊的功能越來越多,有時I1甚至會超過10A)以及環境中交變的電磁場都會在環路上形成電流I2。導致顯示模塊和攝像頭參考地之間形成電位差V1。如果V1包含模擬視頻信號頻率帶寬內的成分,則會對視頻信號形成干擾并且無法濾除,直接影響顯示效果,用戶體驗差。一般的解決方案是在攝像頭端增加共模扼流圈,通過增加地環路的阻抗來減小地環路電流,從而減小了地環路電流的影響,也可以認為一部分電壓降在了共模扼流圈上,減小了對電路的影響。共模扼流圈的電感量越大,這個共模扼流圈的效果越好,扼流圈的尺寸也越大。攝像頭本身尺寸較小,共模扼流圈也受到限制,電感量沒有辦法做到很大。在極端情況下,用戶就會感受到畫面的抖動,嚴重影響了使用感受。

1.2改善電路設計

本電路設計目的在于克服上述現有技術中的不足之處,提供一種新型的車載模擬視頻信號抗干擾電路,有效地提高了模擬視頻信號的抗干擾能力,從而提供一種高效、低成本模擬視頻信號抗干擾電路的設計方案。顯示模塊接口電路為差分電路,CVBS-不再連接到GND2,切斷了地環路,環路電流無法產生。另外將攝像頭的GND3直接連接到顯示模塊GND2,保證了不會由于顯示模塊工作電流較大,顯示模塊和整車地電位不一致而影響到顯示效果。并且攝像頭本身電流很小(及I3很小),保證了攝像頭和顯示模塊電位差V2足夠小。但是如果干擾的頻率較高時,這種單點接地的方法效果不明顯,因為雖然不存在明顯的地環路,但是由于雜散電容的原因會有隱含的地環路。因此本設計在OPA電路之后增加了一個低通濾波電路,來濾除這些較高頻率的干擾信號。如圖2所示,攝像頭輸出的模擬視頻信號線連接到顯示模塊的差分接口電路上,地環路消失。攝像頭電源地直接連接到顯示模塊,保證兩模塊之間參考地電位差足夠小,不會受到其它模塊的影響,不再影響顯示效果。模擬視頻信號經過OPA電路之后,通過低通濾波器濾除模擬視頻信號上因為隱含地環路而存在的高頻干擾。從而提高了模擬視頻信號的抗干擾能力。以下結合圖3對電路設計進行進一步的說明:如圖3所示,R1、R2、R3根據AD轉換器對輸入信號幅度的要求進行分壓,并且一起組成了模擬視頻信號的終端匹配電阻。R9、C5、C6組成了運放供電電源上的濾波電路。C2、C3、C9為電路的隔直電容,阻隔電路上的直流成分。R4、R5、R6、R7、R8、C1、C7、IC1組成運放電路,將輸入的模擬視頻信號的參考地CVBS-轉變為顯示模塊參考地GND2。R10、L1、C8構成低通濾波器,濾除視頻模擬信號中的高頻干擾成分。通過運放電路,CVBS-信號不需要連接到GND2,切斷了地環路;增加低通濾波器濾除模擬信號中的高頻干擾信號。提高了模擬視頻信號的抗干擾能力。1郾3搖電路設計驗證及結果對電路進行了電磁干擾及整車環境變化的性能驗證。淤在電磁干擾試驗中,進行了大電流注入干擾實驗,輸入了200mA的干擾電流,在整個實驗過程中,倒車影像性能沒有任何墮落,滿足各項性能指標要求。同時進行了電源,地平面波動實驗,注入50mS的電源,地變化波動周期,通過500個循環的注入實驗,各項性能指標都符合要求。于整車環境變化模式實驗,在整車上進行了發動機啟停循環,電動雨刮頻率變化,電動車窗,電動后視鏡工作等實驗,均沒有發現倒車影像收到任何干擾,滿足整車要求。綜上,對于電路進行了電磁抗干擾和整車環境模擬實驗,通過各項實驗,電路設計性能可靠穩定,沒有發現任何倒車影像顯示質量問題。

2結束語

篇10

【Key words】Analog integrated circuit design；Teaching method；Simulation；Bandgap reference

0 引言

模擬集成電路設計常常被稱為一種“藝術”，因為設計時要在各種指標、規范中間尋求適當的折中，這需要經驗和創造力。但它更是一種“科學”，因為需要一定的設計方法和深入研究來指導這樣的折中和創造。

這種“藝術”和“科學”的結合使教與學都充滿了挑戰。一方面，學生由于缺乏對模擬IC設計整體上的認識而覺得公式推導言之無味；另一方面，由于其藝術性，很難總結出具有普遍適應性的設計步驟，使學生感到迷茫困惑。

怎樣達到更好的教學效果？理論與實踐需要更緊密的結合！具體說來，筆者主張以“實例項目”為支撐的三個層次的學習。類似的教學思路可以借鑒到各個工程學科的學習、工程師的培養中去。

1 三層次的工程學習

第一階段，理論課學習和基本仿真實踐相結合。二者應該同步進行！在理論課中講授了一個基本的電路模塊之后，應及時針對該模塊的常見特性動手實驗（用Hspice等工具仿真），以實驗結果來解釋、應對書上的常用公式和結論！這時的實驗以演示性實驗、誘導性實驗為主，目的是基本方法和重點結論的掌握。不把軟件本身的使用作為孤立的學習內容，而是講練結合，讓仿真工具成為重要的學習工具。

第二階段，在學習了理論知識和仿真工具的基礎上，成立學習興趣小組，完成接近實際情況、但是經過一定簡化的工程項目，“實例項目”。這時的目標是把項目的全貌展現給學生，讓學生學習到做項目的思路、方法和態度，激發對工程的興趣?？梢阅M以下工作環節：性能指標的討論、確定；所用工藝的熟悉和選擇；電路拓撲結構的分析和選擇；電路各項指標的仿真；仿真報告的撰寫；項目分析和總結。在整個過程中有兩點值得強調：一是團隊交流與合作。比如對于討論、確定某項指標，學生先查找資料，提煉出自己的邏輯和結論，再“教”給其他團隊成員。教別人是最好的學習！這對學生表達能力、學習能力會有很好幫助。二是數據的記錄和報告的撰寫。這是對學生的技術文檔編輯能力（包括文檔編輯軟件、繪圖軟件的應用能力），分析總結能力的良好鍛煉。這些基本能力的培養不僅使學生在模擬集成電路設計這一工程方向上受益，也提高了學生總體的工程人才素質，為更廣闊的發展道路打下基礎。

“實例項目”應該給出適度的引導和參照。因為學生是初學者，學習是從模仿開始的！讓學生做能力以外的事情而不給予引導，不僅會事倍功半，挫傷學習動力，也不符合科學的、講究效率的工程精神。當然引導是適度的，不能包攬。

第三階段，選取對于這個工作方向有濃烈興趣的優秀學生，嘗試做一些具有實用性、創新性的項目。具備相關條件的情況下，可以和企業合作，做出實際的產品，讓學生的勞動與智慧能夠真正開花結果。

以上總述了以實例項目為支撐的工程學習的三個階段，可在思路上為廣大工程相關的老師同學們提供參考。各個階段具體的的設計與實施，需要不同細分行業的老師同學根據自己的特點來進行。在本文的續篇“模擬集成電路設計教學探討（二）”中，會以模擬集成電路設計中低壓帶隙基準源為例，闡述一個具體的“實例項目”（即上文中的第二階段）。歡迎廣大讀者閱讀交流。