电路设计理念范文

电路设计理念范文第1篇

关键词：数字电路；模块化；优化设计；遗传算法

中图分类号：TN791 文献标识码：A

0.引言

随着单片机、CPU、存储器、基带等多媒体硬件设备的快速发展和普及，有效促进了人们家居生活、科研教育、工作生产的智能化、信息化和共享化。数字电路是硬件设备数据通信、命令控制的重要基础，随着软硬件资源设备的功能增多，数字电路日趋复杂和高度集成化，传统的设计规则和经验知识已经无法满足系统发展需求，并且无法保证系统设计的准确性、可靠性和通用性，因此吸引了诸多学者的研究。为了能够提高数字电路设计的准确性和可靠性，数字电路设计提出了优化理念。数字电路优化设计包括两个基本构成要素，一是大规模现场可重构器件，其可以作为硬件电路的实现载体与评价方法；二是进化算法，其可以作为全局搜索和局部优化的主要手段。因此，为了能够提高数字电路设计模式，可以引入遗传算法将数字电路拓扑结构进行位串编码，将其作为染色体算法进行执行，将最优化染色体下载到可重构器件中，也可以使用软件模型评估算法，能够将电路实际优化设计结果与期望值进行有效比较，以便能够更好地指导数字电路优化设计。

1.基于模块化的数字电路优化设计

1.1 模块化设计理念

数字电路功能复杂、规模较大，常见的设计方法已经无法正常优化，因此本文提出采用自顶向下的模块设计理念，能够将复杂的电路设计问题进行分解和细化，将复杂的数字电路设计分解为一系列简单的子电路进化设计模块，尽可能地降低电路设计的复杂程度，将一个复杂的问题简化为一个个简单的问题。数字电路设计可以建模一个真值表，描述数字电路的功能，因此本文优化设计过程中，可以将真值表作为一个完整的数字电路系统，因此可以将数字电路的输入变量和输出变量进行模块化设计，将输入组合的部分位数作为子功能的输入信号，其余位数作为子系y的选通信号。具体地，一位全加器的真值表可以有效地描述基本的全加器数字电路功能，使用模块化设计思想，可以将进化电路分为4个独立的子系统，每一个子系统的输入变量可以使用A1、A2表示，输出变量由选通信号A0进行判定和选择，以便得到正确的输出，比如电路输出为OUT0时，需要两个子系统S0和S1，当IN0=0时，选择子系统S0作为OUT0的输出，当IN0=1时，选择子系统S1作为OUT0的输出，如图1所示。

与传统的电路进化算法相比，模块化进化算法具有两个优点，一是能够解决功能电路选择的不确定性，二是降低子系统输入输出位数，能够缩小算法可以搜索的解空间，能够有效地降低算法搜索最优解的时间复杂度，提高算法成功率。

1.2 数字电路优化设计

数字电路设计划分为多个模块，因此为了能够寻求一种最优化的电路设计目标，引入了遗传算法，遗传算法的设计流程如下所述。

（1）染色体编码

在遗传算法执行过程中，需要对电路模块化结构的染色体进行编码。该染色体分为逻辑独立的N段，每一段都可以表示一个子系统，子系统采用门级电路进化，每一个子系统都包含功能编码、连线编码和选通信号位。遗传算法的染色编码采用实数编码，将所有子系统合成一条染色体，各个子系统可以并行进化，为了避免电路资源开销较大，各个进化子系统相互逻辑独立。染色体编码方案如图2所示。

（2）适应度函数设计

适应度函数是遗传算法在数字电路设计中的重要环节，适应度函数设计是否好直接影响最优化目标，适应度函数的输出值可以与期望值进行有效的比较和分析，将操作结果当作是数字电路优化设计的评价标准，数字电路遗传算法适应度函数设计如公式（1）所示。

其中，CorrectNum是进化电路输出正确的个数，InputNum是输入端的个数，α是复杂度在适应度中所占比例大小，Length=R×C表示染色体的长度，GateEvComi是第i个基本门电路的估计复杂度。

（3）选择操作

遗传算法常用的选择操作很多，比如竞争选择法和赌法。本文数字电路设计过程中采用了模块化原则，因此可以采用竞争选择策略，也即是从父代的种群中选择若干个遗传个体，然后可以将这些个体在适应度函数中的计算值进行比较，选择适应度最高的个体进行交叉操作，重复上述过程直到交叉操作执行完毕。

（4）交叉算子

交叉算子可以从父代群体中任意选择两个染色体，按照一定的概率P进行交叉和配对，能够将优秀的基因保留下来，以便能够更好地满足种群遗传。交叉算子常用的方法包括均匀交叉、两点交叉或单点交叉。均匀交叉具有染色体置换较多的优点，因此可以更好地满足需求，本文针对染色体采用均匀交叉操作，以便更好地满足均匀交叉操作管理模式，如果P1、P2描述任意两个父代染色体，C1、C2描述任意两个子代染色体，Minv描述M按位取非操作。则遗传算子均匀交叉操作如公式（4）和（5）所述。

（5）变异算子

变异操作可以将染色体中的一些基因按照概率Pm的机制实施变异操作，变异操作主要是为了保持群体的多样性。如果概率Pm的取值越大，则遗传算法的种群多样性就会越好。变异操作仅仅在单个父代个体上进行有效的操作，其可以改变某一个染色体的基因，就可以使种群保持较好的多样性。本文变异算子具体操作如下：选择一条染色体C1，根据变异概率Pc决定个体是否变异，如果M取值为0，则不进行任何操作，如果M不等于0，则进行变异操作。

结语

数字电路采用模块化设计方法，同时利用遗传算法优化电路，因此可以提高数字电路设计的可靠性和准确度，更加有效地适用于航空电子、精密仪器等电子化设备，提高我国自动化设备自动化、智能化水平。

参考文献

[1]鲍治国，吴伟.一种改进的遗传算法在数字电路优化设计中的应用研究[J].电子制作，2015，25（23）：77-79.

[2]赵江，陈又新，黄玉珍，等.加速器数字电源模数转换电路的优化设计[J].核电子学与探测技术，2014，6（4）：542-546.

[3]王新胜，胡诣哲.低功耗电流模互连电路的快速优化设计方法[J].哈尔滨工业大学学报，2016，48（3）：39-45.

[4]李玉学，白忠臣，秦水介.基于VerilogHDL的FIR数字滤波器的优化设计与仿真[J].现代电子技术，2014，9（7）：154-156.

电路设计理念范文第2篇

【关键词】集成电路 设计方法 IP技术

基于CMOS工艺发展背景下，CMOS集成电路得到了广泛应用，即到目前为止，仍有95%集成电路融入了CMOS工艺技术，但基于64kb动态存储器的发展，集成电路微小化设计逐渐引起了人们关注。因而在此基础上，为了迎合集成电路时代的发展，应注重在当前集成电路设计过程中从微电路、芯片等角度入手，对集成电路进行改善与优化，且突出小型化设计优势。以下就是对集成电路设计与IP设计技术的详细阐述，望其能为当前集成电路设计领域的发展提供参考。

1 当前集成电路设计方法

1.1 全定制设计方法

集成电路，即通过光刻、扩散、氧化等作业方法，将半导体、电阻、电容、电感等元器件集中于一块小硅片，置入管壳内，应用于网络通信、计算机、电子技术等领域中。而在集成电路设计过程中，为了营造良好的电路设计空间，应注重强调对全定制设计方法的应用，即在集成电路实践设计环节开展过程中通过版图编辑工具，对半导体元器件图形、尺寸、连线、位置等各个设计环节进行把控，最终通过版图布局、布线等，达到元器件组合、优化目的。同时，在元器件电路参数优化过程中，为了满足小型化集成电路应用需求，应遵从“自由格式”版图设计原则，且以紧凑的设计方法，对每个元器件所连导线进行布局，就此将芯片尺寸控制到最小状态下。例如，随机逻辑网络在设计过程中，为了提高网络运行速度，即采取全定制集成电路设计方法，满足了网络平台运行需求。但由于全定制设计方法在实施过程中，设计周期较长，为此，应注重对其的合理化应用。

1.2 半定制设计方法

半定制设计方法在应用过程中需借助原有的单元电路，同时注重在集成电路优化过程中，从单元库内选取适宜的电压或压焊块，以自动化方式对集成电路进行布局、布线，且获取掩膜版图。例如，专用集成电路ASIC在设计过程中为了减少成本投入量，即采用了半定制设计方法，同时注重在半定制设计方式应用过程中融入门阵列设计理念，即将若干个器件进行排序，且排列为门阵列形式，继而通过导线连接形式形成统一的电路单元，并保障各单元间的一致性。而在半定制集成电路设计过程中，亦可采取标准单元设计方式，即要求相关技术人员在集成电路设计过程中应运用版图编辑工具对集成电路进行操控，同时结合电路单元版图，连接、布局集成电路运作环境，达到布通率100%的集成电路设计状态。从以上的分析中即可看出，在小型化集成电路设计过程中，强调对半定制设计方法的应用，有助于缩短设计周期，为此，应提高对其的重视程度。

1.3 基于IP的设计方法

基于0.35μmCMOS工艺的推动下，传统的集成电路设计方式已经无法满足计算机、网络通讯等领域集成电路应用需求，因而在此基础上，为了推动各领域产业的进一步发展，应注重融入IP设计方法，即在集成电路设计过程中将“设计复用与软硬件协同”作为导向，开发单一模块，并集成、复用IP，就此将集成电路工作量控制到原有1/10，而工作效益提升10倍。但基于IP视角下，在集成电路设计过程中，要求相关工作人员应注重通过专业IP公司、Foundry积累、EDA厂商等路径获取IP核，且基于IP核支撑资源获取的基础上，完善检索系统、开发库管理系统、IP核库等，最终对1700多个IP核资源进行系统化整理，并通过VSIA标准评估方式，对IP核集成电路运行环境的安全性、动态性进行质量检测、评估，规避集成电路故障问题的凸显，且达到最佳的集成电路设计状态。另外，在IP集成电路设计过程中，亦应注重增设HDL代码等检测功能，从而满足集成电路设计要求，达到最佳的设计状态，且更好的应用于计算机、网络通讯等领域中。

2 集成电路设计中IP设计技术分析

基于IP的设计技术，主要分为软核、硬核、固核三种设计方式，同时在IP系统规划过程中，需完善32位处理器，同时融入微处理器、DSP等，继而应用于Internet、USB接口、微处理器核、UART等运作环境下。而IP设计技术在应用过程中对测试平台支撑条件提出了更高的要求，因而在IP设计环节开展过程中，应注重选用适宜的接口，寄存I/O，且以独立性IP模块设计方式，对芯片布局布线进行操控，简化集成电路整体设计过程。此外，在IP设计技术应用过程中，必须突出全面性特点，即从特性概述、框图、工作描述、版图信息、软模型/HDL模型等角度入手，推进IP文件化，最终实现对集成电路设计信息的全方位反馈。另外，就当前的现状来看，IP设计技术涵盖了ASIC测试、系统仿真、ASIC模拟、IP继承等设计环节，且制定了IP战略，因而有助于减少IP集成电路开发风险，为此，在当前集成电路设计工作开展过程中应融入IP设计技术，并建构AMBA总线等，打造良好的集成电路运行环境，强化整体电路集成度，达到最佳的电路布局、规划状态。

3 结论

综上可知，集成电路被广泛应用于计算机等产业发展领域，推进了社会的进步。为此，为了降低集成电路设计风险，减少开发经费，缩短开发时间，要求相关技术人员在集成电路设计工作开展过程中应注重强调对基于IP的设计方法、半定制设计方法、全定制设计方法等的应用，同时注重引入IP设计技术理念，完善ASIC模拟、系统测试等集成电路设计功能，最终就此规避电路开发中故障问题的凸显，达到最佳的集成电路开发、设计状态。

参考文献

[1]肖春花.集成电路设计方法及IP重用设计技术研究[J].电子技术与软件工程，2014，12（06）：190-191.

[2]李群，樊丽春.基于IP技术的模拟集成电路设计研究[J].科技创新导报，2013，12（08）：56-57.

[3]中国半导体行业协会关于举办“中国集成电路设计业2014年会暨中国内地与香港集成电路产业协作发展高峰论坛”的通知[J].中国集成电路，2014，20（10）：90-92.

作者单位

电路设计理念范文第3篇

关键词：电子CAD；PCB；教学方法

作者简介：袁红星（1980-），男，安徽安庆人，宁波工程学院电子与信息工程学院，高级工程师；吴少群（1981-），女，安徽安庆人，宁波工程学院电子与信息工程学院，讲师。（浙江 宁波 315016）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0029-02

“电子CAD”课程的教学目标是要求学生掌握PCB设计软件的基本功能和应用，包括原理图设计、绘制、PCB板设计、绘制、集成元件库制作等内容。国内大多数高校都开设了这门课程，并普遍采用Protel这一软件工具。劳文薇等人将项目驱动教学法引入“电子CAD”课程，探讨了项目选择、情景设计和教学过程中项目的实施等问题。[1]王鹏探讨了Protel软件在EDA课程中的整合作用。[2]李珍等人从建立设计理念、规范设计操作、抓好上机实践环节三个方面探讨如何提高Protel软件的教学效果。[3]这些教学方法的探索和实践有效改善了“电子CAD”的教学效果。但现有研究主要针对这门课程本身，对于“电子CAD”和其他课程间互动和关联的探讨较少。“电子CAD”是一门集理论知识与实际技能于一体的实践课程，让学生建立正确的设计理念，熟练掌握PCB设计软件的基本功能，离不开电路设计理论。因而讲授这门课程时和电路设计剥离开来只就软件使用本身讲这门课将会导致很多学生不知道学完这门课可以干什么或应该掌握到什么程度。其结果是大部分同学学完这门课之后仍不能独立进行PCB设计。这门课程是学生后续进行课程设计、毕业设计和电子竞赛的基础，对于学生就业也有很大帮助。如何在短短的一学期内让学生熟练掌握PCB设计软件的使用方法，培养学生的设计理念和工程素养是“电子CAD”课程需要探讨的课题。为了改革目前“电子CAD”课程的教学方法，下面探索将电路设计引入PCB设计软件进行讲解和实践的教学方法。

一、内容选择

电路设计内容广泛，需要精心选择适合电子CAD课程的部分。考虑到这门课程主要面向低年级学生，教师选择了以STC单片机为核心的应用系统。这是因为STC单片机是以51内核为主的单片机，指令代码完全兼容传统8051，具有ISP在线程序下载功能，便于调试，而相关的元器件大多数学校实验室已配备，不需另行购买。另外，51单片机的设计资料网络上非常丰富，学习容易入门，学生可获取海量学习资源，可在较短时间内熟悉和掌握其基本开发方法。

二、内容设计

原理图的设计、绘制、PCB的设计、绘制以及集成元件库的制作都紧紧围绕STC单片机应用系统展开。

对于简单原理图设计，下面对STC单片机最小应用系统进行介绍。该系统只包含了电源、复位、串口和LED灯驱动等基本模块，整个系统便于理解和设计。课程导论时以该系统为蓝本，讲述如何根据设计任务进行电路设计，再到Protel软件的原理图绘制、PCB绘制和厂家制板，直到最后电路板焊接，并要求学生用面包板搭建出该系统，增强学生对实物的认识。在此基础上要求学生用Protel软件绘制出该系统的原理图，并生成PCB板，使学生了解Protel软件设计电路板的整个流程和基本操作方法。进一步为增强学生将设计文件转换成实际产品的工程素养，从学生作品中挑选出最好的作为代表，并用教师个人科研经费将该作品送到制板厂进行实物制作。电路板返回后，利用周末时间将学生召集到一起进行焊接培训，将元器件焊接到电路板上，形成一个实际可用的STC最小应用系统。对51单片机软件Keil C51使用方法进行简单介绍，让学生了解如何在Keil C51中进行程序编写、编译、调试，并下载到单片机中。最后，用一个简单的流水灯实验在制作的电路板上进行演示。这一完整流程极大激发了学生学习的热情，并使他们真正懂得自己的设计如何影响到实际产品，如何从工程角度深入学习Protel软件的原理图绘制和PCB设计。

后面的课程则逐个向该系统添加功能模块，如数码管、键盘、EEPROM、继电器等，逐步开展复杂原理图绘制、层次原理图绘制、复杂PCB设计和元件原理图库及PCB封装库绘制的课程讲授。由于结合实物进行软件讲解激发了学生学习这门软件的热情，也使得他们认识到这门软件可以用来干什么，自己需要掌握到什么程度。

三、结合电路板实物进行PCB设计规则和布局、布线的讲解

对PCB设计规则的理解以及PCB布局、布线的掌握是学习PCB设计软件的核心和关键。如果脱离实际电路板进行这些内容的传授，则学生会觉得抽象而难以理解和掌握。为此，下面围绕前面制作的电路板逐个进行讲解。

1.PCB布局

首先，以STC单片机为核心进行布局，使学生掌握“先难后易、先大后小”的布局原则。对于最重要的单元电路和核心元器件要优先进行放置。

其次，对照电路板说明为什么要参照原理图的信号流向进行主要元器件的布局，使学生理解布局对电路调试、测试的影响。

再次，结合电路板制作成本和可靠性说明布局时要尽量满足以下原则： 关键信号线最短，总的连线尽可能短，模拟信号与数字信号分开。并从单片机工作时序着手，说明在控制器和处理器等数字器件上加上去耦电容的必要性。

最后，从生产和检验的角度说明布局需注意的事项。为便于串口调试和程序加载，应该将串口电路放置在靠近电路板边缘的位置；而为了便于电源端子的插拔，也需要将电源电路放置在电路板边缘位置。

2.PCB布线

布线是PCB设计中最重要的部分，直接决定了电路板性能的好坏。为此，结合实际电路板，从三个层次上逐步加强学生的设计能力，即：布通、满足电气性能和美观。布通是最基本的要求，这里主要通过Protel软件的自动布线功能对学生进行实训。为了使自动布线能够达到基本要求，结合实际电路板说明为什么在布线前要设置布线宽度规则，对地线和电源线加宽。另外，给学生讲解如何根据DRC检查对布线结果进行检查，看是否达到预定要求。掌握布通技巧后结合电路板电气性能、可靠性说明如何对布线进行优化。这部分内容对应教科书的PCB后期设计章节。为保证电气性能，要求学生在布线时尽量加宽电源线和地线的宽度，满足的要求是：地线>电源线>信号线；相邻电路层布线要相互垂直，避免平行的情况发生；时钟线要尽量短，对关键信号点预留测试点，以便系统不能工作时判断是否因为时钟信号未能满足要求；对未布线区域进行敷铜。在掌握满足电气性能的基础上进一步要求学生布线尽可能美观。

四、通过大学生科创项目争取经费支持

由于制作实物涉及到费用问题，虽然51应用系统成本很低，但对于学生而言也是一个负担，完全由授课教师承担制作费用也不现实。考虑到这些情况，要积极组织学生申报省级和校级大学生科创项目，争取经费的支持。并鼓励学生组建项目组，进行资源共享，并分摊成本。

五、教学效果

通过这些尝试后明显激发了学生的学习积极性，提高了学生使用PCB设计软件的熟练程度。在所授电子科学与技术两个新生班级76个学生中产生较大影响，一个项目组申报的省级大学生科创项目成功立项，获4000元经费资助；一个项目组申报的校级大学生科创项目获2000元经费资助；两个班有40%的学生主动报名参加学校电子协会，学习焊接工艺。虽然这两个班是刚入学的新生班，但在这门课的带动下，他们充分利用课余时间开始自学单片机、C语言编程、数字电路和模拟电路。对于他们后续学习无疑是极大的推动。

六、结束语

“电子CAD”课程是电子类专业重要的基础课程，其中讲授的PCB软件使用技巧是学生进行后续课程设计、毕业设计和参与电子竞赛所必须掌握的基本技能。围绕该软件在电路设计中的实际应用逐步进行简单原理图、复杂原理图、层次原理图、简单PCB、复杂PCB以及元件集成库绘制方法的授课。经过近一学期的教学实践表明，通过这种教学方法学生能很快掌握使用PCB软件进行电路板设计的技能。同时，这一讲授方法对于培养学生的工程素养也有较大帮助。由于授课中挑选出部分优秀作品进行了实物制作，使他们深刻体会到设计对产品的影响以及如何根据产品的要求进行电路设计的规划和实施。今后，教师们将积极向学校和上级部门申请教改项目，为这一教学方法的实施争取经费支持。

参考文献：

[1]劳文薇，刘俊.项目驱动教学法在“电子CAD”课程教学中的应用[J].机械职业教育，2011，（3）.

[2]王鹏.以Altium Designer为平台的EDA实践教学探讨[J].中国电子教育，2012，（1）.

电路设计理念范文第4篇

【关键词】电子技术;声光控制;照明电路;设计研究

随着社会经济的不断发展，人们对于环保概念中的节能减排理念逐渐加深了认同感，提倡节约资源，避免不必要的浪费，促进可持续发展[1]。而在我们生活中，对于电能使用方面的节约就成了当前电路设计研究的重点。小区、工厂等场所，在过去都是要提供整晚的照明，极大的造成了浪费。而手持照明设备虽然可以降低一定的照明灯使用，但是却极其不方便。基于电子技术的不断发展进步，一种新型声光控制照明电路已经逐渐被研发使用，真正的为我国的可持续发展建设做出了极大的贡献。

一、基于电子技术的声光控制照明电路设计研究的意义

我国传统公共照明灯，要么为了方便人们夜晚活动彻夜不关，要么就是采用手动开关的设计方式。前者会造成严重的电能资源浪费，后者则给夜视能力欠佳的人造成了极大的困扰[2]。因此，声控照明灯首先应运而生。相对于前面两种情况来说，声控照明灯的使用，的确在一定程度上解决了人们的使用困扰，但是，声控灯无法避免白天不受声音的影响，还是会存在一定的资源浪费现象。接着，人们为了解决声控灯的不便，又研发出了定时开关总电源，虽然解决了节能需求，但是又加大了管理方面的负担。而声光控制照明电路，顾名思义，就是从声源以及光源两方面对电路进行双重控制，极好的满足了人们对于夜晚照明设备兼具照明使用及节能减排功能的需求。

二、基于电子技术的声光控制照明电路设计研究的具体方案

声光控制照明电路设计的总原理，就是以光信号作为电路发光的基础条件，然后用声信号来完成对照明设备的发光控制。具体来说，就是通过声电转换装置，能够把电路接收到的声信号转变成为频率不一且相对薄弱的电信号，再经过处理电路以及放大电路的加工，形成控制整个电路的控制信号[3]。如果这一过程中电路接收到的光信号强度达到预定的恒定状态，那么该部分控制开关就会打开，否则，开关就会关闭。具体各电路的设计介绍如下：

2.1电源电路设计

电源电路设计，选用了稳压二极管作为降压装置。稳压直流输出后，先后经过降压电容器（C1）、全桥整流器（QD）、滤波电容（C2）后，最后通过稳压二极管（DW）完成稳压，最终得到能够满足照明电路需要的稳定电压。这一部分的设计的主要原则，就是要保证电路能够满足正常的声光控制电路工作，同时力求使整个电流电路的结构简单化。

2.2信号放大线路设计

对于信号放大线路的设计，主要包括拾音器以及放大器两部分。选择拾音装置时，要选取价格不贵，但内部压电陶瓷片具有较高灵敏度的。例如，电压蜂鸣器型号为HTD35A-1的这一装置，采集到声音后，经过压电陶瓷片形成微弱的电效应，经过直藕式音频放大器的作用，可以对这个电信号进行放大，再经过T3，产生倒向放大，进而触发电路中的单稳态电路。

2.3声光控制电路设计

声光控制电路设计，具体分为两种情况：首先，是强制复位状态。即光敏三极管在白天会接受到强烈的光照，受较大阻抗影响，单稳态触发器会输出低电平，形成强制复位状态，照明开关不会打开，照明设备就不会发亮。其次，夜晚正好相反，光敏三极管能够感受到的光照较弱，受阻抗值较小的影响，单稳态触发器就会输出高电平，而此时如果拾音器也接收到一定的声信号，通过对声信号进行加工，产生了极大的电流，触发单稳态触发器，使得可控硅被触发倒通，照明设备就会持续一段时间的发光。一般这一电路设计要求照明持续保持120S，可以考虑选用型号3DK2的三极管，以及0.01μ的最小电容。

2.4光电传感器电路设计

最后，对于光电传感器电路的设计，主要就是满足电路照明的需求。在这一设计环节中，主要注重选择一些合适的贴近实际使用需求的材料，确保照明设备能够正常使用即可。例如，选用型号为3DU5的光敏三极管，其工作电压的正常范围在6V——8V间，光谱响应范围也刚好符合实际需求。

三、结语

综上所述，基于电子技术研发的声光控制照明电路的使用，在节省电能及人力方面，都具有极好的效果，大大方便了人们的夜间生活。且操作模式的自动化设计理念，正是当前时展的重要标志，同时也符合人们高效利用信息科学技术，满足日常生活需求的理念，是一项性价比极高的设计研究成果。

参考文献

[1]张英争,陈鹏.基于电子技术的声光控制照明电路设计研究[J].电子测试,2016,(20):26-27.

[2]王飞.基于DALI协议的LED智能照明系统关键技术研究[D].广东工业大学,2013.

[3]尚鹏.多协议的半导体照明网络VLSI芯片设计[D].济南大学,2014.

电路设计理念范文第5篇

关键词：智能晾衣架；单片机；自动伸缩

中图分类号：TP273

随着科技的快速发展，智能家居作为一种新兴产业已经引起了人们的广泛关注，晾衣架作为智能家居的重要组成部分，已经发展出了一系列的家庭实用化产品并走入千家万户，晾衣架产品种类丰富，其分类方法也不尽相同。从智能化角度来看晾衣架大体上可分为：手动和自动两类，从使用场合来看晾衣架大体上可分为：户内型和户外型两类。虽然传统手动晾衣架的使用仍然较为广泛，但随着人们生活水平的不断提高和智能家居生活理念的广泛传播，对自动化、智能化的晾衣架产品的需求越来越大。据智能晾衣架相关调查报告显示：目前，户内型智能晾衣架已发展的较为完善，而户外型智能晾衣架的发展却相对比较缓慢；但在日常生活中，常常有衣服在户外晾晒却因主人不在家而被雨淋湿的情况，这给人们的日常生活带来了极大的不便，因此，迫切需要设计一款户外型智能晾衣架。为方便人们的日常生活，满足人们的特殊需求，本文设计了一款基于AT89C52单片机的户外型智能晾衣架，该型晾衣架可以在手动和自动两种模式下进行切换。在自动模式下，下雨时，该型晾衣架可将户外晾晒的衣服自动收回，晴天时，可将需晾晒的衣服自动伸出；在手动模式下，可人工控制晾衣架的伸缩；此外，考虑到停电等特殊情况，专门增设手柄以使晾衣架可正常工作。

1 智能晾衣架的传动机构和工作原理

1.1 智能晾衣架的传动机构

为实现晾衣架的自动伸缩，本文对传统户外推拉式折叠晾衣架进行了改进，设计了可自动伸缩的传动机构。如图1所示，该型智能晾衣架衣架连杆仍然采用菱形可伸缩结构[1，2]，其中菱形连杆一端固定，一端与活动基座相连，两侧的旋转丝杆下端各安装一个圆齿轮，同时左侧旋转丝杆下端还安装有锥齿轮，锥齿轮与电机相连，旋转丝杆上端与手柄相连。通过电机的正反转和锥齿轮的转动带动旋转丝杆转动，从而带动左侧圆齿轮转动，通过链条带动右侧圆齿轮转动，从而实现晾衣架两侧同步伸缩，最终达到晾衣架自动伸缩的目的。

图1 智能晾衣架结构示意图

1.2 智能晾衣架的工作原理

本文从实用化角度出发，对该型智能晾衣架进行了更加人性化的设计，设计了自动控制和手动控制两种工作模式，且可自动在自动控制和人工控制两种工作模式之间切换。

在自动控制模式下，该型智能晾衣架可以实时感知天气变化，实时控制晾衣架的自动伸缩[3]。当天晴时，通过温湿传感器和光照传感器分别检测户外空气的温度、湿度和光照强度，并将信号传递给单片机，将接收到的信号进行分析之后，单片机发出相应的控制信号驱动电机使晾衣架伸出，当晾衣架完全伸出时，接近开关动作并将信号传递给单片机，使晾衣架停止继续伸出，从而达到晴天自动晒衣的功能。当下雨时，通过温湿传感器和光照传感器分别检测户外空气的温度、湿度和光照强度，并将信号传递给单片机，将接收到的信号进行分析之后，单片机发出相应的控制信号驱动电机使晾衣架收回，当晾衣架完全收回时，接近开关动作并将信号传递给单片机，使晾衣架停止继续收缩，从而达到雨天自动收衣的功能。

在人工控制模式下，通过人机对话，可人工控制晾衣架的伸缩。当用户需要收回衣服时，只需按下收衣按钮，即可将衣服收回；当用户需要晾晒衣服时，只需按下晒衣按钮，即可将衣服伸出晾晒。为使该型晾衣架更加实用化，在设计时特别设计了自动切换功能，若在一定时间内未收到相应的人工控制指令，则该型晾衣架将会自动从人工控制模式切换到自动控制模式。此外，为保护传感器使晾衣架能够正常工作，当晾衣架工作在人工控制模式时，温湿度传感器和光照传感器会自动停止工作，这样既节约了电能，又延长了传感器的使用寿命。

2 智能晾衣架的硬件电路设计

2.1 系统供电电源电路设计

该型智能晾衣架采用额定电压为DC24V，额定功率为60W的微型直流电机作为晾衣架的动力源，采用ATMEL公司的低电压、高性能的CMOS 8位单片机AT89C52作为系统控制的核心控制器。因此，这里需要两路供电电源：一路为直流电机提供DC24V的工作电压，一路为单片机提供DC5V的工作电压。DC24V电源电路采用变压器降压并通过整流桥整流，然后进行稳压、滤波，最后得到24V的直流电压。DC5V电源通过设计DC24V-DC5V的电压变换电路，为单片机提供正常稳定的工作电压。本电源电路设计通过一个变压器和一个电压变换电路，分别为电机和单片机提供电压，而未采用两个变压器分别向电机和单片机提供工作电源的设计方案（变压器成本较高），这种电路设计的好处在于：它既能节能环保，体现绿色智能家居的设计理念，又能减少变压器对微电路（尤其是单片机）的电磁干扰，保证电源电路的正常工作。该型晾衣架电源电路设计的DC24V～DC5V电压变换电路如图2所示。

图2 DC24V-DC5V电源电路设计图

2.2 电机驱动电路设计

电机驱动电路[4]采用L298N驱动芯片来驱动直流电机，该型驱动芯片集成了续流保护电路、滤波电路、光电隔离电路，其性价比高，工作可靠性好。

2.3 数据采集电路设计

数据采集电路[5]选用DHT11温湿度传感器作为温度和湿度信号的采集芯片，选用TSL2561光照传感器作为光照强度信号的采集芯片。DHT11采用先进的单总线技术，既可传递时钟，又可传递数据。同时，它又是一款数字传感器，无需外加A/D转换电路，具有标准接口使用方便，接入线路少硬件成本低，性价比高等优点。TSL2561光照传感器具有高速、低功耗等优点，能直接将光照强度转化为数字信号输出，也无需外加A/D转换电路。

2.4 按键电路设计

作为智能晾衣架系统人机界面的重要组成部分，本按键电路设计了三个功能按键，它们分别是：开关键、晒衣键、收衣键。由于所需的功能键较少，设计采用独立式按键结构，该结构各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态可以很容易的判断哪个按键被按下。

2.5 位置控制电路设计

位置控制电路主要由设在主传动机构的上的四个接近开关组成，当晾衣架完全伸出时，衣架活动基座运动到最下端，安装在左右两侧最下端的接近开关3和接近开关4动作，并将相应的动作信号传递给单片机，从而使电机停止；当晾衣架完全收缩时，衣架活动基座运动到最上端，安装在左右两侧最上端的接近开关1和接近开关2动作，并将相应的动作信号传递给单片机，从而使电机停止。

3 智能晾衣架的软件电路设计

系统软件设计包括：主程序设计和多个子程序设计。子程序包括：复位子程序、按键消抖动子程序和延时子程序等。

自动/人工控制模式自动切换程序设计：为体现该型智能晾衣架的自动化智能化的特点，同时融入实用化人性化的设计理念，本设计对该型晾衣架进行了更为人性化的设计。

当晾衣架需要要从自动控制模式切换到人工控制模式时。如用户需要晾晒衣物而让晾衣架收回，此过程即为自动切换到人工控制模式的典型情况，此时用户只需按下收衣按键即可实现而无需特别设置自动/人工控制模式切换按钮。

当晾衣架需要从人工控制模式切换到自动控制模式时。如用户晾晒衣物完毕即匆匆离开，此过程即为人工控制模式切换到自动模式的典型情况，此时并不是使晾衣架立即切换到自动模式而是设计一段延时程序，一旦延时时间到，先判断有无收衣或晒衣按键被按下，如果有按键被按下，则由单片机发信号给电机使其立即执行按键功能，如果没有按键被按下，则自动切换到自动模式。该型设计的优点是可以避免衣物还未晾晒完而因切换到自动模式而使晾衣架又自动伸出的情况发生。此外，既避免了晾衣架误动，又避免了由于频繁地使用按键强制电机动作而缩短电机寿命。

4 结束语

本文设计的基于AT89C52单片机的户外型智能晾衣架，采用了新型的传动机构与控制模式，是对户外自动晾衣架领域的一次大胆的尝试。该型晾衣架可工作在自动和人工控制两种模式下，自动控制模式可实现晴天自动晾晒衣物、雨天自动收衣；人工控制模式可实现人工控制晾衣架的伸展和收缩；而且，可实现两种工作模式的自动切换，同时考虑停电等特殊情况，还专门设置了手柄，使晾衣架仍可作为一个普通的晾衣架使用。

参考文献：

[1]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第7版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]张策.机械原理与机械设计（上?下）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3]潘清明，丁左武，蒋伟.防雨?防暴晒?夜晚能自动收缩的智能晾衣架设计[J].机电产品开发与创新，2007（06）：79-81.

[4]李发海，王岩.电机与拖动基础[M].北京：清华大学出版社，2005.

[5]王桂荣，李宪芝.传感器原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2010.

作者简介：通讯作者：雷敏（1973-），女，湖南株洲人，博士，副教授，硕士生导师，主要从事复杂网络理论研究及其在电网稳定性分析中的应用等研究。

作者单位：湖南工业大学 电气与信息工程学院，湖南株洲 412008

电路设计理念范文第6篇

【关键词】数字电路课程；实践平台；工程设计；实验

1概述

在教学过程中，具备数字系统设计实践工程能力，涉及相关数字系统课程体系教学与实践，在各高校的电气、电子信息类专业中，数字电路是一门专业基础课程，随着数字技术应用领域的不断扩大，在后续专业课程中，显而易见，随着电子产品数字化部分比重增大，它在数字系统设计中基础性地位越来越突出。

因此，培养适合现代电气、电子、信息技术发展的卓越人才，创新数字电路的课程几次理论与工程实践教学迫在眉睫。

根据我校近几年电气、电子课堂教学的实践情况，数字电路课程应该以面向应用的数字电路设计为核心，在熟练掌握基本电路教学内容的基础上引入先进的数字系统设计方法的课程教学和实践内容。

工程实践过程中，逐步从自底向上的设计方法逐步转变到自顶向下的设计方法中来，以教师科研应用来拓展，以全面培养优秀数字设计卓越技术人才[1]。

2探索构建数字电路教学中的多层次的创新实践平台

2.1多层次的数字电路创新实验平台构思。

面向卓越人才培养的数字电路课程创新实践教学，可以分层次进行在各个教学阶段逐步推进，包括：面向基础的数字设计的基本原理与工程创新实验教学模块、面向应用的数字电路课程设计教学和结合科研项目的创新实践平台[2][6]。

多层次的数字电路创新实验平台架构如图1所示。

2.2数字设计的基础原理与实验教学。

数字电路基础原理和实验教学是数字系统设计的课程体系的基础入门阶段，是培养数字逻辑代数与逻辑电路的重要过程，大类可分为时序逻辑电路和组合逻辑电路，其中时序逻辑电路主要包括：锁存器、触发器和计数器，组合逻辑电路包括，编译码器、多路复用器、比较器、加（减）法器、数值比较器和算术逻辑单元等。教学的目的是训练学生掌握组合和时序逻辑电路坚实理论基础，使学生掌握数字电路的基本概念、基本电路、基本分析方法和基本实验技能，不但要注重基本数字电路与系统设计理论的理解，同时让学生在学习中逐步了解面向应用和现代科技进步数字电路新的设计理念[2][3]。

2.3面向应用的数字电路课程设计实践教学。

随着电子设计自动化技术（EDA）和可编程器件（CPLD）的不断发展和应用，以EDA技术为主导的数字系统理念已经成为企业工程技术的核心。数字电路课程设计主要培养学生利用中小规模数字集成电路器件和大规模可编程器件进行数字电路设计和开发能力。在卓越工程师培养背景下，结合前阶段数字电路课程理论教学和实验教学的实际情况及EDA技术的发展状况，适时进行数字电路课程设计和EDA技术课程的综合衔接，以及课程深度融合[4]。主要内容包括：

2.3.1基于Multisim等相关软件的数字系统仿真实验。可以构建虚拟数字实验系统，不但较好地模拟实物外观外，还可以利用系统提供的实验平台开展实验的设计、仿真，进行实验内容的逻辑验证。

2.3.2基于通用和专用数字芯片的数字系统设计。其主要特点是有很好的直观性和具体性。

2.3.3基于硬件描述语言（HDL）的数学系统硬件描述。采用硬件描述语言实现数字逻辑设计，基于EDA环境仿真和验证。可以结合上述（1）和（2）的优点，采用硬件设计软件化技术应用于数字电路课程设计的实验教学中，通过综合性实验的自行设计和实验，对实验内容、实验规模、实验方法进行了综合创新设计[5]。

2.4结合科研项目的数字设计实验创新平台。

在高等院校，教师即承担教学任务，同时有各自的科学研究方向，同学们可以根据自己的研究兴趣，加入教师的科研团队，形成教学与科研互利的良性循环。面向卓越工程师培养的数字系统设计，可以借助横向或纵向科研项目形成综合教学体系。比如：搭建在线可编程门阵列（FPGA）创新实验平台，形成数字电路、电路线路课程设计、可编程逻辑器件以及集成芯片系统设计，形成面向数字系统设计的课程体系[3]。同时，应用高校与知名企业建立的校企合作平台，把企业界的研究信息和研发需求引入到教学平台，开拓了学生的研究思路和视野，提升了学生设计复杂数字系统的能力；目前，我校正在与国际知名的半导体公司Xilinx、Altera和Cypress陆续建立卓越人才大学培养计划，利用大学设置小学期，在FPGA和PSoC开发平台上进行了面向实际应用的数字系统设计，在实践平台上不仅有学校的任课教师，还有知名企业派来的一线工程师指导同学们的实践，相比改革前，取得很好的实践效果，同学们的数字系统设计水平得到了提高，同时在编程、接口、通信协议等方面也有了深刻的认识。

对于优秀的学生，借助全国各种形式的大学生电子（信息）设计竞赛这个创新平台，组织他们积极参与，激发他们的学习研究兴趣和创新意识，综合所应用的数字系统设计知识，发挥竞赛团队的协作精神。每年，我们都有部分优秀学生通过努力，创新设计的作品获得专业认可，并取得了良好的参赛成绩，也使得数字设计课程体系的建设上了一个新的台阶。

3基于创新平台的课程体系优化与实践

卓越工程师培养要求的数字电路系统设计课程体系协调好相关电气、电子类专业上下游相关理论课程、实验综合性设计同时得到协调发展。如何实践论文所提到的创新实验平台，应该引进现代数字设计理念，重点把EDA软件、设计工具、开发平台与传统的数字电路基础理论教学相衔接。我们在这几年对数字系统设计课程体系、创新实践教学内容等方面的进行了改革与探索，取得了一定的成效。经过这几年的实践，我们逐步构建了面向应用的数字系统设计课程优化体系[5]，如图2所示。

4不断探索数字电路理论教学内容的改革与实践

4.1以数字电路设计为目的强化基本逻辑电路理论教学。

在进行复杂数字系统设计之前应该熟练掌握这些常用基本组合和时序逻辑电路，包括电路的功能、电路的描述以及电路的应用场合等。

树立电路设计思想首先需要熟练掌握一些基本的逻辑功能电路。其次，树立电路设计思想需要理论讲解与实践相结合，逐步熟悉硬件描述语言的描述方式。数字系统设计强调采用硬件描述语言来对电路与系统进行描述、建模、仿真等[2][3]。

4.2掌握面向应用的数字系统工程设计方法。

学生在掌握数字电路基本概念和一般电路的基础上，进一步掌握数字系统设计的方法、途径和手段。其主要内容包括：数字系统与EDA的相关概念、可编程逻辑器件、硬件描述语言、电路元件的描述、数字系统的设计方法、开发环境与实验开发平台以及应用实例的介绍等。这些课程内容涉及面较广，为了提高教与学的效果，探索总结了以下的教学重点内容，并作为教学实践中的教学切入点[1]。

随着电子技术不断发展与进步，现代数字系统设计在方法、对象、规模等方面已经完全不同于传统的基于固定功能的集成电路设计[1][2]。现代数字系统设计采用硬件描述语言（HDL）描述电路，用可编程逻辑器件（PLD）来实现高达千万门的目标系统。这一过程需要也应该有先进的设计方法。根据硬件描述语言的特性和可编程逻辑器件的结构特点以及应用的需要，在教学过程中阐述了先进设计方法。例如：采用基于状态机的设计方法设计复杂的控制器（时序电路），应用或设计锁相环或延时锁相环来处理时钟信号，应用自行设计（IPcore）软核来提高数据吞吐量[1][2][3]。

4.3深化数字电路实验教学改革。

实验实践教学过程中，注重基础训练与实践创新相结合的实验教学改革思路，加强学生工程思维训练、新平台工具的使用、遇到逻辑问题的综合分析能力，理论与实践相结合的分析能力。在实践过程中的提高创新性和综合性能力，面向应用的数字电路创新平台建设，需要不断提高课程试验、实验和实践过程在教学中的比例，在符合认知规律的同时，逐步加强来源与实际需要的综合性数字设计实验。

5结语

数字电路是电气、电子信息类专业的一门重要的专业基础课程，论文针对当今卓越工程师培养的要求，以及在教学过程中遇到的主要问题，探讨了面向应用的数字电路课程创新实践平台。提出了多层次的数字电路创新实验平台结构和面向应用的数字系统设计课程优化体系。目的在于，通过课程及相关课程体系改革与创新，使得学生更快、更好的适应现代数字技术发展的需求。

参考文献

[1]孔德明.《数字系统设计》课程教学重点的探讨，科技创新导报，2012.1，173-174.

[2]任爱锋，孙万蓉，石光明.EDA实验与数字电路相结合的教学模式的实践，实验技术与管理，2009.4，200-202.

[3]叶波，赵谦，林丽萍.FPGA课程教学改革探索，中国电力教育，2010，24，130-131.

[4]秦进平，刘海成，张凌志等.电类专业数字系统综合实验平台研制，实验技术与管理，2012.6，75-78.

[5]宋翠方，王连明，于安宁.基于FPGA数字系统设计的速度优化方法研究，东北师大学报（自然科学版），2011，12，65-71.

电路设计理念范文第7篇

【关键词】电子；电路设计；常用；调试方法；步骤探讨

伴随时代的不断发展和科学技术的不断进步，人们越来越关注社会生产力的提升。采取科学的方式进行电子电路的设计与工作流程的部署和管理，能够满足当下社会生产力发展的基本需求，也能够促进行业的生产进步。当下我国电子行业发展的过程当中都越来越重视相关的技术升级，采取高效率的生产和设计模式才能够实现对理论的进一步应用，也能够满足实际的生产工作需求。模拟的设计构想在实践工作的验证体系下常常显示出各种问题，需要以更加科学、安全、有效的方式实现对相关工作体系的完善，并在具体的工作当中以实践经验论证设计理念，保证电子行业发展的前景要求。

1电子电路设计的原理

电子电路的设计工作具有相关的工作原理和原则，需要遵循一定的制度和规律进行相关工作的设计，以此实现对工作体系的完善性需求。首先，电子电路的设计工作原理要求，设计的相关内容需要符合整体性要求，在实际的设计工作当中要针对电路工作的各个节点进行监督与功能实践。其次，设计的工作要保证具体功能的落实，针对每个电路的工作职能进行细致的划分。再者，应当进行电路设计的最优化选择，保证电路设计的稳定性和完善性，在实际的工作应用中具备可靠的特征。最后，应当实际的考量到市场经济的价值和效益需求，进行性价比的研究分析并最终完成设计。

2电子电路设计的流程

电子电路的设计工作流程比较复杂，具体的工作内容也具有较高的严谨性和准确性。在实际工作进行的过程当中，应当重视对设计目标的确认，在具体工作中明确电子功能的设计。针对电子产品的核心功能应用进行整体的考量，设计的电路能够符合单一操作的要求，进行优化的职能选择。在设计形成初期进行整体研究，包含对电子电路的测试实践。重视对电子电路的调试和功能定位，保证未来工作进行的顺利要求。重视电子电路功能的设计才是保证产品能够高效率工作和服务的基础，也是确认核心功能和辅助功效的重要工作内容。实现设计初期的检查和测试，能够保证设备未来使用的优越性。

3调试仪器概述

具体的电子电路设计功能测试与调节工作要求的比较准确和细致，在实际的工作过程当汇总需要进行相关仪器的使用和完善，避免当中一些环节出现问题。在调试仪器使用的过程中涉及到众多的零部件，包含万能用的工具表，显示波动幅度的器械，以及信号发出的设备等。针对具体的调试工作进行观察，玩能用的工具表主要是为了测量设备使用期间的电流量和电压力，以及存在的电阻等元素。显示波动幅度的器械主要是为了更准确的测量信号，关注波动变化。信号的发出设备是为了在监测过程中收集信息，确定监测工作准确性和保证基本交流。

4电子电路调试具体流程

电子电路的调试工作可以划分为诸多细致的流程，在具体工作开展的过程中还需要进行整体工作的完善和优化。调试的工作需要进行电路的线路监测，在实际的工作验收中观察通电的效果。调试的工作还需要确保对电子设备的功能监测，保证实际的工作过程能够正常的运作，充分实现对信息传播的要求。在实际工作开展的过程当中要进行电源的调试，减少工作阻碍，进行指标的规范和数据的验收。除此之外，调试工作还可以划分为两种方式，分别是整体和分区域的调试工作。细致的划分主要是为了给保证验收工作的严谨性要求。最后需要针对环境进行监测，考量实际工作需求进行优化处理。

5调试工作需要重视问题

在调试工作进行过程当中还需要重视对工作细节的优化处理，保证人员施工的科学性安排，在实际的操作过程当中需要进行设备功能的优化，确保功能的准确性要求。重视对细节工作的监督和管理，在调试的信息记录中掌握数据中存在的差异，为维护系统工作提供良好的基础，也有助于及时的解决系统工作出现的问题。除此之外，还需要认识到系统调试工作反复执行的重要性，针对测量工作进行反复的操作才能够保证电子电路的设计符合实际生产需求。

6结论

综上所述，本次研究针对电子电路设计的相关工作展开分析和研究，希望在实际的工作过程当中掌握实践的工作经验，在未来的电子电路设计工作当中采取先进的科学手段，实现对相关工作内容的整合，满足时展的进步要求。在传统电子电力设计的相关工作基础上实施切实有效的完善策略，保证基本工作的流畅性原则，在实施科学有效的方式和方法进行相关设计工作的管理，满足实际工作的需要，进行不同线路的测试和验收，保证电子电线设计工作的优越功能。重视对电子电路工作的设计工作，在实际工作开展的过程中进行调试工作的监督与管理，进一步促进我国现代化生产效率的提升。

参考文献

[1]许小飞,方桦.电子电路设计的原则、方法以及步骤探讨[J].电子制作,2016(10):45.

[2]丘嵘,涂用军.基于工作过程的学习情境设计的关键要素及途径与方法——以“电子电路调试与应用”课程为例[J].职教通讯,2013(12):5-8.

[3]朱冬平.电子电路设计的原则、方法和步骤研究[J].电子制作,2015(17):66-67.

电路设计理念范文第8篇

关键词： 数字钟； 动态扫描； 电路设计； 自主实验

中图分类号： TN911?34； TP391.9 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）10?0147?03

0 引 言

在电子技术实验教学中，构建学生的电路设计理念，提高学生的电路设计能力，是教学的根本目的和核心内容[1]。数字钟电路的设计包括了时序逻辑电路、组合逻辑电路、数码管显示电路和脉冲信号产生电路等内容，内容涉及面宽、综合性强，是电子技术自主性实验教学的典型案例。文中采用了石英晶体振荡器电路、计数电路、动态扫描及译码驱动电路、显示电路和时钟校正电路，来实现该电路。

1 系统设计方案

本次设计的数字钟，实现对时、分、秒的数字显示，周期为24 h，显示满刻度为23时59分59秒，并具有校时功能。电路主要采用中规模CMOS集成电路，采用电池作电源，通过共阴极LED数码管显示时钟。该系统由秒脉冲产生模块、计数器模块、译码显示电路模块、动态扫描模块、校时模块组成。其中秒脉冲产生模块由晶体振荡器电路和两个分频器电路组成，动态扫描模块由动态扫描控制信号产生电路、计数器选通控制电路和数码管选通控制电路三部分组成，系统组成框图如图1所示。

1.1 秒脉冲产生电路

秒脉冲信号由石英晶体振荡器产生，由于晶体振荡器输出频率较高，为了得到1 Hz的秒信号，需要对振荡器的输出信号进行分频[2]。通常的分频器采用多级二进制计数器来实现。将32 768 Hz的高频方波信号经32 768（215 ）次分频后得到1 Hz的方波信号供秒计数器进行计数，即实现该分频功能的计数器相当于15级二进制计数器。

1.2 计数器设计

计数器电路用来完成60秒60分及24小时的计数工作，且秒计数器的进位脉冲作为分计数器的输入脉冲，同理分计数器的进位脉冲作为小时计数器的输入脉冲。“秒”、“分”、“时”计数器电路采用同步加计数器CD4518来完成。

（1）CD4518双BCD同步加计数器

（2）“时”、“分”、“秒”计数器设计

分计数器与秒计数器电路完全相同，只是脉冲输入不同，秒计数器是1 Hz，而分计数器是[160] Hz。

时计数器为24进制计数器，设计原理与分秒计数器相同，不同之处在于反馈清零的状态不同，当十位（显示2）、个位为0100（显示4）时对计数器全部清零。把QB2和QC1 通过CD4081相与送给两个十进制计数器的复位端即可。

1.3 数码显示及动态扫描电路

采用脉冲分配器CD4022产生动态扫描信号DS0～ DS5，这6个信号在同一时刻只有一个为高电平，利用DS0～DS5控制模拟开关CD4066，当某个扫描信号为高时，所控制的四路模拟开关导通，从而把对应计数器的数据送给译码驱动电路，同时扫描信号要选通对应的数码管显示相应的数据。由于采用的是共阴极数码管，因此扫描信号通过达林顿晶体管整列MC1413才能选通对应数码管，当某扫描信号为高时，经过MC1413输出后变为低电平所对应数码管被点亮。脉冲分配器CD4022的输入脉冲CP的频率应该足够高，这里选用512 Hz（由4060第13脚提供）。

1.4 校时电路

2 结 语

数字钟电路的设计，涉及模拟电子技术、数字电子技术等多方面知识，将其列入自主实验内容，克服了以往实践教学形式单一、内容简单枯燥的缺点[8]。实验过程中要求学生独立完成设计。学生可以采用万能板焊接完成数字钟电路的制作，也可以绘制PCB电路图采用热转印的方法自制PCB电路板完成该电路的制作。实验过程中，学生表现出了浓厚的兴趣，纷纷表示获益匪浅。学生的电子电路设计、调试以及故障排除能力都有较大提高。

参考文献

[1] 李悦，孔维成，王宏干，等.数字钟实验电路的设计与仿真[J].电子设计工程，2012，20（14）：5?7.

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[6] 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002.

[7] 冯长江.实验电子学[M].北京：兵器工业出版社，2009.

电路设计理念范文第9篇

将管理、运筹以及控制等方面技术融合在一起，形成系统工程技术。由于该技术涉及领域众多，因此在应用环节中需要根据使用需求做出调整，将不必要的程序省去，有效缩短系统构成所用时间。对电子电路进行设计时，会出现大量不确定因素，需要计算分析，系统工程技术了帮助设计师快速判断需要重点研究的项目，制定出合理的优化方案。电子电路系统设计需要有确定的目标，再对各组成部分优化处理。系统工程技术会将设计中的影响量整理下来，依次做出比较。通过这种方法来确定设计过程中需要加入的抗干扰功能。系统工程还可在电子电路中形成功能网络，传统设计理念只是对局部电路进行加强处理，缺少模块之间的配合，从设计方案分析以及足够成熟，但使用时很容易产生阻碍影响。应用这一技术后可有效解决配合不当的问题，使电路设计方案更具有可行性，电子系统运行控制成本也会有明显减少。

2电子电路设计中体现的系统工程理念相关性

2.1元器件的集合性。

元器件是电路组成的基础部分，在选择准备阶段引入系统工程理念可帮助元件形成一个集合。只有在相互配合的状态下元器件功能才得以实现，这也正是系统性的体现。随着设计工作的深入，一些不必要的元器件会被替代或者省略掉，以此来追求运行环节的简便，系统工程在形成初期会帮助设计人员确定不必要的部件，并对实现功能的模块组成进行简化处理。以电子电路系统设计层面对这种形成进行分析，可以称之为元器件的集合性。

2.2组成要素相关性。

系统是由不用功能设备组成的，根据使用需求这些电气设备在供电环节中会独立存在。明确电路的导通原理后可以对系统进行有效设计，既可以为控制环节提供便捷，又能在使用功能上做出进步，电子元件的导通原理相似，由此可以将系统工程技术中的相关性引入其中。可以确定重要组成模块之间的关联性，以此来降低导通线路的复杂程度。

2.3电路系统层次性。

电子电路运行指令由控制模块发出，信号通过传输与接收装置后被功能模块感知到，并做出相应指令。这一环节中体现出了电路的层次性质，系统工程技术同样具有严谨的层次划分，这一特异性为技术应用提供了空间。系统工程理念引入到设计工作中，可以将设备运行不同阶段产生的参数变化记录下来，明确影响因素后方便技术人员制定出调节方案，电子电路在使用过程中也更安全稳定。

3系统工程技术在电子电路系统设计中的应用

3.1电子电路系统设计总体方案的确定。

开展设计工作前首先要有一个明确的设计方案，作为设计工作进行的理论依据。还要对总电路系统进行划分，根据实现功能的不同来完成，划分后的电路模块称之为单元，是需要单独设计的。为避免工作开展出现混乱，可以借助计算机设备拟定程序框图，将电子元件导通顺序标记在其中。例如电流的放大环节，首先是电流的产生，沿着导通方向流动，进入到放大模块中，设备捕捉到有用功后会选择性放大，在这一环节前会有滤波设备对干扰进行过滤。其次是模拟电路的输出环节，模块将信号转换为系统可以接受的相似电信号，向接受环节传输。从理论层面分析这一流程较为复杂，但制定程序框图后可清晰的呈现在计算机中。

3.2设计任务及目标系统分析。

设计任务的设定要以使用功能为前提，同时还要体现出电力系统的先进性，具有抗干扰和保护能力。系统工程技术可以用来分析目标的可行性，并根据各设计团队的操作能力合理分配设计任务。在对电路导通原理进行分析时要考虑设备安装现场的实际条件，以方案与现实不符，对安装阶段造成影响。确定上述内容后可得出准确的设计目标，设计工作也可以正常开展。

3.3整体方案论证与优化选择。

方案的选择在整体系统设计过程中起到很重要的作用，要求根据自身所掌握的知识和资料，针对系统提出的要求、条件和任务来完成功能设计，最后设计完整的框架。框架图需全面不仅反映系统各组成部分功能和完成的任务，还需要清楚的表示出系统各部分之间的相互关系。具体内容如下：

3.3.1根据系统的要求，可以把电路划分成若干功能块，这样可以粗略得到系统框图。每个框图又可以包含多个单元电路，将总指标分配给每个单元电路，最后根据单元电路的任务来完成电路的总结构。

3.3.2系统的框架图和单元电路的结构呈现多样化的特点，要仔细的比较和研究设计方案，力争使方案的设计做到可靠、合理、经济和技术先进等。依据较高的可靠性和技术可行性来选定最后的方案。

3.4元器件模块的选择

电子电路中出现的各种故障往往表现为元器件的故障和损坏。究其原因往往不是元器件本身所存在的缺陷，而是由于对元器件的选择不当导致的。因此在进行总方案的设计和参数的计算时，要考虑选择合适的元器件。选择元器件主要从以下两方面来考虑：

3.4.1在元器件的选择上需要从电路的总体方案和具体问题上出发，考虑好每个元器件要具备什么功能。单元电路的参数要根据电路的工作环境和指标要求等来计算，以确保元器件参数额定值的准确性，并且要留出足够的富裕量，保证在低于额定值的条件下来工作。

3.4.2在电路设计指标达标的条件下，要尽量减少元器件的种类和规格，提高元器件的重复利用率。最后利用模型分析对构成电子系统各个元器件模块进行性能微调，使其更好的接近理想状态。

3.5整体电路仿真。

Multisim等仿真软件的使用，极大的满足了电子电路系统设计中的仿真要求。其通过使用软件模块库提供的内容，设计电路、修改参数，建立系统动力学模型。通过系统工程动力学数值分析计算。评价其稳定性、可靠性。从而为最终的电子系统性能提供评价，从整体上增加了设计验证的准确性。

3.6电子系统总体价值分析。

经过上述步骤，一个较完备的电子电路系统基本建立。使用系统工程中的决策分析技术，能够通过效用分析、冲突分析等手段分析该系统的成本、风险以及可能存在的隐患。在电子系统形成产品前尽可能完善其功能，得到技术上稳定、安全、可靠的电子电路系统。

4结论

系统工程技术在电子电路系统设计中应用是依据系统工程理念建立起来各种方案和策略的概念，并运用系统工程方法论对这些策略和方案进行辩证，从而完成了设计问题的环境设定，然后再运用优化技术求出方案或策略的更确切结果。但是这种优化一般不可能给电子电路设计过程带来创新解法，只是在预设限制条件下优化方案。并且，在优化过程中要不断汇集、评价可能增加的各种信息，以期待得到更适合的设计方案和策略。

电路设计理念范文第10篇

关键词：集成电路EDA 课程改革 教学内容

中图分类号：G642.0 文献标识码： A 文章编号：1672-1578（2013）10-0029-01

1 引言

高职教育的目的是使学生获得从事某个职业所需的实际技能和知识，具备进入岗位所需的能力与资格，并且应当具备良好的职业道德和熟练的职业技能，走上职业岗位之后能够胜任岗位，并有后续发展能力。然而，鉴于多方面因素，高职教育的教学质量不断下降，高职学生职业能力的欠缺直接影响了就业。因此，高职院校必须进行课程改革，构建符合高职教育规律、适应高职课程的教学模式。下面，笔者就简单谈谈我院集成电路EDA课程改革的情况。

2 课程定位

集成电路EDA技术是集成电路及电子系统设计的综合技术，是现代科技创新和IC产业发展的关键技术。该课程作为高等职业院校微电子专业的一门重要的主干专业课程，紧扣专业理论和生产实践需求，具有较强的岗位实践操作技能，是电子类专业毕业生必须具备的专业技能之一；而且该课程能贯穿整个专业教学环节，掌握本课程能使学生更好地学习掌握其他专业课程。

3 课程设计理念

按照“基于工作过程”的课程开发体系进行课改，重视职业技能的训练，充分体现以应用型技术人才为培养目标；形成以行业需求为导向，以职业实践为主线，“教、学、做一体化”的专业课程体系；构建工学结合的高职课程开发模式，落实“强化实践、重在应用”，着重 “职业能力” 培养的指导思想。通过典型的实践项目课题，多样化的教学方法，形成实践教学和工作过程一体化、课堂与生产线一体化、实践教学与培养岗位能力一体化，激发学生的学习兴趣，引导学生将学到的知识应用于实践中，加强课程知识点的连接，充分体现EDA技术在电子电路实际设计中的应用，使课程教学真正体现实践性、应用性。

4 改革目标

目前，集成电路EDA设计工具主要市场份额为美国的Cadence、Synopsys和Mentor等少数企业所垄断。我院该课程采用的是Tanner Pro 软件，在教学过程中，以职业实践为主线，通过课程改革，逐步实现“教、学、做一体化”的专业课程体系。通过对实用电路的设计，激发学生学习先进的电子电路设计技术的兴趣，使学生掌握集成电路设计和布局图设计的基本方法，了解IC组件库的电路模型、符号模型的设计方法；能熟练创建电路文件、版图文件，生成网表文件，进行电路仿真模拟，并熟悉电路与版图对比方法；养成按规范进行集成电路设计与应用，并按照企业规范设计版图的职业素养；培养了学生使用现代先进设计工具的能力和团队沟通能力，为以后工作打下一定的基础。

5 教学内容

随着IC 技术的发展，对集成电路EDA课程教学内容提出了更高的要求。这次为适应科学技术的发展以及对人才培养的要求，我们走访企业、征求用人单位意见，特别聘请企业专家进行技术指导，结合专业培养目标和就业岗位群，我们对EDA课程的教学进行了修订，教学内容进行了调整和充实。

为加强对学生实践能力、创新能力和工程实践能力的培养，将EDA技术理论和实训课单独开设，促进了对学生实际动手能力和分析、设计能力的培养。为了培养学生的创新能力，我们加重了设计性实验、综合实验的分量，加强各种实践环节，使学生通过理论课程的学习和实训课程的实践，基本掌握EDA技术，再通过相应的课程设计将理论用于实践，将理论与设计融为一体，使学生在毕业设计中，既能提高运用所学知识进行设计的能力，又能在这一过程中体会到理论设计与实际实现中的距离，锻炼了学生分析问题、解决问题能力。

6 课程改革中的重点、难点及解决办法

课改的重点：“基于工作过程”的项目式课程开发

难点：项目式教学内容的确定，教材、教学设备的准备，学生对实际生产环境和生产过程的体验和学习，工程实际应用的系统设计。

解决方法：（1）采用全新的教学理念和教学方式，以“必须”“够用”的原则组织教学内容，将教学与EDA工程技术有机结合，设计由浅入深的实验项目，以实现良好的教学效果。（2）根据课程实践性强的特点，加强实验室建设，提倡学生进行自主教学活动。（3）多方面综合考虑，全面优化教学效果。（4）加强校企合作，提高授课教师的理论水平和工程实践能力，让学生进入企业进行生产实习，将教学、实验和科研紧密结合。

7 教学方法与手段

EDA技术涉及面广、实践性强，对教师和学生的要求较高。在EDA技术教学方法上，我们改变了过去以教师为中心、以课堂讲授为主、以传授知识为基本目的的传统教学模式。采用教师讲授与学生实践相结合，理论知识与现实工程问题相结合的灵活的教学方式，留给学生充分的思考和实践时间，鼓励学生勤于思考，把握问题实质，不断提高自己解决实际问题的能力。把“教、学、做”一体化，体现到实处。

讲课时突出重点、难点，注重知识点重组。教学中引入大量的EDA实际例题，重视培养学生的运用知识，解决实际问题的能力，充分调动了学生的学习积极性。

实践表明，采用多元化的教学方法可以取得较好的效果。多元化教学方法包括：（1）交互讨论教学法；（2）目标驱动教学法；（3）开放式自主实践；（4）课外兴趣小组；（5） 鼓励学生参与大学生创新活动。

在课堂教学中，让学生多实践，多动脑、勤思考，才能发挥他们的学习主动性，起到良好的教学效果。

8 结语

通过课程改革，改变了常规的教学模式，以学生为主，教师为辅，再结合多种教学方式，以激发学生的学习兴趣，提高学生的学习能动性，并且重视学生的理论与实践的结合能力，使学生深切感受到学有所用，大大提高了集成电路EDA课程的教学效果。

参考文献：

[1]霍奇斯 等著，蒋安平 等译，数字集成电路分析与设计[J].电子工业出版社，2005.