组合电路的设计范文

组合电路的设计篇1

一、组合逻辑电路的分析，就是通过某种方法找出电路的逻辑功能来，具体步骤如下

（一）根据已知的逻辑图写出逻辑函数表达式，方法是逐级写出逻辑函数表达式，最后写出该电路输出和输入的逻辑表达式；

（二）对写出的逻辑函数表达式进行化简；

（三）列出真值表进行逻辑功能分析

用框图表示为：

示例分析：

组合逻辑电路如图所示， 试分析该电路的逻辑功能。

解答过程：1. 由逻辑图逐级写出逻辑表达式。为了写表达式方便，借助中间变量。

2. 化简与变换

3.由表达式列出真值表

4.分析逻辑功能

当A、B、C三个变量不一致时，电路输出为“1”，所以这个电路称为“不一致电路”。

二、组合逻辑电路的设计一般应以电路简单、所用器件最少为目标，并尽量减少所用集成器件的种类，因此在设计过程中要用到代数法和卡诺图法来化简或转换逻辑函数

组合逻辑电路的设计方法：

（一）将实际的问题分析出逻辑条件和逻辑结果，并量化成0，1表示；

（二）列出对应的真值表；

（三）由真值表写出对应的逻辑表达式并进行简化；

（四）画出能解决实际问题的逻辑图。

用框图表示为：

示例分析：

设计一个电话机信号控制电路。电路有I0（火警）、I1（盗警）和I2（日常业务）三种输入信号，通过排队电路分别从L0、L1、L2输出，在同一时间只能有一个信号通过。如果同时有两个以上信号出现时，应首先接通火警信号，其次为盗警信号，最后是日常业务信号。试按照上述轻重缓急设计该信号控制电路。要求用集成门电路7400（每片含4个2输入端与非门）实现。

解答过程：

1.列真值表

对于输入，设有信号为逻辑“1”；没信号为逻辑“0”。对于输出，设允许通过为逻辑“1”；不设允许通过为逻辑“0”。

2.由真值表写出各输出的逻辑表达式：

这三个表达式已是最简，不需化简。但需要用非门和与门实现，且L2需用三输入端与门才能实现，故不符和设计要求。

3.根据要求，将上式转换为与非表达式：

4.可根据实际需要用两片集成与非门7400来实现既定的逻辑功能。

组合电路的设计篇2

关键词：口袋实验室；数字逻辑；组合逻辑电路；嵌入式系统

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）28-0268-03

口袋实验室，又称无墙实验室，就是让学生人手一个迷你“口袋实验箱”，上课带来、下课带走，课程结束时归还。学生有了一个小的实验平台，就可以结合课程内容，随时随地进行课程实验；同时，激荡在学生头脑中的创新想法可以即时得到验证，激发他们主动学习的兴趣。

口袋实验室这种形式使实验设备突破了实验室的限制、实验课时的限制，能够把最新的技术补充到学生的课余学习中，让学生随时随地都能进行实验，从而最大程度地实现了实验室的开放。

目前口袋实验室理念在国内多所高校已得到广泛的认可和贯彻，如清华大学、北京大学、哈尔滨工业大学、复旦大学、同济大学、上海交通大学、东南大学、华中科技大学等都建起了数量、规模各异的口袋实验室。

本组合逻辑电路设计就是基于Xilinx（赛灵思公司）Basys3口袋实验室的。在性能更好的NEXYS4或ZYBO实验板上也可实现。

1 口袋实验室之核心硬件Basys3

Basys3 实验板（见图1）是一款采用Xilinx最新7系列的数字电路入门级开发平台，该平台主芯片为Xilinx Artix系列中的最小型号 XC7A35T。它包含5200个slice资源，相当于33，280个逻辑单元。每个slice包含4个6输入查找表（LUT），8个触发器 。容量为1800kb的块状RAM 以及5个时钟管理单元，每个单元带有一个锁相环。Basys3同时也是一款入门级的FPGA实验板，专门针对Vivado Design Suite而设计，具有Xilinx Artix-7 FPGA架构。Basys3包含了所有Basys系列板卡的标准功能：完备的硬件规格，大 量的板载IO设备，所有需要FPGA支持的电路，以及免费的开发工具，上手即用。

采用Basys3 可以实施更贴近嵌入式方向专业要求的数字逻辑实验项目，形成符合嵌入式方向专业要求的数字逻辑实验课程。可解决现有《数字逻辑》实验课程的教学要求与嵌入式方向专业要求相比有些偏低的问题。同时可以解决现有面向嵌入式方向的基础实验课程实验平台各异，实验内容不够贯通的问题。

2 口袋实验室之核心软件Vivado

赛灵思在全球业界第一个发货和量产28nm 7系列器件后，2012年又推出了“Vivado”这一全新的FPGA设计套件，很可能在将来取代已经面世18年之久的赛灵思ISE设计套件。Vivado的推出，不仅仅是让设计的界面更加漂亮（如图2所示），更重要的是它带给行业的那种体现在设计手段和设计方法上的的创新。众所周知，对于电子设计工程师来说，一方面要求FPGA能实现所有的数字系统功能，包括：数字逻辑、嵌入式系统和数字信号处理等等；另一方面又要求基于FPGA的设计就像他们使用“C”语言给CPU、MCU编程那样的简单。Vivado将这两个看起来相互矛盾的梦想变成了现实。

在Vivado 2014.3环境下如同前期的ISE环境，可以非常方便地运用Verilog HDL语言的编程开发流程，包括源程序的输入、编译、模拟仿真及程序下载。

通过学习Verilog硬件描述语言，以及利用Verilog HDL进行数字电路设计和FPGA开发的方法。可让学生初步掌握代表当今数字逻辑设计前沿的FPGA开发的设计流程。除基本组合逻辑电路实验外，还可以追加时序逻辑电路的设计实验、。

3 口袋实验室之组合逻辑电路设计实验

本实验所用口袋实验室为Basys3电路板，板上的LED灯是共阴极的连接方式，当输入高电平‘1’时，LED亮；当拨动开关靠近数字标称端输出为低电平‘0’。

3.1 简单门电路的实现

在数字电路中，二输入与门电路、或门电路、非门电路、与非门电路、或非门电路和异或门电路的逻辑表达式如下所示，真值表如表1。

下面分别给出这些门电路的行为描述方式（Behavioral）和逻辑寄存器传输描述方式（Register Transfer Level，RTL）。可以看出，行为描述方式和逻辑表达式十分接近，而寄存器传输描述方式则是以真值表为依据进行编写的。 具体操作步骤如下：

（1） 利用向导，建立一个新项目，工程名为expe1，顶层文件名也指定为gate。

（2） 新建一个Verilog HDL文件。

（3） 在Verilog HDL文件中输入程序：

a 行为描述方式源程序：

module gate（a，b，c1，c2，c3，c4，c5，c6）；

input a，b；

output c1，c2，c3，c4，c5，c6；

assign c1=a&b；

assign c2=a|b；

assign c3=～a；

assign c4=～（a&b）；

assign c5=～（a|b）；

assign c6=a^b；

endmodule

b 寄存器传输描述方式源程序：

module gate（a，b，c1，c2，c3，c4，c5，c6）；

input a，b；

output c1，c2，c3，c4，c5，c6；

reg c1，c2，c3，c4，c5，c6；

always@（a or b） begin

case（{a，b}）

2'b00：

begin

c1

end

2'b01：

begin

c1

end

2'b10：

begin

c1

end

2'b11：

begin

c1

end

default：

begin

c1

end

endcase

end

endmodule

（1） 进行语法检查和综合编译。

（2） 编写testbench，进行时序仿真。

（3） 分配管脚，生成*.bit文件（管脚分配可参照后续实验结果部分）。

（4） 下载。

3.2 三态门电路的实现

在数字电路中，三态门电路是在普通门电路的基础上附加控制电路构成的。三态门主要用于可编程逻辑器件管脚的双向口设置。三态门的逻辑电路图如图3所示，真值表如表2。

根据三态门的逻辑电路图和真值表，不难看出三态门电路的基本工作原理是：当控制端口的输入使能信号EN=’1’，那么直接将输入端口的数据送到输出端口上；当控制端口的输入使能信号EN=’0’，那么这时输出端口呈高阻状态。 具体操作步骤如下：

（1） 利用向导，建立一个新项目，工程名为expe2，顶层文件名也指定为tri_gate。

（2） 新建一个Verilog HDL文件。

（3） 在Verilog HDL文件中输入程序：

module tri_gate（din，en，dout）；

input din，en；

output dout；

reg dout；

always@（din or en） begin

if（en==1） dout

else dout

end

endmodule

（4） 进行语法检查和综合编译。

（5） 进行时序仿真。

（6） 重新分配管脚，生成*.bit文件（管脚分配可参照实验结果部分）。

（7） 下载。

3.3 实验结果

1） 两输入与门电路的管脚分配表和实验结果对照表见表3、表4。

2） 二输入或门电路、非门电路、与非门电路、或非门电路和异或门电路的管脚分配表和实验结果对照表见表5、表6。

3） 三态门电路的管脚分配表和实验结果对照表见表7、表8。

4 结束语

本组合逻辑电路设计是基于Xilinx（赛灵思公司）Basys3口袋实验室实现的，主要内容为简单门电路和三态门电路。在此口袋实验室的电路板上还可以实现编码/译码器，比较器，全加器等组合逻辑功能。项目中使用的口袋实验室由于其优秀的软、硬件平台，在本科教学中有多方面的应用价值。

1）在Vivado 2014.3环境下，可推动Verilog HDL基本语法的学习，有利于学生掌握Verilog HDL编程设计的基础。 而Verilog HDL和VHDL并称为业界最流行的两种硬件描述语言，其重要性不言而喻。

2）在本科嵌入式方向的《数字逻辑》、《计算机组成原理》、《计算机系统结构》三门课程间有一条衔接与贯通的主线：即由计算机组成基础部件到单/多周期CPU和中断/IO处理CPU，再到基本流水线CPU。本实验平台可直接应用于这三门课程。不仅能节约学生熟悉实验平台的时间，而且同一实验平台有利于他们温故而知新。

3）让嵌入式方向的学生开始学习满足较高专业需求的实验内容。打通面向嵌入式方向的基础实验课程的教学内容，有利于学生较系统、深刻地掌握满足专业要求的软硬件知识，锻炼他们的系统设计能力。

参考文献：

[1] 白中英，谢松云等.数字逻辑[M].6版.北京：科学出版社，2013.

[2] RichardE.Haskell著，郑利浩译.FPGA数字逻辑设计教程―Verilog[M].北京：电子工业出版社，2013.

[3] 何宾.Xilinx FPGA设计权威指南：Vivado集成设计环境[M].北京：清华大学出版社，2014.

[4] 何宾.Xilinx FPGA权威设计指南：Vivado 2014集成开发环境[M].北京：清华大学出版社，2015.

组合电路的设计篇3

关键词：组合逻辑电路；Multisim；仿真

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.257

0 引言

组合逻辑电路是指在任一个时刻，输出的状态只取决于同一个时刻各输入状态的组合，而与电路之前的状态无关。组合逻辑电路的分析和设计是数字电路中一个重要的组成部分[1][2] 。“数字电路与逻辑设计”是电子类专业一门重要的专业基础课，同时又是一门实践性很强的课程。随着电子技术产业的高速发展，新器件、新电路不断地涌现，现有实验室的条件已经无法满足各种电路的设计和调试的要求，这在一定程度上影响了电路相关实验教学的效果，而且影响了高校对学生创新能力的培养。此时，在实验教学中引入具有强大分析、仿真电路功能的电路仿真设计软件Multisim，可以较好地解决这一问题。

在数字电路与逻辑设计实验中引入该仿真设计软件，结合传统的实验教学，就可以增开大量设计性和综合性实验，在激发学生学习兴趣的同时，也培养了学生的创新能力和动手能力[3]。本文将以一个组合逻辑电路为例，对其进行理论分析和仿真实验分析，从而得出Multisim在组合逻辑电路分析实验教学中的重要作用。

1 组合逻辑电路理论分析

组合逻辑电路分析的任务是在给定逻辑电路的基础上，通过分析、归纳，确定其逻辑功能[4]。它一般分为5个步骤：组合逻辑电路；逻辑表达式；最简表达式（经化简变换得到）；真值表；逻辑功能。

现有一组合逻辑电路，如图1所示，以此为例，来进行分析。

根据逻辑图可以逐级写出逻辑表达式：

通过化简与变换，是表达式变换成与-或表达式：

由表达式列出真值表（如表1）：

分析逻辑功能：

由真值表可知，当A、B、C三个变量不一致时，电路输出为1；当A、B、C相同时，即同为0，或同为1时，电路输出为0。所以这个电路称为不一致电路。

2 应用Multisim进行组合逻辑电路分析

2.1 创建仿真电路

根据图1所示的逻辑电路图，在Multisim 12.0中创建仿真电路。待仿真电路如图2所示，对逻辑电路进行了转换，其中，三个开关分别接VCC（表示输入为1）和接地（表示输入为0），万用表用来测量输出电压，灯泡的亮和灭表示输出为逻辑“1”或逻辑“0”。为了便于分析，我们还加入了逻辑变换器，它可以将逻辑电路转换成真值表和逻辑表达式，也可以将真值表转换成逻辑表达式和逻辑电路。

由逻辑变换器得到的真值表如图3所示，与表1比较后可以发现，由逻辑电路图分析得到的真值表和由逻辑变换器得到的真值表是一致的。

2.2 仿真分析

在仿真电路的基础上，我们可以运行仿真。分别改变三个开关的状态，即改变输入变量A、B、C，从000到111，依次测试输出电压的高低电平，以及灯泡的亮和灭，如表2所示。其中，输出电压5V表示输出为高电平，输出电压0V表示输出为低电平。根据输出结果，可以看出，仿真结果与前面得到的真值表的结果是相符的。

3 结束语

以文中所给的不一致电路为例，分别进行了传统的组合逻辑电路理论分析以及应用Multisim对组合逻辑电路进行仿真实验分析，对两者进行了比较，根据实验测试所得到的实验结果对理论分析进行了验证，并证明了两者是一致的。总之，用Multisim软件对组合逻辑电路进行仿真实验，既能激发学生的学习兴趣，也能极大地提高教师的教学水平。在实际的教学过程中，充分利用Multisim仿真的桥梁作用，可以将理论教学、 仿真和实验教学三位一体，有效地结合起来，充分地发挥作用，培养出更多创新型的人才。

参考文献：

[1]闵卫锋.基于Multisim2001的组合逻辑电路分析与设计[J].科技创新导报，2008，2：80

[2]黄济，李泽彬，汪明珠，姚有峰.组合逻辑电路设计与Multisim仿真[J].高科技产品研发，2012：58-98.

[3]张亚君，陈龙，牛小燕.Multisim在数字电路与逻辑设计实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2008（08）：108-114.

[4]张惠敏，刘海燕.电工电子技术[M].郑州：河南科学技术出版社，2014：192.

[5]包敬海，张大平，陆安山.Multisim在组合逻辑电路设计中的应用[J].钦州学院学报，2008（12）：30-33.

[6]郁玲艳.Multisim 在数字逻辑电路中的应用[J].高校讲坛，2010（23）：661-720.

组合电路的设计篇4

［关键词］电子技术基础;微课;教学设计

一、电子技术基础课程概述

电子技术基础是机电类专业的一门重要专业基础课程，该课程有一定的理论体系而且实践性强。通过对电子技术基础课程的学习，学生可以获得必要的电子技术基本理论、基本知识和基本技能，了解电子技术的应用和发展概况;熟悉常用电子仪器的使用方法和电路的基本测试方法，掌握电子设计的一般方法和步骤;学会选择不同类型的电路元件设计、搭建电子电路。但是，由于很多学生的学习基础较差，对电子技术基础课程不够重视，学习习惯不好，高职电子技术基础课程教学面临诸多问题。“微学习”是现代社会的一种学习方式，“微”即微小、碎片化，它符合学生的习惯，一次只学一点。为“微学习”量身定制的课程就是微课程，简称微课。微课要求形式多样化，具备灵活性，满足学习者随时随地的学习需求。［1］微课构建的自主学习模式是指以学生为主体，以教师为主导的互动性的自助式学习，是对传统的教学方式和教学内容的革新。教师可以在课前预习中引入微课，把理论知识和实际应用结合起来，以视频的方式将教学内容提前呈现出来，视频带来的视觉冲击，会激发学生的学习兴趣，让学生提前了解学习内容，带着问题进行课堂学习。教师也可以在课堂教学中使用微课，微课资源丰富，对于学习上存在的难点、疑点，教师可以结合微课形象生动地讲解，更好地阐述问题。微课能够成为课堂教学的有效补充形式，适应个性化、深度教学的需求。

二、微课的概念及特点

国内外许多学者和机构都界定了微课，教育部全国高校教师网络培训中心提出:微课是以视频为主要载体，记录教师围绕某个知识点或教学环节而开展的简短、完整的教学活动。［2］微课的时长为5～10分钟。微课的核心组成内容是教学微视频，还包含与该教学主题相关的教学设计、素材课件、教学反思、练习测试及学生反馈。微课的主要特点如下:教学时间短，主题突出，内容少，资源容量小，资源使用方便，以学生自主学习为主，教学设计力求精致。［3］微课的讲解可结合讲授法、启发法、演示法等教学方法，教师可采用录屏和实景拍摄等方式来制作微课。

三、微课的教学设计与实践

微课的设计需考虑知识点之间的逻辑关系，选择小而完整的知识点作为微课内容，提供齐全、实用的教学资源，宜采用简洁的授课方式，从学生的角度思考问题，使学生更容易理解学习内容，激发学生的学习兴趣。微课的设计还需精选理论知识，降低理论难度，鼓励学生钻研课程的重点，把理论知识和实际应用结合起来，使学生真正掌握知识和技能。微课的开发流程如下:确定教学目标与重难点，进行教学过程的设计，制作课件，拍摄上课过程或使用录屏软件对讲解过程进行录屏，编辑视频，输出视频。下面重点介绍“三人表决器的设计与仿真”微课的教学设计和微课的制作。

(一)微课的教学设计

组合逻辑电路的设计是电子技术基础课程中数字电路部分的重要内容，三人表决器是组合逻辑电路的设计在生活中的典型应用。本次课的教学目的是使学生掌握组合逻辑电路设计的方法，会设计三人表决器组合逻辑电路，能使用Proteus软件完成三人表决器电路的仿真。教学重点:第一，三人表决器组合逻辑电路的设计;第二，三人表决器电路的Proteus仿真。教学难点:根据逻辑表达式完成逻辑电路图的构建。组合逻辑电路的设计的讲授过程如下:本次课采用基于问题的教学模式，播放《出彩中国人》视频，进行“任务导入—提出任务—分析任务—完成任务—课堂总结—习题布置”的教学环节。第一，播放《出彩中国人》中的一段视频。《出彩中国人》是大家熟悉的真人秀节目，在节目中有三个评委，他们共同决定选手是否晋级。在观看视频后，教师引出问题:如何为《出彩中国人》节目设计一个三人表决器?第二，提出任务要求。设计一个三人表决器电路，三个人各控制A、B、C三个按键中的一个，按键按下表示同意，否则为不同意。三个人中有两个或两个以上的人同意，表决通过，指示灯亮，选手晋级;否则，指示灯不亮，表决不通过，选手被淘汰。用与非门实现上述功能，使用Proteus软件实现三人表决器电路的仿真。第三，对任务进行分析。任务的实质是用三个按键控制指示灯的状态，可以通过两个环节来完成任务:第一环节，三人表决器组合逻辑电路的设计;第二环节，三人表决器电路的Proteus仿真，验证电路的正确性。第四，实施任务。第一环节，三人表决器组合逻辑电路的设计，介绍组合逻辑电路分析的四个步骤:1．分析逻辑功能要求，将生活的实际问题转换为数字电路的语言，确定输入变量和输出变量，并定义相应的逻辑状态;2．列真值表，在不同的输入情况下得到相应的输出;3．根据真值表写逻辑表达式并简化表达式;4．根据表达式画出逻辑电路图，得到三人表决器的组合逻辑电路图。第二环节，三人表决器电路的Proteus仿真，在三人表决器组合逻辑电路的基础上设计三人表决器电路原理图。在Proteus软件中绘制三人表决器电路原理图，步骤如下:1．选取按钮(button)、二输入与非门4011、红色发光二极管、四输入与非门74LS20、电阻等元器件，选取电源Vcc和地。2．放置元器件，设置各元器件参数。3．把各元器件用导线连接起来。4．电路功能调试，观察调试现象，当按下其中任意一个按钮，红色指示灯不亮;当按下其中任意两个按钮，红色指示灯亮;当按下三个按钮，红色指示灯亮，实验现象表明电路图能实现所需功能。第五，对本次课进行总结，本次微课讲解了组合逻辑电路设计的一般步骤，重点介绍了三人表决器组合逻辑电路的设计，对三人表决器电路进行了Proteus仿真。总结之后，教师可以布置作业，考查学生对相关知识点的掌握情况。

(二)微课的制作

首先，收集好素材，包括文字、表决器的图片、电路图、《出彩中国人》的视频，制作课件。其次，使用录屏软件CamtasiaStudio对课件的播放、《出彩中国人》的视频以及三人表决器电路的Proteus仿真过程进行录屏。最后，对视频进行后期处理，添加字幕、片头，进行视频的输出。此次微课的学习学生的接受情况良好，掌握了组合逻辑电路设计的步骤，会设计三人表决器。微课学习满足了学生的个性化学习需求，学生可以按需选择学习，加强了学生的自主学习能力，提高了学生的学习效率。对教师而言，提高了教师的信息素养，微课的制作要求教师具备丰富的信息处理技术，制作的微课应具有良好的视频和音频效果。微课还使得教师的备课更富有针对性，对课堂教学实施有更深层次的思考，对教师的综合能力提出了更高的要求。

参考文献:

［1］杨东海．基于微课的“电子技术”课程教学改革探讨［J］．职教通讯，2016(3)．

［2］赵玲艳．初探微课在中职《电子产品制造技术》教学中的应用［J］．福建轻纺，2015(8)．

［3］张一春．精品微课设计与开发［M］．北京:高等教育出版社，2016．

［4］王岚，张一春．微课的评价指标体系研究［J］．教育现代化，2015(5)．

［5］解璐斌．微课在电子技术基础课教学中的应用［J］．现代职业教育，2015(11)．

组合电路的设计篇5

电池管理系统多通道高精度数据采集电路具体设计方案如图1所示。图1中左侧是电池组检测的相关模拟量数据，包括12路单体电压数据、充放电2路电流数据、电池组工作温度及环境温度数据，这些数据对应的物理量可能是电压、电流、电阻，考虑到A/D转换只能以电压的形式实现模拟量的获取，因此相应的设计了信号转换电路，实现不同类型信号的电压转换；考虑到A/D转化模拟量量程的需求，设计了不同的信号放大电路；为了防止超量程的模拟量对A/D器件造成的影响，设计了对应的保护电路；为了防止干扰信号对数据准确性的影响，设计了滤波电路。16路电压模拟量产生后，A/D器件在MCU的控制下逐次对16个通道数据进行A/D转换，转换后的数字量用于实现对电池管理系统的SOC评估及其它管理工作。

2硬件电路设计

2.1动力电池电压信号检测电路设计

动力电池组是由众多单体电池串联而成。本设计中，选取12个单体电池串联而成的动力电池组，相应的就有12个电压模拟量信号。图2所示为电压采集电路设计。动力电池组中，各个动力电池串联而成。在地参考点的作用下，各个电池正负极对地参考电压近似比例增大，为实现输出的是电池电压，最有效的实现途径是借助由运算放大器“虚短”与“虚断”原理构成的减法电路。图2中，由双运放运算放大器LM358构建2级网络：第1级即为由R1~R4组建的差分放大电路形成减法电路，第2级构成电压跟随器，起到缓冲及隔离的作用。LM358使用单5V电源供电。

2.2动力电池双向电流检测电路设计

电池组在充放电过程中，由于只有一个充放电通道，理论上而言电流检测通道只有一个。根据电路理论电流在其参考方向下存在正负之分，因此必须单独设计充电电流、放电电流各自的检测信号。图3所示为集成的双向电流检测硬件电路设计。从电路中可以看出，该电路的设计非常类似于电气中的互锁电路。从采样电阻中采集的电阻两端电压在电阻分压网络下，产生不同的电压。结合运放的差分放大功能，分别引入LM358运算放大器的2组不同的运放输入端，由于引入同相输入端和反相输入端的电压不同，使得2组运放各自工作在线性工作区与非线性工作区中。当电池组中有任意方向的电流时，均会产生一组运放工作在线性放大区域产生对应的模拟电压信号同时另外一组运放工作在非线性区域而作为电子开关输出供电电源的参考地电压。在实际的电动汽车中，通常选用100AH的动力电池组为电动汽车提供动力源，这样，采样电阻的选择就有了依据。本设计中，选用0.05R/2W的采样电阻多个并联成0.01R的功率电阻作为充放电电流检测元件。

2.3动力电池组温度检测电路设计

温度检测保证电池组工作在可靠温度范围内而不引起电池故障，是电池管理系统中必不可少的有效组成部分。温度检测传感器选用PT100系列温度传感器。最新制造工艺出产的PT100体积小，精度高，比较适合应用在电池管理系统温度检测单元中。本设计中，选用三线式桥式测温电路，其最大优点在于将地线单独引出，参考电阻网络的地线电阻可以与PT100的地线电阻匹配，减小电阻差异带来的偏差问题，提高温度测量精度。其设计原理同电压采集电路基本相同。

3调试数据与分析

设计完毕后，对该套电池管理系统的硬件电路进行了制版调试。在解决了焊接遗留的硬件问题后，通过MCU的监测获取了大量数据。调试过程中某一时刻点的状态量。从测试数据可以看出，无论是电压、电流、还是温度，其相对误差都控制在1%以内，特别是电压检测数据，精度更是达到了3‰，这样的误差在电池管理系统误差允许范围之内，达到了电池管理系统数据采集前端模块硬件电路设计的目的。

4总结

设计了硬件检测电路，配合性能优良的A/D转换器，在简化电路设计的过程中同时满足了电池管理系统对电压、电流、温度等各项检测数据的要求。从实验获得的数据分析可以看出，该电池管理系统模拟量数据与MCU中检测转换后的模拟量数据误差小，不超过1%。结果表明：该电池管理系统的硬件电路设计合理、精度高、稳定性好，达到电池管理系统后续SOC评估的预期效果。本设计中的硬件电路模块可以在较小调整下应用到其它测控系统电路中，具有一定的实用价值。

组合电路的设计篇6

关键词：10kV配电线路；设计；杆塔设计

引言

配电线路是一种将电力从降压变电站送至配电变电站的线路，其中当电压为6-10kV时，称作中压配电线路。一般来讲，配电线路具有覆盖面广、线路长、设备质量不一及易受环境因素影响等特点，因此在整个电力输送中，将不可避免地出现故障，从而影响到供电的安全性和经济性。据此，在配电线路工程中，应重视对10kV配电线路的设计研究，具体应坚持科学性、安全性和经济性原则，从而保证整个电力系统运行的稳定性、安全性和经济性。在本案，作者将从如下方面浅析10kV配电线路的设计。

1 机电方面的设计

在10kV配电线路中，机电方面的设计尤为关键，其一般包括如下几个方面的内容：

1.1 气象条件的选择

若10kV配电线路很长或其在气象区的环境十分复杂，则可对气象区进行分段选择，而在设计线路时，应将电线覆冰、风速和气温等气象条件整合在一起，从而计算得出最佳气象区。

1.2 导线的选型

在导线的选型中，一般要求对下列方面进行重点控制：（1）根据电力系统的设计要求，先确定导线的截面，再通过计算来验证导线的规格和型式，注意导线的机械性能和电气特征应体现在这一验证结果中；（2）在设计中阐明导线的最大应力、安全系数等，并结合导线的力学特征来绘制相应的曲线，注意在这一过程中，应先计算出导线在不同温度下的弧垂值，再以表格形式加以描述。

1.3 线路的组装形式

一般来讲，线路的组装形式随其用途的不同而发生改变。因此，在组装10kV配电线路时，应从导线型号、绝缘子形式和杆塔结构等方面来选定绝缘子串的组装形式，即：当绝缘子串与导线的断线张力及最大累积荷重相符时，仅需选择单串形式的绝缘子串；当线路分布在一些特殊的环境下，如重冰区、大沟壑、大档距等，一般应选择双串形式的绝缘子串。

1.4 导线的防震设计

风向、风速、档距、地形和线路的架设高度等一般会导致导线振动，甚至危及线路的安全运行。因此，在10kV配电线路设计时，应采取有效的防震对策，但在对导线进行防震设计时，应将导线的最大应力、平均应力、安全系数、线路档距及其途径的地形等考虑其中，以保证导线防震设计的质量。

2 路径的选择

研究发现，10kV配电线路的设计质量与其路径的选择有关。因此，在选择线路路径时，应在满足技术经济要求的前提下，组织设计人员、测量人员及甲方等深入现场进行调研和勘察，以便及时针对现场的实际情况修改设计图纸，从而保证所选线路路径的合理性。另外，在定位线路时，一般应坚持如下原则：一是安全、经济合理的原则，即农田占用量少、施工与运维方便、路径短且曲折系数小；二是避开机场、油库、石场、军用仓库及地质条件差的地方；三是为了避免重复施工，按规划一次建成；四是光缆与10kV架空线路的走向应相同，并配备1-2km的光缆，从而保证信号的正常；五是10kV配电线路尽量穿过地形高差较小的地区，以保证线路均匀受力，从而防止铁塔扭转；六是在设计大跨越线路时，应将大跨越及三十年洪水位的具体情况考虑其中，并通过技术指标的对比来进一步优化设计方案；七是将

3 杆塔的设计

在10kV配电线路中，杆塔的常见形式一般分为终端杆塔、转角杆塔、耐张杆塔和直线杆塔四种。其中，直线杆塔是一种结构形式简单、受力轻的杆塔，即在正常条件下，杆塔仅受导线的重力，且在支撑导线时，仅需在垂直方向上用棒式绝缘子支撑；在直线段上，应按一定的间隔距离设耐张杆，用以承受来自导线的水平拉力。如此一来，便可保证直线段上的弧垂满足实际要求，究其原因为导线一般具有较大的水平拉力，因此在耐张杆的作用下，可借助导线，从两个方向将悬式绝缘子悬在横担上，同时借助跳线，将杆塔两侧的导线连在绝缘子的中间位置，注意跳线一般仅受自身重力，且其也常用在大转角杆和终端杆上。

综上，在10kV配电线路设计时，应选择在实际应用上较为成熟的杆塔型式，即在选择杆塔时，应将杆塔的特点、使用范围等指标反映在设计方案中，同时在对杆塔基建等进行综合考虑的基础上，确定最佳的杆塔型式，注意在选择塔型与塔高时，应坚持运维方便、经济的原则，其中对于耐张塔而言，一般应选择高度低且受力好的杆塔。另外，杆塔的悬挂点高度应适宜，以保证排杆定位所用的地线和导线平滑且受力均匀。

4 设计方案的经济性

在10kV配电线路的设计中，应按要求评价方案的经济性，这是提高电力工程综合效益的基本条件。简而言之，10kV配电线路设计应在确保线路安全的前提下，将工程的成本控制到最低水平，其中具体的控制手段包括如下几点：一是实行定额设计，即限定10kV配电线路设计的总成本。二是合理选择线路的路径，将赔偿和协调部分的成本降至最低。三是应采用国家电网公司的10kV配电网典型设计、标准物料及通用造价。四是通过比较来从中选择最佳的设计方案，对设计方案进行全寿命周期成本分析，选出全寿命周期成本最低的方案。五是选用节能型电力设备。

5 讨论

电力系统一般由负荷、输配电线路、变电站和发电厂组成，其中又以配电线路为电力输送的最后步骤，其设计质量与电力系统的运行效果直接相关。因此，在10kV配电线路设计时，首先应明确基本的设计流程，即：明确导面的截面与线路的起止点初步选定线路路径绘出路径图杆塔选型编制工程预算确定最佳设计方案，其中任一步骤都应建立在尊重客观实际的基础上或是坚持实事求是的原则；其次，应明确设计的要点，其中在机电方面，应按要求选择气象条件、导线型式和线路的组装形式，并对线路进行防震设计，而在杆塔设计上，则应从实际出发，选择应用较为成熟的型式；第三，为了实现电力企业综合效益最大化，除了从技术角度考量设计方案以外，还应从经济角度对方案进行优化，即实行限额设计及优选线路的路径。另外，针对具体的电力工程，一般要求准备多套设计方案，并通过比对分析，选出其中最优的设计方案，以保证10kV配电线路设计方案在满足功能和安全要求的基础上，将成本控制降至最低水平。

参考文献

[1]李波.关于10kv配电线路设计技术要点的分析[J].城市建设理论研究（电子版），2013（11）.

[2]康红明.10kV配电线路设计技术要点探析[J].低碳世界，2016

（25）：41-42.

[3]芦云飞.10kV配电线路设计技术中的关键问题分析[J].科技风，2015（17）：44.

[4]李裴培.10kV配电线路设计常见的问题及对策[J].大科技，2013（31）：163-163，164.

[5]周敏.10kV配电线路设计重点及其工程造价控制研究[J].通讯世界，2015（23）：229.

组合电路的设计篇7

关键词：小型水电站；电气设计；一次设计；二次设计

中图分类号：TV742文献标识码： A 文章编号：

引言

小型水电站利用我国星罗棋布的河流，为我国电力实业的发展做出了重要的作用，并且水是可再生资源，利用水力发电，在倡导保护环境和人类与自然和谐相处的现代社会，小型水电站在很多地区有着不可替代的地位。但是由于很多地区小型水电站建设于建国初期或改革开放前期，这些水电站电气设备已经开始损坏，并且导致水电站发电效率低下，因此对小型水电站电气的设计目前尤为重要。小型水电站电气设计是一个十分复杂的过程，工程设计人员必须充分考虑各种技术环节，制定节约资金且发电效率高的设计方案。

小型水电站电气设计的种类

小型水电站的电气设计中一般分为电气一次设计和电气二次设计两部分，电气一次设计主要是指对发电机和变压器等接线方式进行设计；电气二次设计主要是指对励磁系统，控制系统，测量系统，信号，操作电源，继电保护和水轮机组辅助设备等进行设计[1]。

小型水电站电气一次设计

小型水电站一次设计是根据水电站电气系统的作用来进行设计的，要在充分考虑水电站所在地区的水文环境，建造规模等基础上对接入系统和布线方式进行合理设计。小型水电站电气一次设计具有接线简单，回路少，离负载区较近等特点。

2.1 电气主接线

小型水电站电气一次设计中的主接线设计是指设计人员设计的方案可以满足用户需求，供电安全且电力稳定等设计要求。这就要求设计人员设计的不同接线线路能够容易辨别，保持适当的距离以防线路缠绕在一起。线路之间距离较近会使线路上的电流相互干扰，影响传输电流的稳定性，会损坏发电机，并且会对检修带来困难。

2.2 发电机和主变压器设计

发电机和主变压器的连接采用单元接线方式联接比较合适[2]。小型水电站电气一次设计的发电机为了保证发电机出口处连接线的安全，都可以安装断路器。发电机通过变压器接地可以确保发电机在强压作用下不会被烧坏。

2.3 快速落门控制回路

为了加强小型水电站发电机组的安全运行，快速落门控制回路在手动闸门接点和发电机组接点处被广泛采用。进水口快速门是小型水电站发电机组过速保护的最后一道防线，快速落门控制回路是否可以有效的控制进水口的落门动作，是小型水电站一次电气设计中的关键内容。

小型水电站电气二次设计

3.1 小型水电站的断路器控制设计

小型水电站断路器中的闭锁和信号设计一般与供配电装置中的设计相同，但是要设计信号监测装置监测水轮机的工作状态、发电机组发生的故障和油泵的运行状态。电气测量表计型号和仪表的准确度等级要符合小型水电站设计要求。另外小型水电站还对发电机定子的电流、三相线电压、发电机负载、发电机频率等利用相应的装置一起进行监测。另外对水轮机的转速、河流水位、压力等进行监测也可以增加水轮机自动化工作的要求。

3.2 选择合理同步方式和正确接线

现在的小型水电站的电网一般是并入电力系统中运行，对于这类的水电站要根据电站的实际状况及电力系统的要求选择合适的同步方式和正确的接线方法。首先，为了使小型发电站的发电机可以并入电力系统，要准确的选择同步点，因为某些原因发生跳闸后，发电机可以经简单快捷的操作后就可以复电。小型水电站一般采用手动或恒定导前相角式的半自动准同步装置。

3.3 同步检测继电器对非同步合闸起闭锁作用

同步检测继电器对非同步合闸的闭锁作用当发电机在非同步状况并网发生故障时可以避免工作人员受到伤害，也可以防止发电设备等损坏。当同步点断路器两侧的电压相位角大于动作角时，此时虽然继电器启动但是手动合闸后发电机不能并入电网中。相位差角小于返回角时再返回，这时才能发出使断路器合闸的脉冲信号，此时发电机的频率、电压等相同，才可以使小型水电站的发电机输出的电流并入电网[3]。

3.4手动调频和调压

用手动的方式对恒定导前角的半自动准同步方式进行调压和调频操作，设计电压继电器时要保证它的运行在规定的恒定导前角度返回，这样才可以发出脉冲信号。

安装高性能的继电保护装置

高性能的继电保护装置可以保障电力系统的运行质量，也可以保证发电机正常工作运行[4]。安装纵联差动保护装置可以防止1000kW以上发电机的定子绕组和引线之间发生短路以及发电机定子绕组直接连接在主线上发生的发电机单相接地故障，另外当发电机接地电容的电流量大于5A时要设计接地保护装置。由于定子绕组会发生甩负荷操作导致电压过高，要求安装过电压保护装置。小型发电站水轮发电机调速器灵敏度较差，发电机失磁后继续运行会导致转子和励磁回路发热，甚至损坏，所以设计人员应该安装失磁保护装置。但是对于以上的继电保护装置设计工程人员要对发电机及外部电力系统的元件参数、运行方式、可靠性等进行综合分析，合理运算，才能选择相互协调统一的继电保护装置。

小型水电站的互感器设计

互感器可以分为电流互感器和电压互感器两种，电流互感器可以保护变电站正常运行和计算电流量。在进行小型水电站电气设计时，要对断路器的互感器进行单独的设计，主要因为它的容量小、精度低且不稳定。小型水电站断路路并网两端的电压互感器的作用是监测和计量变电站高压电压，可以保证电压的频率和电压值。

小型水电站发电设备自动控制设计

小型水电站发电设备自动控制的设计包括水轮机、发电机组及其它辅助装置的自动化或半自动化设计。如果小型水电站的自动控制设计不合理则水电站将不能实现自动开关机，水轮机不能根据实际水流情况进行自动调节，继电保护装置也将失去保护作用。小型水电站只有把人工操作的过程尽量简化，自动化操作贯穿水电站工作的整个过程才能保证水电站的效率。

结论

随着科技的进步，大型水电站、风力发电站和核电站相继在我国投入使用，但是小型水电站作为偏远地区特有的发电方式在我国电力行业中有着重要作用。虽然我国在建国初就建设了很多小型水电站，但小型水电站的电气设计仍存在一些问题，文章总结了小型水电站的电气一次设计和二次设计，希望可以对我国小型水电站的发展提供技术支持。

参考文献

[1]张羽进.中小型水电站电气设计的探讨[J]. 河南水利与南水北调，2012,12：23-24

[2]周仕均，肖贵友. 浅谈中小型水电站机电系统设计[J].经营管理者，2009,23:361-363

[3]赵健英. 小型水电站电气设计若干问题[J].云南电力技术，2000,03:3-65

组合电路的设计篇8

关键词： 任务驱动； 电路与数字逻辑； 任务型教学； 传统教学

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）06-61-03

The application of task driven teaching method in the course of circuit and digital logic

Xue Yuli， Sun Yan， Tang Yan

（School of Information Engineering， Shandong Youth University of Political Science， Key Laboratory of Information Security

and Intelligent Control in Universities of Shandong， Jinan， Shandong 250103， China）

Abstract： Aiming at the characteristics of strong practicality of the circuit and digital logic course， the task driven teaching method is adopted. Teachers design the task of real life closely related， and with the driving of task， guide students to analyze the function of task and divide the function modules， guide students to search for information， analysis and design， select components， fabricate and debug； by solving the practical problem， cultivate students' practical ability and stimulate their interest in learning. This education method of openness and innovation overcomes the disadvantages of traditional teaching methods， contributes to the cultivation of the application ability of students， improve students' ability to analyze and solve problems， and cultivate team spirit of cooperation.

Key words： task driven； circuit and digital logic； task driven teaching； traditional teaching

0 引言

“路与数字逻辑”是计算机科学与技术专业的一门学科基础课，在整个课程体系中占有重要地位[1]。该课程理论知识点多，涉及到的逻辑门电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与整形等内容较难理解，初学者无法实现思维的转变，从而在做实验时一筹莫展。传统的教学一般由教师循序渐进地讲授知识点，以小型简单的例子来加深学生的理解，这种教学方法的不足之处在于：学生在学习过程中只是掌握一些零散知识点的应用，没有建立起系统的思维方式，因此，在应用知识时缺乏整体感[2-3]。

本文探讨在“电路与数字逻辑”课程中应用任务驱动教学法，在教学过程中，教师设计与实际生活联系紧密的任务，在该任务的驱动下，指导学生分析任务的功能，划分功能模块，引导学生查找资料、分析并设计方案、选择元器件、制作调试，在这一系列的实际工程体验活动中增强对所学知识的理解，获得较强的动手能力和设计制作电路的能力。

整个教学过程由任务驱动，以学生为主体，注重学生实践能力的培养，同时注重团队协作、小组间有效沟通等综合职业索质的培养。学生在教师指导下完成一个任务的分析、设计、实现全过程。这种开放性、创新性的教育方法，克服了传统教学法的弊端，有助于培养学生的工程应用能力，提高分析问题、解决问题的能力，同时培养了团队合作精神。

1 任务驱动式教学法的特点

1.1 教学内容的重组

在教学中使用任务型教学法，首先要把理论知识进行模块化分解，合理划分成若干知识单元，以满足任务实施的需要[4-5]。“电路与数字逻辑”课程在开始的章节主要讲述了数字逻辑基础，其中一部分内容学生在之前的“计算机文化基础”课程中已经学过，所以可以将这部分内容适当简化。逻辑代数的基本概念、公式和定理，逻辑函数的各种表示方法和化简，半导体二极管门电路和CMOS、TTL门电路，这一部分中公式化简和分立元器件门电路在实际应用中已趋于淘汰，可以根据组合电路的设计需求重点学习逻辑代数的基本概念、卡诺图化简、各种表达方式的相互转换，并将其作为一个任务，引导学生掌握电路的各种表示方法之间的转换，通过电路仿真软件Multisim的使用，让学生对电路的软件仿真有一定的理解。组合逻辑电路的分析与设计，包含多种集成芯片的功能分析、使用与设计，可以分解为若干个任务，利用编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器等多种中规模芯片完成实际组合电路的设计与制作。触发器和时序逻辑电路的分析与设计，可以分解为多个任务，利用触发器、计数器和移位寄存器等集成芯片完成实用时序逻辑电路的设计与制作。脉冲波形的产生与整形电路和模数数模转换电路，可以分解为若干个综合设计型任务，切实提高学生解决问题的能力。

1.2 教师角色的转换

任务型教学法强调学生在教学过程中的主体地位，教师由知识传授者转变成一名向导，引导学生搜集资料、自主学习、小组讨论，激发他们学习的主动性和创新的设计思维[6]。集成电路种类繁多，在电子设计中不可避免的会用到不曾接触过的集成电路，因此需要培养学生阅读集成电路数据手册的能力。教师以某个集成电路芯片为例，引导学生学会查看集成电路的功能表，理解集成电路完成的功能，注意不同型号集成电路性能指标的区别，进而选择合适的芯片完成设计。

1.3 理论与实践相结合。

在日常生活中寻找设计任务，比如交通灯的控制、流动文字显示、数字显示温度计等，从身边有趣的题目入手，可以增强学生对所学知识的兴趣，提高其学习积极性，不会产生所学知识与生活脱节的感受。对于较难理解的知识点，鼓励学生搭建验证性电路，观察电路的运行状态，思考为什么会出现这种结果，加强对知识点的理解。

1.4 被动学习转变为主动学习

在任务型教学法中， 为了完成任务，学生必须主动查找资料，主动思考解决问题的办法，与小组成员讨论完成电路设计。在教师的指导下，学生自主完成电路的制作与调试，遇到电路故障，需独立思考问题，观察实验现象，运用仪器仪表来检查出现某种现象的原因以及解决办法。这种任务式教学方法，大大提高了学生的学习兴趣，使得学生由过去的被动学习转变为主动学习，提高了该课程的学习效果。

这样，学生在明确目标的任务驱动下，将所学理论知识与生活实际问题联系起来，对所学知识点能够灵活运用，通过分析、设计、制作、调试电路，这个过程中，学生通过小组成员合作，共同完成一个综合任务，过程中可以互相讨论、有效沟通，既学到知识，又学会独立思考、与人沟通、分析策划、动手操作，不但可以⑺学零散的知识点串联起来，还可以提高团队协作、沟通能力、创新能力、解决复杂问题的能力，学生可以逐渐成长为应用技术型人才。

2 任务驱动式教学法的实施

任务驱动式教学法需要对课程的基础性实验、综合设计性实验和提高发挥性实验，分别分配一定比例的课时，教学过程包括任务分析、设计制作、成果展示几个阶段。

首先对全班学生进行分组，根据学生自愿的原则，每组3人，尽量使各个小组的总体能力相当，每个成员轮流担任组长，负责电路总体设计、小组成员之间任务分配、与教师沟通和成果展示等。

⑴ 分析任务。任务来源于实际生活，教师负责指导学生分析任务，明确需要哪几个功能模块实现该任务，针对涉及的知识点，引导学生查阅资料自学。教师可以将本任务的实物教具示范给学生，让学生对任务的基本功能有直观的了解。

⑵ 设计制作。根据所作的任务分析，小组成员查阅资料、制定方案、设计电路。首先使用电路仿真软件进行电路功能仿真；然后组长对成员分配功能任务，在实验室小组成员自主完成电路制作和调试，教师在旁边进行指导。遇到电路问题时，应充分利用仪器仪表，耐心检查，可寻求教师帮助，还可以上网查阅解决问题的方法，这样能锻炼学生的动手能力和解决电路故障的能力，进而提高学生的专业技能。

⑶ 成果展示。任务完成后，由小组长负责成果展示，将电路设计过程、制作中遇到的问题及解决方法与同学分享，在查阅资料过程中学习了哪些新的知识，实现结果与设计期望有哪些不同的地方。这个过程可以让学生加深对理论知识的理解，同时锻炼了表达能力，学生之间可以取长补短，对设计进行改进，有利于培养学生的创新意识和创新能力。针对每个小组的实际电路设计和成果展示，教师和其他小组共同给作品打分，作为一次实验成绩。

成立电子协会，开展第二课堂作为该课程的有力支撑。电子协会可以组织学生走进电子市场，了解市场上不同功能芯片的价格，然后查看它们的性能，对芯片的性价比做到心中有数，在实际设计电路时才能选择最适合的芯片去完成设计。以协会为载体，教师带领学生开展实用的设计项目，鼓励部分优秀的学生设计、制作和调试实用的电子产品，培养学生的团队协作能力和创新精神，增强学生理论联系实践的能力。通过校级电子设计竞赛，筛选出优秀的学生，参加部级的电子设计竞赛，充分发挥学生的自主学习能力和创新性，让高一届的学生带动低一届学生，能力强的带动能力弱的，形成互帮互助、共同成长的氛围，增强学生的专业兴趣，提高专业技能。

3 结束语

通过在计算机专业学科基础课“电路与数字逻辑”中引入任务驱动式的教学改革，从生活中的实例入手，带动理论的学习和电路的设计制作，大大提高了学生的学习效率和兴趣，培养其独立探索、勇于开拓进取的自学能力。通过对一个完整任务的分析、设计和实现，学生获得了满足感和成就感，从而激发了他们的求知欲望，形成一个学习的良性循环。通过小组讨论和分工合作，增强了学生的团队合作意识。这种开放性、创新性的教育方法，克服了传统教学法"只见树木，不见森林"的弊端，有助于培养学生的工程应用能力，提高学生分析问题、解决问题的能力。

实践证明，任务驱动型教学法把理论教学和实践教学有机地结合起来，其实质是追求探究式学习，学生处于积极的学习状态，每位学生根据个人对任务的理解，查阅资料，将所学知识和自学知识融合提出方案、解决问题，课堂教学过程充满了民主和个性，课堂氛围真正活跃起来。学生在学习过程中提高了学习兴趣，从被动学习转变为主动学习，学生提出问题、分析问题和解决问题的能力得到提高，专业技能也迅速提高。

参考文献（References）：

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[6] 杜秀丽，李晓梅，张瑾.基于项目教学法的数字电子技术教学