電路設計的步驟
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電路設計的步驟范文第1篇
當前，隨著社會經濟的不斷發展和科學技術的不斷進步，我國的電子行業已在市場經濟領域中得到了大規模的發展，同時也得到了廣泛的應用。其中，對于電子設備來說，電子電路的設計是其中的一個關鍵性內容，為了有效地滿足社會對電子行業的需求，人們對電子電路的設計質量也提出了更高的要求，而電力的調試工作作為電子電路設計中的一個核心內容，重視和完善電路的調試工作便顯得尤為重要，其對優化電子電路的設計質量具有非常重要的影響。
1電子電路設計常用的調試方法
電子電路設計常用的調試方法主要有兩種，即分別為分塊調試法和整體調試法。下面主要對此兩種方法進行了一定的分析。
1.1分塊調試法
在進行電子電路設計時，分塊調試法的應用主要是將整個電子電路按照一定的規律分成不同類型的模塊，然后再對每個模塊進行調試。通常情況下，其主要是按照電路的不同功能進行劃分的，由此則可以對不同電路部分的性能進行單獨地調試。其中，在實際調試作業過程中，為了保障電子電路分塊的科學合理性以及調試工作的正常開展，相關工作人員應首先對電子電路的工作方式、工作原理進行具體地掌握，然后在實際的調試過程中應嚴格按照電路的信號流通線路進行具體地劃分，從而便可以將電子電路劃分成多個級別。在此前提下，工作人員則可以對電子電路進行一級一級地作業，以更加有效地完成對電子電路的調試。此外，分塊調試法還適用于邊安裝邊調試的情況下，即在整個電子電路中每安裝完一個模塊就可以對其進行相應的調試工作。與在電子電路安裝完畢之后再進行分塊調試的模式相比較的話，雖然該調試方式會在一定程度上增加調試工作的難度，但是該工作的效果卻是比較理想的，其不僅可以在電力電路安裝的過程中立即發現其間可能存在的故障模塊，且當電子電路安裝完畢之后，與之相對應的調試作業也便同時完成了。在實際作業過程中，分塊調試法常被普遍應用于較小的電路中。
1.2整體調試法
與分塊調試法不同，整體調試法主要是在整個電子電路都安裝完畢之后再對其進行一次性地總調試，而并不對每一模塊進行單獨地調試。一般情況下，整體調試法常被應用于結構簡單的電子電路中，但其也可以取得良好的調試效果，尤其是對于一些無法分塊調試的產品來說，整體調試法的應用在其中具有著極其重要的意義。
2電子電路設計常用的調試步驟
在對整個電子電路進行調試的作業時，相關工作人員需掌握具體的調試方法和調試步驟，以保證調試工作的正常開展。其中，在進行電子電路調試工作之前，其需做好相應的準備工作。①工作人員需準備好相關性的技術文件，這是保證調試工作正常運行的首要內容，如準備好電子電路的線路圖、電力系統的設計原理、設計說明書等文件，這些重要的文件都可以為調試工作提供良好的理論依據。②在進行調試工作時，其也需要借助相應的儀器設備，因此工作人員需準備好相應的使用儀器。一般情況下，調試工作的開展需要的儀器工具主要有萬用表、示波器、信號發生器等，因此在進行電路調試的時候，工作人員還需掌握儀器的性能和使用，以更加有效地完成調試工作。除此之外，在準備好相應的儀器設備后，工作人員還需檢查儀器是否完好。③調試場地的準備也是調試工作中的一個重要內容，工作人員需做好調試場地的準備工作，如保證場地的清潔、無漏電風險等。在做好相應的電子電路調試前的準備工作之后，則需開始進行具體的調試步驟。一般情況下，電子電路設計常用的調試步驟主要有四步，則分別為線路檢查、通電檢查、功能檢測以及指標檢測。下面主要對此步驟進行了具體地分析。
2.1線路檢查
在電子電路設計調試作業中，開展線路檢查的內容主要包括兩個方面。①線路檢查即為直觀性的檢查，在該作業過程中，其主要是檢查電子電路的線路連接是否正確，看是否存在錯線、少線、多線的情況。此時，為了保障檢查工作的質量，相關檢查人員可根據電路的設計圖紙進行一定的對比，并可在檢查的過程中在圖紙進行相應的標記，以此不僅可以保障檢查工作的思路清晰性，且還能全面地提升線路檢查的效果，避免出現漏查的現象。②線路檢查還需對元器件的連接方式進行相應的檢查，此時在作業過程中則需要借助一定的儀表檢查元件的連接是否正確、元件的連接是否到位等。例如，在實際檢查作業中，工作人員可以運用數字萬用表進行測試，其主要需觀察連線兩端連接的元件引腳位置是否與設計圖紙的相對應，而通過觀察則可及時發現引腳與連線接觸不良的故障等。
2.2通電檢查
通電檢查主要是對接入電源的電子電路進行通電性的檢查，以保障整個電路的安全性能。其中，在實際檢查作業中，通電檢查是不接入任何信號源的，其主要是在接入電源之后觀察整個電子電路是否存在冒煙、冒火、出現異味等一些異常的情況，且只有首先進行最初的觀察與判斷才利于后續的進一步檢查。對于正常運行的電子電路來說，其在通電之后并不會出現發熱、發燙的情況，因此當觀察到通電檢查中存在任何的異常情況時，相關人員也無需太過緊張，其首先需要做的事便是立即切斷電源，然后根據實際發生故障的位置進行相應的處理，如可將發生故障的元器件拔出，待排除其存在的故障之后再對其進行電源測試。此時，在接入元器件時，其需認真檢查元器件的引腳連接是否正確以及檢查電源電壓是否處于正常狀態下，待確定電子電路所處的狀態為正常狀態時，其可再一次接通電源實行通電檢查。
2.3功能檢測
通常情況下，功能檢測也是不需要接入信號源的。在電子電路設計調試中，功能檢測的主要內容是檢測電路在靜態工作下的參數值，即主要是測試電路靜態的工作狀態，看其所顯示的相關數據是否合理。例如，在實際作業過程中檢測放大功能的元器件的工作狀態是否處于正常的放大區域內；檢測數字電子電路中的各個電路輸入端、輸出端的電瓶電壓值是否合理，以及檢測其內部的邏輯關系是否正常等；對于運算放大器來說，工作人員在檢查電路中的正、負電源之外，還需進一步檢查調零電路是否存在零點漂移的情況，以此保障整個電子電路的正常運行。此外，為了在一定程度上實現全面化的電子電路功能檢測，在進行功能檢測作業時還需在電路輸入端接入一定的幅度、頻率的信號源，與此同時可通過雙蹤示波器的運用來進一步觀察輸入、輸出信號的波形形狀、信號幅值、相位關系、頻率等相應的參數值，而檢測人員即可逐級對此進行全面地檢測。
2.4指標檢測
在經過前面幾個步驟的檢測作業之后，則可以基本上確定電子電路的正常運行狀況。其中，指標檢測是整個調試作業中的最后一個步驟，其主要是在前面三個步驟的基礎上對電子電路的應用效果進行一定的檢測。對于整個電子電路的設計來說，其首先便會具備一定的設計要求，而指標檢測作業的開展則是根據設計的實際需求對其中的相關性技術指標進行測試。在實際作業過程中，其可以通過準確地記錄測試數據來進行全面地分析與研究，以通過確定電子電路中的技術參數是否合格來實現指標檢測的目標。其中，如若相關參數標準存在不合格的現象，則相關人員需對整個電子電路設計圖紙進行再一次地分析與研究，以通過不斷開展調試作業來實現設計圖紙的合理性。
3結束語
綜上所述，在電子電路的設計過程中，人們應對電路的調試工作給予高度的重視，并需在實際作業過程中加強對電路的調試管理，以根據實際情況采取有效的調試方法，從而通過對電子電路進行有效性的調試管理來優化電子電路的設計質量，以在一定程度上實現電子電路的真正實效性設計。
參考文獻
[1]張泓.電子電路設計常用調試方法與步驟[J].電子技術與軟件工程，2016，24：124.
[2]王向東.淺談常用電子電路的設計和調試方法[J].科技與企業，2012，22：304.
[3]電子電路設計、安裝與調試完全指導[J].現代電子技術，2013，22：34.
電路設計的步驟范文第2篇
關鍵詞 分析設計法；電氣控制；原理圖
中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0124-01
1 分析設計法
分析設計法是根據生產機械對電氣控制的要求，收集、分析、參考國內外現有的同類生產機械的電氣控制電路，利用基本控制環節和典型控制單元電路，按各部分的作用和聯系組合起來，經過補充、修改和綜合處理，以滿足控制要求的完整電路。
1）設計主電路：按照產品設計要求，設計電動機的起動、運行、調速和制動的主電路。
2）設計控制電路：設計滿足主電路各電動機的運轉要求的控制電路。
3）特殊控制環節的設計：連接各單元環節構成滿足整機生產工藝要求，實現加工過程自動運行的控制電路。
4）輔助控制電路設計：對保護、聯鎖、檢測等控制環節的設計。
2 分析設計法的步驟
1）主電路設計：按照產品工藝，對電動機提出的起動、運轉和制動的要求，設計主電路。
2）基本控制電路設計：根據主電路運行的要求，設計出基本的控制電路。
3）特殊控制環節的設計：根據機構運行時的特殊要求，設計特殊控制環節。
4）聯鎖保護控制的設計。
5）綜合檢查、完善和簡化電路，必要時可通過實驗驗證。
3 分析設計法之設計舉例
橫梁升降機構的電氣控制設計：
1）主電路設計。橫梁升降機構控制：按照設計要求，分別由電動機M1，來拖動橫梁的升降。用電動機M2，來拖動橫梁的夾緊。并且按要求兩臺電機要實現正反轉控制，采用四只接觸器kM1、kM2、kM3、kM4分別控制兩臺電機正反轉，如圖1所示，為主電路。
圖1 主電路
2）控制電路基本環節的設計。橫梁的升降調整運動：采用四只接觸器kM1、kM2、kM3、kM4分別控制兩臺電機正反轉。用上升點動按鈕SB1和下降點動按鈕SB2，通過中間繼電器KA1和KA2實現對四只接觸器kM1、kM2、kM3和kM4的控制。如圖2所示。
圖2 基本控制電路
3）控制電路特殊環節的設計。橫梁上升運動：使夾緊電機M2先工作至橫梁放松后，M2停止工作，同時M1升降電機工作，帶動橫梁上升。橫梁下降運動：先放松再下降控制，下降結束后有短時回升運動，用斷電延時型時間繼電器kT進行控制。如圖3所示。
4）聯鎖保護控制的設計。限位保護，由行程開關SQ2上升限位，SQ3擰下降限位控制。互鎖保護：KA1控鍆上升與下降的互鎖，kA2控夾緊與放松互鐺。短路保護：由熔斷器FU1、FU2和FU3執行。經過上述多次修正，使橫梁升降電氣控制電路達到完善，如圖3所示。
圖3 修正后的橫梁升降電氣控制電路
4 結束語
分析設計法，步驟清晰，循序漸進，簡單易掌握。一張比較完善的電氣控制原理圖完成后，應反復審核電路工作情況，并安裝控制電路運行，發現問題及時修正電路，以滿足生產技術要求。
參考文獻
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[2]麥崇裔編著.電氣控制與技能練[M].電子工業出版社，2010.
電路設計的步驟范文第3篇
【關鍵詞】Pspice 模擬電子電路 電子電路設計
在電氣、電子、自動化、計算機等類型的專業中，模擬電子電路設計是基礎的技術課程，其理論知識較為抽象且電路的原理較為復雜，對于學生來說比較困難，教師也難以教好。本文提出將Pspice應用在模擬電子電路設計中，有了該軟件，就等于有了電路以及實驗室，完美地將理論與實踐結合，為教師和學生提供便利。
1 Pspice軟件概述
Pspice軟件由Schematics（電路模擬器）、Pspice（仿真軟件的數據處理器）、Probe（軟件的圖形后期處理器）、Stmed（產生信號的工具）、Parts（為器件建立模型的工具）和Pspice Optimizer（軟件的優化設置工具）等組成，能夠提供強大的電路圖繪制、電路模擬仿真、圖形后期處理等功能。
Pspice包括以下主要功能：直流特性分析，其中包囊直流靜態工作點分析、直流靈敏度分析、直流掃描分析以及直流小信號傳遞函數值分析；交流掃描分析，包括頻率特性分析和噪聲分析；瞬態特性分析；蒙特卡羅分析；溫度特性和參數掃描分析；最壞情況分析等。
在設計電子電路期間，以既定的功能及技術參數來制定設計方案，可以應用Pspice模擬和連接電路并檢測電路設計有無達到預期效果，也可以在計算機上對電路的結構和相關參數進行修改，不斷測試、觀察輸出的波形，直至達到設計要求，以便取得電路的最優技術指標，為電路設計的精準性評價提供便利。此外，還能夠分析容差、敏捷性、最壞狀況、溫度特性等，這些都是傳統的方法難以完成的，還能夠比較各種設計方案的優劣，方便選擇最優的方案，使電路設計最優化。
2 Pspice軟件的仿真實例
Pspice軟件在電子電路設計中的應用可以提高教學效率，仿真電路的步驟大致分為五步：第一，繪制電路圖；第二，分析電路的特性和仿真參數；第三，仿真測驗；第四，顯示仿真的結果；第五，分析并輸出相應的實驗結果。下面對Pspice軟件的仿真實例進行分析。
2.1 限幅電路的設計實驗
限幅電路的示意圖如圖1所示，二極管的型號為DIN4148，電阻為1kΩ，電源電壓為3伏特，當輸入電壓達到6sin wt的時候，電路要達到限制輸入電壓幅值的目的。
設置直流掃描分析以及瞬態分析，得出輸入電壓Ui以及輸出電壓U0的波形，如圖2所示，可見電路對輸入電壓幅值的限制效果。
在限幅電路的瞬態分析結果示意圖中可見（圖3），當輸入的電壓超出固定范圍時，超出的部分就會被截止，這樣就能使信號的電壓在一定的幅值內，防止電路受信號電壓的影響出現故障。
2.2 RC正弦振蕩電路設計實驗
RC振蕩電路在電子技術中得到廣泛應用，振蕩電路在自動進行振蕩的過程中，其達到平衡的條件所花費的時長極短，在課堂上，教師直接講授相關的理論會令學生難以在有限的課堂時間內理解并掌握，因為學生難以根據抽象的理論想象出波形。就此，將Pspice運用到其中，可以觀察出振蕩電路建立振蕩的過程以及振蕩器在穩定之后的波形，同時，可以改變電阻或電容，觀察其對振蕩電路會產生怎樣的影響，更加便捷、直觀地掌握振蕩電路的設計原理及運行原理。
3 總結
從上述的設計實驗中可知，在模擬電子電路設計中應用Pspice能夠使設計仿真的效果精準且直觀形象，為電子電路的設計提供極大便捷。Pspice是應用極廣的電路設計及分析軟件，具有繪制電路圖、模擬仿真電路、圖形后期處理等強大功能，在建立真實的電路之前，在該軟件上設計、繪制仿真電路，依據具體的需求來設置相應的參數，斷定電路設計是否科學、性能是否可靠、能否達到設計的要求、有無必要修改電路等，還可以對元件的變化會對電路造成怎樣的影響進行綜合評估，同時也能對一些電路的特性進行測量分析。總之，Pspice的應用能夠為電子電路的模擬仿真設計帶來很好的內外部條件，幫助設計者設計出最優電路，提高教師的教學效率和學生的掌握速率，從根本上減少成本支出，使電路設計最優化，提高電路性能的可靠性，是模擬電子電路設計中必不可少的仿真設計軟件。
參考文獻
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電路設計的步驟范文第4篇
計算機系統所要求解決的問題日趨復雜，與此同時，計算機系統本身的結構也越來越復雜。而復雜性的提高就意味著可靠性的降低，實踐經驗表明，要想使如此復雜的實時系統實現零出錯率幾乎是不可能的，因此人們寄希望于系統的容錯性能：即系統在出現錯誤的情況下的適應能力。對于如何同時實現系統的復雜性和可靠性，大自然給了我們近乎完美的藍本。人體是迄今為止我們所知道的最復雜的生物系統，通過千萬年基因進化，使得人體可以在某些細胞發生病變的情況下，不斷地進行自我診斷，并最終自愈。因此借用這一機理，科學家們研究出可進化硬件（EHW,EvolvableHardWare），理想的可進化硬件不但同樣具有自我診斷能力，能夠通過自我重構消除錯誤，而且可以在設計要求或系統工作環境發生變化的情況下，通過自我重構來使電路適應這種變化而繼續正常工作。嚴格地說，EHW具有兩個方面的目的，一方面是把進化算法應用于電子電路的設計中；另一方面是硬件具有通過動態地、自主地重構自己實現在線適應變化的能力。前者強調的是進化算法在電子設計中可替代傳統基于規范的設計方法；后者強調的是硬件的可適應機理。當然二者的區別也是很模糊的。本文主要討論的是EHW在第一個方面的問題。
對EHW的研究主要采用了進化理論中的進化計算（EvolutionaryComputing）算法,特別是遺傳算法（GA）為設計算法，在數字電路中以現場可編程門陣列（FPGA）為媒介，在模擬電路設計中以現場可編程模擬陣列（FPAA）為媒介來進行的。此外還有建立在晶體管級的現場可編程晶體管陣列（FPTA），它為同時設計數字電路和和模擬電路提供了一個可靠的平臺。下面主要介紹一下遺傳算法和現場可編程門陣列的相關知識，并以數字電路為例介紹可進化硬件設計方法。
1．1遺傳算法
遺傳算法是模擬生物在自然環境中的遺傳和進化過程的一種自適應全局優化算法，它借鑒了物種進化的思想，將欲求解問題編碼，把可行解表示成字符串形式，稱為染色體或個體。先通過初始化隨機產生一群個體，稱為種群，它們都是假設解。然后把這些假設解置于問題的“環境”中，根據適應值或某種競爭機制選擇個體（適應值就是解的滿意程度），使用各種遺傳操作算子（包括選擇，變異，交叉等等）產生下一代（下一代可以完全替代原種群，即非重疊種群；也可以部分替代原種群中一些較差的個體，即重疊種群），如此進化下去，直到滿足期望的終止條件，得到問題的最優解為止。
1．2現場可編程邏輯陣列(FPGA)
現場可編程邏輯陣列是一種基于查找表(LUT,LookupTable)結構的可在線編程的邏輯電路。它由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態，工作時需要對片內的RAM進行編程。當用戶通過原理圖或硬件描述語言（HDL）描述了一個邏輯電路以后，FPGA開發軟件會把設計方案通過編譯形成數據流，并將數據流下載至RAM中。這些RAM中的數據流決定電路的邏輯關系。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA能夠反復使用，灌入不同的數據流就會獲得不同的硬件系統，這就是可編程特性。這一特性是實現EHW的重要特性。目前在可進化電子電路的設計中，用得最多得是Xilinx公司的Virtex系列FPGA芯片。
2進化電子電路設計架構
本節以設計高容錯性的數字電路設計為例來闡述EHW的設計架構及主要設計步驟。對于通過進化理論的遺傳算法來產生容錯性，所設計的電路系統可以看作一個具有持續性地、實時地適應變化的硬件系統。對于電子電路來說，所謂的變化的來源很多，如硬件故障導致的錯誤，設計要求和規則的改變，環境的改變（各種干擾的出現）等。
從進化論的角度來看，當這些變化發生時，個體的適應度會作相應的改變。當進化進行時，個體會適應這些變化重新獲得高的適應度。基于進化論的電子電路設計就是利用這種原理,通過對設計結果進行多次地進化來提高其適應變化的能力。
電子電路進化設計架構如圖1所示。圖中給出了電子電路的設計的兩種進化，分別是內部進化和外部進化。其中內部進化是指硬件內部結構的進化，而外部進化是指軟件模擬的電路的進化。這兩種進化是相互獨立的，當然通過外部進化得到的最終設計結果還是要由硬件結構的變化來實際體現。從圖中可以看出，進化過程是一個循環往復的過程，其中是根據進化算法（遺傳算法）的計算結果來進行的。整個進化設計包括以下步驟：
（1）根據設計的目的，產生初步的方案，并把初步方案用一組染色體（一組“0”和“1”表示的數據串）來表示，其中每個個體表示的是設計的一部分。染色體轉化成控制數據流下載到FPGA上，用來定義FPGA的開關狀態，從而確定可重構硬件內部各單元的聯結，形成了初步的硬件系統。用來設計進化硬件的FPGA器件可以接受任意組合的數據流下載，而不會導致器件的損害。
（2）將設計結果與目標要求進行比較，并用某種誤差表示作為描述系統適應度的衡量準則。這需要一定的檢測手段和評估軟件的支持。對不同的個體，根據適應度進行排序，下一代的個體將由最優的個體來產生。
（3）根據適應度再對新的個體組進行統計，并根據統計結果挑選一些個體。一
部分被選個體保持原樣，另一部分個體根據遺傳算法進行修改，如進行交叉和變異，而這種交叉和變異的目的是為了產生更具適應性的下一代。把新一代染色體轉化成控制數據流下載到FPGA中對硬件進行進化。
（4）重復上述步驟，產生新的數代個體，直到新的個體表示的設計方案表現出接近要求的適應能力為止。
一般來說通過遺傳算法最后會得到一個或數個設計結果，最后設計方案具有對設計要求和系統工作環境的最佳適應性。這一過程又叫內部進化或硬件進化。
圖中的右邊展示了另一種設計可進化電路的方法，即用模擬軟件來代替可重構器件，染色體每一位確定的是軟件模擬電路的連接方式，而不是可重構器件各單元的連接方式。這一方法叫外部進化或軟件進化。這種方法中進化過程完全模擬進行，只有最后的結果才在器件上實施。
進化電子電路設計中，最關鍵的是遺傳算法的應用。在遺傳算法的應用過程中，變異因子的確定是需要慎重考慮的，它的大小既關系到個體變異的程度，也關系到個體對環境變化做出反應的能力，而這兩個因素相互抵觸。變異因子越大，個體更容易適應環境變化，對系統出現的錯誤做出快速反應，但個體更容易發生突變。而變異因子較小時，系統的反應力變差，但系統一旦獲得高適應度的設計方案時可以保持穩定。
對于可進化數字電路的設計，可以在兩個層面上進行。一個是在基本的“與”、“或”、“非”門的基礎上進行進化設計，一個是在功能塊如觸發器、加法器和多路選擇器的基礎上進行。前一種方法更為靈活，而后一種更適于工業應用。有人提出了一種基于進化細胞機（CellularAutomaton）的神經網絡模塊設計架構。采用這一結構設計時，只需要定義整個模塊的適應度，而對于每一模塊如何實現它復雜的功能可以不予理睬，對于超大規模線路的設計可以采用這一方法來將電路進行整體優化設計。
3可進化電路設計環境
上面描述的軟硬件進化電子電路設計可在圖2所示的設計系統環境下進行。這一設計系統環境對于測試可重構硬件的構架及展示在FPGA可重構硬件上的進化設計很有用處。該設計系統環境包括遺傳算法軟件包、FPGA開發系統板、數據采集軟硬件、適應度評估軟件、用戶接口程序及電路模擬仿真軟件。
遺傳算法由計算機上運行的一個程序包實現。由它來實現進化計算并產生染色體組。表示硬件描述的染色體通過通信電纜由計算機下載到有FPGA器件的實驗板上。然后通過接口將布線結果傳回計算機。適應度評估建立在儀器數據采集硬件及軟件上，一個接口碼將GA與硬件連接起來，可能的設計方案在此得到評估。同時還有一個圖形用戶接口以便于設計結果的可視化和將問題形式化。通過執行遺傳算法在每一代染色體組都會產生新的染色體群組，并被轉化為數據流傳入實驗板上。至于通過軟件進化的電子電路設計，可采用Spice軟件作為線路模擬仿真軟件，把染色體變成模擬電路并通過仿真軟件來仿真電路的運行情況，通過相應軟件來評估設計結果。
4結論與展望
進化過程廣義上可以看作是一個復雜的動態系統的狀態變化。在這個意義上，可以將“可進化”這一特性運用到無數的人工系統中，只要這些系統的性能會受到環境的影響。不僅是遺傳算法，神經網絡、人工智能工程以及胚胎學都可以應用到可進化系統中。雖然目前設計出的可進化硬件還存在著許多需要解決的問題，如系統的魯棒性等。但在未來的發展中，電子電路可進化的設計方法將不可避免的取代傳統的自頂向下設計方法，系統的復雜性將不再成為系統設計的障礙。另一方面，硬件本身的自我重構能力對于那些在復雜多變的環境，特別是人不能直接參與的環境工作的系統來說將帶來極大的影響。因此可進化硬件的研究將會進一步深入并會得到廣泛的應用而造福人類。
電路設計的步驟范文第5篇
關鍵詞：學分制；“數字電子技術”；項目式；教學研究
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）45-0194-04
一、引言
內蒙古農業大學積極推動本科教學，提出本科生的完全學分制教育，將“數字電子技術”課程的學時壓縮至54學時，留出更多的時間讓學生來主動學習和增強動手能力。筆者試圖在“數字電子技術”課程的基礎教學中增加一個項目式教學環節，它使學生自己通過設計和搭建一個實用電子產品雛形，鞏固和加深在“數字電子技術”課程中的理論基礎和實驗中的基本技能，訓練電子產品制作時的動手能力。這需要研究出適合學生動手實踐的項目，學生根據項目要求設計出符合要求的電路，從而掌握數字電路的一般設計方法和步驟，訓練并提高學生在文獻檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力，同時為畢業設計和畢業以后從事電子技術方面的科研和開發打下一定的基礎[1]。
二、項目式教學的目的
通過數字電子技術項目式教學，使學生能夠較全面地鞏固和應用“數字電子技術”課程中所學的基本理論和基本方法，并初步掌握小型數字系統設計的基本方法，能合理、靈活地應用各種標準集成電路（SSI、MSI、LSI等）器件實現規定的數字系統[2]。培養學生獨立思考、獨立準備資料、獨立設計規定功能的數字系統的能力，培養學生獨立進行實驗，包括電路布局、安裝、調試和排除故障的能力，培養學生書寫綜合設計實驗報告的能力[3]。
三、項目式教學的步驟
學生根據設計教師步驟的項目任務，從選擇設計方案開始，進行電路設計[4]；選擇合適的器件，畫出設計電路圖；通過安裝、調試，直至實現任務要求的全部功能，對電路要求布局合理，走線清晰，工作可靠，經驗收合格后，寫出完整的課程設計報告[5]。
1.總體方案選擇。設計電路的第一步就是選擇總體方案，就是根據提出的設計任務要求及性能指標，用具有一定功能的若干單元電路組成一個整體，來實現設計任務提出的各項要求和技術指標[6]。設計過程中，往往有多種方案可以選擇，應針對任務要求，查閱資料，權衡各方案的優缺點，從中選優。
2.單元電路的設計。（1）設計單元電路的一般方法和步驟：①根據設計要求和選定的總體方案原理圖，確定對各單元電路的設計要求，必要時應詳細擬定主要單元電路的性能指標。②擬定出各單元電路的要求后，對它們進行設計。③單元電路設計應采用符合的電平標準。（2）元器件的選擇。針對數字電路的課程設計，在搭建單元電路時，對于特定功能單元選擇主要集成塊的余地較小。比如時鐘電路選555，轉換電路選0809，譯碼及顯示驅動電路也都相對固定。但由于電路參數要求不同，還需要通過選擇參數來確定集成塊型號。一個電路設計，單用數字電路課程內容是不夠的，往往同時摻有線性電路元件和集成塊，因此還需熟悉相應內容，比如運算放大器的種類和基本用法、集成比較器和集成穩壓電路的特性和用法。總之，構建單元電路時，選擇器件的電平標準和電流特性很重要。普通的門電路、時序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產生電路、數模和模數轉換電路、采樣和存儲電路等，參數選擇恰當可以發揮其性能并節約設計成本。
單元電路設計過程中，阻容元件的選擇也很關鍵。它們的種類繁多，性能各異。優選的電阻和電容輔助于數字電路的設計可以使其功能多樣化、完整化。
3.單元電路調整與連調。數字電路設計以邏輯關系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關系與它們之間的正確傳遞決定了設計內容的成敗。具體步驟要求每一個單元電路都須經過調整，有條件的情況下可應用邏輯分析儀進行測試，確保單元正確。各單元之間的匹配連接是設計的最后步驟，主要包含兩方面，分別是電平匹配和驅動電流匹配。它也是整個設計成功的關鍵一步。
4.衡量設計的標準。工作穩定可靠；能達到預定的性能指標，并留有適當的余量；電路簡單，成本低，功耗低；器件數目少，集成體積小，便于生產和維護。
5.課程設計報告要求。課程設計報告應包括以下內容：對設計課題進行簡要闡述；設計任務及其具體要求；總體設計方案方框圖及各部分電路設計（含各部分電路功能、輸入信號、輸出信號、電路設計原理圖及其功能闡述、所選用的集成電路器件等）；整機電路圖（電路圖應用標準邏輯符號繪制，電路圖中應標明接線引出端名稱、元件編號等）；器件清單；調試結果記錄；課程設計報告應內容完整、字跡工整、圖表整齊、數據翔實。
四、項目式教學實例
1.實例簡述。為了確保十字路口的車輛順利、暢通地通過，往往都采用自動控制的交通信號燈來進行指揮。其中紅燈（R）亮表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；綠燈（G）亮表示允許通行。交通燈控制器的系統框圖如圖1所示。
2.設計任務和要求。設計一個十字路通信號燈控制器，其要求如下。
（1）滿足如圖2的順序工作流程。圖中設南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR、NSY、NSG，東西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR、EWY、EWG。它們的工作方式，有些必須是并行進行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。
（2）應滿足兩個方向的工作時序，即東西方向亮紅燈時間應等于南北方向亮黃、綠燈時間之和，南北方向亮紅燈時間應等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。時序工作流程圖見圖3所示，假設每個單位時間為3秒，則南北、東西方向綠、黃、紅燈亮的時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環為36秒。其中紅燈亮的時間為綠、黃燈亮的時間之和，黃燈是間歇閃耀。
（3）十字路口要有數字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當某方向綠燈亮時，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數方式工作，直至減到數為“0”，十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環結束，而進入下一步某方向的工作循環。
（4）可以手動調整和自動控制，夜間為黃燈閃耀。
（5）在完成上述任務后，可以對電路進行以下幾方面的電路改進或擴展。①在某一方向（如南北）為十字路口主干道，另一方向（如東西）為次干道，主干道由于車輛、行人多，而次干道的車輛、行人少，所以主干道綠燈亮的時間可以選定為次干道綠燈亮的時間的2倍或3倍。②用LED發光二極管模擬汽車行駛電路。當某一方向綠燈亮時，這一方向的發光二極管接通，并一個一個向前移動，表示汽車在行駛；當遇到黃燈亮時，移位發光二極管就停止，而過了十字路口的移位發光二極管繼續向前移動；紅燈亮時，則另一方向轉為綠燈亮，那么，這一方向的LED發光二極管就開始移位（表示這一方向的車輛行駛）。
3.可選用器材。①通用實驗底板；②直流穩壓電源；③交通信號燈及汽車模擬裝置；④集成電路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及門電路；⑤顯示：LC5011-11，發光二極管；⑥電阻；⑦開關。
4.設計方案提示。根據設計任務和要求，參考交通燈控制器的邏輯電路，設計方案可以從以下幾部分進行考慮。
（1）秒脈沖和分頻器。因十字路口每個方向綠、黃、紅燈所亮時間比例分別為5∶1∶6，所以，若選4秒（也可以3秒）為一個單位時間，則計數器每計4秒輸出一個脈沖，這一電路就很容易實現。邏輯電路參考前面有關課題。
（2）交通燈控制器。計數器每次工作循環周期為12，所以可以選用12進制計數器。計數器可以用單觸發器組成，也可以用中規模集成計數器。這里我們選用中規模74LS164八位移位寄存器組成扭環形12進制計數器。扭環形計數器的狀態表如表1所示。
由于黃燈要求閃耀幾次，所以用時標1s和EWY或NSY黃燈信號相“與”即可。
（3）顯示控制部分。顯示控制部分實際上是一個定時控制電路。當綠燈亮時，使減法計數器開始工作（用對方的紅燈信號控制），每來一個秒脈沖，使計數器減1，直到計數器為“0”而停止。譯碼顯示可用74LS248 BCD碼七段譯碼器，顯示器用LC5011-11共陰極LED顯示器，計數器材用可預置加、減法計數器，如74LS168、74LS193等。
（4）手動/自動控制、夜間控制。這可以用一個選擇開關進行。置開關在手動位置，輸入單次脈沖，可使交通燈在某一位置上，開關在自動位置時，則交通信號燈按自動循環工作方式運行。夜間時，將夜間開關接通，黃燈閃亮。
（5）汽車模擬運行控制。用移位寄存器組成汽車模擬控制系統，即當某一方向綠燈亮時，則綠燈亮“G”信號使該路方向的移位通路打開，而當黃、紅燈亮時，則使該方向的移位停止。如圖4所示，為南北方向汽車模擬控制電路。
五、結語
項目教學法主張先練后講、先學后教，強調學生的自主學習，主動參與，從嘗試入手，從練習開始，調動學生學習的主動性、創造性、積極性等，學生唱“主角”，而教師轉為“配角”，實現了教師角色的換位，有利于加強對學生自學能力、創新能力的培養。筆者就多個方面對項目教學法進行了嘗試性的研究與實踐，也取得了非常好的效果。
參考文獻：
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[6]鄭潔.“數字電子技術”課程實施研究性教學的探索[J].電氣電子教學學報，2007，（06）：94-96.
