導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電路設(shè)計步驟與方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關(guān)鍵詞】電子電路設(shè)計；調(diào)試方法；步驟

當(dāng)前，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，我國的電子行業(yè)已在市場經(jīng)濟領(lǐng)域中得到了大規(guī)模的發(fā)展，同時也得到了廣泛的應(yīng)用。其中，對于電子設(shè)備來說，電子電路的設(shè)計是其中的一個關(guān)鍵性內(nèi)容，為了有效地滿足社會對電子行業(yè)的需求，人們對電子電路的設(shè)計質(zhì)量也提出了更高的要求，而電力的調(diào)試工作作為電子電路設(shè)計中的一個核心內(nèi)容，重視和完善電路的調(diào)試工作便顯得尤為重要，其對優(yōu)化電子電路的設(shè)計質(zhì)量具有非常重要的影響。

1電子電路設(shè)計常用的調(diào)試方法

電子電路設(shè)計常用的調(diào)試方法主要有兩種，即分別為分塊調(diào)試法和整體調(diào)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(diào)試法

在進行電子電路設(shè)計時，分塊調(diào)試法的應(yīng)用主要是將整個電子電路按照一定的規(guī)律分成不同類型的模塊，然后再對每個模塊進行調(diào)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(diào)試。其中，在實際調(diào)試作業(yè)過程中，為了保障電子電路分塊的科學(xué)合理性以及調(diào)試工作的正常開展，相關(guān)工作人員應(yīng)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(diào)試過程中應(yīng)嚴(yán)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(yè)，以更加有效地完成對電子電路的調(diào)試。此外，分塊調(diào)試法還適用于邊安裝邊調(diào)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(yīng)的調(diào)試工作。與在電子電路安裝完畢之后再進行分塊調(diào)試的模式相比較的話，雖然該調(diào)試方式會在一定程度上增加調(diào)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(fā)現(xiàn)其間可能存在的故障模塊，且當(dāng)電子電路安裝完畢之后，與之相對應(yīng)的調(diào)試作業(yè)也便同時完成了。在實際作業(yè)過程中，分塊調(diào)試法常被普遍應(yīng)用于較小的電路中。

1.2整體調(diào)試法

與分塊調(diào)試法不同，整體調(diào)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(diào)試，而并不對每一模塊進行單獨地調(diào)試。一般情況下，整體調(diào)試法常被應(yīng)用于結(jié)構(gòu)簡單的電子電路中，但其也可以取得良好的調(diào)試效果，尤其是對于一些無法分塊調(diào)試的產(chǎn)品來說，整體調(diào)試法的應(yīng)用在其中具有著極其重要的意義。

2電子電路設(shè)計常用的調(diào)試步驟

在對整個電子電路進行調(diào)試的作業(yè)時，相關(guān)工作人員需掌握具體的調(diào)試方法和調(diào)試步驟，以保證調(diào)試工作的正常開展。其中，在進行電子電路調(diào)試工作之前，其需做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。①工作人員需準(zhǔn)備好相關(guān)性的技術(shù)文件，這是保證調(diào)試工作正常運行的首要內(nèi)容，如準(zhǔn)備好電子電路的線路圖、電力系統(tǒng)的設(shè)計原理、設(shè)計說明書等文件，這些重要的文件都可以為調(diào)試工作提供良好的理論依據(jù)。②在進行調(diào)試工作時，其也需要借助相應(yīng)的儀器設(shè)備，因此工作人員需準(zhǔn)備好相應(yīng)的使用儀器。一般情況下，調(diào)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(fā)生器等，因此在進行電路調(diào)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(diào)試工作。除此之外，在準(zhǔn)備好相應(yīng)的儀器設(shè)備后，工作人員還需檢查儀器是否完好。③調(diào)試場地的準(zhǔn)備也是調(diào)試工作中的一個重要內(nèi)容，工作人員需做好調(diào)試場地的準(zhǔn)備工作，如保證場地的清潔、無漏電風(fēng)險等。在做好相應(yīng)的電子電路調(diào)試前的準(zhǔn)備工作之后，則需開始進行具體的調(diào)試步驟。一般情況下，電子電路設(shè)計常用的調(diào)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(biāo)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(shè)計調(diào)試作業(yè)中，開展線路檢查的內(nèi)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(yè)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(zhì)量，相關(guān)檢查人員可根據(jù)電路的設(shè)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(yīng)的標(biāo)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(xiàn)漏查的現(xiàn)象。②線路檢查還需對元器件的連接方式進行相應(yīng)的檢查，此時在作業(yè)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(yè)中，工作人員可以運用數(shù)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(shè)計圖紙的相對應(yīng)，而通過觀察則可及時發(fā)現(xiàn)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(yè)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(xiàn)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(xù)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(xiàn)發(fā)熱、發(fā)燙的情況，因此當(dāng)觀察到通電檢查中存在任何的異常情況時，相關(guān)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(jù)實際發(fā)生故障的位置進行相應(yīng)的處理，如可將發(fā)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(rèn)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(tài)下，待確定電子電路所處的狀態(tài)為正常狀態(tài)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(shè)計調(diào)試中，功能檢測的主要內(nèi)容是檢測電路在靜態(tài)工作下的參數(shù)值，即主要是測試電路靜態(tài)的工作狀態(tài)，看其所顯示的相關(guān)數(shù)據(jù)是否合理。例如，在實際作業(yè)過程中檢測放大功能的元器件的工作狀態(tài)是否處于正常的放大區(qū)域內(nèi)；檢測數(shù)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(nèi)部的邏輯關(guān)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(fù)電源之外，還需進一步檢查調(diào)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(xiàn)全面化的電子電路功能檢測，在進行功能檢測作業(yè)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(guān)系、頻率等相應(yīng)的參數(shù)值，而檢測人員即可逐級對此進行全面地檢測。

2.4指標(biāo)檢測

在經(jīng)過前面幾個步驟的檢測作業(yè)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(biāo)檢測是整個調(diào)試作業(yè)中的最后一個步驟，其主要是在前面三個步驟的基礎(chǔ)上對電子電路的應(yīng)用效果進行一定的檢測。對于整個電子電路的設(shè)計來說，其首先便會具備一定的設(shè)計要求，而指標(biāo)檢測作業(yè)的開展則是根據(jù)設(shè)計的實際需求對其中的相關(guān)性技術(shù)指標(biāo)進行測試。在實際作業(yè)過程中，其可以通過準(zhǔn)確地記錄測試數(shù)據(jù)來進行全面地分析與研究，以通過確定電子電路中的技術(shù)參數(shù)是否合格來實現(xiàn)指標(biāo)檢測的目標(biāo)。其中，如若相關(guān)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在不合格的現(xiàn)象，則相關(guān)人員需對整個電子電路設(shè)計圖紙進行再一次地分析與研究，以通過不斷開展調(diào)試作業(yè)來實現(xiàn)設(shè)計圖紙的合理性。

3結(jié)束語

綜上所述，在電子電路的設(shè)計過程中，人們應(yīng)對電路的調(diào)試工作給予高度的重視，并需在實際作業(yè)過程中加強對電路的調(diào)試管理，以根據(jù)實際情況采取有效的調(diào)試方法，從而通過對電子電路進行有效性的調(diào)試管理來優(yōu)化電子電路的設(shè)計質(zhì)量，以在一定程度上實現(xiàn)電子電路的真正實效性設(shè)計。

參考文獻

[1]張泓.電子電路設(shè)計常用調(diào)試方法與步驟[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016，24：124.

[2]王向東.淺談常用電子電路的設(shè)計和調(diào)試方法[J].科技與企業(yè)，2012，22：304.

[3]電子電路設(shè)計、安裝與調(diào)試完全指導(dǎo)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，22：34.

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關(guān)鍵詞：可靠性仿真技術(shù)；課改要求；任務(wù)驅(qū)動；電路設(shè)計

1基于可靠性仿真技術(shù)的電路設(shè)計需求分析

基于可靠性仿真技術(shù)的電路設(shè)計主要是以虛擬儀器設(shè)備替代現(xiàn)實電子元器件，從而為電子電路的實踐教學(xué)提供有效支撐，從而更好了踐行“理實一體化”的教學(xué)理念，促進學(xué)生實踐技能的提升，促使課程回歸教學(xué)的本質(zhì)。1.1實踐性教學(xué)開展的內(nèi)在需求?；诳煽啃苑抡婕夹g(shù)的電路設(shè)計，學(xué)生可以參與擬訂設(shè)計方案、仿真模擬等環(huán)節(jié)，從電路的設(shè)計方案、仿真模擬等環(huán)節(jié)，能夠?qū)⒒逎y懂的理論知識與實踐知識相結(jié)合，幫助學(xué)生提升實踐技能。1.2實現(xiàn)層次化和差異化教學(xué)的必然選擇。關(guān)涉電路設(shè)計的技術(shù)型教學(xué)內(nèi)容涉及的元器件較為繁雜，且不同元器件性能、參數(shù)、封裝形式、價格、功耗等存在較大區(qū)別，在教學(xué)過程中需要反復(fù)的實驗、測試，這增加了設(shè)備投資成本，而且因為學(xué)生個性化差異，學(xué)習(xí)、接受能力各不相同，加之電子元器件復(fù)雜程度的不同，應(yīng)該據(jù)此分層次設(shè)定目標(biāo)，以貼近生活、學(xué)生所喜愛的教學(xué)內(nèi)容，以“任務(wù)驅(qū)動”的形式引導(dǎo)學(xué)生進入知識和技能的學(xué)習(xí)，但這勢必增加電子元器件的投入，而仿真模擬電路的設(shè)計可以利用仿真軟件呈現(xiàn)電子電路的操作面板和功能，并通過交互式操作完成相應(yīng)測試任務(wù)，不僅滿足了教學(xué)需求，而且控制了教學(xué)成本。

2基于可靠性仿真技術(shù)的電路設(shè)計方案

2.1電路設(shè)計的整體流程?？煽啃苑抡婕夹g(shù)可以檢驗電路存在的故障并發(fā)現(xiàn)設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，從而有針對性的進行改進，為了遵循由簡入繁的原則，以有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和積極性，本文以典型電路電源模塊設(shè)計為例，設(shè)計過程中首先應(yīng)該進行可靠性仿真實驗，其具體的流程如圖1所示。2.2電路設(shè)計的具體步驟。2.2.1設(shè)計信息采集。為了實現(xiàn)電源電路的優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)詳細(xì)搜集其應(yīng)用環(huán)境和使用方法等信息，具體包含所采用的元器件、原材料特性2.2.2數(shù)字樣機建模。電路設(shè)計中數(shù)字樣機建模須采用專業(yè)軟件實現(xiàn)，但因為學(xué)生學(xué)習(xí)、接受能力存在差異，應(yīng)該目標(biāo)層次，將設(shè)計過程進行分解，并以“任務(wù)驅(qū)動”的形式，將不同設(shè)計知識分配到各個任務(wù)之中，讓學(xué)生通過分步設(shè)計完成理論知識的實踐應(yīng)用，由此才能確保電路設(shè)計學(xué)習(xí)的效果，通常存在熱設(shè)計信息和振動設(shè)計信息兩類建模方式，具體的建模步驟為：首先根據(jù)將所獲取的電路信息進行簡化，完成CAD數(shù)字樣機模型的構(gòu)建，并依據(jù)熱設(shè)計信息建立CFD數(shù)字樣機模型，而后依據(jù)振動設(shè)計信息建立FEA數(shù)字樣機模型。其次，為確保CFD數(shù)字樣機與物理樣機的一致性，須對其進行修正與驗證，利用對電源模塊工作狀態(tài)熱測量的方式，獲取其關(guān)鍵元器件點溫度測試數(shù)據(jù)，并根據(jù)所得結(jié)果修正電源模塊CFD數(shù)字樣機的邊界條件、期間參數(shù)，由此實現(xiàn)對CFD數(shù)字樣機的修正。再次，同理，也須采用相同的方法對FED數(shù)字樣機進行修正，且測試過程中，應(yīng)該在約束條件下對電源模塊重點部位，關(guān)鍵元器件進行模態(tài)分析，并依據(jù)結(jié)果完成修正。2.2.3應(yīng)力分析。溫度應(yīng)力分析選用MentorGraphics公司的FloTherMV90分析計算電源模塊CFD數(shù)字樣機模型，經(jīng)過分析可知，電源模塊設(shè)計中如元器件排布不合理，則會導(dǎo)致電路設(shè)計存在熱分布過度集中的缺陷。分析中，平臺環(huán)境溫度70℃設(shè)定為第一參考溫度條件，電源模塊表層軍溫度72℃設(shè)為第二參考溫度條件，經(jīng)過分析，為電源模塊所在分級提供5V工作電源的功率器區(qū)域，是熱分布較集中的部位，需要修正電路設(shè)計方案。而對于振動應(yīng)力分析，則選用ANSYS公司的ANSYSWorkbench12.1分析計算電源模塊FEA數(shù)字樣機模型，分析結(jié)果顯示，電源模塊中元器件數(shù)量和重量排布、安裝方式設(shè)計不合理，使得電源模塊產(chǎn)生局部共振的設(shè)計問題，應(yīng)該據(jù)此進行及時修正，以優(yōu)化電路設(shè)計。

3結(jié)束語

本文將可靠性仿真技術(shù)引入電路設(shè)計之中，將電路細(xì)化分類，并根據(jù)學(xué)生個體差異由簡入繁、逐步引導(dǎo)，實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)的分層實現(xiàn)，也將培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能真正落實到實處。

作者:宋月麗 劉立軍 單位:遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

參考文獻

[1]王朝新,任斌,陳潔,董緒.基于虛擬實驗平臺的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計開發(fā)與仿真[J].電子設(shè)計工程,2012,14:44-47.

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關(guān)鍵詞：繪制原理圖；PCB設(shè)計；方法

中圖分類號：G642.4 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）17-0251-02

一、導(dǎo)言

隨著電子產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，用Protel軟件設(shè)計電路和PCB成為電子專業(yè)學(xué)生必備的技能之一。Protel99SE功能強大，能進行原理圖繪制、電路仿真、PCB設(shè)計、PLD設(shè)計、各類報表等工作。本文將以FM收音機電路設(shè)計為例，講述Protel 99SE在PCB設(shè)計中的應(yīng)用。

1.電路原理圖設(shè)計的一般步驟[1]。電路原理圖設(shè)計通常有以下六個步驟，即啟動Protel99SE原理圖編輯器、設(shè)置圖紙大小和版面、放置元器件、對放置的元器件布局布線、對布局布線進行調(diào)整、保存文檔并打印輸出。

2.PCB的設(shè)計步驟。印制電路板圖（PCB）的設(shè)計由七個步驟構(gòu)成，即繪制電路原理圖、創(chuàng)建PCB文檔、規(guī)劃電路板、裝元器件封裝庫及網(wǎng)絡(luò)表、元器件的布局、布線、文檔保存與輸出。

二、印制電路板設(shè)計實例――FM收音機電路設(shè)計

1.FM收音機原理圖設(shè)計。原理圖設(shè)計是PCB設(shè)計的基礎(chǔ)，原理圖的正確是電路板布局布線的前提。①創(chuàng)建原理圖設(shè)計文件，在Protel 99SE主菜單欄File菜單中選擇子菜單New，在“New Design Database”對話框中設(shè)置數(shù)據(jù)庫的名稱“FM收音機電路設(shè)計.ddb”和保存路徑，完成創(chuàng)建。在新建數(shù)據(jù)庫中單擊主菜欄File中的New…，選擇“Schematic Document”圖標(biāo)，生成一個原理圖設(shè)計文件，命名為“FM收音機.Sch”。②設(shè)置圖樣參數(shù)，F(xiàn)M收音機電路圖采用A4號圖紙。單擊主菜單欄的Design菜單，在彈出下拉菜單中選擇Option…選項，將默認(rèn)的圖樣幅面“B”改為“A4”。③放置元器件，在Libraries選項中選擇所需的元器件庫，并選定元器件，雙擊元器件名，然后單擊鼠標(biāo)左鍵放置元器件，可以多次放置。值得注意的是，在FM收音機電路設(shè)計中，現(xiàn)有的庫中不提供SC1088，需要自己制作該元器件。④放置連線和節(jié)點，然后在連線工具欄中單擊按鈕，在連線的起點處單擊鼠標(biāo)左鍵，拖動鼠標(biāo)至另一元器件的引腳，再次單擊鼠標(biāo)左鍵，完成此連線的繪制。如果連線相交，則需要添加節(jié)點，單擊連線工具欄中的按鈕，在需要添加節(jié)點的位置單擊鼠標(biāo)左鍵，完成節(jié)點的設(shè)置[2]。⑤放置電源和接地符號，放置電源和接地符號有兩種方式，即通過菜單Place＼＼Power Port，或者使用連線工具欄（Wiring Tools）中的按鈕。⑥編輯元器件屬性，根據(jù)電路原理圖的需要，設(shè)置元器件名稱、封裝和參數(shù)等相關(guān)屬性。完成以上步驟，原理圖繪制完畢，如圖1所示。⑦保存文件，繪制完畢后，執(zhí)行菜單命令File＼＼Save，保存文件。

2.檢查原理圖電氣規(guī)則。使用Protel 99 SE的電氣規(guī)則，即執(zhí)行菜單命令Tool/ ERC，進行電氣規(guī)則檢查。發(fā)現(xiàn)錯誤，根據(jù)錯誤信息改正。

3.創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表。網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖和PCB之間的橋梁。執(zhí)行菜單命令Design/ Create Netlist，生成與原理圖同名的文件，其擴展名為“.NET”。

4.印刷電路板的設(shè)計。①進入印刷電路板設(shè)計界面，執(zhí)行菜單File/New命令，選擇PCB Document圖標(biāo)，新建PCB設(shè)計文檔，命名為“FM收音機.PCB”。②規(guī)劃電路板，在“FM收音機.PCB”工作界面中選取KeepOut Layer，執(zhí)行Track命令，繪制FM收音機電路的邊框，其形狀為矩形，大小為80mmΧ60mm。③設(shè)置設(shè)計規(guī)則的相關(guān)參數(shù)，執(zhí)行菜單命令Design/Rules，選擇Routing按鈕。在Rules Classes中根據(jù)電路板設(shè)計要求設(shè)置參數(shù)[3]?！癋M收音機電路”PCB板的設(shè)計要求如下：信號層為Top Layer和Bottom Layer，無電源層。頂層布線形態(tài)為“Horizontal”，底層布線形態(tài)為“Vertical”；過孔（Via）設(shè)置為穿透式過孔；元件安裝方式為貼片式（SMT），可以雙面布局；布線寬度（Width）設(shè)置為8～12mil，推薦寬度為10mil；過孔、布線安全間距（Clearance）采用默認(rèn)設(shè)置；增加+3V、GND網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，將布線寬度設(shè)置為20～100mil；推薦寬度為40mil。④加載元件封裝庫，執(zhí)行菜單命令Design/Add/Remove Library，在彈出的對話框中選取對應(yīng)的元件封裝庫。如果有自制的封裝，也要將封裝所在的庫添加到庫中。⑤裝載網(wǎng)絡(luò)表，執(zhí)行菜單Design/Load Nets…命令，選擇“FM收音機.Net”文件。如果顯示無錯誤，單擊Execute按鈕完成網(wǎng)絡(luò)表的裝載。⑥元器件布局，Protel 99SE支持自動布局和手動布局。執(zhí)行菜單命令Tools/Auto Placement/Auto Placer 可以自動布局。FM收音機布局如圖2所示。⑦自動布線，執(zhí)行菜單命令A(yù)uto Routing/All，并在彈出的窗口中單擊Route all 按鈕，開如對PCB進行自動布線。FM收音機電路板布線圖如圖3所示。⑧手工調(diào)整，自動布線結(jié)束后，可能存在一些令人不滿意的地方。運用手工調(diào)整，將PCB設(shè)計得更完美。⑨打印輸出PCB，執(zhí)行菜單命令File/Print/Preview，生成“FM收音機.PPC”。然后執(zhí)行菜單命令File/print，打印出PCB圖。

三、結(jié)語

隨著電子產(chǎn)品的新發(fā)展，印制電路板的設(shè)計會日趨復(fù)雜。運用Protel設(shè)計電路在提高原理圖和PCB設(shè)計效率的同時，其強大的規(guī)則設(shè)置也保證了電子產(chǎn)品的可靠性。

參考文獻：

[1]張輝.Protel 99SE項目式教程[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2014.

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【關(guān)鍵詞】EDA技術(shù);QuartusⅡ;電子設(shè)計;VHDL

1.引言

集成電路設(shè)計不斷向超大規(guī)模、低功率、超高速方向發(fā)展，其核心技術(shù)是基于EDA技術(shù)的現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)。EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計自動化）技術(shù)，以集成電路設(shè)計為目標(biāo)，以可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）為載體，以硬件描述語言（VHDL、VerilogHDL）為設(shè)計語言，以EDA軟件工具為開發(fā)環(huán)境，利用強大計算機技術(shù)來輔助人們自動完成邏輯化和仿真測試，直到既定的電子產(chǎn)品的設(shè)計完成。其融合了，大規(guī)模集成電路制造技術(shù)、計算機技術(shù)、智能化技術(shù)，可以進行電子電路設(shè)計、仿真，PCB設(shè)計，CPLD/FPGA設(shè)計等。簡言之，EDA技術(shù)可概括為在開發(fā)軟件（本文用QuartusⅡ）環(huán)境里，用硬件描述語言對電路進行描述，然后經(jīng)過編譯、仿真、修改環(huán)節(jié)后，最終下載到設(shè)計載體（CPLD、FPGA）中，從而完成電路設(shè)計的新技術(shù)。

以EDA技術(shù)為核心的現(xiàn)代電子設(shè)計方法和傳統(tǒng)的電子設(shè)計方法相比有很大的優(yōu)點，兩種設(shè)計方法的流程如下圖：

圖1 傳統(tǒng)電子設(shè)計流程圖

圖2 基于EDA的現(xiàn)代電子設(shè)計流程圖

比較兩種設(shè)計方法，基于EDA技術(shù)的現(xiàn)在電子設(shè)計方法采用自上而下的設(shè)計方法，系統(tǒng)設(shè)計的早期便可進行逐層仿真和修改，借助計算機平臺，降低了電路設(shè)計和測試的難度，極大程度地縮短了電子產(chǎn)品的設(shè)計周期、節(jié)約了電子產(chǎn)品的設(shè)計成本。DEA技術(shù)極大的促進了現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，已成為現(xiàn)代電子技術(shù)的核心。

2.QuartusⅡ軟件開發(fā)環(huán)境介紹

QuartusⅡ軟件是Alter公司開發(fā)的綜合性EDA工具軟件，提供了強大的電子設(shè)計功能，充分發(fā)揮了FPGA、CPLD和結(jié)構(gòu)化ASIC的效率和性能，包含自有的綜合器及仿真器，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL等多種設(shè)計輸入，把設(shè)計、布局布線和驗證功能以及第三方EDA工具無縫的集成在一起。QuartusⅡ與Alter公司的上一代設(shè)計工具MAX+plusⅡ具有一定的相似性，和繼承性。使熟悉MAX+plusⅡ開發(fā)環(huán)境的設(shè)計人員可以快速熟練應(yīng)用。相比之下，QuartusⅡ軟件功能更為強大、設(shè)計電路更為便捷，支持的器件更多。增強了自動化程度，縮短了編譯時間，提升了調(diào)試效率。從而縮短了電子產(chǎn)品的設(shè)計周期。利用QuartusⅡ軟件進行電子電路設(shè)計流程如圖3所示。

圖3 QuartusⅡ設(shè)計流程圖

3.在QuartusⅡ環(huán)境下的EDA方法設(shè)計實例

下面本文在QuartusⅡ環(huán)境下，以下降沿D觸發(fā)器的設(shè)計為例來說明基于EDA技術(shù)的現(xiàn)代電子設(shè)計方法（本文以QuartusⅡ9.0為例）。

3.1 在計算機上安裝QuartusⅡ9.0版本軟件

QuartusⅡ9.0對計算機硬件配置要求不高，現(xiàn)階段的主流配置完全可以滿足其要求。QuartusⅡ9.0安裝過程很簡單，按照提示操作即可。

3.2 D觸發(fā)器功能分析

從D觸發(fā)器真值表可以看出，當(dāng)時鐘信號clk不論是高電平還是低電平，其輸出q的狀態(tài)都保持不變，當(dāng)時鐘信號clk由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，輸出信號q和輸入信號d的狀態(tài)相同。

表1 D觸發(fā)器真值表

輸入d 時鐘clk 輸出q

× 0 不變

× 1 不變

0 下降沿 0

1 下降沿 1

3.3 D觸發(fā)器的VHDL描述設(shè)計

下面給出D觸發(fā)器的VHDL描述：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity dff1 is

port（d，clk：in std_logic;

q：out std_logic）;

end dff1;

architecture bhv of dff1 is

begin

process（clk）

begin

if clk='1' then

q<=d;

end if;

end process;

end bhv;

上面程序在QuartusⅡ9.0環(huán)境下，經(jīng)保存后進行編譯，然后可進行波形仿真。

3.4 設(shè)計仿真

VHDL描述程序編譯后，建立矢量波形文件，之后可以進行波形仿真，得到如下波形仿真圖（如圖4所示）：

圖4 D觸發(fā)器仿真波形圖

此仿真波形符合D觸發(fā)器真值表，說明電路設(shè)計正確。如果波形仿真不符合真值表，說明電路設(shè)計有問題，此時可以回到3.3步驟修改VHDL描述程序，直至仿真結(jié)果正確為止。

波形仿真正確后，可得出相應(yīng)的邏輯電路圖，D觸發(fā)器電路圖（如圖5所示）如下：

圖5 D觸發(fā)器邏輯電路圖

3.5 配置下載測試

整個電路設(shè)計、編譯仿真無誤后，按照FPGA開發(fā)板說明書進行引腳鎖定，重新進行編譯后，然后通過下載電纜線，將產(chǎn)生的sof文件下載至FPGA中，對電路進行測試、驗證，完成電路的最終設(shè)計。

4.結(jié)束語

本文以QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境下的實際電路設(shè)計為例，介紹了基于EDA技術(shù)的現(xiàn)代電子設(shè)計方法。通過設(shè)計過程可知，DEA技術(shù)在現(xiàn)代電子電路設(shè)計中的重要性。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的信息時代，EDA技術(shù)也在不斷發(fā)展。電子產(chǎn)品設(shè)計者有必要熟練掌握硬件描述語言、可編程邏輯器件以及各種主流軟件開發(fā)環(huán)境，這樣才可以在最短的時間內(nèi)完成高質(zhì)量的電子產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)。

參考文獻

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[2]劉江海.EDA技術(shù)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009.

篇5

因此，首先需要得到晶體管的輸入輸出曲線。在ADS中，輸入輸出關(guān)系是通過對晶體管做直流掃描得到的。實驗步驟是先建立一個新的工程項目（Project）和一個新的設(shè)計（Design），然后選擇晶體管直流工作點掃描模板（ADS中常用的功能都做成了模板，可以直接調(diào)用），并在其提供的元器件庫中選擇合適的元件，加入到模板中，如圖1所示。其次，需要設(shè)定晶體管的工作范圍，就是IBB和VCE的范圍，可以通過掃描參數(shù)設(shè)置得到，如圖2所示。

本例中，IBB的掃描范圍是從20uA到100uA，掃描步長為10uA。VCE的掃描范圍從0V到5V，掃描步長為0.1V。當(dāng)掃描參數(shù)確定后，點擊仿真按鈕，就會產(chǎn)生圖3的輸入輸出曲線。圖3所示的輸入輸出關(guān)系曲線與課本上的曲線幾乎是一致的，它表明在不同的基極電流IBB作用下，集電極電流IC與集射電壓VCE的關(guān)系。通過輸入輸出曲線，可以選擇合適的靜態(tài)工作點，以實現(xiàn)電路的功能。在本例中，為與教材保持一致，將靜態(tài)工作點選擇在輸出曲線的中點，大致對應(yīng)于圖3中光標(biāo)m1的位置，軟件會自動顯示出此處的參數(shù)，即IBB=60uA，VCE＝3V，IC=6mA。當(dāng)靜態(tài)工作點確定后，可以據(jù)此設(shè)計直流偏置電路。由于本例是設(shè)計共射極基本放大電路，因此需要計算基極和集電極電阻的大小。根據(jù)共射極放大電路的基本計算結(jié)果，可以設(shè)計出圖6所示電路。驗證該電路的方法是對其做直流仿真，并將仿真計算的結(jié)果直接顯示在電路圖中對應(yīng)的元件和支路上。

從圖中可以看出，基極的電位為809mV，電流為69.9uA，而集電極電位VCE=2.74V，Ic=6.64mA。對比前面得到的靜態(tài)工作點參數(shù)（IBB=60uA，VCE＝3V，IC=6mA），可以發(fā)現(xiàn)它們之間存在一個小的偏差，這是因為在電路設(shè)計中，無論是在靜態(tài)工作點還是元件參數(shù)的選擇上，都存在近似的過程，因此，任何電路的設(shè)計，都是一個近似的設(shè)計，由此得到的實際電路都需要經(jīng)過調(diào)試合格后才能夠?qū)嶋H使用。以上的例子為學(xué)生展示了一個電路設(shè)計的基本過程以及設(shè)計方法。當(dāng)課程進一步深入后，可以對本例進行擴展，例如在分析放大電路動態(tài)特性時，可以加入不同幅度的輸入信號，觀察在不同靜態(tài)工作點，放大電路的輸入輸出波形和非線性失真，有助于學(xué)生理解設(shè)計靜態(tài)工作點的意義。

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關(guān)鍵詞:數(shù)字電子鐘; 層次電路; Multisim 9; 集成電路

中圖分類號:TP319;TN79+1 文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)09-0184-03

Design and Simulation of the Digital Electronic Clock Based on Multisim 9

LUO Ying-xiang

(School of Physics and Electronic Engineering, Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404000, China)

Abstract:Digital electronic clock is widely used in various public places, the general methods of circuit design make the connection complex, and are difficult to understand construction of the circuit. The digital electronic clock is designed by medium-scale integrated circuits, the hierarchical circuit design method is used to divid various cell-level circuit design into blocks, connect blocks of all levels into the machine circuit. It has artistic connection, and is easy to understand each unit circuit functions.

Keywords: digital electronic clock; hierarchical circuit; Multisim 9; integrated circuit

數(shù)字電子鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成并有數(shù)字顯示特點的一種現(xiàn)代計數(shù)器,與傳統(tǒng)的機械計時器相比,它具有走時準(zhǔn)、顯示直觀、無機械磨損等,因而廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、商店等公共場所。目前,數(shù)字電子鐘的設(shè)計,主要是采用計數(shù)器等集成電路構(gòu)成,由于所用集成電路多,連線雜亂,不便閱讀。本文采用層次電路設(shè)計,將各單元電路設(shè)計成層次電路,這樣每個單元電路和整體電路連線一目了然,既美觀也便于閱讀,還有利于團隊設(shè)計,因每一層次電路為一獨立電路,便于獨立設(shè)計和修改。

1 設(shè)計任務(wù)

(1) 電子鐘能顯示“時”、“分”、“秒”;

(2) 能夠?qū)崿F(xiàn)對“時”、“分”、“秒”的校時。

2 整機框圖

數(shù)字電子鐘主要由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼顯示器、校時電路等組成。秒信號發(fā)生器主要由石英晶體振蕩器或555振蕩器分頻后得到;秒、分都是60進制,故由60進制計數(shù)器構(gòu)成;時為24進制,即由24進制計數(shù)器構(gòu)成;顯示部分由譯碼和數(shù)碼顯示構(gòu)成;校時電路由門電路和開關(guān)等構(gòu)成。整機框圖如圖1所示。

圖1 數(shù)字電子鐘整機框圖

3 各部分電路設(shè)計

3.1 秒、分、時計數(shù)器

秒、分計數(shù)采用60進制計數(shù)器,時采用24進制計數(shù)器。它們都是8個BCD碼輸出,1個進位輸出,1個時鐘脈沖輸入。在設(shè)計層次電路時,皆可設(shè)計為1個輸入端,9個輸出端。在Multisim仿真軟件中,執(zhí)行Place/New Hierachical Block命令,在file name of Hierachical Block中填入你要設(shè)計的電路名稱,如“60進制計數(shù)器”等,再根據(jù)需要在輸入、輸出端口數(shù)中填寫所需數(shù)字,點“OK”后,即得如圖2所示電路層次模塊。雙擊它,得到圖3所示窗口,點Edit HB/SC對其內(nèi)電路進行設(shè)計。若要進行修改,同樣采用以上步驟。

圖2 60進制計數(shù)器層次模塊

圖3 層次塊電路設(shè)置

由此,采用4518十進制計數(shù)器,設(shè)計了60進制和24進制的計數(shù)器,計數(shù)器的內(nèi)部電路分別如圖4、圖5所示。

圖4 60進制計數(shù)器連線圖

3.2 校準(zhǔn)電路

同樣的方法,設(shè)計校準(zhǔn)電路的層次電路時,設(shè)計為6個輸入口、3個輸出口,其內(nèi)部電路如圖6所示。為便于使用,將校準(zhǔn)開關(guān)外接。

校時電路工作過程如圖7所示,正常工作情況下,J3斷開,J1,J2閉合,秒脈沖進入計數(shù)器。當(dāng)需要對秒進行校正時,閉合和斷開J3,直到需要的數(shù)字為止;需要對分校正時,J3處于閉合的情況下,斷開J2,秒脈沖進入到分計時,則分計數(shù)器快速計數(shù),直到顯示的時間為需要的數(shù)字為止,再閉合J2;同理,可以對時進行校正。

圖5 24進制計數(shù)器連線圖

圖6 核準(zhǔn)電路連線圖

圖7 數(shù)字電子鐘連線圖

4 整機電路安裝調(diào)試

在Multisim中,執(zhí)行Place/Hierachical Block命令,找到已存儲的層次塊,點打開即可出現(xiàn)在電路模板中,再在元件庫中找出信號發(fā)生器和數(shù)碼顯示器。本例中采用現(xiàn)成的信號發(fā)生器,可以將信號頻率設(shè)置為較高頻率,以便快速調(diào)節(jié)。數(shù)碼顯示器直接采用16位數(shù)碼顯示管,因本例中不會出現(xiàn)大于9的數(shù)碼,即使初始可能出現(xiàn),可以通過校時電路快速調(diào)節(jié)為所需數(shù)字。

為使各電路接線后能順利工作,對各層次塊可以先分別測試其功能。將信號發(fā)生器分別接入60進制和24進制計數(shù)器層次塊,其輸出接數(shù)碼管或示波器看其是否能完成其功能。對其校準(zhǔn)電路,只有當(dāng)整機電路接好后,按校準(zhǔn)電路所說工作方式,看是否能起到時、分、秒的校準(zhǔn)。本例中各模塊皆能完成其功能,接好整機電路后,能完成所需功能,故本例數(shù)字電子鐘滿足設(shè)計任務(wù)。

5 結(jié) 語

采用層次電路設(shè)計方法,對數(shù)字電子鐘進行了設(shè)計,較好地完成了該電路的設(shè)計任務(wù)。整機電路連線美觀,各部分電路功能明確,便于理解整體電路的構(gòu)成、工作原理等。在數(shù)字電路及其他更多的課程中都涉及到較復(fù)雜的電路設(shè)計,若是采用層次電路設(shè)計方法,既便于對電路的理解,也便于團隊協(xié)作,共同完成設(shè)計任務(wù),故而層次電路設(shè)計方法將會廣泛地應(yīng)用在大型復(fù)雜電路系統(tǒng)的設(shè)計中。

參考文獻

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【關(guān)鍵詞】電工技術(shù)教學(xué) EDA技術(shù) 電路

一、EDA技術(shù)在模擬電路教學(xué)中的應(yīng)用舉例

模擬電路通常是電工技術(shù)教學(xué)中的難點，一是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生難以理解；其次，學(xué)生不了解該部分內(nèi)容在實際工作中的應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不高。為此，可以適當(dāng)將EDA技術(shù)穿插在這部分的教學(xué)中，從實際電路設(shè)計的過程中引出與課程關(guān)鍵知識點相關(guān)的內(nèi)容，以達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的。

以下用一個實際的例子來表明如何將EDA設(shè)計過程與電工課程中相關(guān)知識點進行結(jié)合。例：使用ADS（Advanced design system）軟件實現(xiàn)共射極放大電路的靜態(tài)分析與直流偏置設(shè)計。共射極基本放大電路是電工技術(shù)中模擬電路部分接觸的第一個重要的知識點，課程要求學(xué)生熟練使用計算法與圖解法來確定放大電路的靜態(tài)工作點。學(xué)生對這一部分的掌握情況直接影響到其對后續(xù)知識點的掌握，因此，本例從電路設(shè)計的實際過程出發(fā)，引出相應(yīng)的知識點。

在講解例子之前，需要給學(xué)生明確的是在實際的有源電路設(shè)計中，通常情況下，晶體管靜態(tài)工作點的選擇與設(shè)計是第一步，也是至關(guān)重要的一步。實現(xiàn)不同功能的電路，可能在電路圖上區(qū)別不大，重要的是其靜態(tài)工作點的選擇。例如，低噪聲功率放大器需要無失真地放大微弱信號，因此它的靜態(tài)工作點需要選擇在輸出曲線的中點，而高功率放大電路為了盡可能提高輸出效率，通常靜態(tài)工作點選擇到靠近截止區(qū)，而混頻器、倍頻器等電路，主要為了使用其非線性性能，因此，它們的靜態(tài)工作點通常要靠近飽和區(qū)。其次，需要強調(diào)的是電路設(shè)計是電路分析的逆過程，遵循的步驟是根據(jù)輸入輸出關(guān)系，確定靜態(tài)工作點，再得到直流偏置電路，與課程中計算直流工作點的順序正好相反，但是，它們所反映出的基本原理都是相同的。

確定靜態(tài)工作點，就是根據(jù)電路所要實現(xiàn)的功能，確定基極電流IBB和集電極電流IC，集射電壓UCE。因此，首先需要得到晶體管的輸入輸出曲線。在ADS中，輸入輸出關(guān)系是通過對晶體管做直流掃描得到的。實驗步驟是先建立一個新的工程項目和一個新的設(shè)計，然后選擇晶體管直流工作點掃描模板，并在其提供的元器件庫中選擇合適的元件，加入到模板中。

其次，需要設(shè)定晶體管的工作范圍，就是IBB和VCE的范圍，可以通過掃描參數(shù)設(shè)置得到。

圖1所示的輸入輸出關(guān)系曲線與課本上的曲線幾乎是一致的，它表明在不同的基極電流IBB作用下，集電極電流IC與集射電壓VCE的關(guān)系。通過輸入輸出曲線，可以選擇合適的靜態(tài)工作點，以實現(xiàn)電路的功能。在本例中，為與教材保持一致，將靜態(tài)工作點選擇在輸出曲線的中點，大致對應(yīng)于圖3中光標(biāo)m1的位置，軟件會自動顯示出此處的參數(shù)，即IBB=60uA，VCE=3V，IC=6mA。當(dāng)靜態(tài)工作點確定后，可以據(jù)此設(shè)計直流偏置電路。由于本例是設(shè)計共射極基本放大電路，因此需要計算基極和集電極電阻的大小。在ADS中，偏置電阻的大小可以自動計算，但是需要手動輸入相關(guān)的公式。

圖1晶體管輸入輸出關(guān)系

EqnRb=（5-VBE）/IBB[5]

EqnRc=（5-VCE）/IC.i

根據(jù)計算公式，可以得到計算結(jié)果。當(dāng)選擇Ibb=60uA時，對應(yīng)的基射電壓和基極電阻在一個范圍內(nèi)變動，因此只能選擇一個近似的值VBE=0.8V，Rb=60K。用同樣的方法，可以得到的集電極電阻Rc=340。當(dāng)所有的參數(shù)都計算得到后，需要對該電路進行驗證，并根據(jù)驗證結(jié)果進行調(diào)整。驗證電路及其參數(shù)如圖2所示。

根據(jù)共射極放大電路的基本計算結(jié)果，可以設(shè)計出圖4所示電路。驗證該電路的方法是對其做直流仿真，并將仿真計算的結(jié)果直接顯示在電路圖中對應(yīng)的元件和支路上。從圖中可以看出，基極的電位為809mV，電流為69.9uA，而集電極電位VCE=2.74V，Ic=6.64mA。對比前面得到的靜態(tài)工作點參數(shù)（IBB=60uA，VCE=3V，IC=6mA），可以發(fā)現(xiàn)它們之間存在一個小的偏差，這是因為在電路設(shè)計中，無論是在靜態(tài)工作點還是元件參數(shù)的選擇上，都存在近似的過程，因此，任何電路的設(shè)計，都是一個近似的設(shè)計，由此得到的實際電路都需要經(jīng)過調(diào)試合格后才能夠?qū)嶋H使用。

圖2共射極基本放大電路

以上的例子為學(xué)生展示了一個電路設(shè)計的基本過程以及設(shè)計方法。當(dāng)課程進一步深入后，可以對本例進行擴展，例如在分析放大電路動態(tài)特性時，可以加入不同幅度的輸入信號，觀察在不同靜態(tài)工作點，放大電路的輸入輸出波形和非線性失真，有助于學(xué)生理解設(shè)計靜態(tài)工作點的意義。

三、結(jié)語

通過在電工技術(shù)課堂上增加EDA設(shè)計的過程，可以使課程從純理論教學(xué)轉(zhuǎn)向理論與實際設(shè)計相結(jié)合的教學(xué)方式，不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能夠培養(yǎng)他們的實際動手能力，并極大增加了教師和學(xué)生間的互動。同時，課本上的理論與公式不再需要死記硬背，它們已經(jīng)融合到設(shè)計過程中，學(xué)生通過一兩個簡單的設(shè)計就可以熟練掌握，使學(xué)生能夠輕松完成課程的學(xué)習(xí)和考試。

參考文獻

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關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯；Multisim12.0軟件；仿真

中圖分類號：642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）07-0233-02

“數(shù)字邏輯”是計算機及電子類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其具有很強的理論性和實踐性，要求學(xué)生通過學(xué)習(xí)既掌握數(shù)字電路分析與設(shè)計的理論知識，也能夠自己動手設(shè)計調(diào)試實用的數(shù)字電路。在理論教學(xué)過程中，教師借助Multisim12.0仿真軟件進行數(shù)字電路的模擬和演示，對電路的工作過程進行透徹的分析講解，可以幫助學(xué)生深刻理解和掌握理論知識。采用Multisim12.0軟件進行仿真實驗，為學(xué)生提供更加靈活方便的實驗環(huán)境，使學(xué)生能充分發(fā)揮想象力，按照自己的想法創(chuàng)建各種電路，擺脫實驗箱的束縛。Multisim12.0軟件的使用使得數(shù)字邏輯理論課的教學(xué)更加生動活潑，實驗操作更加靈活方便，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，同時也能夠培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力的[1]。

一、Multisim 12.0軟件的特點

Multisim12.0是一個集電路原理圖設(shè)計和電路功能測試為一體的虛擬仿真軟件，它為數(shù)字電路仿真提供了豐富的元器件模型，如時鐘信號、各類門電路、各種集成組合邏輯器件、時序邏輯器件等，同時提供了種類齊全的虛擬儀器，如函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、數(shù)字萬用表、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀和直流電源等。Multisim12.0仿真軟件具有詳細(xì)的電路分析功能，可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路，它將原理圖的創(chuàng)建、電路的測試分析、結(jié)果的圖表顯示等全部集成到同一個電路窗口中，具有和真實環(huán)境一致的可視化界面，整個操作界面就像一個實驗工作臺，與實物操作幾乎相同[2]。

二、Multisim12.0應(yīng)用于“數(shù)字邏輯”課堂教學(xué)

在“數(shù)字邏輯”課程的課堂教學(xué)中，對于數(shù)字電路分析與設(shè)計的理論知識很多學(xué)生會覺得枯燥且難以理解，借助Multisim12.0仿真軟件進行數(shù)字電路的模擬和演示，可以直觀地顯示電路的功能和波形，把理論知識和電路運行結(jié)果加以對照、分析，可以提高課堂教學(xué)效率。同時還可以提出問題進行課堂討論，活躍氣氛，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

在講解用邏輯門設(shè)計小規(guī)模組合電路時，一般是按照邏輯功能分析、真值表、表達(dá)式和邏輯圖的順序設(shè)計電路，然后舉例講解。以一個三人表決電路設(shè)計為例，假設(shè)用A，B，C分別表示三個輸入變量，同意用1表示，不同意用0表示，F(xiàn)表示結(jié)果，通過用1表示，不通過用0表示。通過列真值表、表達(dá)式和化簡等步驟得到輸出表達(dá)式F（A，B，C）=AB+BC+AC，若用與非門實現(xiàn)，則F（A，B，C）=，可以畫出相應(yīng)的邏輯圖。如果教師僅僅在黑板上或者多媒體課件中畫出邏輯圖，相當(dāng)于紙上談兵，學(xué)生可能只能被動地接受這種解題方法，甚至是死記硬背設(shè)計步驟，很難留下深刻的印象?？梢栽趍ultisim12.0仿真軟件中繪制出電路原理圖，將輸入端分別連接3個開關(guān)用于輸入高低電平信號，輸出端連接一個發(fā)光二極管用于顯示結(jié)果。通過切換開關(guān)狀態(tài)，按照真值表的順序改變輸入高低電平信號，觀察發(fā)光二極管亮、熄的規(guī)律，直觀形象地演示電路工作結(jié)果，之前講解的設(shè)計方法便很容易得到學(xué)生的認(rèn)可。同時還可以利用仿真軟件中的邏輯轉(zhuǎn)換儀得到組合邏輯電路的真值表，快速判斷電路的正確性。

此外，還可以討論一下如果用其他類型的邏輯門實現(xiàn)該邏輯功能電路，比如與門和或門或者或非門，又該如何將表達(dá)式變形？如何繪制電路原理圖？能不能達(dá)到同樣的效果？學(xué)生在課堂上都會積極參與討論，課后也會迫不及待地去利用Multisim12.0軟件進行驗證。同時，鼓勵同學(xué)們聯(lián)系生活實際用數(shù)字電路制作一些小發(fā)明，充分發(fā)揮自己的想象力，大膽創(chuàng)新，并利用Multisim12.0軟件實現(xiàn)和驗證自己的一些想法。

三、Multisim12.0應(yīng)用于“數(shù)字邏輯”實驗教學(xué)

“數(shù)字邏輯”課程實驗中傳統(tǒng)實驗項目一般利用面包板及用中小規(guī)模芯片完成電路設(shè)計，適于以驗證性實驗為主的一些中小規(guī)模電路的構(gòu)建與測試，對于一些比較復(fù)雜的設(shè)計性和綜合性實驗則比較費時，如數(shù)字鐘、搶答器、交通燈控制器、密碼鎖等。而且在實驗過程中常常因一根導(dǎo)線連接錯誤、一個連接點接觸不良，致使實驗受阻，甚至無法完成，影響學(xué)生的實驗興趣。利用Multisim12.O可以實現(xiàn)數(shù)字電路設(shè)計虛擬仿真實驗，修改調(diào)試方便。學(xué)生可以隨時在任意裝有該軟件的計算機上進行實驗設(shè)計和測試，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，取得較好的實驗效果[3]。

在時序電路設(shè)計中有一個實驗項目是數(shù)字秒表電路設(shè)計，這是一個綜合性的實驗，理論分析可知，整個電路由秒脈沖產(chǎn)生電路，計數(shù)電路和譯碼顯示電路三部分組成。第一步用555定時器和電阻電容構(gòu)成多諧振蕩器，由公式T=0.7（R1+2R2）計算求得適當(dāng)?shù)碾娮柚担沟幂敵霾ㄐ晤l率為1kHz，利用3片74LS90芯片級聯(lián)構(gòu)成1000倍分頻器將多諧振蕩器輸出信號進行分頻，從而得到秒脈沖信號。雖然可以通過理論計算得到電阻值，但是要想調(diào)試出精確的秒脈沖信號，需要在電路搭建好之后利用示波器或邏輯分析儀等儀器觀察輸出波形，測量輸出頻率或周期，根據(jù)實際情況調(diào)整電阻值。第二步選擇兩片74LS161芯片實現(xiàn)60進制計數(shù)電路。74LS161芯片為16進制計數(shù)器，利用清零法分別實現(xiàn)6進制和10進制計數(shù)器，然后用乘數(shù)法實現(xiàn)610進制計數(shù)器。將第一步調(diào)試好的秒脈沖信號作為輸入計數(shù)脈沖，計數(shù)器的輸出可以連接8個發(fā)光二極管，運行過程中通過觀察發(fā)光二極管的亮熄規(guī)律判斷電路輸出是否滿足要求，也可以通過邏輯分析儀觀察計數(shù)器輸出的8路波形判斷結(jié)果的正確性。第三步采用兩個共陰極七段數(shù)碼管進行秒表顯示，由兩片74LS48芯片作為七段字型譯碼器，將第二步中兩個計數(shù)器的輸出信號分別送譯碼器，兩個譯碼器的輸出分別連接兩個七段數(shù)碼管，通過譯碼器譯碼和驅(qū)動七段數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字。

由設(shè)計步驟可知，整個數(shù)字秒表電路的設(shè)計制作需要用到10個以上的集成芯片，電路連線多且復(fù)雜，調(diào)試過程需要調(diào)整電阻值，需要用到電源、示波器和邏輯分析儀等設(shè)備。如果采用傳統(tǒng)的硬件實驗方法，學(xué)生需要事先查找大量資料，畫出粗略的硬件電路圖，準(zhǔn)備所需芯片和足夠的導(dǎo)線，然后在面包板或者實驗箱上直接搭建硬件實物電路，借助實驗儀器觀察結(jié)果。由于實驗室只能提供有限的元器件和示波器、萬用表等儀器，若所選用芯片不合適，或者電路設(shè)計本身就存在問題，或者哪個芯片有問題，又或者哪一根線不通，有時候很難檢查出具體問題，即便檢查出來又可能要重新設(shè)計電路，在四個學(xué)時內(nèi)實驗很難完成。不少學(xué)生往往會為了完成任務(wù)直接照搬其他同學(xué)的電路或者要求老師直接給出可行的電路圖，然后只是機械按照硬件電路圖連線。連線完成后如果發(fā)現(xiàn)電路不能正常工作，也只是簡單地直接拆除和重新連線，因為不理解電路工作原理，根本就不會分析問題解決問題，整個實驗過程就變成了重復(fù)地拆線和連線的簡單勞動。大多這樣的學(xué)生即便實驗做完了，可電路工作原理卻完全不懂，根本達(dá)不到通過設(shè)計性實驗鍛煉學(xué)生實際動手能力、培養(yǎng)分析問題和解決問題能力的目的[4]。

相反，如果使用仿真軟件，學(xué)生在了解基本原理后就可以在仿真軟件平臺上選擇元器件直接搭建電路，可以任意選擇芯片而不必理會材料消耗、可以放心大膽地連接電路而不用擔(dān)心電路連接錯誤而造成器件損壞的問題。仿真軟件中提供的電源、函數(shù)發(fā)生器、示波器和邏輯分析儀等可以任意選取使用，這樣就可以留出更多的時間去理解電路工作原理，分析問題和調(diào)試電路。比如在秒表電路設(shè)計制作過程中，可以任意調(diào)整電阻值，借助仿真軟件提供的示波器調(diào)試出精確的秒脈沖信號；可根據(jù)個人喜好選擇各種型號的計數(shù)器芯片設(shè)計分頻器和60進制計數(shù)器；也可以采用共陽極數(shù)碼管和相應(yīng)的譯碼器設(shè)計顯示電路。

通過軟件仿真實驗，選擇符合要求的元器件，設(shè)計出滿意的電路，然后在實驗箱或面包板上搭建硬件實物電路，通過實物電路驗證實驗結(jié)果，可以保證實驗結(jié)果的正確性，大大提高實驗教學(xué)的效率。利用仿真軟件的另一個好處是學(xué)生可以大膽地發(fā)揮自己的想象，嘗試各種設(shè)計方案，有效激發(fā)學(xué)生的實驗熱情和培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

四、結(jié)論

在課堂教學(xué)中借助Multisim12.0仿真軟件進行電路演示，驗證理論的正確性和可行性，使得數(shù)字邏輯理論課的教學(xué)更加生動活潑。在實驗教學(xué)中利用Multisim12.0仿真軟件進行仿真實驗，使得實驗操作更加靈活方便，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力[5]。因此，有效利用Multisim12.0仿真軟件能夠?qū)?shù)字邏輯課程教學(xué)起到積極作用。

參考文獻：

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[2]黃智偉.基于NI Multisim的電子電路計算機仿真設(shè)計與分析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）[M].第5版.北京：高等教育出版社，2006.

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關(guān)鍵詞：電氣控制；電路設(shè)計；電氣安全問題

Abstract: In this paper, the author introduces the electrical control circuit design general design rules, the basic step as well as the electrical equipment explosion-proof type and measures.

Key words: electric control; circuit design; electrical safety issues

中圖分類號：TM73文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

電氣控制電路中,控制信號種類復(fù)雜,在設(shè)計過程中要嚴(yán)格按照國標(biāo)GB 4728—1985等要求來合理的布局電路圖,使設(shè)計最優(yōu)化。同時,工礦企業(yè)的安全已經(jīng)受到社會的廣泛關(guān)注,針對不同行業(yè)的不同需求,目前已經(jīng)研制出大量的不同防爆型式的電氣設(shè)備,防爆電氣設(shè)備和電氣防爆措施的廣泛應(yīng)用,不僅有效的保證了人民的生命安全,也給工礦企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟和社會效益。

1 電氣原理圖設(shè)計的基本步驟

1.1 擬定技術(shù)參數(shù)

根據(jù)選定的拖動方案及控制方式設(shè)計系統(tǒng)的原理框圖,擬訂出各部分的主要技術(shù)要求和主要技術(shù)參數(shù)。

1.2 繪制具體電路

根據(jù)各部分的要求,設(shè)計出原理框圖中各個部分的具體電路。對于每一部分的設(shè)計總是按主電路、控制電路、輔助電路、聯(lián)鎖與保護、總體檢查,反復(fù)修改與完善的步驟進行。

1.3 繪制總原理圖

按系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)將各部分聯(lián)成一個整體。

1.4 正確選用原理線路中每一個電器元件,并制訂元器件目錄清單對于比較簡單的控制線路,可以省略前兩步,直接進行原理圖設(shè)計和電器元件選用。但對于比較復(fù)雜的自動控制線路,就必須按上述過程一步一步進行設(shè)計。只有各個獨立部分都達(dá)到技術(shù)要求,才能保證總體技術(shù)要求的實現(xiàn),保證總裝調(diào)試的順利進行。

2 電氣控制電路設(shè)計的一般原則

電氣控制電路的設(shè)計應(yīng)在充分滿足生產(chǎn)工藝電氣控制要求的前提下進行,并且力求工作可靠、動作準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、操作安裝檢修方便。一般應(yīng)做到:

2.1 保證控制電路工作的可靠性

諸如:電器元件要正確連接、盡量減少觸頭數(shù),縮短連接導(dǎo)線、防止寄生電路、在設(shè)計控制電路時應(yīng)盡量避免許多電器依次動作才能接通一個電器的現(xiàn)象,設(shè)計的電路應(yīng)該能夠適應(yīng)所在電網(wǎng)的情況等。

2.2 保證電氣控制電路的安全性

電氣控制電路在事故的情況下,亦應(yīng)能保證操作人員、電氣設(shè)備、生產(chǎn)機械的安全,并能有效制止事故的擴大,即使出現(xiàn)誤操作也不致造成事故。常用的保護措施有:采用漏電保護開關(guān)的自動切斷電源保護、短路保護、過載保護、失壓保護、聯(lián)鎖保護、行程保護、過容保護及極限位置保護等。

2.3 正確使用防爆電氣設(shè)備

防爆電氣設(shè)備接線腔的進線口,必須用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的形式密封,如用彈性密封圈密封或用電纜密封夾緊接頭等。禁止采用填充密封膠泥、石棉繩等其他方法代替。在現(xiàn)場檢修時,當(dāng)防爆電氣設(shè)備的旋轉(zhuǎn)部分未完全停止之前不得開蓋。

3 電氣控制原理電路設(shè)計的方法

電氣控制原理電路設(shè)計的方法主要有分析設(shè)計法和邏輯設(shè)計法兩種,分別介紹如下。

3.1 分析設(shè)計法

這種設(shè)計方法又稱為經(jīng)驗設(shè)計法。所謂分析設(shè)計法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求去選擇適當(dāng)?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)(單元電路)或經(jīng)過考驗的成熟電路,按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來并加以補充和修改,綜合成滿足控制要求的完整線路。設(shè)計過程中,要隨時增減元器件和改變觸點的組合方式,以滿足拖動系統(tǒng)的工作條件和控制要求,經(jīng)過反復(fù)修改得到理想的控制線路。它的優(yōu)點是設(shè)計方法簡單,無固定的設(shè)計程序,容易為初學(xué)者所掌握,在電氣設(shè)計中被普遍采用；其缺點是設(shè)計出的方案不一定是最佳方案,當(dāng)經(jīng)驗不足或考慮不周全時會影響線路工作的可靠性。為此,應(yīng)反復(fù)審核電路工作情況,有條件時還應(yīng)進行模擬試驗,發(fā)現(xiàn)問題及時修改,直到電路動作準(zhǔn)確無誤,滿足生產(chǎn)工藝要求為止。

3.2 邏輯設(shè)計法

邏輯設(shè)計法是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具來進行電路設(shè)計。采用邏輯設(shè)計法能獲得理想、經(jīng)濟的方案,所用元件數(shù)量少,各元件能充分發(fā)揮作用,當(dāng)給定條件變化時,能指出電路相應(yīng)變化的內(nèi)在規(guī)律,在設(shè)計復(fù)雜控制線路時,更能顯示出它的優(yōu)點。任何控制線路、控制對象與控制條件之間都可以用邏輯函數(shù)式來表示,所以邏輯法不僅能用于線路設(shè)計,也可以用于線路簡化和讀圖分析。邏輯代數(shù)讀圖法的優(yōu)點是各控制元件的關(guān)系能一目了然,不會讀錯和遺漏。此外,組合邏輯電路、時序邏輯電路是邏輯電路的兩種基本類型,對應(yīng)的設(shè)計方法也各有不同。

4 防爆類型與防爆措施

4.1 電氣設(shè)備防爆的類型和等級

4.1.1 電氣設(shè)備的防爆類型

根據(jù)防爆的原理,針對不同的用途,電氣設(shè)備的防爆類型有以下幾種:

4.1.1.1 防止點火源的產(chǎn)生。代表有增安型電器設(shè)備。主要是對于一些正常工作時不產(chǎn)生火花和危險高溫表面的電器設(shè)備,在結(jié)構(gòu)上再采取一些附加的保護措施,提高設(shè)備的安全性和可靠性。

4.1.1.2 用介質(zhì)隔離點火源。這是隔離點火源的最常用的方法,此方法采用安全介質(zhì)包圍電氣設(shè)備的導(dǎo)電部件,導(dǎo)電部件產(chǎn)生的火花無法接觸爆炸性混合物。利用此種方法的代表有正壓型電氣設(shè)備、充油型電氣設(shè)備、澆封型電氣設(shè)備等。

4.1.1.3 用外殼限制爆炸和隔離點火源。代表有隔爆型電氣設(shè)備。它利用外殼罩住導(dǎo)電部分,阻止爆炸向外部傳播,是一種傳統(tǒng)的隔離防爆。

4.1.1.4 限制點火源的能量。典型的代表有本質(zhì)安全型電路和電氣設(shè)備,主要是通過限制電路在危險場合產(chǎn)生的能量,達(dá)到防爆的目的。

4.1.2 防爆電氣設(shè)備的防爆等級

防爆電氣設(shè)備防爆等級的劃分是根據(jù)設(shè)備使用的類別、爆炸性氣體混合物的溫度組別、防爆電氣設(shè)備的防爆型式來劃分的。我國和世界上大部分國家和地區(qū)將爆炸性氣體分為四個危險等級,根據(jù)爆炸性氣體混合物引燃溫度的差異,組別又分為T1、T2、T3、T4、T5、T6六組,引燃溫度用t(℃)表示,各組別的引燃溫度為:

T1為:450℃

T2為:300℃

T3為:200℃

T4為:135℃

T5為:100℃

T6為:85℃

4.2 電氣防爆的技術(shù)與措施

4.2.1 危險環(huán)境的劃分與注意事項

危險環(huán)境不同,選用防爆電氣設(shè)備的類型就不同,采取的防爆措施也就不一樣。根據(jù)環(huán)境危險區(qū)域的大小和級別,可以劃分為氣體、蒸氣爆炸危險環(huán)境,粉塵、纖維爆炸危險環(huán)境。電氣設(shè)備的爆炸與火災(zāi)密切相關(guān),火災(zāi)容易并發(fā)爆炸。因此,防爆安全除按防火安全要求外,也需要格外注意防爆電氣設(shè)備的選擇、線路的安裝。在防爆電氣設(shè)備的選用上,電氣設(shè)備的選用要與當(dāng)?shù)匚ｋU環(huán)境相適應(yīng);在防爆電氣線路的安裝上,電氣線路的安裝位置、敷設(shè)方式、導(dǎo)線材質(zhì)、連接方法等均要與區(qū)域危險等級相一致,確保防爆的安全。

4.2.2 電氣防爆安全技術(shù)與措施

電氣防爆安全技術(shù)與措施主要有以下幾點:

4.2.2.1 要盡量消除或減少爆炸性混合物

主要包括五個方面:采取封閉措施,防止爆炸性混合物泄漏；清理現(xiàn)場積塵、防止爆炸性混合物積累；設(shè)計正壓室,防止爆炸性混合物擴散到有引燃源的區(qū)域；采取開放式作業(yè)或通風(fēng)措施,稀釋爆炸性混合物；在危險空間充填惰性氣體或不活潑氣體,防止形成爆炸性混合物。

4.2.2.2 采取隔離措施

對于危險性較大的設(shè)備,一般應(yīng)該分室安裝,并在隔墻上采取封堵措施。常見的隔離措施有電動機隔墻傳動、照明燈隔玻璃窗照明等,通過隔離進一步達(dá)到防爆的效果。

4.2.2.3 切斷引起爆炸的源頭

在電氣設(shè)備和電氣線路設(shè)計的選用上,要與爆炸危險環(huán)境的特征和危險物的級別、組別相一致,這樣才能保持電氣設(shè)備和電氣線路安全運行。安全運行包括電流、電壓、溫升和溫度不超過允許范圍,包括絕緣良好、連接和接觸良好、整體完好無損、清潔、標(biāo)志清晰等方面。

4.2.2.4 接地措施的采用

主要包括以下幾種情況:應(yīng)將所有不帶電金屬物體做等電位聯(lián)結(jié),如低壓由接地系統(tǒng)配電,應(yīng)采用TN—S系統(tǒng),不得采用TN—C系統(tǒng)；低壓由不接地系統(tǒng)配電,應(yīng)采用IT系統(tǒng),并應(yīng)該安裝必須的保護和報警裝置。

5 結(jié)束語

電力作為一種能源,具有很多的優(yōu)點,已經(jīng)深入到了人們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€部分。但是電路設(shè)計任何的缺陷都將是嚴(yán)重的安全隱患,都會帶來巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡。同時,在企業(yè)生產(chǎn)過程中,電氣防爆也是備受人們關(guān)注的問題。

參考文獻：

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[2] 史國生.電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M]·北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003·

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本文對目前在電子電氣通信專業(yè)的課程高頻電子線路實驗提出了改進思路，針對目前在實驗中采用軟件仿真代替搭建實驗電路的流行做法，提出了商榷。本文建議在低年級短學(xué)期階段讓學(xué)生接觸電路板制作、高頻防電磁干擾設(shè)計準(zhǔn)則，通過制作通用高頻電路板并調(diào)試高頻電路，接觸高頻電路設(shè)計，激發(fā)學(xué)生今后學(xué)習(xí)電路的興趣，培養(yǎng)電路調(diào)試能力，縮短未來高頻電路實驗需要的時間，在高頻實驗中將軟件仿真和電路搭建調(diào)試結(jié)合，用軟件仿真驗證理論知識，用搭建電路實現(xiàn)功能。

關(guān)鍵詞

電子線路；實驗；仿真；電路搭建

1前言

高頻電子線路課程，又稱通信電子線路，是高校電子、電氣、通信專業(yè)的必修課程，由于該課程工程實踐性較強，通常必須配有相應(yīng)的實驗課程。通過調(diào)查目前國內(nèi)高校針對該課程相應(yīng)的實驗課程設(shè)計，我們發(fā)現(xiàn)目前該課程理論階段一般設(shè)置課時為36-64學(xué)時，而相應(yīng)的實驗通常有10-24課時。高頻電路類似于樂高積木，即其每個部分基本功能實現(xiàn)都具有固定的經(jīng)典電路，整體電路設(shè)計需要根據(jù)電路參數(shù)計算，在每個功能部分從幾個經(jīng)典電路中選擇合適的一個即可，這樣多個基本功能電路采用樂高積木般組合搭建而成最終電路，這點與低頻電路不同，低頻電路很多時候需要自己設(shè)計，而高頻主要還是“搭積木”。這樣看似乎該課程實驗很簡單，其實不然，在很多側(cè)重理工的大學(xué)（通常這類大學(xué)對該課程要求更高、賦予更多課時），該課程和對應(yīng)的實驗課均被稱為“殺手課程”，很多學(xué)生提起來都頭疼。高頻電路實驗主要是對教授的經(jīng)典電路進行驗證，因此設(shè)計部分不是難點，實驗的難點在于如何成功調(diào)試電路。在實際實驗中常常會出現(xiàn)設(shè)計驗證成功，但電路不成功的情況，比如高頻振蕩電路無論如何都無法起振、功率放大電路輸出信號嚴(yán)重失真等現(xiàn)象，這源于高頻電路中電磁干擾很嚴(yán)重，為消除電磁干擾對走線的粗細(xì)、走線的拐角、電源線的布設(shè)位置、接地處理、哪里需要添加去耦合電容、去耦合電容的容值選取多大等等均需要經(jīng)驗，因此有種說法：“能設(shè)計開發(fā)模擬高頻電路的工程師如同老中醫(yī)，越老越珍貴。”而這些知識理論上很容易，遠(yuǎn)比高頻電路設(shè)計計算容易理解，但實際應(yīng)用時頗有“大音希聲，大象無形”的感慨———飄渺難以把握的感覺，調(diào)試相同的2個PCB版，一個很容易就調(diào)通了，另一個無論如何效果不好。

2當(dāng)前實驗課程設(shè)計現(xiàn)狀及問題

正是為了避免高頻電路設(shè)計容易、調(diào)試難的這個特點，當(dāng)前很多學(xué)校在高頻電路實驗中普遍采用兩種方式：（1）軟件仿真，目前常用的實驗仿真軟件有Candence中的pSpice，NI公司的multisim，其中multisim在目前高校應(yīng)用是最廣泛的；（2）使用現(xiàn)成的調(diào)試好的實驗板/箱，同學(xué)只需要改變電路中某個器件的參數(shù)，然后通過使用濾波器測試輸出變化即可。在我們調(diào)研中發(fā)現(xiàn)以上兩種方式目前前者約占60%出頭，并且近幾年來有越來越受歡迎的趨勢，后者約占40%。無論采用以上哪種方式進行實驗，均避開了電路調(diào)試這個環(huán)節(jié)，的確電路調(diào)試時間遠(yuǎn)大于設(shè)計所花費時間，并且可能最終電路還調(diào)試不好，而以上兩種方式只有做實驗快慢的問題，絕不會出現(xiàn)實驗做不出的問題，老師減少了工作強度，學(xué)生能完成實驗，大家皆大歡喜。我校高頻電子線路實驗以上兩種方式都采用，我們對以上兩種實驗方式的反思來自于本校近幾年畢業(yè)生的反饋，很多在學(xué)校動手能力較強、成績比較好的學(xué)生反映，在實際工作中進行電路設(shè)計和調(diào)試，設(shè)計還比較簡單，如何選擇器件參數(shù)也會計算，但當(dāng)PCB板做好需要調(diào)試時若電路出現(xiàn)問題，根本就不知所措，沒有任何頭緒，不知道從哪里開始排查，單位里老工程師問是否大學(xué)里做過實驗？答曰做過，軟件仿真直接在實驗板上測試的。他們反饋希望在大學(xué)學(xué)習(xí)階段盡早接觸實際電路設(shè)計調(diào)試。我們認(rèn)為仿真軟件代替實驗，固然可以使得實驗變得簡單，學(xué)生能夠用鼠標(biāo)鍵盤改變電路中某個元件的參數(shù)，輕而易舉地測得某個位置參數(shù)變化對輸出的影響，對所學(xué)理論有直觀感性的認(rèn)識，但親手搭建實驗電路也是必不可少的。因此目前對高頻電路的設(shè)計實驗，還是應(yīng)該以軟件仿真、實驗板測試和實際電路設(shè)計調(diào)試相結(jié)合，不可簡單用一個代替另一個。但做高頻實際電路，需要的時間很長，不可控因素較多，而大學(xué)高頻電路實驗課程一般有10-24學(xué)時，有的學(xué)校甚至少至只有6學(xué)時，在如此少的時間內(nèi)面對復(fù)雜電磁干擾下的電路，能調(diào)試成功電路的難度還是相當(dāng)大，如果學(xué)生經(jīng)過很長時間不能完成電路，他們就會感到沮喪，徹底喪失了學(xué)習(xí)的興趣。

3實驗改革思路

為了保證實驗?zāi)苓_(dá)到驗證電路設(shè)計理論、調(diào)試電路的目的，同時在此前提下將任務(wù)簡單化，筆者提出了高頻電路系列實驗的改革方案，即“從娃娃抓起”，將該實驗分兩個分階段完成，從大學(xué)一年級就逐步開始實施。改革的基本思路是將該實驗進行分解，其中某些分解的部分與其他課程實驗、實習(xí)、短學(xué)期相結(jié)合，并將這些結(jié)合后的實驗結(jié)果用于后續(xù)的高頻電路實驗中，相當(dāng)于拉長了該課程的實際實驗學(xué)時，具體思路為將整個高頻電路實驗分為兩個階段：第一階段為第二學(xué)期的短學(xué)期電子線路實習(xí)階段，在此階段完成部分高頻電路實驗內(nèi)容；第二階段為第六學(xué)期的高頻電路實驗階段，在此階段完成高頻電路具體功能實現(xiàn)的調(diào)試和學(xué)習(xí)。

3.1第一階段改革方案

首先由高頻電路實驗教師設(shè)計一個通用的高頻電路實驗版，在這個實驗版上可以完成目前高頻電路實驗課程需要的所有實驗。這步由高頻電子線路實驗課老師和理論課教師合作商討完成，無需學(xué)生參與。教師將該通用板的原理圖和PCB圖交給負(fù)責(zé)一年級暑假電子線路實習(xí)的老師，通常電子、通信、電氣專業(yè)在一年級暑假會有電子線路短學(xué)期實習(xí)，這時候?qū)W生們實際上還沒有接觸電路設(shè)計的任何理論知識，以往短學(xué)期實習(xí)是讓他們學(xué)習(xí)使用制電路圖軟件，并最終做出實際電路，而電路多來自于在這之后的二年級低頻電子線路課程，改革后將短學(xué)期實習(xí)內(nèi)容略做修改：學(xué)習(xí)使用制版圖的軟件，學(xué)習(xí)高頻防電磁干擾的基本設(shè)計理念，根據(jù)老師給出的原理圖畫出PCB圖。由于此時的學(xué)生既沒有電路基本知識也無調(diào)試電路板的經(jīng)驗，僅有在步驟（2）中學(xué)習(xí)到的一些理論，在此情況下他們畫出的PCB圖必然和能實際應(yīng)用的PCB圖有很大差異，因此需要短學(xué)期指導(dǎo)教師的糾錯：在同學(xué)上交自己的PCB圖后，短學(xué)期指導(dǎo)老師將高頻電路實驗老師設(shè)計的PCB圖發(fā)給每個同學(xué)，同學(xué)自己比較兩個PCB設(shè)計的差異，對照在步驟（2）中高頻設(shè)計基本理念，分析自己的設(shè)計與老師給出的設(shè)計中有哪些不同？這些差異中哪些是無關(guān)緊要的？哪些部分是違背了高頻設(shè)計基本理念的？寫出總結(jié)報告，并根據(jù)參考圖修改自己的通用電路板的PCB圖，在此過程中有任何疑問可以與短學(xué)期指導(dǎo)老師和高頻電子線路實驗老師商榷，最終完成制版。電路焊接練習(xí)：當(dāng)通用PCB版制成后，由高頻電路實驗老師給出高頻電路中的幾個常用電路（每個電路是PCB的一部分），由學(xué)生自行選擇哪個電路（或者說PCB板哪個部分）進行焊接練習(xí)?？紤]到此時的同學(xué)們沒有電路分析知識，這里我們推薦選擇高頻振蕩電路或者高頻小信號放大電路，因為這兩個電路調(diào)試相對簡單，每個同學(xué)任選一個作為焊接電路，將分體元件焊接在PCB板上，分體元件由短學(xué)期指導(dǎo)老師統(tǒng)一采購分發(fā)給同學(xué)們。此過程沒有改變電路實習(xí)短學(xué)期的教學(xué)目的———訓(xùn)練學(xué)生焊接電路，電路所使用的器件、各個器件參數(shù)均由高頻電路實驗老師指定，學(xué)生僅在此過程中練習(xí)焊接技術(shù)。短學(xué)期實習(xí)階段的電路調(diào)試，此電路調(diào)試不同于高頻電路實驗課的調(diào)試，在此階段同學(xué)們主要檢查電路是否虛焊，有無短路等問題（這些問題必須在短學(xué)期解決），學(xué)會使用各種測量儀器，具體電路效果的調(diào)試需要應(yīng)用電路理論知識解決問題，此階段同學(xué)們還不具備條件，如果前面的調(diào)試都順利完成，則老師可以指導(dǎo)學(xué)生完成進一步的簡單效果測試。電路調(diào)試過程中，不僅負(fù)責(zé)電路實習(xí)的老師在場，高頻電子線路實驗老師也要在場，幫助帶領(lǐng)同學(xué)們解決遇到的問題。由于短學(xué)期實習(xí)時間較長，并且時間集中，相比于高年級的實驗課時時間上充裕了很多，通過電路調(diào)試中解決問題的過程，同學(xué)們學(xué)會了示波器等測試儀器的使用方法，由于電路原理對于一年級的同學(xué)還是沒有概念的，因此每一步驟的調(diào)試都要在老師指導(dǎo)下進行，比如測量輸入信號后測試三極管輸出，三極管的輸出放大信號應(yīng)該是輸入信號的多少倍，老師必須告訴同學(xué)倍數(shù)的范圍在多少以內(nèi)是合理的，諸如此類。對應(yīng)高頻電磁干擾的問題，老師不能直接告訴學(xué)生如何處理，而要求學(xué)生自己通過上網(wǎng)查資料的方式找答案，這部分知識對理論要求不高，所以學(xué)生即使沒有學(xué)過電路知識也可以理解，再經(jīng)過一段學(xué)生自己找資料解決問題的階段后，高頻電路實驗老師幫助學(xué)生一起解決電磁干擾的問題。通過一年級的短學(xué)期經(jīng)歷，激發(fā)同學(xué)們對電路設(shè)計的興趣，而興趣往往是最好的老師，引導(dǎo)他們在二年級時學(xué)習(xí)低頻電路有好奇心，學(xué)習(xí)的主觀能動性更強，學(xué)習(xí)效果更好。低頻電路是高頻電路的基礎(chǔ)課程，只有低頻電路學(xué)好了，高頻電路才有可能學(xué)好，所以適當(dāng)調(diào)整一年級短學(xué)期實習(xí)內(nèi)容，可以為后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。另外，通過短學(xué)期的學(xué)習(xí)，學(xué)生有充裕的時間調(diào)試電路板，學(xué)習(xí)高頻防止電磁干擾的方法等，這樣可以提高在高頻電路實驗中的效率，減少調(diào)試電路所花費的時間。

3.2第二階段改革方案

我們建議在高頻電路實驗中將軟件仿真與硬件電路調(diào)試結(jié)合，進行實驗設(shè)計，比如在經(jīng)典高頻功率放大器電路實驗中，先用軟件仿真電路，通過更改負(fù)載值、基極電壓，調(diào)整分壓值，更改輸入電源電壓等，在軟件中觀察輸出電壓、電流的變化，并畫出對應(yīng)曲線，將該曲線與理論曲線相比較，驗證理論，正如前面所述，這樣實驗花費時間較少，難度低，學(xué)生都能做出來，不會有挫敗感進而喪失學(xué)習(xí)的興趣。然后固定各部分參數(shù)值，讓學(xué)生使用他們自己一年級短學(xué)期制作的分離元件搭建高頻功率放大電路，進行功能調(diào)試，即用焊接好的電路板達(dá)到設(shè)計功能要求，由于已經(jīng)在一年級處理過電磁干擾的問題了，此時工作量大為減少，他們面對新的高頻電路無法工作時，惶恐感沒那么強烈，多少還是有些經(jīng)驗的，加上實驗老師的輔導(dǎo)協(xié)同幫助，絕大部分同學(xué)有能力在規(guī)定時間內(nèi)解決問題。然后我們采用反向設(shè)計法進行實驗：在現(xiàn)成的實驗箱中任選一功能模塊，這些模塊都是二層電路板設(shè)計，對這個功能首先學(xué)生進行電路設(shè)計，為加快時間只需完成原理圖設(shè)計即可，然后學(xué)生被要求畫出試驗箱中該模塊的電路，比較自己設(shè)計的電路與實際電路之間的異同，分析為什么會出現(xiàn)這些差異？這些差異哪些是允許的、無關(guān)緊要的，哪些是由于設(shè)計不當(dāng)引發(fā)而必須改正的，寫出分析報告。通過反向設(shè)計，同學(xué)們能體會到理論和實踐的差異，在今后的工作中不可掉以輕心，多思考，積累經(jīng)驗。

4總結(jié)

我們?nèi)昵斑M行高頻電子線路課程改革，在改革的第一年在一年級同學(xué)短學(xué)期期間也要求二年級同學(xué)一道參與制作PCB板、焊接元器件，到了三年級下學(xué)期這些同學(xué)學(xué)習(xí)高頻電路時，他們已經(jīng)迫不及待要驗證自己以往的勞動成果了，調(diào)試電路時主動性大大增強，幾乎沒有人像以往那樣什么問題都等老師來解決，很多同學(xué)自發(fā)組成討論組，自己上網(wǎng)查資料，基本能做到獨立調(diào)試好電路，相比用軟件仿真和用實驗板，教師在該課程實驗階段的工作量會有些增加，同學(xué)們在規(guī)定學(xué)時內(nèi)完成實驗電路調(diào)試也是可行的，教師和學(xué)生的壓力均在可承受范圍內(nèi)，但實際能力得到了更多的鍛煉。

作者：侯俊 陳文 單位：上海理工大學(xué)光電信息與計算機工程學(xué)院 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院

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