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電子電路設計范文1
關鍵詞：數字電子電路，EDA技術，應用探究
在數字電子電路這門課程學習的過程中，理論知識的學習固然重要，但是相應的實驗技能也是必備的。在學好理論知識的基礎上，可以從實驗方面出發，更透徹的學習這門課程。在實驗的過程中，傳統的實驗就是通過導線把各種實際的實驗器材連接在一起，主要在實驗的過程中，通過實驗的結果，更好的理解實驗原理，從而有助于理論知識的學習。隨著科學技術的不斷發展，有了EDA這項技術。EDA技術就以計算機為載體，承載著各種模擬的軟件，然后通過在相應軟件的操作界面上進行軟件的連接以及操作，這樣大大方便了學生的實驗，而且還能從一定程度上節省實驗器材的經費，總之，這樣的做法有很多的好處。本文將重點討論關于數字電子電路設計之中EDA技術的應用探究。
1關于數字電子電路設計之中EDA技術的應用探究
1.1數字電子電路的概述
在我國職業教育體系中，與電子技術相關的專業中都設置到相關的專業基礎課程，比如說模擬電子技術、數字電子技術基礎等課程，其中數學電子基礎這門課程還是比較重要的。在數字電子技術這門課程中，主要講述一些邏輯關系，以及以邏輯關系為基礎的各種門電路，除此之外就是各種組合而成的邏輯電路，其中包括TTL邏輯門電路，CMOS邏輯門電路等等，這些邏輯電路都是與生活息息相關的。在平時的生活中也會用到很多，比如說家里的開關，現在很多家中都會安裝兩個開關，當進門的時候在門口開燈，睡覺時在臥室關燈，這個就是是使用了最簡單的邏輯電路。邏輯電路的使用方便了人們的生活。
1.2數字電子電路與EDA技術
數字電子電路技術這門課程在學習的過程中，除了要學好基礎的理論知識，更重要的是在學好理論知識的基礎上，要提高動手實驗的能力，因為現在社會需要的是實踐性的人才，正如在教育大會中指出，要平衡教育人才的培養，并且要重視實踐性人才的培養。要培養實踐性的人才，首先要做的就是對他們基礎的動手能力進行培養，要如何培養才是要思考的問題。那就是從實驗做起，實驗技術隨著科學的不斷發展也在不斷進步，如今已經有了比較成熟的EDA實驗技術，這項技術就是讓學生在虛擬的軟件中模仿實物進行一定的實驗訓練。在數字電子技術中使用EDA這一項技術大大方便了教學，而且同時也能有效的提高學生對理論知識的理解。
1.3數字電子技術未來發展前景
目前我國的電子技術方面還是有一定的欠缺的，而且我國的市場這么大，所以要努力發展屬于我國自己的電子信息技術。而且電子信息技術是一個非常核心的力量，只有掌握了這樣的核心力量，才能讓我國的電子技術發展的更好。通過電子信息技術，可以成為擊垮一個國家的秘密武器，所以努力發展自己國家的核心技術力量，并且還要不斷的更新，這樣才能在未來的世界中變得強大。所以，電子信息技術的發展趨勢良好，而且發展空間也足夠大。
2數字電子電路設計之中EDA技術應用的作用
2.1有助于更好的學習理論知識
在數字電子電路這門課程的學習過程中，都是一些枯燥無味的理論知識，這樣容易造成學生在學習過程中的疲勞，而且會造成課堂效率大大降低的不良影響。數字電子技術是一門純粹的理論知識，而且都是一些我們不熟悉的電路方面的內容，所以在單單的講解理論知識的時候，學生們不容易想象到他的具體的實物，這樣就對學習造成了很大的困擾。但是通過借助EDA技術在數字電子信息技術的學習過程中，會對學生的學習有很大的幫助。在學習了抽象的理論知識之后，通過在EDA技術上進行模擬，這樣就比較容易理解理論知識。這樣的做法對學習理論知識都很大的幫助，不僅能提高學生的學習效率，而且還能培養實踐性的人才。
2.2通過學習EDA技術，不斷創新
在數字電子信息技術的學習過程中，通過借助EDA技術，可以培養學生的動手能力。在實驗的時候，學生一般都是通過對課本上已有的知識進行模擬，學習。但是實驗就是創造的過程，有很多偉大的發明就是在實驗的過程中發現的。在學生進行實驗的過程中，不斷對實驗結果進行調試的過程中，有可能就會發現新的成果。所以可以通過借助EDA技術在數字電子信息技術中，讓學生在不斷實驗的過程中，碰撞出科學的火花，不斷的創新，壯大我國的電子科學技術。所以說要大量的運用EDA技術在數字電子電路的學習中，這樣可能某個時刻就會對我國的科學作出貢獻。
2.3更好的適應于未來的社會
現階段我國的科學技術不斷發展，日新月異，盡管如此我國的科學技術與世界還有一段差距，所以說還是要不斷發展科學技術，尤其是電子科學技術，因為現在的社會已經是非?，F代化的電子信息社會了，未來的社會更是電子信息的社會，任何事情都離不開電子技術。所以在目前這個階段要大力發展電子信息技術并且掌握基本的電子信息技術的使用方法，這樣才能在將來的社會中立足。所以在目前的學習中不斷使用實用性的EDA軟件的過程也是在不斷適應現代社會的過程。
3結束語
本文中，通過講述數字電子電路，數字電子電路與EDA技術以及數字電子技術在未來的發展前景這三點來闡述了關于數字電子電路設計之中EDA技術的應用探究。數字電路是一門貼近生活的比較基礎的課程理論，它的成果運用于人們的生活中大大方便了人們的生活。相信通過使用EDA技術在數字電子電路設計之中，一定會使數字電子技術發展的更好，同時也會促進EDA技術不斷成熟。
參考文獻
[1]關于數字電子電路設計之中EDA技術的應用探究；陳惠娟；《電子制作》；2015年23期
[2]CGP函數建模在天線設計中的應用；于章意曾三友；中國地質大學；2013年
電子電路設計范文2
[關鍵詞]數字電子電路；EDA技術；應用；探究
在微電子技術飛速發展的背景下，數字電子電路的設計的難度也在不斷加大，電子產品翻新的速度也在不斷加快，這給數字電子電路設計帶來了較大的壓力。EDA技術是數字電子電路的設計中較為先進的技術，具有其他技術不具備的優勢，使數字電子電路的設計得到了革命性的發展[1]。EDA技術的優勢在于當程序修改錯誤時，不需要使用額外的硬件電路，且在使用EDA技術進行電子產品設計時能夠使電子產品的成本降低和設計周期縮短。因而，EDA技術在數字電子電路設計中得到了越來越廣泛的運用，也推動了數字電子電路的設計領域的變革，促進電子產品的發展。對此，我們需要EDA技術在數字電子電路的設計中應用有所了解。
1EDA技術概述
EDA（ElectronicDesignAutomation，電子設計自動化）技術是逐漸從計算機輔助測試、計算機輔助制造、計算機輔助設計以及計算機輔助工程中發展而來的[2]。該技術主要是將計算機作為載體，在EDA軟件平臺上，設計者主要采用硬件描述語言VHDL進行設計，進而由計算機自動完成各項工作。EDA技術是一種融合了當前多種新型技術的新技術，它以計算機為載體，將計算機技術、信息技術、電子技術以及智能技術相互融合起來，進而完成電子產品的自動化設計工作，這樣有效促進了電路設計的可操作性以及效率性，不僅保障了電路設計的質量和效率，同時也極大地減輕了設計者的工作強度，同時也降低了電子產品的生產成本。具體來說，EDA技術的特點以及EDA技術設計流程如下。
1.1EDA技術的特點
相比于傳統的CAD（ComputerAidedDesign，計算機輔助設計）技術而言，EDA技術具有顯著的特點。首先一點，EDA技術在硬件電路選擇軟件設計方式方面上，它可以選擇多種設計輸入，如VHDL語言、波形等等，它在完成下載配置前能夠在沒有硬件設備的情況下能夠自行完成。與此同時，它在修改硬件設備也是非常簡單、易于操作，這種修改硬件設備的方式和軟件程序修改方式非常接近，采用軟件測試的方法對其進行測試，這樣就能科學有效地設計特定功能的硬件電路[3]。第二點，EDA技術能夠儀自動化的形式進行產品直面設計。它可以通過HDL語言和電路原理圖等自動化的邏輯編譯的相關程序輸入其中，并生成相應的目標系統。簡單說來，這種技術能夠以計算機為依托，從電路功能模擬、電路性能分析、電路的設計以及優化、電路功能的測試和完善等全部流程都可以以自動化的形式實現。第三點，EDA技術具有較高的集成化特點，并可以自身構成片上系統。EDA技術在數字電子電路設計中是以芯片為載體進行設計的一種設計方式。因而，當前大規模集成線路的不斷發展能夠有效促進繁雜的芯片設計工作的完成，同時也能夠完成專業化的集成電路設計[4]。第四點，EDA技術可以大大提高系統升級的工作效率，它能夠當場進行目標系統的編程，實現有效的系統升級。第五點，EDA技術具有自動化的特點，且進行技術開發的時間并不長，且能夠有效節約設計的費用，避免了資源的浪費，同時EDA技術也具有極大的靈活性和實用性，可操作性較強。
1.2EDA技術設計流程簡介
EDA技術對于數字電子電路設計的意義可以認為是它將推動了數字電子電路設計的一個發展變革，使其進入了一個發展的新時期。傳統的電路設計的模式多是以硬件搭試調試焊接的方式，而E-DA技術以計算機自動化的設計模式對傳統的電路設計模式進行了創新。EDA技術設計流程主要包含8個流程依次為[5]：設計指標設計輸入（將電路系統采用一定的表達式輸入計算機，其中包括圖形輸入以及文本輸入）邏輯編譯（將設計者在EDA中輸入的圖形或文本進行有效的編排轉化）邏輯綜合（將電路中高級的語言轉化為低級的，并與基本結構相應射）器件適配（將由綜合器產生的網表文件配置到指定文件中，使之能夠下載文件）功能仿真（跟進吧算法和仿真庫對涉及進行模擬，以驗證其涉及是否和要求一致）下載編程（將適配后生成的配置文件和下載文件以編程器下載）目標系統。
2可編程邏輯器件
數字邏輯編輯器具有自身的發展歷程，一般可以將其分為分立元件、中小型標準芯片以及可編程邏輯器件等三個階段。對邏輯器分類方面可以將其分為固定邏輯器和可編程邏輯器。其中固定邏輯器的電路是固定的、不可變的，而可編程邏輯器則可以為使用者提供多種邏輯能力，也可以在不同的時間內進行改變，進而完成不同的功能[6]。可編程邏輯器件（programmablelogicdevice，PLD）產生于通用集成電路，根據使用者對器件編程來確定其邏輯功能?？删幊踢壿嬈骷哂休^高的集成度，一般能夠滿足大多數數字系統設計的需求。在科學技術快速發展的情況下，可編程邏輯器件也隨之不斷發展。當前，可編程邏輯器件已經成為解決邏輯方案的首選，這主要是因為它能夠根據用戶的需求進行相應的產品功能增加以及產品升級，且操作較為簡便，具有低成本、低消耗、多功能、高集成性等優勢。與此同時，當前一些公司也在不斷對其進行研究，不斷完善可編程邏輯器件的功能，并獲得了較為顯著的效果，如Altra公司的FLEX10K的系列產品、Xilinx公司的XC4000的系列產品[7]。
3VHSIC硬件描述語言
VHSIC硬件描述語言（Very-High-SpeedInte-gratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，VHDL）是電路設計中使用的一種高級語言，主要在20世紀80年代由美國國防部認定的標準硬件描述語言，之后其他公司紛紛推出了VHSIC硬件描述語言設計環境。對此，我們需要對VHSIC硬件描述語言具有一個較為清晰的了解。數字電子電路設計的第一步就是使用EDA技術以及相應的軟件開發工具進行設計輸入。簡單地說就是簡要描述電路設計、硬件設計以及測試方法。在設計一些規模不大的數字電子電路時，一般硬件描述的方式為原先的時序波在設計一些大規模的數字電子電路時，其描述方式就需要采用具有較強針對性的硬件描述語言。VHSIC硬件描述語言不僅能夠詳細描述硬件電路的功能、定時與信號連接的關系，而且還能采用簡潔的模式準確描述硬件電路中邏輯較為抽象的部分[8]。由于VHSIC硬件描述語言具有詳細準確描述硬件電路功能的特征，因而，VHSIC硬件描述語言成為EDA技術在數字電子電路設計中最為常用的設計輸入方式和描述語言。在數字電子電路設計中，VHSIC硬件描述語言已經成為使用最為廣泛的硬件電路應用描述語言。這主要是因為VHSIC硬件描述語言具有硬件特點的語句，其結構和語法具有高級計算機具有高度相似性。除此之外，VHSIC硬件描述語言在程序結構上也有著十分明顯的優勢，它進行實體設計時能夠將其設為可視部分和不可視部分。從中可以發現，VHSIC硬件描述語言與綜上所述，可以看出VHDL硬件描述語言比傳統的其他硬件描述語言相比，如AHDL、VBLE，具有強大的描述功能，能夠有效規避器件的復雜結構，進而對數字電子電路設計進行有效的描述[9]。具體說來，與其他硬件描述語言相比，VHSIC硬件描述語言的特點主要有以下幾個方面：其一，具有強大的功能以及靈活的設計。這主要是VHSIC硬件描述語言有著功能強大的語言結構，能夠采用簡短的語言進行復雜邏輯的描述；同時，它也具備多層次的設計功能，支持多種設計方法。其二，具有廣泛的支持性，且易于修改。由于VHSIC硬件描述語言已經成為使用最為廣泛應用描述語言，因而具有廣泛的支持性；由于其結構化和易讀化的特征，因而易于修改。其三，系統硬件描述能力強大，VHSIC硬件描述語言可以進行結構描述、寄存器傳輸描述、行為描述，也可以進行三者混合描述。其四，與器件設計相對獨立，在進行VHSIC硬件描述語言可以不用考慮器件設計情況，專心用于VHSIC硬件描述語言設計的優化。其五，移植能力強，能夠共享。VHSIC硬件描述語言設計完成后可以將成果進行分享，避免電路的重復設計。除此之外，VHSIC硬件描述語言還具有其他的特征：其一，VHSIC硬件描述語言屬于設計輸入語言，它能夠通過計算機詳細描述硬件電路的運行狀態，并將其與數字電路的設計系統自動綜合。其二，VHSIC硬件描述語言是常用的測試語言，它能夠以測試基準對數字電子電路進行可以仿真與模擬，進而判斷其功能情況。其三，VHSIC硬件描述語言是標準化語言，它是當前設計語言中使用最為廣泛的語言之一，也是當前電子領域普遍認可的標準化語言。其四，VHSIC硬件描述語言是可讀性語言，它不僅可以被計算機識讀，同時也可以被設計者識讀。其五，VHSIC硬件描述語言一種網表語言，它獨特的語言結構讓其在計算機設計中工作較好，同時它在設計工具間聯系的格式中屬于低級設計工具，即它在門級網表文件形成中具有相互轉化的功能和高度兼容性。
4EDA技術在數字電子電路設計中的應用
我們可以通過設計一個數字鐘電路來展現E-DA技術在數字電子電路設計中的應用，該數字電路鐘能夠顯示秒、分、時。
4.1準備的設備
本次實驗主要是選用FPGA芯片EDA技術實驗工具以及電子計算機。
4.2實驗設計方法
依照EDA技術的設計規范進行分層設計，其內容包括數字鐘；時計數、分計數、秒計數以及譯碼顯示；24進位制計數器、60進位制計數器以及譯碼顯示電路。在VHDL語言描述上，要使用VHDL語言對60進位制計數器、24進位制計數器進行描述編程，并將兩者進位標準進行調整，使其一致。關于譯碼顯示電路的設計。在設計中可以使用動態譯碼掃描處理電路進行處理，這能夠某個時間點點亮單個數字碼而達到6個同時顯示的視覺效果，這樣不僅將電路能耗降到最低，同時也節約了器件資源，并延長了器件的使用壽命[11]。關于頂層設計，在這一設計中需要建立在底層設計模塊的基礎上，通過原理圖方法將兩者進行有機的融合，進而獲得一個完整電路。
4.3編譯下載
電子電路設計范文3
關鍵詞 Multisim仿真；電子電路設計；搶答器
中圖分類號：TP319.9 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2015）10-0035-03
Abstract Introduces the function and characteristic of Multisim simu-
lation software， and describes the use of Multisim simulation software for electronic circuit design process with a digital responder
design as an example.
Key words Multisim simulation； electronic circuit design； responder
1 前言
隨著電子電路復雜程度越來越高、更新速度越來越快、設計規模越來越大、推向市場時間越來越短，這就迫切需要實現設計工作的自動化。電子設計自動化（EDA）技術的出現，改革了傳統的電子電路設計方法。
2 Multisim仿真軟件的功能及特點
Multisim是一個原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，可實現原理圖捕獲、電路分析、電路仿真、仿真儀器測試等功能；具有如下特點：界面設計人性化、操作簡潔明了、元件庫規模龐大、儀器儀表庫種類齊全（包括函數信號發生器、示波器、邏輯分析儀等）、分析功能強大（包括直流工作點分析、交流分析、噪聲分析等）。
3 應用實例
以數字搶答器的設計為例，闡述采用Multisim仿真軟件進行電子電路設計的過程。
設計任務和要求 用中、小規模集成電路設計一個數字搶答器，設計要求：
1）搶答器可同時供8名選手參加比賽，每個選手擁有一個搶答按鍵，分別用按鍵J0～J7表示，按鍵編號和選手編號相同；
2）主持人扳動控制開關J8，可控制系統的復位和搶答的開始；
3）搶答器具有第一搶答信息的鑒別、鎖存和顯示功能，搶答開始后，第一搶答者按動搶答按鍵時，該選手的編號立即被鎖存，并顯示在LED數碼管上，控制電路使揚聲器發出報警聲音，并對輸入電路進行封鎖，使其他選手的搶答不起作用；
4）搶答器具有定時搶答功能，主持人通過設定一次搶答時間，控制比賽的開始和結束[1]。
電路組成 搶答器由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路由主持人控制開關、搶答按鍵、控制電路、優先編碼器、鎖存器、譯碼器、編號顯示器和報警電路構成，完成基本搶答的功能；擴展電路由秒脈沖產生電路、定時電路、譯碼器和定時顯示器構成，完成定時搶答的功能。
搶答器工作過程：首先，接通搶答器電源，主持人將開關J8置于復位位置，禁止搶答器工作，編號顯示器被熄滅，定時顯示器顯示定時時間；然后，主持人將開關J8置于開始位置，允許搶答器工作，計數器進行減計時；當選手在定時時間內搶答時，計數器停止工作，編號顯示器顯示搶答選手的編號，定時顯示器顯示剩余搶答時間，并禁止其他選手隨后的搶答；當定時時間到，但無人搶答時，系統報警，并禁止選手超時搶答。
電路設計及仿真
1）搶答器電路。搶答器電路如圖1所示。優先編碼器74LS148能鑒別第一搶答者的按鍵操作，并使其他選手的操作無效；RS鎖存器74LS279能鎖存第一搶答者的編號，并經譯碼器74LS48譯碼后顯示在LED數碼管上。
搶答器電路仿真波形如圖2所示。借助于Multisim仿真軟件中的邏輯分析儀，可對搶答器電路的多路邏輯信號同步進行高速采集和時序分析。將邏輯分析儀的輸入端口相應地連接到電路的如下測試點上：開關J8，74LS279的輸出端Q4、Q3、Q2、Q1（EI、BI），按鍵J7、J6、J5、J4、
J3、J2、J1、J0。被采集的輸入信號將顯示在屏幕上。
由圖2可知，在第一個Clock脈沖的上升沿，主持人將開關J8置于復位位置時，74LS279被復位，禁止鎖存器工作，其輸出Q4Q3Q2Q1=0000。于是，74LSl48的選通輸入端EI=0，允許優先編碼器工作；74LS48的消隱輸入端BI=0，編號顯示器被熄滅。在第一個Clock脈沖的下降沿，當主持人將開關J8置于開始位置時，允許優先編碼器和鎖存器工作。在第二個Clock脈沖的下降沿，將J6按鍵按下時，74LSl48的輸出A2A1A0=001，GS=0，經RS鎖存后，Q4Q3Q2Q1=1101。于是，Q1=1，使BI=1，允許74LS48工作；Q4Q3Q2=110，經譯碼顯示為“6”。此外，Q1=1，使EI=1，禁止74LSl48工作，封鎖了其他按鍵的輸入（即在第三個Clock脈沖的上升沿J3按鍵的輸入）。在第四個Clock脈沖的上升沿，當按下的J6鍵松開后，GS=1，此時由于仍為Q1=1，使EI=1，所以仍禁止74LSl48工作，封鎖了其他按鍵的輸入（即第五個Clock脈沖的下降沿J0按鍵的輸入），從而實現了搶答的優先性，保證了電路的準確性。在第六個Clock脈沖的下降沿，主持人將開關J8重新置于復位位置，以便進行下一輪的搶答。
2）定時電路。將兩片同步十進制可逆計數器74LSl92級聯，以串行進位方式構成百進制計數器；計數器的計數脈沖由555定時器構成的秒脈沖電路提供；通過預置時間電路，主持人對計數器進行一次搶答時間的預置；74LS48譯碼器和定時顯示器構成譯碼顯示電路。當主持人將開關J8置于復位位置時，計數器預置定時時間，并顯示在定時顯示器上。當主持人將開關J8置于開始位置時，74LS279的輸出Q1=0，經非門反相后，使555定時器的時鐘輸出端CP與74LSl92的時鐘輸入端CPD相連，計數器進行減計時；在定時時間未到時，74LS192的借位輸出端BO2=1，使74LSl48的EI=0，允許74LSl48工作。當選手在定時時間內搶答時，Q1=1，經非門反相后，封鎖CP信號，計數器停止工作，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統復位為止；同時，EI=1，禁止74LSl48工作。當定時時間到無人搶答時，BO2=0，EI=1，禁止74LSl48工作，禁止選手超時搶答；同時，BO2=0，封鎖CP信號，計數器停止工作，定時顯示器上顯示00[2]。
3）報警電路。報警電路由555定時器、三極管推動級和揚聲器構成。由若干電阻、電容和555定時器接成多諧振蕩器，將時序電路控制信號PR接至555定時器的清零端，以控制多諧振蕩器振蕩的起停，多諧振蕩器輸出信號控制三極管的導通、截止，從而推動揚聲器發出報警聲音。
根據上述設計思路，畫出各單元電路的仿真電路圖，先對各單元電路逐個進行仿真調試，再將各單元電路連接起來進行系統聯調；通過Multisim仿真，觀察各部分電路之間的時序配合關系，測量電路各項性能指標，調整部分元器件參數，檢查電路各部分功能，使其滿足設計要求；最后進行電路焊接與裝配，并對實際電路進行測試。
4 結語
Multisim是電子電路計算機仿真設計與分析的基礎，在電子電路設計中應用Multisim仿真軟件，把虛擬仿真和硬件實現相結合，可以節約設計成本、縮短開發周期和提高設計效率，有利于培養學生工程實踐、綜合分析和開發創新能力，提高學生運用現代化設計工具的能力。
參考文獻
電子電路設計范文4
【關鍵詞】數控;直流穩壓電源;Proteus;設計與仿真;教學案例
1 引言
Proteus軟件是英國LabCenter Electronics公司開發的EDA工具軟件，由ISIS和ARES兩個部分構成，其中Proteus ISIS軟件包含了革命性的VSM（虛擬仿真技術），用戶可以對模擬電路、數字電路、模擬數字混合電路，以及基于微控制器的系統連同所有的周圍電子器件一起仿真[1-2]。在電子類專業核心課程的教學中，除了引導學生掌握好基礎理論知識外，教師更需要加強對學生實踐動手能力的培養，才能促進學生電路設計能力以及實踐創新能力提高，也才能滿足社會對所培養人才的專業能力需求。而將Proteus仿真軟件技術應用于電子類專業核心課程的教學活動中，如模擬電子技術、數字電子技術、單片機技術以及嵌入式系統等課程的教學，不僅能夠促進教師形象生動地完成教學任務，還可以提高學生的實踐動手能力，如開展創新性設計實驗、畢業設計、電子設計競賽[2]。采用Proteus進行虛擬仿真設計實驗可以根據需要隨時對原理電路圖進行修改，并立即獲得仿真結果。一邊設計一邊實驗，調試時隨時可以修改電路，要比用萬能板焊接元件搭建硬件平臺更為方便，避免了傳統設計中元器件的浪費，節約了時間和經費，提高了設計的效率和質量[3]。本文探討的數控直流穩壓電源的設計和仿真，涉及電路理論、模擬電子技術、數字電子技術、單片機技術、EDA技術等多方面知識，是電子電路設計與仿真教學的典型案例。
2 電路的硬件設計
2.1 設計方案分析
數控直流穩壓電源設計是一個具有綜合性的設計項目，要求具有一定的電壓輸出范圍，輸出電壓能步進可調，能實時數字顯示輸出電壓。
根據任務要求，首先該電路主體是一個電源，屬于模擬電路設計，其次需要實時顯示輸出電壓，需要譯碼顯示電路，屬于數字電路知識，還有數字到模擬的轉換，需要數模轉換電路，整個轉換過程需要相應的時序控制，需要微控制器有序控制電壓的轉換、輸出、顯示。因此設計方案很多，本文給出一種簡單實用的方案，在此方案中主要由以下幾個部分組成（如圖1）：
控制器部分：為了能有序控制電源的步進輸出及顯示，本設計選用學生熟悉又比較常用的8051系列單片機AT89C52。單片機的作用除了有效控制電壓的數控輸出及顯示外，還可進行功能擴展。
電壓輸出部分：本設計對電源的輸出電壓電流沒有太高的要求，當前已有集成三端穩壓器一般能滿足要求，而且這類芯片內部都有過流和過熱的保護電路。例如型號為LM317集成三端穩壓器，其額定電流可達1.5A，輸出電壓的調節范圍為1.2～37V，內部有過熱和過流保護電路，價格也不貴，所以采用這種芯片為主體來組成所要求的系統是比較合理的。
電壓調節部分：為了能實現電源輸出步進變化，結合集成三端穩壓器的特點，選擇模擬開關和電阻網網絡構成D/A轉換電路，將單片機與三端穩壓器聯接，實現數字信號到模擬信號的轉換?？刂茊纹瑱C輸出的數字信號即可改變三端穩壓器輸出電壓，實現電壓的數控調節。
電壓顯示部分：該部分選用常用的數字電路中的譯碼顯示電路，為了節約單片機的IO端口，顯示方式采用動態顯示。
圖1 整體電路設計方案原理圖
2.2 各單元電路硬件設計
根據上面的設計思路，為了能快速方便的實現該設計方案，采用常用的一種仿真設計軟件Proteus完成該電路的設計與仿真。Proteus軟件包含了豐富的元器件庫，能夠很方便地調用設計方案中需要的各種元器件連接成電路，并進行仿真測試。
2.2.1 單片機控制電路
單片機是數控電源的核心，它通過軟件的運行來控制整個電路的工作，從而完成設定的功能。本設計中控制電路選用AT89C52單片機，它是由美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能8位CMOS單片機，片內含8K字節的FLASH或PEROM和256字節的RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51指令系統及8052產品引腳兼容[4]。AT89C52接收來自按鍵的信息，并對按鍵輸入的信息進行處理，從而控制輸出電壓的變化，并將變化的結果輸出到顯示電路上。
2.2.2 電壓輸出電路
該電路主要由集成三端穩壓器LM317作為核心器件穩定輸出電壓，該芯片內部有過流和過熱保護電路，電容C1、C3濾除交流雜波，二極管D1為負載電容的存儲電荷提供一條放電通路[4]。LM317的穩壓輸出電路如下圖2所示。
圖2 LM317穩壓輸出電路
圖2中輸出電壓滿足下列關系，
由于調整端的電流IADJ小于100uA，大多數情況應用時可以忽略，因此輸出電壓近似為 ，通過調節可調電阻R2可以很方便地改變輸出電壓。
2.2.3 電壓調節電路
從上面的LM317輸出電壓公式得知只要改變可調電阻R2的大小可以很方便地改變輸出電壓的大小，如果把R2設計成一個線性電阻網絡，通過模擬開關進行切換，就可以實現數控輸出電壓的要求[5]。線性電阻調節網絡如圖3所示，電路中選用8個電阻值依次倍增的精密電阻，模擬開關選擇常見的繼電器，通過按鍵輸入控制單片機P1口輸出的數字量控制繼電器的閉合與斷開，實現一種類似于數字量到模擬量的轉換網絡，來改變接入LM317調整端電阻的大小，從而改變輸出電壓大小。
圖3 線性電阻調節網絡
2.2.4 電壓顯示電路
譯碼顯示電路選用4位數碼管的動態顯示方式（如圖4所示）。將單片機的P2.0和P2.1口控制數碼管的段選和位選的選通，P0口實現對數碼管段選和位選的數據傳送。P0口既要輸出位選數據還要輸出段選數據，因此采用分時傳送方式，分別用兩個鎖存器74HC573保存對應的位選數據和段選數據;兩個鎖存器的工作分別通過單片機的P2.0和P2.1口來控制。
圖4 譯碼顯示電路
2.2.5 聲光指示電路
為了能指示輸出電壓的最大值、最小值，分別添加紅、綠LED指示燈;為了能指示按鍵的增減，添加蜂鳴器，按鍵每按下一次，就發出報警聲一次。
3 電路的軟件設計
直流穩壓電源系統是以單片機為核心控制電壓的調節與顯示，因此需要編寫相應軟件程序控制單片機有序工作。
根據以上電源系統的硬件特點和實現功能，軟件程序的結構可分為主程序和若干子程序[6]。主程序主要完成：系統初始化、數碼管顯示、按鍵是否按下，并跳轉到相應功能的子程序中去。主程序流程圖如圖5所示。子程序包括：系統初始化子程序、顯示數據處理子程序、數碼管顯示子程序、按鍵中斷子程序等。
圖5 主程序流程圖
4 電路的整體設計與仿真分析
單片機系統的仿真是Proteus軟件的一大特色。首先在Proteus中將上面硬件設計的各單元電路連接成一個完整的數控直流穩壓電源仿真電路（如圖6所示）;然后創建源代碼程序文件，并編輯該電源系統的程序源代碼;接著將源代碼編譯生成為目標代碼，將目標代碼添加到圖6中的單片機元件的屬性中，相當于在實際電路中對單片機下載目標程序;最后進行電路的調試仿真[7]。
圖6 整體設計仿真電路圖
圖6所示電路的仿真結果如下：當電路上電工作后，由于電阻網絡中沒有電阻接入LM317的調整端，數碼管上顯示出電壓為1.25V。當電壓增加按鍵按下時，單片機的外部中斷0產生中斷，蜂鳴器報警，電壓計數值增加1，接入的電阻網絡中的電阻值增加一個單位，相應的輸出電壓增加0.1V;保存數碼管結果的計數器值加1，P2.0端口選通譯碼顯示電路的位選鎖存器，送入相應的位選數據;P2.1端口選通譯碼顯示電路的段選鎖存器，送入段選數據;數碼管上顯示結果值增加0.1。當電壓增大到15V時，紅燈亮，顯示電壓值不變化，輸出電壓值也不再增加;當電壓減小到1.25V時，綠燈亮，顯示電壓值不變，輸出電壓也不再減小。
在仿真電路中增加虛擬測試儀器，如圖6中在穩壓輸出端Vout添加直流電壓表或者電壓探針，可以在仿真中實時觀測輸出電壓的變化數據[3]。
電路仿真輸出的理想結果是：電壓輸出大小從1.25V到15V變化，變化步進單位為0.1V;但實際上仿真結果是：數碼管上顯示結果與LM317輸出端接的電壓探針測量的電壓值有一點誤差。仿真測試數據如表1所示。
表1 仿真測試數據對比表
顯示值 測量值 誤差 顯示值 測量值 誤差 顯示值 測量值 誤差
1.35 1.356 -0.006 5.55 5.527 0.023 11.55 11.475 0.075
1.55 1.554 -0.004 5.95 5.924 0.026 11.95 11.871 0.079
1.95 1.951 -0.001 6.55 6.520 0.030 12.55 12.465 0.085
2.35 2.349 0.001 6.95 6.916 0.034 12.95 12.861 0.089
2.55 2.548 0.002 7.55 7.511 0.039 13.35 13.257 0.093
2.95 2.946 0.004 7.95 7.908 0.042 13.55 13.455 0.095
3.35 3.343 0.007 8.55 8.503 0.047 13.95 13.850 0.100
3.55 3.541 0.009 8.95 8.900 0.050 14.35 14.247 0.103
3.95 3.939 0.011 9.55 9.494 0.056 14.55 14.444 0.106
4.35 4.335 0.015 9.95 9.891 0.059 14.75 14.642 0.108
4.55 4.535 0.015 10.55 10.485 0.065 14.85 14.741 0.109
4.95 4.932 0.018 10.95 10.881 0.069 14.95 14.840 0.110
從仿真結果上看，隨著電壓的增加，數碼管輸出的理想結果與電壓探針輸出的結果誤差將逐漸增加，最大相對誤差為0.11V，即數碼管上顯示電壓值為14.95V時，電壓探針實時測量電壓值為14.840V。仿真結果說明該電路在精度要求不是很高的場合足以適合應用。
分析誤差的原因：（1）仿真軟件中的電路元件畢竟是模擬元件，不是真實電路，即使真實電路也會有一定的誤差;（2）顯示結果是直接將控制繼電器的數字信號通過單片機軟件顯示出來，而電壓探針測量的是LM317輸出端的電壓值，兩種的顯示位數、精度不同。當然實際輸出端的結果還取決于連接的電阻網絡中的電阻值的合理選取。通過仿真不但可以觀察輸出結果，還可以在仿真軟件中很容易修改電路并分析結果。
5 小結
本文利用Proteus軟件實現了一種數控穩壓直流電源的設計與仿真，無論設計過程還是仿真測試結果都達到了滿意的效果。該電路的設計與仿真作為電子類專業的綜合課程設計典型教學案例，在教學過程中應用Proteus仿真軟件對電路的設計方案及結果進行實時的仿真測試與分析，一方面仿真設計操作簡單，搭建電路、測試結果方便，修改設計快捷;另一方面在教學中增加了學生電路設計上的感性認識，便于對電路設計理論的理解，提高了學生的興趣?？傊?，利用Proteus仿真軟件能較好地完成設計任務，將之應用到相關課程教學中是一種新的教
學方法，有助于教師的教學和學生的自主學習。
參考文獻：
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電子電路設計范文5
【關鍵詞】電子技術；單元電路；設計方法
電子電路的設計方法和實現方法在EDA技術的發展下發生了根本性的變化。電子技術具有很強的實踐性，在對電子電路系統進行設計的過程中，首先應該將系統的設計任務明確下來，依據任務選擇方案，然后單元設計方案中的各個部分，選擇參數計算和期間，最后有機連接各個部分，將一個符合設計要求的完整的系統電路圖畫出來。作為電子電路設計人員，對單元電路的設計方法進行熟練掌握，具備實際設計電路的能力尤為重要。
1.電子技術及單元電路概述
電子技術是依據電子學的原理，在解決實際問題的過程中應用電子器件將某種特定功能的電路設計和制造出來。包括兩大分支，即信息電子技術和電路電子技術。前者又包括兩個分支，即模擬電子技術和數字電子技術；后者是處理電子信號的技術，發生、放大、濾波、轉換信號是其主要的處理方式[1]。
電子電路由電子元件和電子器件兩部分組成。前者是指電子設備中的開關、電阻器、變壓器等，后者是指晶體管、電子管等。按組成方式，我們可以將電子電路分為分立電路和集成電路兩種形式。單元電路是整個電子電路系統中一個重要組成部分，常用的有放大電路、振蕩電路、數字電路等幾種。設計訓練單元電路的主要目的是促進整體電子電路設計水平的顯著提升[2]。
2.電子技術單元電路的設計步驟
2.1 明確任務
將本單元電路的任務明確化是設計單元電路前均需要明確的，設計單元電路的最基本條件是將單元電路的性能指標詳細擬定出來。在設計單元電路的過程中，我們應該將電壓放大的倍數、輸入輸出電阻的大小計算出來，并盡可能做到簡單明了、盡可能地節約成本、使單元電路具有較小的體積和較高的性能等。
2.2 計算參數
計算參數的目的是使單元電路的功能指標達到實際需求。專業化的電子技術知識是計算參數的必要條件，比如，只有將各電阻值及其放大倍數計算出來，才能有效設計放大器電路；只有將電阻電容及其震蕩頻率制定出來才能有效設計震蕩器[3]。在計算參數的過程中，同一電路可能得出一組以上的數據，這是我們就應該給予數據選擇方法以充分的重視，保證所選擇的數據達到并符合完成電路設計的要求，并能夠在實踐中得到有效的應用。
2.3 畫出電路圖
在電子技術單元電路的設計過程中，我們需要將完整的電路圖繪制出來，這樣做的目的是對單元電路和整機電路的連接關系進行詳細的表達。同時，設計者還應該依據單元電路之間的相互配合和前后之間的關系將電路結構盡可能地簡化。比如，在確定各單元電路之后，應該給予單元電路之間的級聯設計以充分的重視和考慮，從而將浪費及工作量減少到最低限度。給予各部分輸入信號、輸出信號和控制信號之間的關系以充分的重視，對輸入、輸出進行模擬，完全隔離輸入、輸出、電源、通道，分割直流電流、電壓信號為多路不同或相同的電流、電壓信號，從而使同時采集控制不同設備的目的得到切實的實現。首先，注意電路圖的可讀性。在繪圖的過程中應該盡可能地在一張紙上畫主電路圖，在另一張紙上畫比較獨立和次要部分，標記號圖的端口和兩端，將各圖紙之間的信號的引入和引出標出來；其次，注意信號的流向及圖形符號。一般情況下，我們可以將起始點設在輸入端和信號源，然后依據信號流向從左到右、從上到下將單元電路畫出來。同時，還應該將適當的標注加在圖中，保證圖形符號的標準性；再次，注意連接線畫法。用直線連接各元件，并盡可能地減少交叉[4]。一般情況下，應水平或垂直布置連接線，盡可能地不畫斜線，用原點表示互相連接的交叉。
3.電子技術單元電路的設計方法
3.1 對于線性集成運放組成的穩壓電源的設計
調整部分、取樣部分、基準電壓電路等是單元電路中串聯反饋式穩壓電路的主要組成部分。設計線性集成運放組成的穩壓電源的主要功能是過流和短路保護，起到對電路的保護功能的標準為負載電路達到限額。在對其的設計過程中，直流電通過整流出來后，用濾波將其波文系數降低，從而對負載進行直接的帶動，但是這種電路無法起到穩壓的作用，因此，應該依據一定的技術指標設計穩壓電源。
3.2 單元電路之間的級聯設計
在確定各單元電路之后，設計者還應該給予單元電路之間的級聯問題以充分的重視并認真考慮。阻抗匹配、負載能力匹配等是單元電路之間電氣性能相互匹配的主要問題，設計者應該謹慎認真地思考這些問題。如果沒有過高要求驅動能力，則可以運用運放構成的電壓跟隨器；如果對驅動能力要求高，則可以運用互補對稱輸出電路或功率繼承電路；如果為數字電路，則可以運用單管反向器或達林頓驅動器等。從本質上來說，單元電路之間的級聯設計問題就是模擬單元電路之間的相互干擾及匹配問題[5]，在整個電路的正常運行中起著至關重要的作用，值得我們予以充分重視。
3.3 對于運算放大器電路的設計
UA741、OP07等均是依據工業上的普通用途設定的運算放大器電路，具有中等的性能和極為便宜的價格。在設計運算放大器電路的過程中，應該將單雙電源供電、電源電流選擇出來作為基本參數，同時將失調電壓、失調電流、電阻輸入，對速率進行有效的轉換，將時間確定下來。在運用運算放大器時，如果沒有特殊要求，應該盡可能地運用通用性運算放大器。指標的先進性不應該成為設計過程中選擇各種參數的唯一依據。當運算放大器作弱信號放大時，所選擇的運算放大器應該具有極小的失調和噪聲系數，同時保持等效直流電阻運放同相端和反相端對地。為了將運放的高頻自激有效消除掉，設計者應該依據推薦參數將適當的電容消振介入規定的消振引腳之間，同時對兩級以上放大級級聯的情況進行有效的預防和避免，以將消振困難減小到最低限度[6]。
隨著科技的飛速發展和社會的不斷進步，電子電路的種類越來越多，因此需要各種不同的有針對性的設計方法。在集成發生電路的快速發展的過程中，各種專用功能的新型期間不斷涌現出來，對電路設計工作提出了新的要求，集成塊直接組裝逐漸取代了傳統的分立原件電路的設計方法。因此，設計者應該將注意力逐漸從設計單元電路向設計和規劃整體方案轉移，清楚明了各種集成電路的性能和指標，在選取集成器件的過程中嚴格依據實際需求，并能合理地進行單元連接，從而成功完成總體系統的設計，同時在日常工作中積極積累經驗、深入研究其設計原理、努力改進及設計方法，為推動社會各方面的發展做出積極的貢獻。
參考文獻
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電子電路設計范文6
“電子技術基礎”包括模擬電子技術和數字電子技術兩門主要課程，是理工科相關專業的技術基礎課程，也是生物醫學工程專業的重要專業基礎課和技術基礎課。生物醫學工程專業開設“電子電路課程設計”課程，對提高學生的電路設計能力、硬件制作能力和系統調試能力，以及培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力具有非常重要的意義。如何利用科學的選題在較短的時間內訓練和提高學生的這些能力，并有意識地培養學生的創新意識和科研能力，是該課程在教學過程中重要的教學研究課題。[4-6]
一、生物醫學工程專業“電子電路課程設計”教學中存在的問題
由于生物醫學工程專業的特殊性，目前在生物醫學工程專業的“電子電路課程設計”教學過程中，普遍存在以下幾個問題：
1.課程設計的選題沒有考慮專業特點，實施的目的性不強，與專業的整體發展建設結合較差，達不到課程設計要求
一個突出的問題是，課程設計的選題大部分是沿用電子信息類專業的傳統選題，如多級低頻阻容耦合放大器、功率放大器、語音放大器、函數發生器、交直流放大器、數字電子鐘、定時器、智力競賽搶答器、簡易數字電容測試儀等選題，這些題目與生物醫學工程專業的聯系較少。這樣既不能體現專業特點，也不能提高學生的興趣，從而使得學生對所學理論知識不能很好地運用于實際，造成與實踐的脫節。
2.課程設計內容不完善，所設計的內容不能充分體現課程設計的目標
“電子技術課程設計”課程應該是由許多關鍵環節構成的一個整體，從多個方面訓練和提高學生的能力和素質。但原有的教學過程中，往往會忽略其中的一些重要環節。這些問題表現在：只要求學生完成電路制作，對于任務分析、方案選擇、分析計算要求較少，把課程設計簡化成操作實訓；不重視測試和數據分析，不能充分鍛煉學生分析問題和解決問題的能力；不注重使用設計軟件和選擇流行器件，只使用過時的器件，甚至老舊的分立元件，制作的電路達不到任務要求。這些對于提高課程設計的效果都有不利的影響，導致學生實際動手能力練習不夠、電路設計能力偏低、綜合調試能力不高。
3.評價方法和標準簡單，隨意性大
教學過程中沒有嚴格的評價標準，課程成績評定基本上流于形式，從而造成課程設計質量下降。
在這種情況下，培養出來的學生普遍存在電路設計能力和系統調試能力不足，發現問題、分析問題、解決問題的能力偏低，這樣培養出來的學生難以在工程設計領域中發揮獨當一面的作用，不能快速適應社會要求。
二、“電子電路課程設計”的改革思路和實踐
幾年來，在“電子電路課程設計”教學過程中進行了幾點改革嘗試，取得了較好的教學效果。
1.明確專業培養目標，構建課程設計選題庫
“電子電路課程設計”是電子信息類專業的傳統課程，有大量的課程設計選題，但這些選題中，大部分與生物醫學工程專業和生物醫學電子技術課程的教學內容和要求有較大的區別。為此，學院組織教師從眾多的課程設計選題中，選出若干與專業相關的訓練內容，進行加工改造，并對每一個設計選題提出具體的訓練要求和目標，構成課程設計選題庫。題庫中題目所涉及到的課程內容和設計內容的統計分析見表1。從表中可以看出，與生物醫學工程專業的教學內容密切相關的選題占總選題的72%，這樣就形成了有專業特色的電子電路課程設計內容和要求。
另外還結合專業的特色，對與醫療儀器密切相關的設計，如測量心電、腦電、心音、血氧飽和度、脈搏波等信號的電子系統的采集電路部分，要求學生做成完整的模塊，作為以后系統課程設計的子模塊。
2.以學生為主體，改革傳統課程設計指導方式
改變過去教師全程指導，有問必答，甚至直接給出參考電路的指導方式。教師在給出選題和要求后，將學生分成若干小組，每個小組在選題范圍內選定設計題目。學生自己查閱資料，提出方案，獨立設計，最終完成設計并進行完整的調試和測試。在整個課程設計過程中，教師每周留出固定或靈活的課堂答疑時間，回答學生提出的問題或啟發學生提出問題，直至課程設計結束。
3.充分發揮學生潛能，加深加寬課程設計的訓練內容并提高要求
在課程設計過程中，教師提出設計的目的和要求后，實驗室只負責提供材料及儀器，其他工作全部由學生自己完成。為了更多地訓練學生的綜合素質，學生需要獨立完成實踐步驟確定、任務分析、方案選擇、電路設計、元件選擇、電路布線、印刷板設計及制造、元件測試、電路焊接、系統調試、測試方案設計、電路測試等訓練步驟，并將這些步驟作為課程考核的訓練點（見表2）。通過這種完整的訓練過程，學生不僅能夠初步掌握電子產品的設計開發流程，還能較好地鍛煉自己的專業素養。
4.重視現代電子技術的發展和應用，鼓勵學生掌握和使用工具軟件和最新芯片
做到軟件和硬件結合，學生除了完成電路設計以及硬件的焊接、安裝、調試外，還需要至少掌握一種印刷電路板設計軟件和一種電路仿真軟件，有條件的學生還應掌握一種數字電路設計軟件（如EDA軟件）。學生既要熟練掌握電阻、電容、電感、二極管、三極管等分立元件的選擇和使用外，還應盡量掌握和使用最新的集成芯片，以進一步訓練工程設計能力。這樣，電子電路課程設計可以達到更好的教學效果。
5.培養學生興趣，將課程設計與創新課題訓練相結合
鼓勵教師將本科創新課題、教師科研課題等進行簡化、分割，形成適合課程設計的課題，供學生選擇。鼓勵學生進行電子產品整機設計、開發、組裝、調試，并且組織學生共同交流，互相學習，不斷提高。
三、結束語
“電子技術”課程的理論性和實踐性都很強，而“電子電路課程設計”作為教學過程中的重要一環，體現出了越來越重要的作用。對該課程進行的一系列教學改革實踐，取得了良好的效果。按照改革后的教學模式，“電子電路課程設計”不斷能夠鞏固課堂上所學的理論知識，加深學生對課堂抽象概念的理解，提高了學生的設計能力和創新能力，還能使學生對生物醫學工程專業的認識更加明確具體，這些都有利于培養出理論基礎扎實、實際工作能力強的高素質生物醫學工程專業人才。
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