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電路設計的一般步驟范文1
1.電子技術課程設計的重點與要求
本課程的重點是電路設計，內容側重綜合應用所學知識，設計制作較為復雜的功能電路或小型電子系統。一般給出實驗任務和設計要求，通過電路方案設計、電路設計、電路安裝調試和指標測試、撰寫實驗報告等過程，培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力，提高電路設計水平和實驗技能。在實踐中著重培養學生系統設計的綜合分析問題和解決問題的能力，培養學生創新實踐的能力。電子技術課程設計一般要求學生根據題目要求，通過查閱資料、調查研究等，獨立完成方案設計、元器件選擇、電路設計、仿真分析、電路的安裝調試及指標測試，并獨立寫出嚴謹的、文理通順的實驗報告。
具體地說，學生通過課程設計教學實踐，應達到以下基本要求：建立電子系統的概念，綜合運用電子技術課程中所學習到的理論知識完成一個電子系統的設計；掌握電子系統設計的基本方法，了解電子系統設計中的關鍵技術；進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用器件的原則；掌握查閱有關資料和使用器件手冊的基本方法；掌握用電子設計自動化軟件設計與仿真電路系統的基本方法；進一步熟悉電子儀器的正確使用方法；學會撰寫課程設計總結報告；培養嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學態度。
2.電子技術課程設計的教學過程
電子技術課程設計是在教師指導下，學生獨立完成課題，達到對學生理論與實踐相結合的綜合性訓練，要求本課程設計涵蓋模擬電路知識和數字電路知識，因此課程設計的選題要求包含數字電子技術和模擬電子技術。教學環節可以分為以下四個部分。
2.1課堂講授。
課程設計開始前，需要確定指導老師。由指導老師通過兩學時的教學，明確課程設計的要求，主要內容包括課程介紹、教學安排、成績評定方法等。在課堂教學環節中，指導老師介紹課題的基本情況與要求，要求學生從多個課題中選擇一個。
2.2設計與調試環節。
2.2.1前期準備、方案及電路設計。
前期準備包括選擇題目、查找資料、確定方案、電路設計、電路仿真等。在確定方案時要求學生認真閱讀教材，根據技術指標，進行方案分析、論證和計算，獨立完成設計。設計工作內容如下：題目分析、系統結構設計、具體電路設計。學生根據所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計，通過論證與選擇，確定總體方案。此后是對方案中單元電路進行選擇和設計計算，稱為預設計階段，包括元器件的選用和電路參數的計算。最后畫出總體電路圖（原理圖和布線圖），此階段約占課程設計總學時的30％。
2.2.2在實驗室進行電路安裝、調試，指標測試等。
在安裝與調試這個階段，要求學生運用所學的知識進行安裝和調試，達到任務書的各項技術指標。預設計經指導教師審查通過后，學生即可購買所需元器件等材料，并在實驗箱上或試驗板上組裝電路。運用測試儀表調試電路、排除電路故障、調整元器件、修改電路（并制作相應電路板），使之達到設計指標要求。此階段往往是課程設計的重點與難點，所需時間約占總學時的50％。
2.3撰寫總結報告，總結交流與討論。
撰寫課程設計的總結報告是對學生寫科學論文和科研總結報告能力的訓練。學生寫報告，不僅要對設計、組裝、調試的內容進行全面總結，而且要把實踐內容上升到理論高度?？偨Y報告應包括以下方面：系統任務與分析、方案選擇與可行性論證、單元電路的設計、參數計算及元器件選擇、元件清單和參考資料目錄。除此之外，還應對以下幾部分進行說明：設計進程記錄，設計方案說明、比較，實際電路圖，功能與指標測試結果，存在的問題及改進意見，等等?？偨Y報告具體內容如下：課題名稱、內容摘要、設計內容及要求、比較和選擇設計的系統方案、畫出系統框圖、單元電路設計、參數計算和器件選擇。畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理。組裝調試的內容，包括使用的主要儀器和儀表；調試電路的方法和技巧；測試的數據和波形并與計算結果比較分析；調試中出現的故障、原因及排除方法。總結設計電路的特點和方案的優缺點，指出課題的核心及實用價值，列出系統需要的元器件清單，列出參考文獻，收獲、體會，并對本次設計提出建議。
2.4成績評定。
課程的實踐性不僅體現實際操作能力，而且體現獨立完成設計和分析的能力。因此，課程設計的考核分為以下部分：設計方案的正確性與合理性。設計成品：觀察實驗現象，是否達到技術要求。（安裝工藝水平、調試中分析解決問題的能力）實驗報告：實驗報告應具有設計題目、技術指標、實現方案、測試數據、出現的問題與解決方法、收獲體會等。課程設計答辯：考查學生實際掌握的能力和表達能力，設計過程中的學習態度、工作作風和科學精神及創新精神，等等。
3.電子技術課程設計的步驟
在“電子技術基礎”理論課程教學中，通常只介紹單元電路的設計。然而，一個實用的電子電路通常是由若干個單元電路組成的。通常將規模較小、功能單一的電子電路稱為單元電路。因此，一個電子系統的設計不僅包括單元電路的設計，還包括總體電路的系統設計（總體電路由哪些單元電路構成，以及單元電路之間如何連接，等等）。隨著微電子技術的發展，各種通用和專用的模擬和數字集成電路大量涌現，電子系統的設計除了單元電路的設計外，還包括集成電路的合理選用。電子電路的系統設計越來越重要，不過從教學訓練角度出發，課程設計仍應保留一定的單元電路內容。電子系統分為模擬型、數字型及兩者兼而有之的混合型三種。雖然模擬電路和數字電路設計的方法有所不同（尤其單元電路的設計），但總體電路的設計步驟是基本相同的。電子電路的一般設計方法與步驟包括：總體方案的設計與方案論證、單元電路的設計、單元電路間的連接方法、繪制總體電路草圖、關鍵電路試驗、EDA仿真、繪制正式的總體電路圖等。
電路設計的一般步驟范文2
關鍵詞：直流穩壓電源；電路設計；工作原理
1 電路設計背景和目的
通過多年的教學經驗和對中職院校的學生進行的調研情況來看，中職院校的學生普遍文化基礎薄弱，對文化課、理論課不感興趣，但是大部分中職學生對實訓課程感興趣，喜歡動手操作，能夠嘗試動手去做一些實驗，有的甚至能獨立完成一些電子產品的安裝與調試。例如，簡單的門鈴電路，流水燈電路等。因此，針對中職院校學生的實際情況，結合我學院電氣工程系的學生學習情況，今年，我系領導決定對學生的課程安排進行了大膽改革，去掉純粹的理論課，所有專業課程都變為一體化課程，讓學生通過動手操作掌握理論知識，真正做到在做中學，在學中做，在這樣的背景下，我嘗試了將所擔任學科《電子技術基礎》這門理論課程融入到《電子電路的安裝與調試》這門實訓課程中去，變理論課實訓課程為一體化課程。依托這樣的改革前提，我嘗試對直流穩壓電源的電路進行了以下設計，目的就是為了更好的適應電氣工程系的改革實踐，同時也能夠使學生在實際動手操作過程中深刻理解相應的電子專業理論知識，能夠培養學生掌握理論知識的能力，激發學生熱愛電子專業的熱情，提高了學生學習的積極性，最重要的是讓學生學會了技能，一技在手，更好地走上工作崗位，盡快地適應社會。
2 電路設計實驗設備及器件
所謂巧婦難為無米之炊，電路設計同樣需要必要的實驗設施和工具，而實驗條件的好壞和選擇工具的正確與否是設計的關鍵和前提。下面我來具體闡釋我的設計思路中所需要的實驗條件、實驗工具和必要的原材料：
2.1 電路所需實驗設施和工具
本次設計的完成需要在專業的電子試驗臺上進行，需要的工具如下：示波器、萬用表、變壓器（12v）、電烙鐵、鉗子和鑷子等，另外需要必要的焊錫和連接線。
2.2 電路所需元器件清單
元器件清單如下：
1A二極管IN4007，V1、V2、V3、V4，4只；發光二極管V5，1只；熔斷絲FU 參數為1A1只；100uF 50 V電容C1，1只；10uF25V電容C2，1只；500uF 16V電容C3，1只；2200uF電容C4，1只；開關SW，1只；2.7KΩ電阻R1，1只；190Ω電阻R2，1只；280Ω電阻R3，1只；1KΩ電位器R4，1只；三端集成穩器CW7812 U（可調范圍1.25V～12V），一只；可調電阻RW，1只。
3 電路設計思路
直流穩壓電源又稱為直流穩壓器，其作用就是將交流電轉化成相應用電器所需要的穩定電壓的直流電。其關鍵是輸出直流電壓的穩定性，所以我們設計電路的著眼點就是電路轉化的穩定性。
3.1 直流穩壓電源的工作原理
直流穩壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩壓電路組成，其組成框圖如圖1：
直流穩壓電源各部分的作用
（1）電源變壓器：主要是降壓器，用于把220V的交流電轉換成整流電路所需要的交流電壓Ui。（2）整流電路：利用整流二極管單向導電性，把交流電U2轉變為脈動的直流電。（3）濾波電路：利用濾波電容將脈動直流電中的交流電壓成分過濾掉，濾波電路主要有橋式整流電容濾波電路和全波整流濾波電感濾波電路。（4）穩壓電路：利用穩壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調節與穩壓管串聯的限流電阻上的壓降來達到穩定輸出電壓的目的，用于將不穩定的直流電壓轉換成較穩定的直流電壓。
3.2 直流穩壓電源的設計方法
直流穩壓電源的設計，是根據其輸出電壓UO、輸出電流IO等性能指標的要求，確定出變壓器、集成穩壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的相關性能參數，選擇出這些元器件。
具體設計方法分為三個步驟：第一步：根據直流穩壓電源的輸出電壓UO、最大輸出電流IOMAX，確定出穩壓器的型號及電路形式。第二步：根據穩壓器的輸入電壓Ui，確定出電源變壓器二次側電壓U2；根據穩壓電源的最大輸出電流IOMAX，確定出流過電源變壓器二次線圈的電流I2和電源變壓器二次線圈的功率P2；再根據P2，確定出電源變壓器一次線圈的功率P1。然后根據所確定的參數，選擇合適的電源變壓器，一般為12v。第三步：確定整流二極管的正向平均電流ID、整流二極管的最大反向電壓URM和濾波電容的容量值以及耐壓值。根據所確定的參數，選擇合適的整流二極管和濾波電容。
4 電路設計步驟
電路設計思路想出后，考慮實際電路具體設計步驟，完整的設計步驟是整個電路的核心部分，因此在設計過程中實際設計步驟顯得尤為重要，具體步驟為以下幾步：
4.1 電路圖設計方法
電路圖設計使用PCB制圖軟件制作
4.2 電路原理圖的設計
電路原理設計使用Protel2000制圖軟件設計電路原理圖如圖2。
4.3 直流穩壓電源實物設計
如圖3所示安裝直流穩壓電源電路的前半部分整流濾波電路，然后從穩壓器的輸入端加入直流電壓UI？燮12V，調節RW，如果輸出電壓也跟著發生變化，說明穩壓電路工作正常。用萬用表測量整流二極管的正、反向電阻，正確判斷出二極管的極性后，先在變壓器的二次測線圈接上額定電流為1A的保險絲，然后安裝整流濾波電路。安裝時要注意，二極管和電解電容的極性不能接反。經檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用示波器或萬用表檢查整流后輸出電壓UI的極性，若UI的極性為正，則說明整流電路連接正確，然后斷開電源，將整流濾波電路與穩壓電路連接起來。然后接通電源，調節RW的值，如果輸出電壓滿足設計指標，說明穩壓電源中各級電路都能正常工作。
5 電路設計總結
通過論述直流穩壓電源電路的設計過程，強化了本人所教學科《電子技術基礎》中模擬電路部分知識和《電子電路的安裝與調試》實驗部分知識。所設計的直流穩壓電源電路，廣泛運用于生活中，例如手機的充電電源、冰箱的穩壓電源等。同時，也通過查閱參考書，網上資料等拓寬了自己專業方面的知識面。論述過程中，通過邊教學邊調研邊實踐的方式使本人對直流穩壓電源電路設計過程有了一些新的認識，特別是強化了自己的教學能力，增強了所教專業學生掌握理論知識的能力，提高了其動手操作的能力。通過一段時間的教學效果來看，我所教授專業的學生對學院的此種教學改革適應快，容易接受，對教師所設計的教學模塊感興趣，并且激發了繼續探究這一教學模塊的動力，這也充分證明了學院提出的此種教學改革是可行的。
參考文獻
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[2]王建.維修電工技能訓練（第四版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社.
電路設計的一般步驟范文3
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?？傊瑯嫿▎卧娐窌r，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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電路設計的一般步驟范文4
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。
電路設計的一般步驟范文5
關鍵詞:專用集成電路;寄存器傳輸級;門級網表;可靠性;手工綜合
中圖分類號:TN402.22文獻標識碼:A
文章編號:1004-373X(2009)20-004-03
Research on Manual Synthesis Based on ASIC Design
WANG Xiaohua,LUO Xiaoshu,YIN Yangang
(College of Physics and Electronic Engineering,Guangxi Normal University,Guilin,541004,China)
Abstract:With the development of ASIC design rapidly,it is key technology of the front-end IC design that the register transfer level description is manually synthesized the register transfer level.Through artificial participation,behave-level code by some of the most basic logic gates(such as nand-door,non-door,nor-door,etc.) gets the corresponding gate-level circuit according to the corresponding synthesized circuit model.Such methods used in ASIC design not only can optimize the circuit structure,but also can guarantee the correct logic function.At the same time,it can reduce the transmission delay and improve the reliability of chip design.Therefore,research on the ASCI design by manual synthesis is of practical value.
Keywords:application specific integrated circuit;register transfer level;register transfer level;reliability;manual synthesis
0 引 言
隨著專用集成電路(Application Specific Integrated Circuit)設計的迅速發展,將寄存器傳輸級(RTL)描述的手工綜合成門級網表,是IC前端設計中的關鍵技術[1]。在當前IC設計中,通常在行為級功能驗證后,采用軟件進行自動綜合的方式。這種方式雖然縮短了ASIC設計的周期,但是利用軟件綜合的門級電路存在很大的冗余,從而影響到整個芯片的版圖面積和延時。如果采用手工綜合,則會得到最簡的電路結構和最少的線路延時。在總體上,手工邏輯綜合可分為時序邏輯綜合和組合邏輯綜合[2]。
在此,以成功開發的無線發碼遙控編碼芯片為實例,詳細介紹手工綜合RTL級代碼的理論依據和實用方法,重點介紹時序邏輯綜合的實現方法,將時序邏輯綜合的實現方法歸納出各種描述的一般特征,將用戶多種多樣的描述歸整為五種形式,避免了綜合過程中的盲目性,使得整個綜合過程有據可依,從而提高綜合的效率和準確性[3],并對手工綜合進行深入的研究。
1 組合邏輯綜合
組合邏輯綜合的功能是對組合邏輯函數的描述形式進行一系列轉換和優化,求取實現該邏輯函數性能最佳的組合邏輯結構形式,并生成與邏輯功能描述相等價的優化的邏輯級結構描述。由于行為級描述或寄存器傳輸級描述經轉換后所得到的邏輯級的邏輯函數表示通常都是非優化的表示,因此就需要使用邏輯優化工具對其進行綜合和優化。
組合邏輯綜合的目標通常有:其一是為了在滿足延遲的約束下將面積最小化;其二是為了提高電路的可測試性[4]。
組合邏輯電路設計是數字電路設計的基礎。相對時序邏輯電路而言其綜合過程要簡單,可參考上面的手工綜合步驟,在這里設計了兩個電路對ASIC的手工綜合進行具體研究。
1.1 單增量加法器(4位)
所謂單增量加法器,就是在二進制計算中,行使代碼換算的任務,即二進制計算中若輸出有N值存在,接下來的數值就是N+1,為了把輸出值從N變為N+1就必須做一個電路。若其Verilog HDL描述語言為:
counter_disp
則綜合步驟為:
(1)列出真值表(略);
(2) 從真值表可以得出其邏輯表達式為:
sum[0]=NOT disp[0]sum[1]= disp[0] XOR disp[1]
sum[2]= disp[2] XOR (disp[0] AND disp[1])
sum[3]= disp[3] XOR (disp[0] ANDdisp[1]AND disp[2])
(3) 綜合后的電路圖如圖1所示。
圖1 單增量加法器手工綜合后電路
1.2 數值比較器(4位)
完成A
對應的描述語言為:
if(counter disp
(1) 列出真值表(見表1)。其中“X”表示任意值。
(2) 從真值表寫出比較結果的邏輯表達式,再通過化簡得到最簡表達式為:
A_small_B =A3n•B3+(B2B2)A2n•B2+(A3B3)(A2B2)A1n•B1+(A3B3)(A2B2)(A1B1)•A0n•B0
(3) 畫出綜合后的電路圖(見圖2)。
表1 真值表
輸入輸出
A3B3A2B2A1B1A0B0A
A3>B3XXX0
A3
A3=B3A2>B2XX0
A3=B3A2
A3=B3A2=B2A1>B1X0
A3=B3A2=B2A1
A3=B3A2=B2A1=B1A0>B00
A3=B3A2=B2A1=B1A0
A3=B3A2=B2A1=B1A0=B00
圖2 數值比較器手工綜合后電路
2 時序邏輯綜合
時序邏輯綜合的主要研究集中于同步時序電路的設計綜合。異步時序電路由于其設計和控制過程的復雜性,自動綜合十分困難。同步時序電路邏輯綜合研究的內容主要有:同步時序電路的綜合方法(即有限狀態機的綜合)、時序的優化以及時鐘系統的設計優化等。
有限狀態機綜合的主要任務是根據給定的邏輯功能,選取觸發器和鎖存器等時序元件,尋求優化的時序狀態激勵函數。同步時序電路綜合的目標是獲得芯片面積優化的高性能電路結構形式,其中包括時序重構和時序邏輯優化等方面。時序優化與時鐘系統的優化通過分析時序電路的數據傳輸行為,設置合理的參數,提高系統的效率,消除時序錯誤,解決時序沖突[6]。優化電路,得到最終的門級電路網表。
在進行了格式判別,確定采用何種時序元件后,就可以從相應的目標庫中提取相應的元件,組織成符合最終輸出形式的網表格式。在提取元件時應當根據用戶的輸入描述取得最優化的結果,當然,這種優化問題也可以在得到最終的數據通道之后進行。對于同步/異步復位及上升/下降沿觸發的問題,在一般的目標庫中,都有各種不同類型的時序邏輯電路元件,同步/異步復位元件為其中之一[7]。同步/異步復位觸發器的綜合與其他元件的綜合有所不同,綜合時考慮的不僅是某一條賦值語句,而是將用戶的描述作為一個整體來考慮。在提取賦值語句時,同時分析相互有關聯的語句以及這些語句的相關條件,根據上下文語義得出最終的結論。
下面針對上述理論用一實例來說明:在采用上面的綜合步驟預處理和綜合實現算法后,得到輸出信號outA的賦值情況如下:
條件X1成立時outA≤0;條件X2成立時outA≤0;條件Y1成立時outA≤1;條件Y2成立時outA≤in1;其他條件下outA保持。
其處理過程如下:
(1) 將所有使輸出信號為0的條件標識為A1,A2等A類(A1=X1,A2=X2);
(2) 將所有使輸出信號為1的條件標識為B1,B2等B類(B1=Y1);
(3) 將所有使輸出信號為某個輸入信號或中間信號值的條件標識為C1,C2等C類(C1=Y2);
(4) 寫出其邏輯表達式:
outA=(A1+A2+in1_not C1)(B1+in1•C1+outA)
=(X1+X2+in1_not Y2)(Y1+in1•Y2+outA)
(5) 將目標信號的邏輯表達式進行畫簡(這里設定已為最簡式);
(6) 畫出對應的邏輯電路圖(見圖3):(其中in1_not表示為in1的非,其余類同。)
圖3 綜合后電路
具有數據通道的有限狀態機是描述數字系統的最常用的模型。有限狀態機分為兩個部分:數據通道部分和控制部件部分。數據通道部分包括數據的處理部件、存儲部件、傳輸部件及其互連[8]?？刂撇糠种饕瓿蓴祿ǖ赖臅r序控制,以及根據當前狀態、外部控制輸入和數據通道內部狀態產生外部控制輸出和數據通道控制信號等。邏輯綜合接受算法級行為描述,通過將其編譯轉換成為內部表示形式,然后經過操作調度和硬件資源分配等處理過程,最終產生表示數據通道的寄存器傳輸級網表,并根據調度的需要提取控制信息產生控制部件的行為描述(即有限狀態機的描述,一般為狀態轉換表/圖)[9]?？刂屏骶C合對行為描述的有限狀態機進行分解、化簡、分配等處理,選取時序元件,導出狀態轉換函數和控制輸出函數。
下面以一個實例來介紹控制部分的邏輯綜合過程和方法。
按照前面的步驟,分析Verilog HDL代碼,已得出該控制流部分的狀態轉換圖(見圖4),在這里只列出用符號代替的狀態轉移條件,未寫出各輸出端信號。
圖4 狀態轉移圖
這是LED驅動控制芯片核心模塊(顯示和鍵掃控制模塊)的狀態轉換圖,下面以DISPLAY狀態為目標求其狀態轉移電路圖,如圖5所示。
圖5 狀態DISPLAY 綜合后電路
(1) 根據狀態轉移圖列出與DISPLAY狀態相關的狀態轉換條件:
當A=1,DISPLAY=1 D=1時,DISPLAY=1;
當B=1,DISPLAY=0 C=1時,DISPLAY=0
(2) 推斷出DISPLAY狀態保持的條件,設為E:
E=(B && DISPLAY) ||(C&& DISPLAY)+H=
BC&& DISPLAY+H=BC&& DISPLAY
(3) 化簡并得出DISPLAY的邏輯表達式:
DISPLAY≤A+D+E (4) 畫出其邏輯電路圖(狀態機采用獨熱碼編碼方式)。
3 結 語
在此歸納出一套手工邏輯綜合的方法和綜合步驟,該方法適用于中小規模和超大規模中的核心電路部分的電路綜合。同時手工綜合后的效果與自動綜合軟件相比,其電路可靠且使用的門電路規模減少,功耗降低,延時達到最小。
參考文獻
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電路設計的一般步驟范文6
1電路設計和儀器選擇的基本理論依據
1.1電路的選擇
（1）測量電路――電流表內、外接電路的選擇.
由于電壓表的分流作用和電流表的分壓作用，造成表的示數與通過負載的電壓或電流真實值之間產生誤差，為減小此系統誤差，當待測電阻阻值Rx為小電阻時，有RVRx或RVRx>RxRA，電壓表分流很小時，選擇電流表外接電路；
當待測電阻阻值Rx為大電阻時，有RARx或RVRx
（2）控制電路――滑動變阻器限流與分壓接法電路的選擇：
①當負載電壓要求從零開始調節，采用分壓
電路.
②當滑動變阻器阻值小于負載電阻時，一般采用分壓電路；當滑動變阻器阻值大于負載電阻時，一般采用限流電路.
③當電源電動勢較大、滑動變阻器阻值較小，不能滿足限流要求時，采用分壓電路.
1.2電路實驗器材和量程的選擇，應考慮以下幾點
（1）電路工作的安全性，即不會出現電表和其它實驗器材因過載毀壞現象.
（2）能否滿足實驗要求（常常要考慮便于多次測量求平均值）.
（3）選擇器材的一般思路是：首先確定實驗條件，然后按電源―電壓表―電流表―滑動變阻器順序依次選擇.
①電源的選擇：在不超過待測器材所允許的最大電壓值的情況下，選擇電動勢較大的電源（以獲得更多的測量數據）.在相同電動勢情況下，通常選擇內電阻較小的電源（以獲得較穩定的路端電壓）.
②電表的選擇：在不超過電表量程的條件下，選擇量程較小的電表（以便測量時示數能在滿刻度的2/3左右）.
2測量電阻的電路設計和儀器選擇
2.1伏安法即用電流表測出流過Rx的電流I，用電壓表測出Rx兩端電壓U，再根據歐姆定律（Rx =U/I）求出Rx
根據這一原理，在設計測量電路時，必須有電壓表和電流表，同時還要滿足三個條件：第一，選好電壓表、電流表的量程，量程太大或太小，都會違反讀數原則；第二，正確選擇好電流表的內、外接法；第三，確定滑動變阻器的限流式接法或分壓式接法.此外，在選擇各種儀器時，還要考慮儀器所能承受的最大電壓、電流及電功率，這一點最容易忽視.
例1用伏安法測量一個定值電阻的阻值，備用器材如下 ：
待測電阻Rx （阻值約為25 kΩ）
電流表A1：（量程100 μA，內阻2 kΩ）
電流表A2：（量程500 μA，內阻300 Ω）
電壓表V1：（量程10 V，內阻100 kΩ）
電流表V2：（量程50 V，內阻500 kΩ）
電源E：（電動勢15 V，允許最大電流1 A）
滑動變阻器R：（最大阻值1 kΩ）
電鍵S，導線若干
為了盡量減小實驗誤差，要求測多組數據.
（1）電流表應選，電壓表應選.
（2）畫出實驗電路圖.
解析（1）器材選擇（測量電路）
從減小電表讀數引起的偶然誤差的角度考慮，兩電表及電表與電源間的配置要合理.注意到電源電動勢遠小于電壓表V2的量程，而跟電壓表V1的量程較接近，若選用電壓表V2來測量電壓，其最大偏轉量達不到量程的13，讀數時偶然誤差太大，所以選用V1較恰當；而此時通過電流表的最大電流
Im=UmRx=102.5×104 A=400 μA，
因此，電流表A2與V1配置較好.
（2）電路選擇（控制電路）
電路選擇主要從滑動變阻器對電路的控制和調節的角度考慮.若采用限流電路控制，注意到測量部分的總電阻約為20 kΩ，遠大于滑動變阻器的總電阻（1 kΩ），要保證電表安全，變阻器分得的電壓至少為5 V，阻值應調到10 kΩ，顯然，限流不能起到保證電表安全的作用，更不能進行有效調節，所以，只能采用分壓電路控制，實驗電路如圖1所示.
點評 伏安法測電阻是測電阻實驗的物理模型，其他方法是這一物理實驗模型的轉換和遷移.因此，理解伏安法測電阻的實驗原理、電路設計和儀器選擇的依據、實驗步驟、數據處理方法、誤差分析、電路的連接也是電學實驗的基礎和前提.
2.2“安安”法是利用兩塊電流表測電阻的一種方法，這一方法的創新思維是運用電流表測電壓（或算電壓），此方法適用于電壓表不能用或沒有電壓表等情形
設計電路時除考慮電流表的量程外，還要考慮滑動變阻器分壓與限流的連接方式.
例2用以下器材測量一待測電阻的阻值.器材（代號）與規格如下：
電流表A1（量程250 mA，內阻r1為5 Ω）；
標準電流表A2（量程300 mA，內阻r2約為5 Ω）；
待測電阻R1（阻值約為100 Ω）；
滑動變阻器R2（最大阻值10 Ω）；
電源E（電動勢約為10 V，內阻r約為1 Ω）；
單刀單擲開關S，導線若干.
（1）要求方法簡捷，并能測多組數據，畫出實驗電路原理圖，并標明每個器材的代號.
A.1 kΩB.5 kΩC.10 kΩD.25 kΩ
解析（1）實物連線如圖8所示.
（2）電阻箱的阻值
R1=0×100 Ω+8×10 Ω+6×1 Ω+3×0.1 Ω
=86.3 Ω.
本題測量電流表的內阻的方法是“替代法”.即用電阻箱的阻值替代電流表A1的內阻值，其條件是：開關S2分別扳到a處和b處時，保持滑動變阻器R2不變，且使電流表A2讀數相同.所以，待測電流表A1的內阻.
RA=R1=86.3 Ω.
（3）當R2調為零時，要使電路中的電流I不超過電流表A2的量程，根據閉合電路歐姆定律可知，電路總電阻R總至少為：
R總=EIA2=4200×10-6=2×104 Ω=20 kΩ.
由于電流表A1、A2的內阻（約為100 Ω）遠小于R總，故保護電阻R3應選用20 kΩ的電阻，但若選用200 kΩ的電阻，則電路中電流太小，電流表A1、A2指針偏轉量太小，讀數不明顯，實驗誤差太大.所以，正確的選項為B.
（4）由于R3=20 kΩ，調整滑動變阻器R2時，要使電流表A2的讀數為150 μA，則
R2≈EI-R3=4150×10-6 Ω-2×104 Ω≈7 kΩ.
若選用1 kΩ或5 kΩ滑動變阻器，則不能滿足實驗要求（A2讀數為150 μA）；若選用25 kΩ的滑動變阻器，則調節范圍太?。ú环奖阏{節），所以，選用10 kΩ的滑動變阻器較合適，正確的選項為C.
注：對于直接等效替代法，除電流等效替代外，也可采用電壓等效替代（如圖9所示），其實質是相同的.
2.5.2間接等效法測電流表或電壓表的內阻，這種方法又稱半偏法.
測電流表的內阻
①電路圖如圖10所示：
a.如圖連接，R1為電阻箱，可以是滑動變阻器，R2為電阻箱.b.閉合S1，調節R1，使電流表指針滿偏.c.閉合S2，保持R1不變，調節R2，使電流表指針半偏d.從電阻箱上讀出R2的電阻值R2，認為rg =R2′
②誤差分析
滿偏時：Ig=ER1+Rg
半偏時：Ig2=ER1+RgR2Rg+R2×RgR2Rg+R2×1Rg，
故R2′=RgR1R1+Rg
當R1Rg時，測量值R2接近Rg，要減小誤差，應使R1Rg.
此時認為流過電源的總電流仍為Ig，這是因為R1的電阻遠大于表頭的電阻.S2合上與否，對整個電路的總電阻的影響是極小的.此時，由于流過表頭的電流為Ig/2，則流過R2的電流也為Ig/2，即流過表頭與R2的電流相等，則表頭與R2的阻值肯定也相等，所以，只要讀出R2的阻值，即為表頭的阻值.實際上，當S2合上時，總電阻變小，總電流變大，即流過R2的電流大于Ig/2，根據并聯電阻的分流原理，可知R2小于表頭的阻值，測量結果偏小.
測電壓表的內阻
①電路如圖11所示，原理：在R觸頭不變的前提下認為上圖中支路兩端電壓不變，當R′=0時，電壓表滿偏，調節R，使電壓表半偏，則
RV = R′.
②誤差：當調節R時，支路電阻變大，電壓實際上變大，即大于電壓表的滿偏電壓，而電壓表半偏，R′上的電壓大于電壓表的電壓，因此R′>RV，即測量值偏大.
③條件：只有RRV（或R′）時，調R′時，才能近似認為支路電壓不變.
例6為了較準確地測定一只量程為3 V，內阻約3 kΩ的電壓表的內阻值，在手頭沒有電流表可用的情況下，某同學設計了如圖12所示的實驗電路.其中R1是最大阻值為9999 Ω的電阻箱，R2是最大阻值為20 Ω的滑動變阻器.電源是電動勢為6 V的蓄電池.
①試用筆畫線代替導線，將如圖13所示實驗器材連接成實驗電路.（有兩根線已經接好，不得改動）
②在接通電路前，應將滑動變阻器的滑動觸頭置于端（填A或B），將電阻箱阻值調到（填最大或最小）.
③根據實驗電路，按合理的順序寫出本實驗的主要步驟，包括須記錄的數據，并用這些數據寫出測量結果的表達式.
解析①圖略 ②A，最大 ③按電路圖接好電路；閉合S1、S2，調節R2的滑動觸頭，使電壓表滿偏；斷開電鍵S2，保持滑動觸頭的位置不變，調節R1的阻值，使電壓表半滿偏；記錄這時電阻箱的阻值R；電壓表內阻RV=R.
點評利用直接等效法時，應保持其他部分電路不變，只更換待測電阻和電阻箱并使電表的示數相同，此種方法無系統誤差；利用間接等效法時，應先使電表滿偏，再保持其他部分電路不變，在并入電阻箱后使電表的示數為半偏，認為電流或電壓相等，從而認為電阻相等，此種方法存在系統誤差，且只能測電表的內阻.
2.6“ 阻值相減法”即利用測出的待測電阻和其他電阻的總阻值然后減去其他電阻阻值的方法
例7如圖14所示，選取合適的器材，按電路圖連接好電路后，該實驗操作過程的第一步是：閉合電鍵S1，將電鍵S2接2，調節滑動變阻器R1和R2 ，使電壓表和電流表的示數盡量大些，讀出這時電壓表和電流表的示數U1、I1.（1） 請你寫出該實驗操作過程的第二步，并說明需要記錄的數據：.（2） 請你寫出由以上記錄的數據計算被測電阻Rx的表達式：.
解析（1） 由該實驗操作過程的第一步，閉合電鍵S1，將電鍵S2接2，調節滑動變阻器R1和R2 ，讀出這時電壓表和電流表的示數U1、I1.再由部分電路歐姆定律得（Rx+R1 +RA ）=U1/ I1.為了消除（R1+RA）所帶來的誤差， 實驗操作過程的第二步是：閉合電鍵S1，將電鍵S2接1，調節滑動變阻器R1和R2 ，使電壓表和電流表的示數盡量大些，讀出這時電壓表和電流表的示數U2、I2，并記錄示數U2、I2.
（2）實驗操作過程的第一步，得
Rx+R1+RA=U1I1（1）
實驗操作過程的第二步，得
R1+RA=U2I2（2）
聯立（1）、（2）得
Rx=U1I1-U2I2=U2I2-U2I1I1I2，
測電阻Rx，表達式是Rx=U1I1-U2I2.
