电路设计思想范文

导语：如何才能写好一篇电路设计思想，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：异型柱结构；住宅；设计思路

1.前言

随着我国国民经济的发展以及城市人口的增长，人们对居住的要求也越来越高，不仅要求使用面积大，而且要求净空也高。高层和超高层建筑通常采用框架或框架剪力墙等结构形式，传统的框架结构或框架剪力墙结构通常采用矩形截面柱，而矩形截面柱的宽度大于柱与柱之间的隔墙厚度，房间的柱角凸出墙面，给室内装修和家具布置带来极大的不便，同时也影响到平面有效面积的合理使用。如何合理地利用建筑物的有效面积，这对住宅结构设计提出了一项新的要求。采用异型柱框架体系可以有效解决这一问题。

异型柱结构是目前多层和小高层住宅中较受欢迎的一种结构体系，以T形、L形、十字形的异性截面柱代替一般框架柱作为竖向支承构件而构成的结构, 柱肢厚度与填充墙厚度相等，室内不会出现柱楞影响建筑功能，美观实用。同时用较少的混凝土材料获得较大的刚度，采用保温、隔热、轻质、高效的墙体材料,减少自重。异型柱框架结构体系博采了框架及剪力墙结构体系的优点，它将是今后住宅结构体系的发展方向之一。

2.异型柱设计的一般规定

2.1 结构平面布置

在一个独立的结构单元内，异型柱框架应双向布置，结构平面形状宜规则、对称、质量、刚度宜分布均匀，尽量使房屋的质量中心和刚度中心重合，以减小

扭转带来的不利影响。

2.2 结构竖向布置

异型柱结构体系沿竖向的质量分布和刚度变化应均匀，避免过大的外挑、内收，造成结构的质量、刚度突变，产生薄弱层塑性变形集中现象。

2.3 层数和高度

在7度地震区，异型柱框架结构的总高度不超过30 m、总层数不超过7层，相应的填充墙自重不应超过11kN／m2，框撑结构的最大高度是45m，异型柱框剪结构的最大高度是55m，最大高度值是根据建筑物自重为9kN／m2编制的。

2.4 抗震等级

抗震等级是确定结构构件抗震计算(指内力调整)和抗震措施的标准，共分为四级。抗震等级是按结构类型、房屋高度、烈度确定的，不同的抗震等级，有相应的计算要求和构造措施。由于异型柱有其独特的结构性能，并考虑到建筑物越高，地震反应越大，地震作用的危害性越大，异型柱的抗震等级要求严于矩形柱。

2.5 最大轴压比限值

轴压比是影响结构延性的一个重要指标，轴压比与抗震等级、箍筋间距S和纵筋直径d的比值S/d，箍筋直径dv有关，抗震规范限制轴压比是因为位移延性比随轴压比的增加而减小，这样，在轴压比较小的情况下，受压区高度较小，发生大偏心受压破坏，属延性破坏。异型柱的延性弱于矩形柱，轴压比限值要求严于矩形柱。

3.异型柱结构住宅项目的设计思路

结合异型柱设计的特点、相关设计规程及设计中存在的问题，本文提出几点设计思路。

3.1异型柱结构设计思路

3.1.1 加强轴压比控制

对异型柱框架结构，柱的延性对于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起着十分重要的作用，且轴压比又是影响混凝土柱延性的一个关键指标。有关实验表明，在高轴压比情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小，因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要。

3.1.2 各层楼板及顶层屋面板厚度适当加大

由于异型柱结构体系是空间受力体系，因此，加强楼板厚度可有效加强结构的空间受力特征，保证结构各构件协调受力。此外，加大楼板厚度还可以有效降低异型柱的扭转受力，因此在异型柱的配筋计算过程中不必专门设置抗扭钢筋。

3.1.3 在异型柱内拐角附近呈放射性布置一些板面钢筋

这项措施可加强版得反向抗弯能力，避免楼板表面出现裂缝。

3.1.4 加强异型柱端部纵向钢筋的配筋量

对于柱肢宽厚比大于3.5及柱肢端部作用有较大的集中荷载时，对柱肢端部进行构造加强；在有必要时，也可于端部增设暗柱来实现加强。事实上，增设暗柱还可以有效地防止构件在受剪作用下的斜裂缝开展，增强构件的延性性能。

3.1.5 框架的纵向钢筋不宜大于22mm

这是由于异型柱结构的梁柱节点构造要求决定的。由于异型柱结构在处理梁柱节点构造是施工较为复杂，纵向钢筋直径在22mm以下时较易弯折而在施工中容易处理所致。

3.2 与异型柱结构住宅配套的新型墙体设计

对于这种异型柱结构住宅使用新型墙体材料制作隔墙时比较容易处理。主要问题在于外墙的构造及保温性能。上述各种新型墙板对该住宅的适用性分析如下：

3.2.1 对于一些非填充类的轻质墙板，可以结合密肋龙骨外墙构造与门式刚架厂房墙面构造的特点，在异型柱之间安装C形龙骨或墙檩，用螺钉将内外墙板连接到龙骨上，在墙内的龙骨之间填充保温材料，这种做法保温性能较好墙体厚度也不会太大。适用于此种方法的墙板有GRC平板, 纤维水泥板、OSB板和金属板。

3.2.2 对于复合保温墙板，比如GRC复合保温板、钢丝网架夹芯板等单独使用时可以用作隔墙，用做外墙时保温性能较差，通常需复合在主体墙（砖墙或钢筋混凝土墙）外侧来共同实现较好的保温效果。

4.结语

住宅采用异型柱结构设计是今后发展的一个方向，随着科技的进步，审美观念改变必然使的住宅建筑不断的去扩展自身的表达语汇而寻求发展。但是，我们也应该分清楚，异型柱结构框架是建筑中承重体系和服务部分，它不是建筑使用中的主要部分，住宅结构的设计首先要遵循住宅建筑设计的一般原则，然后才是发挥结构的优势。

参考文献:

[1]叶倩.异型柱结构设计探讨[J].工程与建设,2006,20(2): 134-136.

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一、深入分析，找准存在问题

近年来，我国地方乡村通过实施“村通”工程、扶贫开发工程、土地综合整治等建设项目，我国的农村公路现状得到了较大改善。但一些地方受山丘地形限制、经济欠发达等因素影响，一些地方农村公路仍存在以下主要问题：

一是乡镇对外主通道等级低。受特殊地理和地形条件制约，一些地方的部分乡镇对外主通道还存在储如弯多、路窄、安全性和畅通性差的低等级公路，这种现象在地处偏远的乡镇尤为突出，交通整体服务水平低，制约了区域经济的发展。

二是村道布局不合理。在我国一些地方行政区划调整后，由几个村合并为一个村，原有行政村之间未连接的道路成为了新区划行政村内的断头路。交安设施也不齐全，无法达到开通农村客运的条件，导致非法营运因此乘虚而入。既不方便群众出行，又存在极大安全隐患，交通事故时有发生。

三是管理养护机制不健全。一些地方的乡镇因受经济条件制约，管理养护的实际效果参差不齐，破损路面得不到及时维修，加之我国农村公路点多、线长、面广，安全隐患很难全面排查整治，急需建立健全管理养护的长效机制。

二、科学规划，做到七个结合

针对我国目前一些地方的乡村公路现状，在规划过程中，要结合建设城乡统筹示范的总体要求，力求做到七个结合：

一是把当前需求与长远需求相结合。面对群众对交通日益增长的强烈要求，乡村公路建设一定要坚持适度超前的原则，不仅要满足当前发展需要，更要注重未来5～10年乃至更长时期的发展需要，有效避免重复建设所导致的浪费。

二是把乡村公路建设与主骨架道路相结合。随着交通基础设施建设步伐的加快，在现有国道等主骨架道路的基础上，在进行乡村公路建设规划时，要充分发挥上述主骨架道路的作用，把各乡镇的对外主通道与之充分对接，真正形成干支相连、布局合理、城乡一体的公路网络。

三是把乡村公路建设与场镇规划改造相结合。乡村公路规划建设要同各乡镇的场镇规划改造相对接，要把场镇进出口和过境交通分流及场镇到各行政村（社区）的道路建设进行长远综合考虑。

四是把乡村公路建设与产业布局规划相结合。现代农业发展需要交通作为强力支撑，在进行乡村公路规划建设时，要与产业园区的发展规划充分对接，以充分发挥产业园区的示范带动作用，达到双赢。

五是把乡村公路建设与土地综合整治相结合。土地综合整治项目是农村改革发展的重点工作，每个土地综合整治项目中都有公路建设项目，这些公路建设项目与农村群众的生产生活息息相关，在进行乡村公路建设规划时，要与土地综合整治相结合，使路网更加合理。

六是把乡村公路建设与农民集中居住区相结合。要充分考虑农民集中居住区的对外通道建设，既有利于引导农民自愿进入集中居住区，又有利于方便群众生产生活。

七是把乡村公路建设与各乡镇的地形相结合。要结合实际，按照轻重缓急，编制切实可行的年度计划，根据山区、丘陵、平坝、经济发达程度等不同情况，因地制宜制定建设标准，确保建设项目有序推进。

通过上述七个结合，可以更好地实现乡村公路从里程增长向以路网优化、等级提高为主的转变，构建干支相连、布局合理、城乡一体的全域交通体系，达到乡镇与县域中心城镇、乡镇与乡镇、乡镇与行政村、村与村之间“半小时”经济圈的目标。

三、精心组织，处理好五个关系

在项目推进过程中，要采取多种方法，形成乡村公路建设的合力，保障项目顺利实施。在组织实施过程中，要正确处理好五个关系：

一是处理好“要我修路”与“我要修路”的关系。修桥铺路是为民造福的社会公益事业，人民群众打心眼里十分拥护。但是如果在建设中触及群众自身利益，有的群众难免就会打起个人小算盘。当个人愿望难以满足时，就会抵触，甚至阻工、上访。因此，必须创造性做好群众的宣传发动工作，充分调动群众参与修路，自愿修路的积极性，把政府“要我修路”转化为“我要修路”，形成全民修路的合力。

二是处理好建设中的主体地位关系。要进一步明确，在乡村道路建设中，乡镇是建设业主和主体。大力推行“群众铺底子，政府盖面子”的乡村公路建设模式。鼓励采取群众投工投劳和利用部分村级公共服务资金参与道路基础部分建设。

三是处理好行业管理关系。一些地方的县交通局等部门作为行业主管部门，要加强乡村公路建设的规划、质量、安全、验收等工作的指导。同时，指导乡镇人民政府建立乡村公路建设管理工作机构，各政村（社区）建立村民代表监督小组，对辖区内的乡村公路建设项目实施监督。

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关键词：高速公路；主要材料；价差调整；有效策略；价格波动

Abstract: in recent years, due to the United States by the looser monetary policy in China and in the construction of the abnormal prosperity to the influence of the market, China's construction market price fluctuation in the main material is obvious, become the final accounts of the project budget is one of the main reasons why. In order to reduce the construction material price fluctuation on the influence of the engineering cost, this paper analyzed the material in highway construction projects in the main reasons, the price adjustment strategy, and in the process of the price adjustment shall abide by the principle, strive for construction enterprise to obtain more economic benefit space.

Keywords: highways; and Main materials; Adjust the price; Effective strategy; Price fluctuations

中图分类号：U412.36+6文献标识码：A 文章编号：

随着我国经济水平不断提高、社会主义现代化建设不断深化，建设市场呈现出异常繁荣的发展态势。随之，主要建设材料价格出现了上涨的情况。由于工程造价大部分用来自于材料费用，这样大幅上涨的材料费用严重影响了工程造价的精确性，导致出现了工程实际费用超预算费用等不良情况。尤其对于高速公路工程项目来说，对施工材料品种、型号、质量等具有高标准的要求，不同时期不同材料价格对工程造价的影响更为明显。如何调整高速工程建设项目材料价差成为施工企业长久以来亟待探讨和解决的问题。

一、高速公路建设项目中材料价差出现的主要原因

自我国实行市场经济以来，公路建设项目中部分材料开始走向市场化，导致材料价格挣脱了国家相关因素的限制，开始出现浮动。在我国市场经济改革如此深化的今天，调整材料价差显得尤为重要。原因在于，不断浮动的材料价格严重影响了工程造价的精确性，压缩了施工企业的经济效益空间。与此同时，从另一个方面考虑，这种情况反映出施工企业经营管理不善，不具备有效调整材料价差的能力。

我国现行的工程造价计算模式是根据定额计算工程量，用工程量套用相应定额子目基价得出分项工程费用，然后将全部分项工程费用汇总得出工程总直接费用。其中，定额基价是由人工、材料、机械及其他直接费用等组成。如果说人工费用占据全部直接费用20%，那么材料将占据70%左右。由此可见，材料价格的高低直接影响着工程造价的高低。

事实上，材料价格波动受到市场及国家政策等因素影响，不同时期、不同地点、不同供求关系下，材料价格必然出现不同程度的浮动。所以说，材料价格出现波动是经常性的，不受人的意识而变化。由此，总结高速公路建设项目中出现材料价差的主要原因如下：

第一，国家现行政策的影响，包括相关主管部门推行的工程造价模式及其他国家干预政策等。

第二，市场因素，主要是指供求关系、材料价格市场变化规律等。供不应求或供大于求都都会影响材料出现价格浮动。

第三，地域因素。由于我国地域广大，不同地区、不同地域的材料价格必然有所不同。但是，材料价格决不能超过国家主管部门规定的最高限价。

第四，时间因素。通常情况下，高速公路建设项目的工程量较大，施工企业不可能在准备阶段一次性购清材料。这种情况下，工程一期、二期、三期等阶段，材料价格就可能出现波动。因此，不同时期，材料价格可能出现波动，影响工程成本投入。

二、材料价差调整的主要准则

材料价格调整并不是随意而为的，受到诸多因素的影响和限制。为了保证材料价差调整策略的有效性，其必须遵守以下准则，按照其内容思考和制定调整方式。否则，将会产生较为严重的后果。

（一）不能突破预算

由于我国建设市场大多实行“一次包死”的承包原则，所以高速公路建设项目中材料价差调整主要有承包商负责，所追加的建设费用也由承包商负责。承包商在调整价差过程中一定会考虑预算，否则会压缩自身的经济效益空间。因此，承包商针对那些价格涨幅加大、且超过预算的材料，应当结合工程的建设资金及工程量实际需求设计调整方式。原则上不能突破预算，将其有效控制在概预算范围之内。

（二）遵守合同规范

发包商与承包商之间签订的合同是承包商后续所有经营管理行为的准则，更是工程决算及索赔的主要依据。因此，材料价格调整应当严格按照合同内容操作。倘若双方签订的合同内容规定了材料价格调整的方式，应当严格按照其内容运行，不得更改；倘若合同内容中并未规定材料价格调整的方式，承包商应当向发包商详细说明情况、分析项目风险，经其同意后与其鉴定补充合同，然后依据补充合同内容调整价差；倘若发包商不同意签订补充合同，承包商不得以偷工减料等不良行为降低建设费用，应当将情况反映相关主管部门或经司法渠道解决。

三、高速公路建设项目中调整材料价差的有效策略

（一）以工程造价为核心建立专门的材料价格编制及调控部门

高速公路建设项目材料具有品种繁多、购买渠道多样、市场价格差异化严重、质量有别等特俗特点，导致价格信息收集的工作量大，直接影响着材料价格编制水平的高低。并且，当前建设市场上工程决算大多以合同中规定的材料价格信息为基准，使得材料价格的准确性和科学性尤为重要。因此，为了保证材料价格信息的准确性、广泛收集大量价格信息及材料价格编制的合理性，有必要在施工企业内部建立一个独立的、专门负责编制与调控部门，尽可能保证价格编制的质量和水平。部门工作的主要内容就是全力收集符合工程施工要求的建设材料的价格信息，并保证信息准确和实用。同时，还要强化技术力量与扩大专业人员规模，为材料价格编制与调控提供有力保障。

（二）建立较为完善材料价格信息管理系统

为了保证材料价格信息的正确性和可靠性，施工企业应当根据实际情况在价格编制与调控部门建立价格信息管理系统。其主要工作就是将收集而来的价格信息按照不同标准分类编码，保证能够有效实现信息整理归档及查询等功能的实现。比如，信息材料的完整度、历史材料报价、真实采购价格、市场公开报价等，这些内容都可以算得上是一种分类标准。

价格信息管理系统的建立，能够将以各种渠道获得的信息进行系统的综合对比分析，并通过先进的计算机技术自动生成施工单位想要的价格编制方案，有助于降低经营与管理风险。同时，编制内容中要充分考虑到主要施工材料与次要施工材料的主次地位，并针对主要施工材料建立具有针对性的价格编制与调控方案。

（三）按照国家相关规定规范进行调价

当前，大多公路建设项目一般按照《公路工程标准施工招投标文件》中标注的调价规范调整材料价格。其中，按实物法分别计算各种材料价格差的方式尤为受到重视。此种方式就是指工程项目当地材料的实际采购价按相应材料定额含量和定额预算价格计算价差的方式。该种价差调整方式一补差准确、计算合理见长，因此得到广泛应用。但是由于施工材料种类繁多，单纯用此种方式较为费时、费力，因此应当结合综合系数调整法一起应用，效果更好。

四、结束语

关于如何调整高速公路建设项目中材料价差方式的思考一直是建设行业和施工企业长期思考与探索的问题。要想有效降低材料价格波动对工程造价的影响、保证材料价差调整方式的有效性与科学性，就必须了解与掌握出现材料价差的主要原因以及调整价差的相关准则，且按照国家法律法规的相关规定进行调价。尽管当前还没有研制出完全有效、科学的材料价差调整方式，但是随着人类认识水平不断深入，其调整方式将会越来越趋向合理与完善。

参考文献：

[1] 魏宁. 对建筑材料价差的一些思考[J]. 水利水电工程造价， 2007，(03) .

[2] 张秋陵，肖光宏. 工程项目材料价差调差方法的探讨和分析[J]. 重庆建筑， 2007，(09) .

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关键词：电子设计自动化；课程特点；教学方法

作者简介：董素鸽（1983-），女，河南叶县人，郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院，助教；李华（1972-），男，河南郑州人，郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院，助教。（河南郑州451150）

中图分类号：G642.41     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）11-0046-02

电子设计自动化（EDA：Electronic Design automation）是将计算机技术应用于电子设计过程中而形成的一门新技术，[1]它已经被广泛应用于电子电路的设计和仿真、集成电路的版图设计、印刷电路板（PCB）的设计和可编程器件的编程等各项工作中。

随着半导体技术及电子信息工业的不断发展，电子设计自动化技术在信息行业中的应用范围越来越广泛，应用领域也涉及产业链中的几乎任何一个环节。一方面是社会上对电子设计自动化人才的急需，另一方面是我国高校中电子设计自动化人才培养的落后，两者之间的矛盾也促使众多的高校开始在电子信息、微电子技术等专业中开设“电子设计自动化”课程。如今，该课程已成为众多信息类学科的专业必修课，这为我国电子设计自动化人才的培养和充实做出了巨大的贡献。

“电子设计自动化”课程教学效果直接影响着人才培养的质量，因此，优秀的教学方法和教学质量是教学过程中必须重视的。笔者根据近几年的教学经历，总结经验，开拓创新，形成了一套特有的教学方法，旨在培养出基础牢、思路清、知识广、能力强的电子设计自动化人才。

一、“电子设计自动化”课程教学的特点

电子设计自动化是一个较为宽泛的概念，它涵盖了电路设计、电路测试与验证、版图设计、PCB板开发等各个不同的应用范围。而当前“电子设计自动化”课程设置多数侧重电路设计部分，即采用硬件描述语言设计数字电路。因此，该课程的教学具非常突出的特点。

1.既要有广度，又要有深度

有广度即在教学过程中需要把电子设计自动化所包含的各个不同的应用环节都要让学生了解，从而使学生从整个产业链的角度出发，把握电子设计自动化的真正含义，以便于他们建立起一个全局概念。有深度即在教学过程中紧抓电路设计这个重点，着重讲解如何使用硬件描述语言设计硬件电路，使学生具备电路设计的具体技能，并能够应用于实践和工作当中。

2.突出硬件电路设计的概念

在众多高校开设的“电子设计自动化”课程中，多数是以硬件描述语言VHDL作为学习重点的。而VHDL语言是一门比较特殊的语言，与C语言、汇编语言等存在很大的不同。因此，在教学过程中首先要让学生明白这门语言与前期所学的其他语言的区别，并通过实例，如CPU的设计及制造过程，让学生明白VHDL等硬件描述语言的真正用途，并将硬件电路设计的概念贯穿整个教学过程。

3.理论与实践并重

“电子设计自动化”是一门理论性与实践性都很强的课程，必须两者并重，才能收到良好的教学效果。在理论学习中要突显语法要点和电路设计思想，[2]并通过实践将这些语法与设计思想得以加强和巩固，同时在实践中锻炼学生的创新能力。

二、“电子设计自动化”课程教学方法总结

良好的教学方法能起到事半功倍的效果。因此，针对“电子设计自动化”课程的教学特点，笔者根据近几年的教学经验总结了一些行之有效的教学方法。

1.以生动的形式带领学生进入电子设计自动化的世界

电子设计自动化对学生来说是一个全新的概念。如何让他们能够快速地进入到这个世界中，并了解这个世界的大概，从而对这个领域产生兴趣，是每个老师在这门课授课之前必须要做的一件事情。教师可以采用一些现代化的多媒体授课技术，让学生更直观地了解电子设计自动化。由于电子设计自动化是一个很抽象的概念，因此，可以通过播放视频、图片等一些比较直观的内容来让学生了解这个领域。从学生最熟悉的电脑CPU引入，通过一段“CPU从设计到制造过程”的视频，让学生了解集成电路设计与制造的流程与方法，并引出集成电路这个概念。

通过早期的集成电路与现在的集成电路的图片对比，引出EDA的概念，并详细讲解EDA对于集成电路行业的发展所作的巨大贡献。在教学过程中，通过向学生介绍一些使用EDA技术实现的当前比较主流的产品及其应用，提高学生对EDA的具体认识。这些方法不仅使学生对EDA相关的产业有了相应的了解，更激发了学生的学习兴趣，使学生能够踊跃地投入到“电子设计自动化”的学习中。

2.以实例展开理论教学

“电子设计自动化”的学习内容包含三大部分：[3]硬件描述语言（以VHDL语言为学习对象）、开发软件（以QUARTUS II为学习对象）和实验用开发板（以FPGA开发板为学习对象）。

硬件描述语言的学习属于理论学习部分，是重中之重。对于一门编程语言的学习来说，语法和编程思想是学习要点。在传统的编程语言学习的过程中，通常都是将语法作为主线，结合语法实例逐渐形成编程思想。这种学习方法会使学生陷入到学编程语言就是学习语法的误区中，不仅不能学到精髓，还会因为枯燥乏味而产生厌倦感。

如何能使学生既能掌握电路设计的方法，又轻松掌握语法规则是一个教学难题。笔者改变传统观念，将编程思想的学习作为教学主线，在理论学习过程中，以具体电路实例为基础，引导学生从分析电路的功能入手，熟悉将电路功能转换为相应的程序语句的过程，并掌握如何将这些语句按照规则组织成一个完整无误的程序。在此过程中，不断引入新的语法规则。由于整个过程中学生的思考重点都放在电路功能的实现上，而语法的学习就显得不那么突兀，也不会产生厌倦感。由于语法时刻都需要用到且容易忘记，因此在后期的实例讲解过程中需要不断地巩固之前所学过的语法现象，以避免学生遗忘，以此让学生明白，学习编程语言的真正目的是为了应用于电路设计。通过一些实践，学生体会到语言学习的成就感，进一步提高了学习兴趣，此方法收到了良好的教学效果。

3.将硬件电路设计的概念贯穿始终

硬件描述语言与软件语言有本质区别。很多学生由于不了解硬件描述语言的特点，在学习过程中很容易将之前所学的C语言等软件编程语言的思维惯性的应用于VHDL语言的学习过程中，这对于掌握硬件电路设计的实质有非常大的阻碍。因此，在教学过程中，从最初引入到最后设计电路，都要始终将硬件电路设计的概念和思维方式贯穿其中。

在讲述应用实例时，需要向学生分析该例中的语句和硬件电路的关系，并强调这些语句与软件语言的区别。以if语句为例，在VHDL语言中，if语句的不同应用可以产生不同的电路结构。完整的if语句产生纯组合电路，不完整的if语句将产生时序电路，如果应用不当，会在电路中引入不必要的存储单元，增加电路模块，耗费资源。[4]而对于软件语言，并没有完整if语句与不完整if语句之分。为了让学生更深刻地理解不同的if语句对应的硬件电路结构特性，可以通过一个小实例综合之后的电路结构图来说明。

如以下两个程序：

（1）entity muxab is

port（a，b：in bit；

y：out bit）；

end；

architecture behave of muxab is

begin

process（a，b）

begin

if a>b then y

elsif a

end if；

end process；

end；

（2）entity muxab is

port（a，b：in bit；

y：out bit）；

end；

architecture behave of muxab is

begin

process（a，b）

begin

if a>b then y

else y

end if；

end process；

end；

（1）（2）两个程序唯一的不同点在于：程序（1）中使用的是elsif语句，是一个不完整的if语句描述，而程序（2）使用的是else语句，是一个完整的if语句描述。这一条语句的区别却决定了两个程序的电路结构有很大的不同。（1）综合的结果是一个时序电路，电路结构复杂，如图1所示。而（2）综合的结果是一个纯组合电路，电路结构非常简单，如图2所示。通过综合后的电路图比较，学生更深刻理解这两类语句的区别。

强化硬件电路设计的思想，可以促使学生逐渐形成一种规范、高效、资源节约的设计风格，培养一个优秀的硬件电路设计工程师。

4.通过实践拓展强化学生动手能力

“电子设计自动化”是一门实用性很强的课程，学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力，因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识，并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力。

笔者在教学过程中鼓励学生将课程实践和毕业设计内容相结合的方法，让学生强化实践能力，收到了良好的效果。学习“电子设计自动化”课程的学生基本上都是即将进入大四，此时他们的毕业设计已经开始进入选题，开始了初步设计的过程。笔者先在实验课堂向学生布置一些常用硬件电路设计的题目，比如交通灯、自动售货机、电梯控制器等，让学生体会电子设计自动化课程的实用性，激发他们的思考和学习兴趣。在此基础上分组组建实践小团队，让每组学生共同完成一个较复杂的电路系统，比如遥控小车、温度测控系统等，鼓励他们将所做的内容与毕业设计对接。其中大部分同学通过这些训练都可以掌握硬件电路设计的基本方法和流程，有一部分同学还能设计出比较出色的作品。此过程不仅让学生体会到了学习知识的快乐，也培养了他们的团队协作精神，为他们以后的继续深造和工作做了铺垫。

三、结束语

掌握“电子设计自动化”课程的特点，有针对性地改善教学方法，充分调动学生的学习积极性，强化理论和实践教学相结合，一方面使学生把握课程的全局性，了解和熟悉电子设计自动化行业的状况和最新动态；另一方面培养学生具有扎实的理论基础和良好的动手能力，培养出厚基础、重实践、有创新的高素质人才，具有重要的社会意义。

参考文献：

[1]潘松,黄继业.EDA技术与VHDL(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2007.

[2]Roth,C.H.数字系统设计与VHDL[M].金明录,刘倩,译.北京:电子工业出版社,2008.

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【关键词】三人多数表决器 电路设计 Multisim10仿真

在组合逻辑电路设计的学习环节中，将学习过程中接触到的电路设计题目通过整理分析，不难发现有这样的两个特点，其一，对于同一题目电路的设计，可采用基本逻辑门、译码器、数据选择器、加法器等不同的设计方案。学习者通过多种设计方案的整理和分析，可加强对电路的理解，掌握更多的设计思路，这些设计思路将所学知识联系起来，通过以点到面的学习方式达到系统掌握知识的目的。其二，对于不同题目的电路设计，可采用相同设计方案。如果不同题目根据其电路功能写出来的真值表相同，就意味着可以采用相同的电路来完成其功能，通过把这种类型的设计题目搜集和归类，可以节省大量的电路设计时间，对学生学习效率的提高和知识的综合应用都会起到很大作用。

本文以三人多数表决器电路设计为例，从两方面探讨和总结了电路设计题目的特点，希望学习者能够借鉴这种学习方法，达到综合掌握知识的目的。

1 三人多数表决器电路设计举例

假设题目要求设计一个三人表决器电路[1]，当表决某个提案时，多数人同意，则提案通过，少数人同意时，提案被否决。

由组合逻辑电路设计步骤[2]，首先定义变量，设三个人分别用A、B、C表示，同意提案时用1表示，否则用0表示，提案表决结果用Y表示，Y为1表示提案表决通过，Y为0则不通过。其次，写真值表，根据上述定义，把题目设计要求的文字信息转化为数字信息的真值表，具体见表1所示。最后， 由表1所示真值表得到逻辑函数表达式为：

表1 三人表决器真值表

输入 输出

A B C Y

0 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 1 1

1 1 0 1

1 1 1 1

2 “一题多解法”在电路设计中的应用

所谓“一题多解法”是指在设计同一个电路时，采用不同的设计方法。由于数字电路是用0、1代码表示特定含义的电路设计，任何题目在设计是都要把文字信息转换为数字信息，即用真值表的数字信息来体现电路的功能。根据这个特点在电路设计时，我们除采用传统的用与或非实现电路设计外，还可以采用各种中规模集成块来实现电路设计，只要设计出来的电路经过测试，得到的真值表和题目要求的真值表相同，那么就可以实现题目的要求。这种采用不同思路设计电路的做法，对学生思维扩展和知识综合应用方面起到了积极的作用。下面以三人多数表决器电路设计为例，介绍不同设计思路在电路设计中的应用[3]。

2.1采用基本逻辑门设计

在采用组合逻辑电路现实时，根据表达式（2）的特点，采用1个异或门、一个或门和两个与门就可完成电路搭建和测试，具体设计电路如图1所示，笔者用Multisim10仿真软件进行测试[4]，其结果完全和表1相同，达到了三人多数表决器的设计要求。

图1 基本逻辑门实现三人表决器功能仿真界面

2.2采用译码器设计

译码器74LS138是根据三个地址输入端的输入情况，在同一时刻输出其中一个Yi，译码器是组合逻辑电路设计中很重要的一个中规模集成电路，根据74LS138的工作原理，我们将表达式（1）化为：

由表达式（3）和译码器工作原理可设计出图2所示电路，经测试结果与表1数据一致，由此可见采用译码器也能实现三人表决器的功能。

图2 译码器实现三人表决器功能仿真界面

2.3 采用数据选择器设计

数据选择器是根据地址码的特点，从多路输入数据中选择其中一路输出的中规模集成器件。当逻辑函数的变量个数和数据选择器的地址输入变量个数相同时，将变量和地址码对应连接，就可以用数据选择器实现逻辑函数的功能。

根据上述工作原理，将八选一数据选择器74LS151的D3、D5、D6、D7接高电平，D0、D1、D2、D4接低电平，控制端G接低电平，按图3所示连接，即可实现三人多数表决器功能。经笔者用Multisim10仿真软件进行测试，其结果和表1相同，因此，采用数据选择器同样可以三人表决器的功能。

图3 数据选择器实现三人表决器功能仿真界面

2.4采用全加器设计

由于一位二进制全加器的进位输出端Ci=∑m（3，5，6，7），与三人表决器的真值表中Y的输出完全一样，所以只需将A、B、C对应接到全加器集成块CT74HC183的Ai、Bi、Ci-1端，输出Y接到Ci端，即可用全加器实现三人表决器的功能，采用全加器实现三人表决器功能非常简单，此处不再论述。

3 “多题一解法”在电路设计中的应用

“多题一解法”是指不同功能的电路设计题目，可采用同一个电路来实现。在电路设计过程中，只要设计题目真值表相同，其设计出的电路也就相同。学习者如果善于总结这种规律，当再次遇到真值表相同的设计题目时就可以直接使用原来的电路，这样可以节省大量的电路设计时间，从而提高学习效率。

通过笔者的搜集和归类，发现许多不同功能的电路设计题目，都可使用相同电路来实现其功能。例如，题目要求设计一个火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种不同类型的火灾探测器，为了防止误报警，只有当两种或三种探测去发出探测信号时，报警系统才会产生报警信号。

假设烟感、温感和紫外光感三种火灾探测器分别用个A、B、C表示，发出探测信号时用1表示，否则用0表示，报警信号用Y表示，其中Y为1表示有报警，Y为0表示没有火灾报警。

在此定义下的得到该报警系统的真值表和表1完全一样，这也意味着火灾报警系统的电路设计和三人多数表决器一样，可使用相同的电路来完成其功能，当然也可采用上述所讲的四种方案来实现报警系统的功能。由此看来把不同类型、不同功能的电路设计题目进行归纳和总结，对比各电路真值表的特征，就可以将具有相同真值表的设计题目归为一类。这样的学习方法既提高了学习效率，又增强了学习兴趣，最终达到了深入理解知识，灵活应用知识的目的。

4 结论

通过“一题多解”和“多题一解”学习方法的总结和归类，一方面可以让学生以点学面，把所学知识系统的联系起来，通过各知识点的相互渗透，达到全面理解知识的目的。另一方面，可以为学习者节约大量的电路设计时间，对学生电路设计思想和兴趣的培养方面都会起到积极的作用。

【参考文献】

[1] 杨志忠.数字电子技术[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2] 丁业兵，谭学琴，等.基于 Multisim 的组合逻辑电路设计与仿真[J].价值工程，2013，6（8）63-64.

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关键词： 三维运动特征； 可视化校对； 系统设计； 姿态修正； 细节感知

中图分类号： TN911?34； TP391 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）22?0001?05

extraction algorithm， a 3D motion characteristics visualization proofreading system based on multiple transmission unit interval array distribution was designed. The system overall design and architecture model are analyzed. The functional parameters to design the system are given. The design of modules in hardware part of visualization system to proofread 3D motion features is conducted， including power supply circuit module， 3D feature data load circuit module， reset circuit module， AD digital?to?analogue conversion circuit module and interface circuit module. Program load of 3D feature extraction algorithm was performed. The software system based on Visual DSP++ 4.5 was developed to realize the system optimization design. The simulation experiment results show that the system can effectively realize the visualization proofreading of 3D motion features， and has high capture and extraction accuracy for detail features of moving image.

Keywords： 3D motion feature； visualization proofreading； system design； attitude correction； detail perception

0 引 言

随着计算机数字图像处理技术的发展，以三维可视化图像处理为基础进行运动目标图像的分析，实现对运动姿态的细节捕捉和姿态分析的能力。通过对运动三维图像的优化识别和可视化校正技术的研究，提高对运动目标对象的跟踪和计算机视觉识别的水平，在多媒体视觉下，采用图像特征采集方法，结合运动三维数据库和专家识别系统，能实现对被采集运动目标图像的细节动作特征分析，从而实现对运动三维目标图像的检验分析和指导。通过运动三维特征的可视化校对系统的设计，把图像处理算法加载到图像处理系统中，实现对图像的三维校正和细节捕捉感知，研究运动三维特征的可视化校对系统，在图像识别、动作特征分析以及身份的认证系统设计和视觉分析等领域都具有重要的应用意义，相关的系统设计方法研究得到了人们的极大关注[1?2]。

1 系统总体设计描述与功能器件选择

1.1 运动三维特征可视化校对系统的逻辑设计

为了实现对运动三维特征的可视化校对，在前期的三维特征提取算法设计的基础上，进行运动三维特征可视化校对系统的优化设计。系统开发分为硬件设计和软件设计两大部分。本系统所设计运动三维特征可视化校对系统与一般的信号处理系统不同之处在于它采用DSP进行运动三维特征数据的采样，通过动态控制增益进行三维数据的采集，时钟频率为33 MHz或66 MHz。在三维特征提取中，采用设备暂时接管基阵的阵列信号，进行运动三维特征的扩展总线并行收发，通过收发转换和功率放大器以及进行地址奇偶校验。根据系统的功能和技术要求，进行运动三维特征可视化校对系统方案设计以及硬件设计[1，3?4]，系统组成框图如图1所示。

运动三维特征可视化校对系统的设计思想是采用PCI 总线操作对运动三维特征信息进行数据收发设备的从属访问，系统设计的主要元件包括如下几个方面：

运动三维特征的计算元件（CE）：代表运动三维特征数据网格的计算资源。

运动三维特征的存储元件（SE）：通过局部总线向HP E1562E 8 GB发送数据存储请求任务，实现对运动三维特征数据资源的综合调度。

RAM缓冲区（RB）：捕获32 位地址/数据总线中的运动三维特征的可视化校对任务，根据用局部总线传输数据到HP E1562E，给每个任务分配适当的副本。

副本管理器（RM）：以采集数据到HP E1562D/E数据硬盘，在每个站点控制副本管理的传输，实现运动三维特征的可视化信息的差分输入和直流耦合。

根据上述系统总体设计思想，采用PCI9054的LOCAL总线设计方法，进行数据特征采集，用8个32位Maibox寄存器寄存运动三维特征的像素值信息，对运动图像进行特征提取，当初始化时，运动场景图像的亮点特征采样的时钟频率可达到50 MHz，系统自动将行为特征线性频率尺度提取值通过串行E2PROM进行配置校验，在C 模式下，选择Motorola 公司高性能 MPC850/86作为三维特征的可视化校验视觉分析系统，运动图像三维特征的可视化校验视觉分析过程可以用如图2所示的时序图描述，在PCI Initiator操作过程中，采用可编程逻辑芯片进行图像信息特征的谱分析，以此为基础实现系统的优化设计。

1.2 系统的设计指标和器件选择分析

根据上述总体设计思想和系统设计的总体架构进行系统优化设计。本文设计的运动图像三维特征的可视化校验系统的参数指标描述如下：

运动图像的Harris角点检测的频率大于200 Hz，寄存器基器件采用IEEE?488协议进行图像信息通信，E2PROM的配置采用VXI总线器件，采样频率不低于21 MHz，双路16位电流输出，VXI消息基器件具有电磁兼容性，通道输入范围为-12～20 dB，运动三维特征可视化校对的模拟滤波器HP E1433A使用新型可编程高通滤波器。根据上述设计指标，进行系统的功能描述和器件分析，运动三维特征可视化校对系统采用32位数据总线计算机模块进行图像特征采样和角点像素值分析。D/A芯片选用的是ADI 的ADSP?BF537。运动三维特征可视化校对系统具有高分辨率特性，可以精确控制高压，产生电磁辐射，外部晶体采用功耗280 W的有源晶振AD554进行图像降噪滤波，运动三维特征可视化校对的晶振电路如图3所示。

运动三维特征可视化校对的晶振电路经24倍频后抑制低频干扰，在晶振的输出端放置一个[0.1 μF]的电容，耦合到芯片底下，实现对三维特征的时钟波形提取。综合以上要求，运动三维特征可视化校对系统的器件选择了ADI公司的高速A/D芯片AD9225作为核心控制处理器，进行系统的硬件电路设计。

2 系统的硬件电路模块设计与软件设计实现

在上述进行了运动三维特征可视化校对系统的总体设计和设计指标分析以及功能模块构建的基础上，进行系统的硬件模块设计，系统的硬件模块主要有电源电路模块、三维特征数据加载电路模块、复位电路模块、A/D数模转换电路模块以及接口电路模块等，具体的设计过程描述如下：

2.1.1 电源电路

运动三维特征可视化校对系统的电源电路的D/A芯片选用的是ADI的串行D/A转换器AD5545，电源电路的内部时钟振荡器为ADSP?BF537，它是双路16位内核频率最高为126 MHz的D/A转换器，建立时间为2 [μs]，运动三维特征可视化校对系统电源电路选用频率为[25 MHz]、电压为3.0 V的电源层要隔离开采样时钟，通过AN收发器相连，实现系统的交流供电，电源电路模块设计如图4所示。

由图4可知，运动三维特征可视化校对系统的电源电路采用独立的看门狗输出，可视化校对系统的电源电路采用分立元件构成，其中低电池检测或者其他电源的检测为微分电路。当电源VCC上电时，DSP在1.6 s内随着电容C两端电压的增大而产生突变，所以OUT在上电时需要通过整流滤波振荡器进行线性调制，通过线性调频滤波进行振荡采样的复位，当复位有效，持续一段时间后，DSP采样BMODE2?0管脚，OUT变高，复位撤除，地址0x20000000执行DSP的工作。

2.1.2 三维特征数据加载电路模块

数据加载电路又叫程序加载电路，通过引导ROM进行程序加载，ADSP?BF537程序加载方式较多，本文对运动三维特征可视化校对系统设计过程中，对运动图像的三维特征数据程序加载模式分析如表1所示。

综上所述，得到本文设计的运动图像的三维特征的数据加载电路设计如图5所示。

采用表1所述的各个加载方式，结合本文设计的运动三维特征的可视化校对程序加载电路，进行运动三维特征的可视化校对。

2.1.3 复位电路模块

运动三维特征可视化校对系统的复位电路是执行系统的帧同步信号、运放AD8674输出的复位功能，运动三维特征可视化校对系统的复位电路采用CAN 8674为主控芯片，芯片采用的是4通道高性能运放数据交换，复位电路的带宽为10 MHz，使用ADUM1201进行3线制接口供电，AD8674产生输出范围为0～5 V，看门狗复位电路的输入端从外部16位存储器读取运动图像的像素角点检测特征值，从地址0x20000000执行0x00字节的时钟同步程序，E2PROM的输出口S0和输入口接一个上拉电阻，由此实现对三维可视化校对系统的自动复位，复位电路设计如图6所示。

2.1.4 A/D转换电路模块

运动三维特征可视化校对系统的A/D转换电路是实现对输入数据的数模转换，提供给计算机和DSP芯片可识别的原始运动三维特征数据。本文设计的运动三维特征可视化校对系统的A/D电路的分辨率为12位，最大采样频率为25 kHz，采用AD公司的高性能AD芯片AD9225进行设计，采样时钟由CLKBUF给出，ADG3301在输出端口的绝对电压满足：

A/D电路的设计需要减弱电源毛刺对模拟电路产生的干扰影响，实现单通道双向电平转换，根据上述设计思路，得到A/D电路的设计结果如图7所示。

2.1.5 接口电路模块

系统的接口电路是实现数据的输入输出以及人机通信等功能，接口电路是系统设计不可少的重要模块，本文设计的接口电路采用并联瞬态二极管TVS设计，接口芯片为82C250，CANH和CANL与地并联进行控制信号的输入输出，得到接口电路设计结果如图8所示。

在上述运动三维特征可视化校对系统模块化设计的基础上，进行系统的硬件集成设计，得到集成电路设计结果如图9所示。

2.2 系统的软件设计与程序实现

在上述进行了运动三维特征可视化校对系统的硬件电路设计的基础上，进行系统的软件开发设计，并结合前期的图像处理算法，进行程序开发，实现系统的完整设计。本系统的软件开发建立在Visual DSP++ 4.5软件开发平台基础上，Visual DSP++通过图形窗口建立运动三维特征的可视化编辑和校对窗口，通过指令流水查看器进行程序加载和数据分析，实现三维运动特征的可视化校对，在Visual DSP++的Simulator和Emulator中进行软件开发，通过Emulator，在Windows 窗口下优化ANSI C编译，程序开始后首先进行初始化，判断双缓冲区的A/D采样，执行同步串口0初始化，采用SPORT0_TCLKDIV寄存器产生帧同步片选信号，配置PORT_MUX寄存器进行可视化校对的程序特征输出，配置CAN_MBIM1进入CAN收发模式，采用PPI默认的DMA通道实现系统的人机通信和PPI数据读取，根据上述设计思想，采用多个传输单元间隔阵列分配校对，得到软件开发的流程如图10所示。

根据上述软件开发流程设计，进行运动三维特征可视化校对系统的软件开发和系统设计，最后进行程序加载，通过系统调试进行性能验证。

3 程序加载和系统调试实验

为了测试本文设计的运动三维特征可视化校对系统的性能，进行系统仿真实验，开发应用程序之前，定义系统文件，进行三维图像处理算法的程序加载，程序加载过程代码如下：

S根据上述程序加载结果，确定运动三维特征可视化校对系统的变量和数组，软件调试采用Tektronix TX3 True RMS MultiMeter，运动三维特征可视化校对系统的输出显示通过Agilent 混合示波器实现，得到系统对原始的三维图像的采集输出结果如图11所示，采用本文方法进行三维特征的可视化校对，得到校对输出结果如图12所示。

从图12可见，采用本文设计的系统能有效实现对运动三维特征的可视化校对，对运动图像的细节特征捕捉和提取精度较高，性能较好，展示了较好的应用性能。

4 结 语

通过运动三维特征的可视化校对系统的设计，把图像处理算法加载到图像处理系统中，实现对图像的三维校正和细节捕捉感知，在图像识别、体育运动训练指导、体动作特征分析等方面具有重要意义。本文提出一种基于多个传输单元间隔阵列分配校对的运动三维特征的可视化校对系统的设计方法，首先进行了系统总体设计描述和系统的架构分析，给出系统设计的功能指标，对运动三维特征的可视化校对系统的硬件部分进行分块化设计，对三维特征提取算法进行程序加载，基于Visual DSP++ 4.5进行软件系统开发，进行系统仿真实验。研究结果表明，采用该系统进行运动三维特征的可视化校对，具有较好的运动特征提取和细节分析能力与较好的图像处理性能。

参考文献

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[7] 盂勃，韩广良.基于改进的尺度不变特征变换特征点匹配的电子稳像算法[J].计算机应用，2012，32（10）：2817?2820.

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系统结构

本系统设计所要完成的主要功能是电阻电容的在线测试与显示,总体设计思想为:将电阻电容的参数值转换成与之成正比关系变化的电压输出,经A/D转换,然后送单片机进行数据处理,最后显示。硬件电路主要由以下几个模块组成Cx/V0转换电路、Rx/V0转换电路,信号发生电路、滤波电路、Av/Dv转换电路、A/D转换及单片机接口电路、量程自动转换电路,LCD接口电路。各个模块关系及系统总体框图如图l所示。

系统硬件设计

Rx/V0转换电路

Rx/v0转换的原理图如图2所示,图中Rx为待测电阻,R1和R2为Rx两端旁路的等效电阻,VREE为基准电压,R1～R3为基准电阻。由开关K来选择不同的量程。现以K1闭合为例:由图可得:

VREF/RR1=-V0/Rx,即V0=-Rx/当K2闭合时:

Cx/V0转换电路

Cx/V0转换的原理图如图3所示:核心部分C/Vo转换器采用简单有源Rc电路,该方法的被测电容C,与激励源频率无关,且Cx/V0转换电路的输出电压V0与被测电容Cv为线性关系。该原理构成的电容测试不仅可用于在线电

DC转换器,可以计算各种复杂波形的真有效值。采用了峰值系数补偿,在测量峰值系数高达10的信号时附加误差仅为1%。频带宽度在2V输入时可达8MHz。在实际应用中唯一的外部调整元件为绝对值平方的平均电容CAV、其影响到求平均值时间、低频精度、输出波纹水平及输出稳定时间。使用前需利用外部调整元件来减小有源整流器的非线性误差.电路图如图6所示。

A/D转换及单片机接口电路设计

本系统采用的ADC0809是一种8路模拟输入逐次逼近型A/D转换器,由于价格适中,与单片机的接口、软件操作均比较简单,目前在8位单片机系统中有着广泛的使用。ADC0809由8路模拟开关。地址锁存与译码器,8位A/D转换器和三态输出锁存缓冲器组成。ADC0809与单片机的接口电路由于接口简单。在此不再占用篇幅。

量程自动转换电路设计

在实际应用中,由于模拟开关本身存在一定的压降,所以实际应用起来较难,所以在这里电路中必须进行一定的补偿,采用继电器作为开关,以控制进行量程转换。电路原理图如图7所示。

LCD接口电路设计

作为测试仪器,显示是不可或缺的。在本设计中,采用EDMl602模块以实现单位的LCD显示。模块的内部结构主要由LCD显示屏(LCDPANEL),控制器、列驱动器和偏压产生电路组成。EDMl602与单片机的接口电路如图8所示。

系统的软件设计

该在线测试系统的软件主程序流程如图9所示。

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关键词 ZigBee CC2430模块 智能家居系统

1 引言

现在国内外的智能家居网络设计，成本、功耗是组建智能家居网络中较为突出的两个要素，ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术专为低速率、低功耗的无线互联应用而设计的。ZigBee技术特点主要包括以下几个部分：①功耗低②数据传输速率低③成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单。④时延短：通常时延都在15～30ms之间。⑤可靠性：采用碰撞避免策略，MAC层采用完全确认的数据传输模式。⑥安全性：提供基于冗余码校验数据包检查功能，又采用128位高等加密算法。

本文基于ZigBee无线技术以CC2430模块作为传感器节点核心处理器的设计思想软件方面则选择了合适的网络协议算法实现控制。

2 ZigBee协议概述

连接，可用于弥补GPS系统无法定位室内物体的缺陷，该技术一贯反应用于楼宇核工业直接控制，消费类电子，医疗器械，家庭数字化和消防安全等领域。

ZigBee协议栈由一组子层构成，每层为其上层提供一组特定的服务：数据实体提供数据传输服务，管理实体提供全部其他服务。每个服务实体通过一个服务接入点（SAP）为上层提供服务接口，并且每个SAP提供一系列的基本服务指令来完成相应的功能。ZigBee协议栈的体系结构模型如图1所示，IEEE 802.15ZigBee技术是一种新型的短距离，低速率，低功耗无线网络技术，主要适用于近距离无线.4标准定义了物理层（PHY）和介质接入控制子层（MAC）；ZigBee联盟定义了网络层和应用层（APL）框架的设计。

3 CC2430芯片的性能及特点

CC2430/是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的片上系统。它支持2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee协议。根据芯片内置闪存的不同容量，分别对应内置闪存32/6 4/128 KB。在单个芯片上整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU（8051），具有32/64/128 KB可编程闪存和8 KB的RAM，还包含模拟数字转换器（ADC）、几个定时器（Timer）、AES128协同处理器、看门狗定时器（Watchdog Timer）、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路（Power On Reset）、掉电检测电路（Brown Out Detection）以及21个可编程I/O引脚。芯片采用0.18μm CMOS工艺生产，工作时的电流损耗为27 mA；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA或25 mA。

CC2430芯片的主要特点如下：

高性能、低功耗的8051微控制器内核；

适应2.4GHzIEEE 802.15。4的RF收发器；

极高的接收灵敏度和抗干扰性能；

8 KB sRAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力；

强大的DMA功能；

掉电方式下，电流消耗只有O.9uA，外部中断或者实时钟（RTc）能唤醒系统；

挂起方式下，电流消耗小于O.6uA，外部中断能唤醒系统；

硬件支持避免冲突的载波侦听多路存取（csMAcA）；

电源电压范围宽（2.O～3.6 V）；

支持数字化的接收信号强度指示器/链路质量指示（RssI/LQI）；

电池监视器和温度传感器；

具有8路输入8～14位ADC；

高级加密标准（AEs）协处理器；

2个支持多种串行通信协议的usART；

1个IEEE 802.5.4媒体存取控制（MAc）定时器；

1个通用的16位和2个8位定时器；

4 智能家居系统整体架构与无线传感器节点结构

（1）无线传感网络一般由传感器节点、汇聚节点和管理节点组成。传感器节点主要是根据测量目的和测量需求，合理的分布于监测对象区域内，各个节点通过网络的自适应功能自动组织成网络，同时各个节点都具备收发数据的功能。汇聚节点也通过相同的方式将信息反向发送至各传感器节点。而且，汇聚节点可以通过intemet互联网来实现远程管理节点或者与节点进行通信，如图1所示。

系统中每一个传感器节点，都相当于一个完整的嵌入式系统，一般结构为传感器、微处理器单元、无线通信单元和能量供应单元四个部分构成。

（2）CC243O核心电路设计

CC2430作为无线传感网络节点的核心。用户通过该调试接口对片内FLASH编程、访问内部记忆体和特殊功能寄存器（SFR），并且支持断点测试、单步运行、寄存器状态修改等功能。由于CC2430芯片本身的高度集成化，只需少量的器件与之配合，即可组成一个完整的信号收发系统，如图2所示。

（3）传感器信号电路设计

信号调理电路的功能是将传感器采集的模拟信号经过调理后变成用于数据采集，控制过程的数字信号，然后再送入处理器进行处理。在变换为数字数据之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器（ADC）的输入。此步骤的关键是选择运放，如图3所示。

电路主要由积分器A1和施密特比较器A2组成，电路具有很高的精度和稳定性。

5 智能家居传感器节点软件设计

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关键词 单片机；接口电路；波形采集

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）18-0032-02

1 前言

采用AT89C52单片机作为整个控制核心，通过软件编程实现对模拟信号的采集、存储数据的输出以及各种测量、逻辑控制的功能。现从系统单元电路设计、单片机与外部设备的接口电路设计和系统软件设计的角度，阐述基于单片机的波形采集、存储与回放系统的设计思想。

2 单元电路设计

通道调理电路 将ADC0809转换器的基准电压输入端接至+5 V电源，它可对0～5 V的模拟信号进行转换。A通道输入信号是单极性的，输入电压范围为0～4 V，符合

A/D转换器对输入信号的要求。A通道的输入、输出电路均选用电压跟随器，电压跟随器具有输出电压跟随输入电压、输入阻抗高、输出阻抗低的特点，使得整个通道的放大倍数为1。

B通道输入信号是双极性的，输入电压范围为-50～

+50 mV。为此，在B通道输入端需将信号电压由双极性转换为单极性，并调理为0～4 V电压输出，以匹配A/D转换器的输入电压范围；在B通道输出端则需将信号电压的极性和幅度范围进行还原。B通道输入电路如图1所示，它由三级运放构成：

第一级运放构成电压跟随器；

第二级运放构成反相比例电路，其交流放大倍数为-40，作用是将信号电压由-50～+50 mV调理到+2～-2 V范围内；

第三级运放构成反相求和电路，其交流放大倍数为-1，调节电位器给信号电压+2 V的电平平移，将双极性信号转换为单极性，即将信号电压由+2～-2 V调理到0～4 V范围内。

B通道输出电路也由三级运放构成：

第一级运放构成电压跟随器；

第二级运放构成反相求和电路，其交流放大倍数为-1，调节电位器给信号电压-2 V的电平平移，将单极性信号还原为双极性，即将信号电压由0～4 V调理到+2～-2 V范围内；

第三级运放构成反相比例电路，其交流放大倍数为-0.025，作用是将信号电压由+2～-2 V还原到-50～

+50 mV范围内。

由此可见，整个通道的放大倍数为1，满足了信号回放的要求。

滤波、缓冲输出电路 为了使产生的回放信号平滑且具有负载能力，采用滤波电路、输出缓冲电路对D/A输出的信号进行后级处理。由于信号的频率范围为10 Hz～5 kHz，

选用压控电压源二阶低通滤波电路来滤除高频噪声；选用电压跟随器作为输出缓冲电路，以提高电路带负载能力。

3 单片机与外部设备的接口电路

外部数据存储器的扩展 AT89C52内部只有256 B RAM，

需要扩展外部数据存储器。AT89C52扩展一片32 K外部数据存储器62256，数据线D0～D7直接与单片机的数据地址复用口P0相连，地址的低8位A0～A7由锁存器74LS273获得，地址的高7位A8～A14直接与单片机的A8～A14（P2.0～

P2.6）相连，电路中用地址线A15（P2.7）来进行片选。

A/D转换器的接口电路 ADC0809采用逐次比较的方法完成A/D转换，片内带有锁存功能的8路选1的模拟开关，由C、B、A引脚上的编码来决定所选的通道，AT89C52单片机与ADC0809中断方式的接口电路如图2所示。由于ADC0809具有三态输出锁存器，故可与单片机的数据总线直接相连，作为单片机的一个扩展口；电路中用地址线P2.7来进行片选，地址锁存信号ALE、启动信号START及输出允许信号OE分别由单片机读写信号和P2.7通过或非门来控制；当OE为逻辑1时选通三态门，使锁存器中的A/D转换结果送入地址总线；转换结束信号EOC经过反相器接单片机的中断请求端P3.2，由外中断服务程序读A/D转换结果，并启动下一次转换[1]。

D/A转换器的接口电路 DAC0832是具有内部输入数据寄存器和DAC寄存器的8位D/A转换器，它能直接与AT89C52连接，可以有3种连接方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。

LCDl602模块的接口电路 液晶显示模块选用LCDl602即可满足系统显示要求。LCDl602是一种专门用于显示字母、数字、符号的点阵式LCD，显示字符为16字×2行。单片机与LCDl602接口简单，使用灵活方便，控制程序简单，通过单片机向LCDl602写入相应的命令和数据，就可对显示方式和显示内容做出选择。

4 系统软件设计

软件采用模块化程序设计方法构建，软件关键部分为信号采集、数据存储子程序和显示子程序。信号采集、数据存储子程序控制A/D转换进行信号采集，并直接把数据送入内存，显示子程序把存储在内存中的数据送到D/A转换，信号波形在示波器上回放，采集波形的周期、幅度等信息在液晶显示器上显示。

5 结语

单片机是一个用于测控目的的微型计算机，因此，只要在其外部适当增加一些必要的扩展电路，就可以灵活地构成各种应用电路，如数据采集系统、自动控制系统和智能仪器仪表等。

篇10

学校所开设的实验课分随课实验和独立实验课，而随课实验的实验教学多数是验证或巩固对课程内容的理解和基本技能的训练。这些教学环节之间联系不紧密，实验的方式方法也与实际应用有较大的距离。如用一些实验台或者实验箱所做的实验，很多元器件被固定在现成的电路和模块中，学生看不到器件和电路的内部结构，在实验的过程中，学生也只需将测量仪表或者相关的元器件用导线连到实验板所标注的符号上，就可以完成实验电路的连接。在整个学习阶段，本课程具有承上启下的作用，在本课程的实训中，学生必须应用专业基础课的电路理论知识进行电路设计，在安装调试和测试过程必须具有一定的实验能力，本门课程是理论和实际的综合运用。另一方面，学生由基本技能的培养转变到综合技能的培养，使学生具有一定的单元电路的设计能力，熟悉电路设计的流程，掌握从理论到实践，再从实践到理论的设计思想，为后续课程设计、毕业设计等课程的学习打下基础，提高学生实际应用能力、培养学生的创新思维，提高学生专业技能水平，提高学生的综合素质，提升学生社会竞争能力。

2《电子综合技能训练》教学模式

本课程为必修课，总课时36，周课时3，安排在大二下学期进行。这时候学生已完成《电路基础》、《模拟电子线路》、《脉冲与数字电路》等理论课程的学习，完成《电子基本技能训练Ⅰ》、《电子基本技能训练Ⅱ》、《电路识图》等实验课程的学习，初步掌握了电子元器件和电路图的识别，常规仪器仪表的使用，以及仿真软件的使用，为综合性、设计性训练打下了一定的基础。实验运行模式为学生两人一组，自主完成理论设计、元器件购买、电路的安装调试和测试任务，本教学环节分三个阶段。

2.1课堂教学阶段

在这个阶段，第一步，用2次课的时间对学生进行元器件识别和测试，仪器的使用进行训练，使学生进一步掌握电路常规指标，如：通频带、放大倍数、输入电阻、输出电阻、输出功率等的测量方法。通过这个阶段的实训，对学生的一些实践技能再进行强化训练，避免在实验当中，由于基本技能不过关影响综合技能项目的顺利进行。第二步，采用集中授课的方式，以放大电路为例，介绍设计性实验进行的步骤和要求，实验报告的格式和要求，成绩评定的方法和标准。并提供给学生自编的实验指导书。设计性实验，应该包括这几方面的内容：设计题目、设计任务和要求、电路设计、安装调试和测试、小结。其中设计任务和要求，要交代清楚电路要实现的功能和达到的具体指标；电路设计要有具体的设计方案，原理框图，具体电路的设计中要交代清楚元器件型号参数选择的依据，对于要编程的电路，要有程序流程图。在调试测试阶段，要记录下实验数据。

2.2设计准备阶段

实验内容的选择分四个大类：线性电路、非线性电路、数字电路、综合性电路。每个大类都必须选择，大类里的具体电路就有学生自己确定。学生自由组合，两人一组，按照自己确定的实验内容，查资料，完成原理款图、电路原理图的设计，填写元器件清单（名称、型号、规格、数量等），以班级为单位由学生代表去采购元器件。实验室提供配置有面包板的实验箱，以及稳压电源、信号源、示波器等仪器设备。

2.3实际操作阶段

学生的设计方案给指导老师检查无误后，利用面包板和实验设备完成电路的安装、连线和调试。实验过程严格考勤制度，学生进入实验室要进行登记，每个实验实现了功能和指标需经老师认定合格进行记录后，下次课才能进行下个一个实验内容。每次实验过程，学生要注意实验安全，遵守实验规程，实验完成后，学生要拆除实验所用的元器件，将仪器设备复原，保持实验室的整洁，回去书写实验报告。实验成绩的评定分五个等级：优、良、中、及格、不及格。实验内容完成8个以上的评为优，7个为良、6个为中，完成5个及格，完成5个以下的不及格。

3教学效果和体会

通过开设《电子综合技能训练》课程，激发了学生的创新意识和参与实践教学的积极性和主动性，增强了学科之间的系统性和综合性。通过这一环节的实训，进一步增强了学生的实验技能，加深了学生对课程理论知识的掌握，电路设计能力得到训练，并积累了一定的综合实验经验。实验内容层次多样化，内容丰富，知识覆盖面广。实验形式使学生处于主动地位，学生既动脑又动手，学生学习积极性高，在实验过程中，学生具有自主性，可根据自身能力的差异选择不同的实验内容，量体裁衣，增加学习的信心。综合训练的过程，不仅是理论联系实际的过程，也是对学生进行操作技能、实践能力的综合训练，同时还培养了学生查资料、团结协作的能力，培养求实的实验作风，培养创新意识、安全意识、工程意识，最终也是培养担负社会责任的意识。

4结束语