模拟电路设计方法范文

导语：如何才能写好一篇模拟电路设计方法，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】tow-thomas电路；模拟滤波器；设计

一、模拟滤波器

滤波器是一个频率选择的器件，它的功能是让指定频段的信号通过，而对其他部件产生衰减作用。模拟滤波器处理的是模拟信号。理想的滤波器是只让指定信号通过，而其他信号无法通过的，其幅频响应曲线（如图一）。而实际上的滤波器是无法做到这一点的，它只能保证频率响应曲线在一定的范围之内（如图二）。因此在数学上就有多种方法来实现同一滤波器的指标要求，例如巴特沃斯、切比雪夫一型、切比雪夫二型、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等。每一种类型都有其各自的特点（表1）。

二、Tow-Thomas电路形式

四、确定电路参数值

当由低通原型获得实际所需滤波器传输函数之后，对应上文所述tow-thomas电路与传输函数的对应情况，即可获得电路元件值。

如果采用的是其他形式的电路，则需另外研究其电路形式所对应的传输函数，再与所需传输函数相对应。

五、模拟滤波器设计实例

六、实物制作结果

实物制作时，采用OP37运算放大器代替所设计运放，来验证滤波器功能。实际测试中发现信号源的传输线对测试结果有很大影响。以下是某一种情况下的测试结果：

1.中心频率大约100KHz，低截止频率88KHZ，高截止频117KHZ。

2.实物与仿真结果有一定偏差，但滤波的趋势还是能体现出来的。

参考文献

[1]宋寿鹏.数字滤波器设计及工程应用[M].江苏大学出版社，2009.

[2]林春芳.一种双二次型有源带通滤波器的设计与研制[D].2010.

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一般情况下，半导体集成电路常用直流电压，电网中的电压通常是交流电压，若要将电网中交流电的电压换成直流电压，则需要借由电压变压器进行降压，再经由整流电路实现交流电压转换为直流电压的目的。但是，整流过后的直流电压内还存在着交流电压的成分，应采用滤波电路滤除夹杂的交流电压，得到平滑纯正的直流电压。通过利用Protel98软件进行模拟仿真和分析发现，没有接连滤波电路之前，整流电路所输出电压的波形呈现为直流电压。而将滤波电容器加在电路中以后，不仅可以降低整流输出脉动直流电压，并使电容器的容量得以改变，还能够改变电路开关电源的波纹。如果需要较小的电路开关电源波纹，受负载电流大小的影响，应该将电容量调大。由于电流大的时候，放电的速度比较快，最电容量的要求就会增大。而当电路交流成分减少时，也会使电容器的容量减少，因此容量改变以后所输出的计算结果也会不同于容量改变前的计算结果。通过采用示波器进行测试后发现，利用Protel98软件模拟仿真后输出来图形同实际电路测试输出的波形相同。由此可见，若要改变电子电路中的某个元件，只需要利用Protel98软件修改参数就可以实现，从而达到模拟仿真应实现的目标。Protel98软件成为修改和优化设计电子电路的有效辅助工具，也是电子电路设计模拟仿真的重要手段。利用Protel98软件模拟仿真电路设计的具体步骤包括以下几个方面：第一，根据电子电路设计的主要目标和所需规模绘制准确的电路原理图。在绘制原理图时，应选用比较简单和普及的电路，从而有效实现模拟仿真的目的。第二，绘制完电路原理图之后，借由Protel98软件设置元件的参数，通过鼠标选中元件并双击元件的性质项目后，就可以修改元件的参数。修改结果可以利用电子电气法进行测试和检查，从而找出出现错误的地方，再通过有效的分析和科学的修改，就可以完善电路设计。第三，再用Protel98软件模拟绘制出的电路原理图，并对电路功能进行仿真和验证，从而判断所设计的电路是否具有可行性。

2基本逻辑门电路的模拟实验

Protel98软件的仿真器由实用的数模与模拟混合而组成，利用网表文件将电路的所有元素结合起来，使数字仿真与模拟间的壁垒被有机的打破，再利用波形记录分析系统将数字波形的结果同模拟结果一起显示出来，组合成一个各种门电路。在进行模拟实验时，应首先输入绘制出来的电路图，并编辑激励信号波形和跟踪误差信号的波形，再从电子元件的数据库里找出相关的数据，利用这些数据进行电路模拟，并计算出波形模拟的结果。而从绘制的波形图中可以发现，当输入信号的电平组合表现为高—高、高—低、低—低和低—高时，基本逻辑门电路输出的信号和输入的信号之间具有可行的逻辑性关系。由此可见，利用Protel98软件对数字电路进行模拟仿真，不仅能扩大模拟电路设计规模，而且对其进行定时的精确度也非常高，通过采取输入不同激励信号波形的方式，可以准确修改基本逻辑门电路数据库的特性。不但如此，Protel98软件进行电路模拟仿真，其良好界面对于分析电路设计和修改电路设计具有重要的意义。

3结束语

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关键词：电路设计；proteus；应用

中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0248-01

二十一世纪的今天，社会科技进步较快，proteus仿真软件在电路设计中的应用也越来越广泛。该仿真软件是计算机技术发展的重要成果之一，可以对模拟电路，数字电路和电路进行仿真操作，软件自身具备先进的虚拟器，包括示波器，逻辑分析仪，信号发生器等，为了更全面的了解和更深刻的分析proteus在电子电路设计中的应用，就要在软件开启的仿真条件下，对整体电路和包含的各个零部件进行逐一研究，为之后的电路设计打下坚实的基础思路。

1 Proteus仿真软件简述

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。它是目前比较好的仿真单片机及器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。该软件包含ISIS和ARES两个软件部分，这两个部分在大环境下扮演着两个不同的重要角色，都有着举足轻重的作用。在日常工作中，ARES部分是用来当PCB设计工作的助手，进行有效辅佐，而ISIS则是主要负责在仿真开启的环境下对电路原理和模拟电路的设计工作。

2 Proteus仿真软件进行仿真电路设计的过程分析

在电子电路实训过程中，proteus仿真软件在进行仿真电路设计时，要在软件编辑界面，按照需要模拟的实际电路思路，设计出一套最符合实际情况的电子电路图，再通过许多相关数据计算，尽可能在最短的时间内完成对电路的初步设计和对数据的测量与计算整理，最后完成整体的模拟电路设计，然后利用软件的电路生成功能，输出最后的电路设计图。为了确保电路设计的顺利进行，仿真电路设计过程可以这样：先确定核实设计项目，然后运行proteus软件，绘制初步的电路原理图，然后根据原理确定需要的元件种类和数量，启动仿真系统，用虚拟仪器检测然后读出数据，分析结果，如不符合要求，对元件或者电路作适当修改然后再次检测，当符合要求时，要对电路进行完善，确定无误后敲定最终设计方案，然后系统自动生成电路图。

3 Proteus仿真软件的仿真电路设计与调试

在进行电路工作前，相关人员要检查虚拟测量仪器与被测量点的两个终端是否处于正常连接状态，还要确定信号源良好的接地情况，其中还要注意示波器与地线的连接状况。测量结束后要确保测量结果是GND的相反波形，有利于后续对电路的研究。实验过程中，要时刻注意电压表，电流表的指针位置，而在仿真电路时，要注意串联电路中电流指针的指数，如有任何问题，要及时地在相应的执行操作界面，通过网络，对电压作出适当调整，然后继续进行仿真电路的研究试验，推动proteus仿真软件在电子电路设计应用中的发展。

4 Proteus仿真软件的实用电路分析

在今后的与电路设计有关的工作当中，我们不光要充分发挥并发展proteus仿真软件，还要通过合理的方法来判断研究proteus仿真软件在未来电路研究中的发展趋势，然后进行相应改进。而proteus软件还需要通过传感器电路，正弦电路等实用电路中不断的进行试验和探索，最后才能把此项技术落实到实际电子科技产品的生产环节当中去。所以，我们再使用该软件进行电路设计和分析时，要把重点放到传感器电路和正弦电路等电路的实用性上，结合实际情况探究，才能更好地让软件适用于各种实用电路的应用。还能开发出仿真系统的其他用法和功能，促使电子行业发展，为以后的研究工作打下坚实的基础。

5 结语

综上所述，现阶段proteus仿真软件的应用已经十分广泛，而其使用功能也十分便利和强大，在进行电子电路设计时，为了能够更深刻研究电路的工作情况，更准确地对电路中存在的不足之处进行调整，我们要进一步对软件进行挖掘研究，明确操作规范，开发出更实用的功能以便使用。还能改善传统的电子电路设计工作，并z测出其中的缺陷，为降低电路实验成本，更有效地完成实验和缩短实验时间等方面，都有积极的推进意义。

参考文祥

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1.电子技术课程设计的重点与要求

本课程的重点是电路设计，内容侧重综合应用所学知识，设计制作较为复杂的功能电路或小型电子系统。一般给出实验任务和设计要求，通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力，培养学生创新实践的能力。电子技术课程设计一般要求学生根据题目要求，通过查阅资料、调查研究等，独立完成方案设计、元器件选择、电路设计、仿真分析、电路的安装调试及指标测试，并独立写出严谨的、文理通顺的实验报告。

具体地说，学生通过课程设计教学实践，应达到以下基本要求：建立电子系统的概念，综合运用电子技术课程中所学习到的理论知识完成一个电子系统的设计；掌握电子系统设计的基本方法，了解电子系统设计中的关键技术；进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用器件的原则；掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法；掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统的基本方法；进一步熟悉电子仪器的正确使用方法；学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

2.电子技术课程设计的教学过程

电子技术课程设计是在教师指导下，学生独立完成课题，达到对学生理论与实践相结合的综合性训练，要求本课程设计涵盖模拟电路知识和数字电路知识，因此课程设计的选题要求包含数字电子技术和模拟电子技术。教学环节可以分为以下四个部分。

2.1课堂讲授。

课程设计开始前，需要确定指导老师。由指导老师通过两学时的教学，明确课程设计的要求，主要内容包括课程介绍、教学安排、成绩评定方法等。在课堂教学环节中，指导老师介绍课题的基本情况与要求，要求学生从多个课题中选择一个。

2.2设计与调试环节。

2.2.1前期准备、方案及电路设计。

前期准备包括选择题目、查找资料、确定方案、电路设计、电路仿真等。在确定方案时要求学生认真阅读教材，根据技术指标，进行方案分析、论证和计算，独立完成设计。设计工作内容如下：题目分析、系统结构设计、具体电路设计。学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算，称为预设计阶段，包括元器件的选用和电路参数的计算。最后画出总体电路图（原理图和布线图），此阶段约占课程设计总学时的30％。

2.2.2在实验室进行电路安装、调试，指标测试等。

在安装与调试这个阶段，要求学生运用所学的知识进行安装和调试，达到任务书的各项技术指标。预设计经指导教师审查通过后，学生即可购买所需元器件等材料，并在实验箱上或试验板上组装电路。运用测试仪表调试电路、排除电路故障、调整元器件、修改电路（并制作相应电路板），使之达到设计指标要求。此阶段往往是课程设计的重点与难点，所需时间约占总学时的50％。

2.3撰写总结报告，总结交流与讨论。

撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。学生写报告，不仅要对设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且要把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下方面：系统任务与分析、方案选择与可行性论证、单元电路的设计、参数计算及元器件选择、元件清单和参考资料目录。除此之外，还应对以下几部分进行说明：设计进程记录，设计方案说明、比较，实际电路图，功能与指标测试结果，存在的问题及改进意见，等等。总结报告具体内容如下：课题名称、内容摘要、设计内容及要求、比较和选择设计的系统方案、画出系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择。画出完整的电路图，并说明电路的工作原理。组装调试的内容，包括使用的主要仪器和仪表；调试电路的方法和技巧；测试的数据和波形并与计算结果比较分析；调试中出现的故障、原因及排除方法。总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，列出系统需要的元器件清单，列出参考文献，收获、体会，并对本次设计提出建议。

2.4成绩评定。

课程的实践性不仅体现实际操作能力，而且体现独立完成设计和分析的能力。因此，课程设计的考核分为以下部分：设计方案的正确性与合理性。设计成品：观察实验现象，是否达到技术要求。（安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力）实验报告：实验报告应具有设计题目、技术指标、实现方案、测试数据、出现的问题与解决方法、收获体会等。课程设计答辩：考查学生实际掌握的能力和表达能力，设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神及创新精神，等等。

3.电子技术课程设计的步骤

在“电子技术基础”理论课程教学中，通常只介绍单元电路的设计。然而，一个实用的电子电路通常是由若干个单元电路组成的。通常将规模较小、功能单一的电子电路称为单元电路。因此，一个电子系统的设计不仅包括单元电路的设计，还包括总体电路的系统设计（总体电路由哪些单元电路构成，以及单元电路之间如何连接，等等）。随着微电子技术的发展，各种通用和专用的模拟和数字集成电路大量涌现，电子系统的设计除了单元电路的设计外，还包括集成电路的合理选用。电子电路的系统设计越来越重要，不过从教学训练角度出发，课程设计仍应保留一定的单元电路内容。电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。虽然模拟电路和数字电路设计的方法有所不同（尤其单元电路的设计），但总体电路的设计步骤是基本相同的。电子电路的一般设计方法与步骤包括：总体方案的设计与方案论证、单元电路的设计、单元电路间的连接方法、绘制总体电路草图、关键电路试验、EDA仿真、绘制正式的总体电路图等。

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【关键词】教学方法 项目驱动 一体化 表决器 组合逻辑电路

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）06-0241-01

引言

数字电子技术课程是电子、通信、自动化等理工科专业的基础课程。该课程知识点多，逻辑性强，且理论与实践结合密切，掌握基本理论和实践技能可为后续课程打下基础。学校在培养学生时应以市场为导向，以创新为动力，培养具有自学能力、创新意识、实践能力及团体协作能力的技能应用型人才。数字电子技术主要分为组合逻辑电路和时序逻辑电路，在教学方法上，采用了项目驱动，任务导向的一体化教学，起到了较好的学习效果，下文以组合逻辑电路中三变量多数表决器为例阐述。

1.项目驱动一体化教学

数字电子技术课程教学方法很多，可以采用传统的板书讲授法、多媒体讲解演示法、图示法、螺旋上升式和支架式教学法、支架式问题启发式教学法、比较法、项目导向-任务驱动教学法等[1]，各种教学方法各有利弊。在授课过程中应选择合适的教学工具，根据教学目的和内容特点将各种方式有效组合利用，以便使学生真正成为学习的主导与主体，激发他们更好的学习这门课程。

项目驱动一体化教学就是：即依附一个应用项目，设定具体任务，几人一组让同学分工合作进行理论设计[2]，实现理论教学区，模拟操作区，岗位训练区，实现教学场地“空间一体化”。项目驱动一体化教学体系框架结构如图1所示。

2.应用实施步骤

（1）布置项目：表决器在选举及投票时用的非常多，是比较贴近实际的一个产品。该项目要求利用所学的组合逻辑电路知识[3]，设计一个至少3变量的多数表决器，表决时无弃权情况。学生4人为一个小组，分工协作，共同完成理论到实践设计。

图1. 项目驱动一体化教学体系框架结构图

（2）理论教学区――电路理论设计：组合逻辑电路设计步骤：逻辑抽象，函数表达式，选择器件，电路连线。由项目要求可知，输入有3个，设为ABC，输出1个设为Y，可依此列出真值表，写出函数表达式如下：

选择器件，电路连线：

方案一：采用小规模集成门电路设计（门电路），从电路器件数目少，种类少的角度考虑，选用与非门设计电路图如图3（a）所示。

方案二：采用中规模集成芯片设计（译码器和数据选择器）。用3-8译码器74HC138及双4选1数据选择器74HC153根据函数构建实现，连线如图2（b）（c）所示。

（a）门电路 （b） 74HC138 （c）74HC153

图2. 三变量表决器电路设计图

（3）模拟操作区――软件模拟仿真：选用元器件及仪表与实物较接近的Multisim10，该软件的元件库提供了数千种电路元器件及其理想值，另外仪器库中的数字万用表，逻辑分析仪，函数信号发生器等多种电工电子仪表可供选用[4]。让学生根据所采用的器件进行Multisim模拟仿真，采用门电路进行的软件模拟如图3所示，当代表三变量的开关ABC有2个以上接高电平时，与G4与非门相接的灯就会点亮，表示方案通过。

图3. 采用门电路构成的3变量表决器

（4）岗位训练区――版图绘制及DIY、元件焊接调试[5]：采用Protel99SE进行PCB版图的设计；接下来进行PCB制板，看是否达到设计要求的效果。学生此部分若未学过Protel可先暂不操作。

（5）各组答辩、评价：根据各组理论设计、软件模拟、实物制作情况，给予合理的评价，总结各组的优缺点，看是否符合起初设计规定的要求，鼓励学生设计中的创新之处，让学生感到自学的快乐。

3.总结

项目驱动一体化教学法使学生通过一个与现实紧密的项目操作，完成理论教学区，模拟操作区，岗位训练区，实现教学场地“空间一体化”教学，使学生在学习数字电子技术的课程中，可以做到突出应用主线，注重学用结合，更好的培养学生创新、团体协作能力，为其以后提供更为广阔的发展空间。

参考文献：

[1]刘岩梅.浅谈数字电路的教学方法[J].科技信息，2010（26）：132

[2]蒋淑明，项目教学法在数字电子线路课程教学中的应用[J].实践与探索，2010（6）：158-159

[3]刘海燕 贾燕茹，《组合逻辑电路设计》的课堂教学设计与实践[J].郑州铁路职业技术学院学报，2010（2）：61-63

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电子技术是一门实践性很强的课程，其中电子电路设计是一个重要的实践环节，掌握单元电路的设计方法是每个电子工程师必备的能力。具体介绍了单元电子电路设计步骤及几种重要单元电路的设计方法。

电子技术是一门实践性很强的课程，加强技能的训练及培养，是提高工程人员的素质和能力的必要手段。在电子信息类教学中，电子电路设计是一个重要的实践环节，着重让学员从理论学习过渡到实际的应用，为以后从事技术工作打下坚实的基础。

设计电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各个部分进行单元的设计，参数计算和器件选择，最后将各个部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。因此，掌握单元电路的设计方法和实际设计电路的能力，是电子工程师必备的能力。

一、电子技术及单元电路概念

所谓电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的一门学科。包括信息电子技术和电路电子技术两大分支。信息电子技术包括模拟电子技术和数字电子技术。电子技术是对电子信号进行处理的技术，处理的方式有信号的发生、放大、滤波、转换。

电子电路是由两部分组成，即电子元件和电子器件。电子原件是指电子设备中的电阻器、电容器、变压器和开关等，而电子器件通常由电子管、离子管、晶体管等构成。电子电路按组成方式可分为分立电路和集成电路。单元电路是整个电子电路系统的一部分，常用的单元电路有放大电路，整流电路，震荡电路，检波电路，数字电路。总体来说是与门，非门，或门及其组合的计数电路，触发器，加减运算器等。单元电路的设计训练是为了能提高整体电子电路的设计水平。

二、单元电路的设计步骤

1.明确任务

单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟定出单元电路的性能指标，这是单元电路设计最基本的条件。通过计算电压放大的倍数、输入及输出电阻的大小，并且根据电路设计的简单明了、成本低、体积小、可靠性高等特点进行单元电路的设计。

2.参数计算

参数计算是为了保证单元电路的功能指标达到所需的要求，参数计算需要电子技术知识，对这方面的理论要求很高。例如，放大器电路中我们通常需要计算各电阻值以及他们的放大倍数；振荡器中我们通常需要计算电阻电容以及震荡频率。进行参数计算时，同一个电路可能得出不止一组数据，我们要注意选择数据的方法，选择的这组数据需要完成电路设计的要求，并且在实践中能真正可行。

3.画出电路图

为详细表述单元电路与整机电路的连接关系，设计时需要绘制完整的电路图。通过单元电路之间的相互配合和前后之间的关系使得设计者尽量简化电路结构。例如对于单元电路之间的级联设计，在各单元电路确定以后，还要认真仔细地考虑它们之间的级联问题，从而到达减少浪费，从而降低工作量。注意各部分输入信号、输出信号和控制信号的关系，模拟输入、输出，使得输入、输出、电源、通道间全隔离，将

转贴于

直流电流、电压信号分成多路相同或不同的电流、电压信号，实现不同设备同时采集控制。

（1）注意电路图的可读性

绘图时尽量把主电路图画在一张纸上，比较独立和次要部分画在令一张纸上，图的端口和两端做好标记，标出各图纸之间信号的引入及引出。

（2）注意信号的流向及图形符号

一般从输入端和信号源画起，又左至右或者由上至下按信号的流向依次画出单元电路。图中应加适当的标注，并且图形符号要标准，

（3）注意连接线画法

各元件之间的连接线应为直线，并且尽量减少交叉。通常情况下连接线应水平或垂直布置，无特殊情况不画斜线，互相连接的交叉用原点表示。

三、几种典型单元电路的设计方法

单元电路的设计是否合理，能够关系到整个电子电路的设计是否能够正常运行。因此，各个单元设计的工程师纷纷致力于单元电路的设计。

1.对于线性集成运放组成的稳压电源的设计

稳压电源设计的一般思路是让输入电压先通过电压变压器，再通过整流网络，然后经过滤波网络最后经过稳压网络。在单元电路中，对于串联反馈式稳压电路大体上可分为调整部分、取样部分、比较放大电路、基准电压电路等。经过这样设计的线路，具有过流及短路保护功能，当负载电流到达限额是能起到保护电路的功能工作。其具体设计方法为：对于整流出来的直流电是很少用来直接带动负载，还必须滤波后降低其纹波系数，但这种电路不能起到稳压的作用。所以稳压电源都应满足一定的技术指标。

2.单元电路之间的级联设计

各单元电路确定以后，还要认真仔细地考虑它们之间的级联问题。如电器特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合以及相互干扰等问题。

对于电气性能相互匹配的问题有些涉及到的是模拟单元电路之间的匹配，有的涉及到的是数字单元电路之间的匹配，有的则需要两者兼顾。从提高放大倍数和负载能力考虑，希望后一级的输入电阻要大，前一级的输入电子要小，但从改善频率响应角度考虑，则刚好相反。

信号耦合方式有直接耦合、间接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光耦合。直接耦合方式最简单，但是在静态情况下，存在两个单元电路的相互影响，因此在电路分析时应加以考虑。

时序配合的问题比较复杂，先对系统中各个单元电路的信号关系进行详细的分析，来确定系统的时序，以确保系统正常工作下的信号时序。最后设计出实现该时序的方法。

3.对于运算放大器电路的设计

运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元，在实际电路中通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。运算放大器的设计中，其基本参数应当选择单、双电源供电，电源电流。而且应当输入失调电压、输入失调电流、输入电阻。并且转换速率、建立时间。设计中应当正确认识、对待各种参数，不盲目片面追求指标的先进。其中值得引起重视的是：依据推荐参数在规定的消振引脚之间接入适当的电容消振，这是为了消除运放的高频自激，同时为了减小消振困难这一情况，应尽量避免两级以上放大级级连。

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一、课例简介

（一）课例名称

基本RS触发器

（二）课例内容

基本RS触发器的概念及其应用。触发器是构成时序逻辑电路的基本单元，而基本RS触发器又是各种类型触发器的基本形式，因此它对整个章节的学习具有重要的意义。

二、学生特征

学生为电子技术专业一年级学生，通过前期课程《电工基础》、《模拟电子技术》和本课程前一阶段的学习，已具备了一定的电路的分析、设计及制作的能力。已在本课程学习了“与”、“或”、“非”及其复合逻辑的逻辑符号、逻辑表达式及逻辑运算规则，具备了学习本课的基本知识，对将触发器用于实际电路的设计与制作有强烈的认知愿望，因此对本节课的学习很感兴趣，但又觉得难度大。

三、教学设计

（一）教学目标分析

1．知识与技能目标。让学生了解触发器的概念及其应用；学会分析基本RS触发器的电路结构、工作原理，掌握触发器在实际电路设计中的应用。

2．方法和能力目标。让学生初步掌握分析电路的方法，进一步培养学生的电路设计与制作的能力和分析、解决问题的能力；培养学生获取数字电子技术的能力，交流表达的能力和自主学习的内在发展能力 。

3．情感与态度目标。通过让学生积极参与探究，投入到课堂教学双边活动中，培养学生的合作意识；通过让学生体验成功，享受发现的乐趣，培养学生学习数字电子技术的自信心。

（二）教学重点和难点

1.重点：基本RS触发器工作原理及在实际电路设计中的应用。

2.难点：如何根据基本RS触发器的电路结构分析其工作原理。

（三）教学目标实现策略

1．通过课件中的实物图片、动画、模拟仿真等手段将学生带进形象的教学情境之中，突出教学内容中的重点、难点，激发学生学习兴趣，提高教学效率。

2．采用问题解决的教学策略，以引导式的问题循序渐进地教学，提高学生分析问题、解决问题的能力。

3．采用教师引导、启发。首先教师提出问题、然后学生讨论、发言、同学点评、教师点评；培养学生的认知能力、问题解决与处理能力及交流沟通能力，使学生在双向互动的教学活动中掌握知识。

（四）教学过程

结构如下图所示：

（五）学习评价

采用过程性评价和形成性评价相结合的方法进行学习评价，注重利用学生学习质量反馈结果改进教学。

1．过程性评价。（1）通过课堂教学中与学生的互动情况反馈。（2）学生讨论及上台演示的表现。（3）通过学生完成“在线测试”情况了解教学效果。

2．形成性评价。通过查阅网络课程的“电路设计与制作指导”栏目，完成“由触发器构成的改进型抢答器”电路的设计与制作。要求学生能正确选择和测试所使用的元件，电路设计正确、布线合理、制作美观，电路通过检测能实现相应的功能。

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关键词：CAN总线；参数测试；LabWindows/CVI

中图分类号:V351.36 文献标识码：A

1 概述

当前随着中国经济的长足发展，各行各业的设备的自动化也对其运行参数的监测提出了紧迫的要求。而很多情况下测试采用手持式设备现场对其进行监测，对电压、电流测量时，是通过简单的电压表、电流表去测量；对负载力的测量通过手动加砝码的方法测量；位移的测量是通过固定的钢板尺去测量；用秒表去测量时间；在整个的检测过程中都是人手工的记录数据。此种测试方式效率低下，且误差大。这就对能够适应各种模拟量、数字量输入的测试系统的设计提出了要求。基于此，本文极少一套基于CAN总线的多参数自动测试系统的设计思路。

该检测系统可进行多参数测量的一套检测系统，可以对设备的各项性能参数进行测量和报表的输出，并对测量的数据进行分析和处理。具体设计中屏蔽、隔离等抗干扰技术和软件滤波的方法的运用确保了系统的稳定性和可靠性。

2 系统框架设计

本系统采用了模块化设计思想，主要包括模拟量采集模块、数字量模块、通信接口模块和显示模块。硬件部分以单片机C8051F040为测量控制核心，该芯片功能强大，集成了CAN控制器和大量的模拟、数字功能模块，简化了电路设计；各模块采用相同微处理器提高了系统的一致性、简化了系统设计[2]；软件部分采用了可靠的通信机制，解决了系统对控制功能的高可靠性要求；编写了模拟量采集程序、数字量采集程序、通信程序等；使用MCGS组态软件对整个系统进行组态；鉴于监控系统中的干扰因素较多，在硬件和软件方面采取了多项抗干扰措施。

3 系统硬件设计

3.1 模拟量采集电路设计

对模拟量信号的采集主要包含应力、位移、温度、湿度等方面的测量，对应的均有相应的信号处理链路。限于篇幅，本文介绍应力测量的模块。应力测量采用电阻应变式测力传感器。在构造应力装置的挤压使应变式传感器产生弹性变形,其上电阻应变片也随之产生变形,输出变化微弱的电压信号。在共桥电压为12V和满量程内，传感器输出0～16mv微小电压，经硬件放大电路前置放大后，得到0～2.45V范围内的电压信号，送单片机进行A/D转化。电路如图2所示。

应力的测量采用了OP07的差动放大电路，如图2所示：其中R32/R24=R34/R25，为了避免温度度对应力信号测量的影响，前级电路中对应力信号放大10倍后送入单片机A/D转换管脚AI5，在单片机内部用可编程增益放大器PGA进行二级放大，放大倍数范围为1～128，可以根据需要选择。另外，为了测量两个方向的作用力，将基准电压抬高了0.05V，同时利用调零电路，可以非常简便的调节力传感器的零点。根据差动放大电路的工作原理得待测电压 与传感器输入电压的关系为：

其中

可见B为常数，所以待测电压与输入电压之差成线性比例关系。

3.2 CAN总线通信电路设计

CAN总线通信电路设计充分考虑了通信实时性和安全性的因素，CAN总线收发器和控制器间采用了10M高速光耦来进行隔离。另外，此板卡主控MCU自身配合CAN总线控制器芯片82C250的设计，使系统底层通信可靠[3]。CAN总线通信电路如图3所示。

4 系统软件设计

上位机监控端以当前流行的虚拟仪器Lab Windows/CVI虚拟仪器为开发平台，利用其图形化的软面板、丰富的数字信号处理库和高级函数分析库资源，借助计算机的强大功能，实现与板卡之间的控制信息和采集信息之间的数据交换。该系统具有报表、曲线、图形等屏幕显示、模拟盘显示、打印和绘图、数据存储调用、控制等多种功能，图4为此多参数测试系统的历史数据查询分析界面。

结束语

本测试系统可以实现对数字量及模拟量的同时采集，通过不同的模块设计，使其本身配合相应的传感器可以应用在绝大多数环境中，且模拟量采集采用24位ADC采集器配合精密前置调理电路设计，可以达到千分位的精度。下位机通过CAN总线与计算机通信，不受板卡间的互相干扰；具有很高的性价比及推广价值。

参考文献

[1]郁有文等，传感器原理及工程应用[M].西安电子科技大学出版社．

篇9

关键词:车载倒车影像;低成本;高性能;抗干扰电路

引言

汽车电子行业正处于大刀阔斧的改革创新时代,“互联网+冶及“机器视觉冶的浪潮不断改变人们的生活,影响着汽车电子的发展。汽车音响娱乐系统是汽车电子中的重要部分,近些年发展迅猛,视频技术也在汽车音响娱乐系统上有了越来越多的应用。随着视频显示技术的不断提高,车载视频产品已经开始迅猛的充斥着整个汽车电子市场。我们熟知的倒车影像已经不再是中高端以上轿车的专利,在一些小型车和微客上也已经配置倒车影像系统,倒车影像技术的应用也越来越趋于普遍化。这也让更多商用用途的消费者体验到科技配置给倒车入车位带来的方便。随着产品的普及,越来越多的终端用户对显示的质量要求也越来越高。同时各大汽车制造车厂对汽车零部件成本控制要求也越来越严格,传统的倒车视频设计方案越来越多的不能满足终端用户及汽车制造厂的要求。所以低成本,高质量的倒车影像设计方案也显得尤为重要,采用廉价的模拟视频信号无疑是最佳的控制成本的选择,但在模拟视频的无损耗传输过程中,同时还要考虑更好地应对整车环境中错综复杂的电磁干扰环境,确保模拟视频信号的显示质量。因此必须在了解整车电磁干扰环境的情况下,改进传统的电路设计方案,并通过模拟整车环境的各种电磁干扰实验,确保倒车影像能够抵抗整车的电磁干扰和众多电子设备的互扰,从而更好地提高当前倒车影像的视频显示质量。

1硬件设计

1.1当前常规设计前常用的倒车影像系统传输电路设计方案有以下几种:(1)显示模块和倒车摄像头通过平衡电路方式来传输视频信号。如果两个导体及其所连接的电路相对于地线或其他电路参考点具有相同的阻抗,则这个电路称为平衡电路。任何电路在高频时要做到完全平衡是很困难的,因为实际的电路中会有很多杂散参数,这些参数对电路阻抗的影响较大。由于这些杂散参数的不确定性,电路的阻抗也是不确定的,很难保证两个导体的阻抗完全相同。因此,对传输电缆的要求很高,大大提高了倒车影像系统的成本。随着商用摄像头用途的越来越广泛,非平衡CVBS视频信号输出的摄像头已经成为市场主流。整车厂也越来越多地采用非平衡CVBS视频信号输出的摄像头了;(2)显示模块和倒车摄像头通过非平衡电路方式来传输视频信号(如图1)。非平衡传输方式对电缆的要求大大降低。但是由于信号线CVBS-分别连接到显示模块GND2和摄像头GND3,形成了一个很大的地环路。两个接地点(GND2和GND3)电位的不同(由显示模块工作电流I1导致,现在显示模块的功能越来越多,有时I1甚至会超过10A)以及环境中交变的电磁场都会在环路上形成电流I2。导致显示模块和摄像头参考地之间形成电位差V1。如果V1包含模拟视频信号频率带宽内的成分,则会对视频信号形成干扰并且无法滤除,直接影响显示效果,用户体验差。一般的解决方案是在摄像头端增加共模扼流圈,通过增加地环路的阻抗来减小地环路电流,从而减小了地环路电流的影响,也可以认为一部分电压降在了共模扼流圈上,减小了对电路的影响。共模扼流圈的电感量越大,这个共模扼流圈的效果越好,扼流圈的尺寸也越大。摄像头本身尺寸较小,共模扼流圈也受到限制,电感量没有办法做到很大。在极端情况下,用户就会感受到画面的抖动,严重影响了使用感受。

1.2改善电路设计

本电路设计目的在于克服上述现有技术中的不足之处,提供一种新型的车载模拟视频信号抗干扰电路,有效地提高了模拟视频信号的抗干扰能力,从而提供一种高效、低成本模拟视频信号抗干扰电路的设计方案。显示模块接口电路为差分电路,CVBS-不再连接到GND2,切断了地环路,环路电流无法产生。另外将摄像头的GND3直接连接到显示模块GND2,保证了不会由于显示模块工作电流较大,显示模块和整车地电位不一致而影响到显示效果。并且摄像头本身电流很小(及I3很小),保证了摄像头和显示模块电位差V2足够小。但是如果干扰的频率较高时,这种单点接地的方法效果不明显,因为虽然不存在明显的地环路,但是由于杂散电容的原因会有隐含的地环路。因此本设计在OPA电路之后增加了一个低通滤波电路,来滤除这些较高频率的干扰信号。如图2所示,摄像头输出的模拟视频信号线连接到显示模块的差分接口电路上,地环路消失。摄像头电源地直接连接到显示模块,保证两模块之间参考地电位差足够小,不会受到其它模块的影响,不再影响显示效果。模拟视频信号经过OPA电路之后,通过低通滤波器滤除模拟视频信号上因为隐含地环路而存在的高频干扰。从而提高了模拟视频信号的抗干扰能力。以下结合图3对电路设计进行进一步的说明:如图3所示,R1、R2、R3根据AD转换器对输入信号幅度的要求进行分压,并且一起组成了模拟视频信号的终端匹配电阻。R9、C5、C6组成了运放供电电源上的滤波电路。C2、C3、C9为电路的隔直电容,阻隔电路上的直流成分。R4、R5、R6、R7、R8、C1、C7、IC1组成运放电路,将输入的模拟视频信号的参考地CVBS-转变为显示模块参考地GND2。R10、L1、C8构成低通滤波器,滤除视频模拟信号中的高频干扰成分。通过运放电路,CVBS-信号不需要连接到GND2,切断了地环路;增加低通滤波器滤除模拟信号中的高频干扰信号。提高了模拟视频信号的抗干扰能力。1郾3摇电路设计验证及结果对电路进行了电磁干扰及整车环境变化的性能验证。淤在电磁干扰试验中,进行了大电流注入干扰实验,输入了200mA的干扰电流,在整个实验过程中,倒车影像性能没有任何堕落,满足各项性能指标要求。同时进行了电源,地平面波动实验,注入50mS的电源,地变化波动周期,通过500个循环的注入实验,各项性能指标都符合要求。于整车环境变化模式实验,在整车上进行了发动机启停循环,电动雨刮频率变化,电动车窗,电动后视镜工作等实验,均没有发现倒车影像收到任何干扰,满足整车要求。综上,对于电路进行了电磁抗干扰和整车环境模拟实验,通过各项实验,电路设计性能可靠稳定,没有发现任何倒车影像显示质量问题。

2结束语

篇10

【Key words】Analog integrated circuit design；Teaching method；Simulation；Bandgap reference

0 引言

模拟集成电路设计常常被称为一种“艺术”，因为设计时要在各种指标、规范中间寻求适当的折中，这需要经验和创造力。但它更是一种“科学”，因为需要一定的设计方法和深入研究来指导这样的折中和创造。

这种“艺术”和“科学”的结合使教与学都充满了挑战。一方面，学生由于缺乏对模拟IC设计整体上的认识而觉得公式推导言之无味；另一方面，由于其艺术性，很难总结出具有普遍适应性的设计步骤，使学生感到迷茫困惑。

怎样达到更好的教学效果？理论与实践需要更紧密的结合！具体说来，笔者主张以“实例项目”为支撑的三个层次的学习。类似的教学思路可以借鉴到各个工程学科的学习、工程师的培养中去。

1 三层次的工程学习

第一阶段，理论课学习和基本仿真实践相结合。二者应该同步进行！在理论课中讲授了一个基本的电路模块之后，应及时针对该模块的常见特性动手实验（用Hspice等工具仿真），以实验结果来解释、应对书上的常用公式和结论！这时的实验以演示性实验、诱导性实验为主，目的是基本方法和重点结论的掌握。不把软件本身的使用作为孤立的学习内容，而是讲练结合，让仿真工具成为重要的学习工具。

第二阶段，在学习了理论知识和仿真工具的基础上，成立学习兴趣小组，完成接近实际情况、但是经过一定简化的工程项目，“实例项目”。这时的目标是把项目的全貌展现给学生，让学生学习到做项目的思路、方法和态度，激发对工程的兴趣。可以模拟以下工作环节：性能指标的讨论、确定；所用工艺的熟悉和选择；电路拓扑结构的分析和选择；电路各项指标的仿真；仿真报告的撰写；项目分析和总结。在整个过程中有两点值得强调：一是团队交流与合作。比如对于讨论、确定某项指标，学生先查找资料，提炼出自己的逻辑和结论，再“教”给其他团队成员。教别人是最好的学习！这对学生表达能力、学习能力会有很好帮助。二是数据的记录和报告的撰写。这是对学生的技术文档编辑能力（包括文档编辑软件、绘图软件的应用能力），分析总结能力的良好锻炼。这些基本能力的培养不仅使学生在模拟集成电路设计这一工程方向上受益，也提高了学生总体的工程人才素质，为更广阔的发展道路打下基础。

“实例项目”应该给出适度的引导和参照。因为学生是初学者，学习是从模仿开始的！让学生做能力以外的事情而不给予引导，不仅会事倍功半，挫伤学习动力，也不符合科学的、讲究效率的工程精神。当然引导是适度的，不能包揽。

第三阶段，选取对于这个工作方向有浓烈兴趣的优秀学生，尝试做一些具有实用性、创新性的项目。具备相关条件的情况下，可以和企业合作，做出实际的产品，让学生的劳动与智慧能够真正开花结果。

以上总述了以实例项目为支撑的工程学习的三个阶段，可在思路上为广大工程相关的老师同学们提供参考。各个阶段具体的的设计与实施，需要不同细分行业的老师同学根据自己的特点来进行。在本文的续篇“模拟集成电路设计教学探讨（二）”中，会以模拟集成电路设计中低压带隙基准源为例，阐述一个具体的“实例项目”（即上文中的第二阶段）。欢迎广大读者阅读交流。