1電子線路CAD技術在電子設計中應用

近年來，我國電子技術獲得突飛猛進發(fā)展，新型元器件和集成電路得以廣泛應用，電集成化與復雜化顯然已成為新時期電路設計的發(fā)展趨勢。為更好滿足當代電路設計需求，利用電子線路CAD技術取代傳統(tǒng)的手工操作很有必要。在電子線路CAD技術的輔助下，電路設計的精密度將獲得可靠保障。電子線路CAD技術的應用，其實是電路設計者在電路設計理論上具有可行性的基礎上，通過計算機繪圖、設計軟件等工具，完成實際的設計工具。在電子線路CAD技術的幫助下，電路設計工作的效率與質量均將得以顯著提升。目前，電子線路CAD技術在電子設計中的應用主要包括以下內容：

1.1電路圖的設計。作為電子設計中的重要環(huán)節(jié)，設計結構完善、功能全面的電路圖很有必要，這是確保電子設計最終產物能夠正常使用的根本保障。在電子設計者進行電路原理圖的設計工作時，完全可以借助Protel工具，實現(xiàn)原理圖的輸入。Protel蘊藏著資源豐富的電子器件庫，在Protel的輔助下，設計者在繪圖期間能夠結合設計需求，靈活使用各類電子器件，大大簡化了設計的工作量，同時提高了電路原理圖的精密度。譬如，使用者繪制完成元器件后，可以根據(jù)自己的想象，將其放在任何一個位置，僅需通過拖動就能實現(xiàn)，無需進行其他調整參數(shù)等操作。

1.2模擬數(shù)據(jù)。電子線路CAD技術還能起到模擬數(shù)據(jù)的作用，以便設計者根據(jù)模擬電路運行產生的數(shù)據(jù)，檢驗電路設計有無異常。同時，可結合模擬數(shù)據(jù)，對電路進行更深層次的分析。Protel軟件本身自帶多種模擬功能，設計者可通過模擬功能的運用，對電子設計在通電情況下的溫度、瞬態(tài)、靈敏度等情況有一個初步的了解，以確保該電路的功能是否達到預期效果。另外，還可利用數(shù)據(jù)模擬，了解電路各環(huán)節(jié)的運行情況，以便設計者及時察覺線路異常，并盡快采取措施進行調整。

1.3設計PCB板。利用Protel軟件，將電路設計圖進行布線，最終形成的電路板即為PCB板。PCB板的設計，離不開電路原理圖的導入，而電路原理圖的導入工作，勢必需要借助Protel軟件的數(shù)據(jù)模擬功能。同時，為確保PCB板的設計達到理想效果，電路原理圖與PCB板中的各類元器件的電氣特點務必要保持一致。只有這樣，設計者才能借助Prote軟件的布線功能完成布線工作，并在后期，通過人工調整的方式，進一步改善布線工作的效果，使電路布線更加精確、整潔。

2運用電子線路CAD技術提高電子設計課程教學質量的有效建議

二十一世紀的今天,社會科技進步較快,proteus仿真軟件在電路設計中的應用也越來越廣泛。該仿真軟件是計算機技術發(fā)展的重要成果之一,可以對模擬電路,數(shù)字電路和外圍電路進行仿真操作,軟件自身具備先進的虛擬器,包括示波器,邏輯分析儀,信號發(fā)生器等,為了更全面的了解和更深刻的分析proteus在電子電路設計中的應用,就要在軟件開啟的仿真條件下,對整體電路和包含的各個零部件進行逐一研究,為之后的電路設計打下堅實的基礎思路。

1Proteus仿真軟件簡述

Proteus軟件是英國LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件(該軟件中國總為廣州風標電子技術有限公司)。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步,但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。該軟件包含ISIS和ARES兩個軟件部分,這兩個部分在大環(huán)境下扮演著兩個不同的重要角色,都有著舉足輕重的作用。在日常工作中,ARES部分是用來當PCB設計工作的助手,進行有效輔佐,而ISIS則是主要負責在仿真開啟的環(huán)境下對電路原理和模擬電路的設計工作。

2Proteus仿真軟件進行仿真電路設計的過程分析

在電子電路實訓過程中,proteus仿真軟件在進行仿真電路設計時,要在軟件編輯界面,按照需要模擬的實際電路思路,設計出一套最符合實際情況的電子電路圖,再通過許多相關數(shù)據(jù)計算,盡可能在最短的時間內完成對電路的初步設計和對數(shù)據(jù)的測量與計算整理,最后完成整體的模擬電路設計,然后利用軟件的電路生成功能,輸出最后的電路設計圖。為了確保電路設計的順利進行,仿真電路設計過程可以這樣:先確定核實設計項目,然后運行proteus軟件,繪制初步的電路原理圖,然后根據(jù)原理確定需要的元件種類和數(shù)量,啟動仿真系統(tǒng),用虛擬儀器檢測然后讀出數(shù)據(jù),分析結果,如不符合要求,對元件或者電路作適當修改然后再次檢測,當符合要求時,要對電路進行完善,確定無誤后敲定最終設計方案,然后系統(tǒng)自動生成電路圖。

3Proteus仿真軟件的仿真電路設計與調試

【摘要】電子技術課程設計實訓課程培養(yǎng)的是學生動手設計的能力，傳統(tǒng)教學忽視了課程中的設計環(huán)節(jié)，造成了課程中焊接電路板占據(jù)大部分的課時，培養(yǎng)的學生缺乏設計能力。針對這些問題，文章提出了電子技術課程設計實訓課程改革，主要從電子技術課程設計實訓中電路焊接、電路設計、電路調試三部分進行淺談，并通過學生的課程成績評價改革的效果。結果表明課程改革提高了學生學習電子知識的興趣，提高了學生的學習成績。

【關鍵詞】電子技術；課程改革；電路設計

電子技術課程設計是為提高電子工程及相關專業(yè)本科學生理論應用能力和實踐能力而開設的重要課程之一[1]，電子技術課程設計實訓是電子類專業(yè)基礎課[2]，是基于學習了電路分析、模擬電路、數(shù)字電路等課程的前提下開展的一門實訓課[3]，課程主要是學生利用已學的理論知識設計具有一定功能的系統(tǒng)，著重于學生動手設計能力的培養(yǎng)。本文以廣西民族師范學院電子信息工程專業(yè)中電子技術課程設計實訓為例，該課程改革前主要是通過購買具有一定功能的印刷板套件，然后學生通過套件的電路焊接文件、電子器件進行焊接調試，最終教師通過學生焊接板子的質量、美觀度、功能是否完全等情況進行考評，這樣造成了學生對系統(tǒng)中電路的原理不求甚解，只求按照電路焊接文件焊接出結果為目標，雖然很大部分學生都能按照原理圖焊接、調試成功，但是經(jīng)調查，很大部分學生都覺得這樣的實訓課沒有學到什么有用的知識，只會焊接電路板。為什么會造成這樣的結果呢？第一是課程的考評環(huán)節(jié)太過簡單；第二是課程教學中缺乏對電子技術的自主設計環(huán)節(jié)；第三是實訓過程中焊接、調試遇到問題太少，造成這樣的問題就是給學生發(fā)放的印刷板本來就是經(jīng)過廠家調試好的電路板了，只要按照原理圖焊接，一般情況不會出錯。基于這三個方面，有必要對廣西民族師范學院電子信息工程專業(yè)中電子技術課程設計實訓進行改革。

1電子技術課程設計實訓課程設計改革

電子技術課程設計實訓課程主要從三個方面來提高學生的動手能力，第一是電路的焊接技術；第二個是電路系統(tǒng)的設計能力；第三個是電路系統(tǒng)的調試能力。廣西民族師范學院電子信息工程專業(yè)改革前只重視電路的焊接技術，忽視了后面兩種能力的培養(yǎng)，造成學生厭學，對電子技術課程技術實訓課缺乏興趣。以下是文章對著這三方面進行改革的看法。

1.1課程設計中電路焊接技術教學的改革

摘要：鑒于高中電子控制技術教學缺少合適的硬件平臺，在此討論了用AltiumDesigner制作電子線路輔助教學，并以2016年浙江省高考通用技術選考試題為例，介紹了AltiumDesigner的使用和操作，為廣大一線教師提供一定的參考。

關鍵詞：AltiumDesigner；焊接；電路；通用技術

電子控制技術是高中通用技術學科的重要組成部分，該部分以理論知識為基礎，要求學生能夠應用所學知識設計制作電子電路，因此該部分內容需要設置較多的實驗，以讓學生在動手實踐的過程中逐漸掌握電路知識，培養(yǎng)動手能力。然而由于通用技術目前仍缺少適合高中學生動手實驗以及課堂教學的硬件平臺，實驗往往難以開展。一些學校會用面包板、洞洞板等作為載體，但面包板、洞洞板只適合涉及少量元器件的電路，元器件數(shù)量一多，導線連接就會非常復雜、容易出錯，即使有學生千辛萬苦將線路連接正確，也會因為引腳接觸不良、連焊、虛焊等問題導致電路無法正常工作。這些問題極容易打擊學生學習的積極性，況且大多數(shù)高中學生的動手能力是十分有限的，因此嚴重影響了教學效果。AltiumDesigner(簡稱AD軟件)是一款應用十分廣泛的電路設計制作軟件[1]，它可以將電路設計原理圖轉化成PCB圖，再將制作完成的PCB圖交予電路板印制工廠或者網(wǎng)店，就可以獲得對應的PCB電路板，這樣就解決了復雜電路布線問題導致的電路故障難題，實驗時只需確保各個元器件焊接正確完整即可驗證電路。從學生學習角度出發(fā)，用AD軟件制作PCB電路板用于電子控制技術教學，不僅可以適當降低實驗難度，專注于提高學生電路設計能力、動手操作能力，還能拓展學生的知識面；從教師教學角度出發(fā)，豐富實驗教學的內容，提高課堂教學的效率。

一、AD軟件介紹

隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展，電子線路的設計變得異常復雜，用計算機輔助設計電子線路是必然趨勢，許多大學甚至還開設了電子線路設計軟件應用的課程[2]。AD軟件作為一款主流電子線路設計軟件，擁有非常強大的電子電路設計功能。它在Protel的基礎上優(yōu)化了界面交互設計，拓展了多項功能。AD軟件功能較多，包括原理圖庫設計功能、印刷電路板設計功能、嵌入式開發(fā)功能、3DPCB設計功能、封裝庫設計功能。

二、用AD軟件制作

一、傳統(tǒng)課程教學

“印刷電路設計”傳統(tǒng)教學一般是講授原理圖的繪制(包括原理圖庫元件的制作)、PCB圖的制作(包括元件封裝的制作)、層次電路圖，然后多加練習以應對考試。學生在實際學習過程中很少接觸到企業(yè)的工作項目，很少親自去制作PCB板，因此到了相關企業(yè)工作崗位時，一般都需要一段時間的培訓才能上手工作。這很不符合高等職業(yè)教育對學生職業(yè)能力的培養(yǎng)要求，因此需要對傳統(tǒng)的課程教學進行改革。

二、基于工作任務的課程改革

1．改革目的

“印刷電路設計”是應用電子技術專業(yè)的一個重要實踐課程。在課程教學過程中，學生通過一個較為完整的工作任務，可以加深對本門課程所學理論知識的理解與應用，提高學生對所學理論知識的綜合運用能力，使學生對Protel電子線路設計、Protues、KeilC等電子設計軟件有較深的掌握。同時，通過工作任務鍛煉還可以培養(yǎng)學生獨立工作的能力，為將來從事電子電路設計打好基礎。

2．改革內容

1數(shù)據(jù)采集總體方案設計

電池管理系統(tǒng)多通道高精度數(shù)據(jù)采集電路具體設計方案如圖1所示。圖1中左側是電池組檢測的相關模擬量數(shù)據(jù)，包括12路單體電壓數(shù)據(jù)、充放電2路電流數(shù)據(jù)、電池組工作溫度及環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對應的物理量可能是電壓、電流、電阻，考慮到A/D轉換只能以電壓的形式實現(xiàn)模擬量的獲取，因此相應的設計了信號轉換電路，實現(xiàn)不同類型信號的電壓轉換；考慮到A/D轉化模擬量量程的需求，設計了不同的信號放大電路；為了防止超量程的模擬量對A/D器件造成的影響，設計了對應的保護電路；為了防止干擾信號對數(shù)據(jù)準確性的影響，設計了濾波電路。16路電壓模擬量產生后，A/D器件在MCU的控制下逐次對16個通道數(shù)據(jù)進行A/D轉換，轉換后的數(shù)字量用于實現(xiàn)對電池管理系統(tǒng)的SOC評估及其它管理工作。

2硬件電路設計

2.1動力電池電壓信號檢測電路設計

動力電池組是由眾多單體電池串聯(lián)而成。本設計中，選取12個單體電池串聯(lián)而成的動力電池組，相應的就有12個電壓模擬量信號。圖2所示為電壓采集電路設計。動力電池組中，各個動力電池串聯(lián)而成。在地參考點的作用下，各個電池正負極對地參考電壓近似比例增大，為實現(xiàn)輸出的是電池電壓，最有效的實現(xiàn)途徑是借助由運算放大器“虛短”與“虛斷”原理構成的減法電路。圖2中，由雙運放運算放大器LM358構建2級網(wǎng)絡：第1級即為由R1~R4組建的差分放大電路形成減法電路，第2級構成電壓跟隨器，起到緩沖及隔離的作用。LM358使用單5V電源供電。

2.2動力電池雙向電流檢測電路設計

驗證模擬電子技術是一門所有電類工科專業(yè)必修的專業(yè)基礎課［1］，學生通過該課程的學習可以掌握半導體物理器件、單級和多級放大電路、集成運算器、穩(wěn)壓電源等知識，為后續(xù)微機原理應用、單片機技術、高頻電子技術等專業(yè)課程學習做好知識鋪墊［2］。然而，傳統(tǒng)的模擬電子技術教學以課本理論公式講授推導為主，以采用模擬實驗箱或實驗臺的驗證性實驗為輔，具有物理概念抽象、分析方法復雜、動手設計困難等特點［3］。因此，學生普遍反映該課程學習起來困難，考試通過率不高，學習興趣不足。隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，集成電路行業(yè)已經(jīng)被視為與鋼鐵和石油工業(yè)同等重要的、具有戰(zhàn)略意義的國家命脈行業(yè)，其技術水平和產業(yè)規(guī)模已經(jīng)成為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展、技術進步、工業(yè)先進、國防實力的重要標志［4］。特別是在“新理念、新結構、新模式、新質量、新體系”的新時代工科建設背景下［5］，如何培養(yǎng)出優(yōu)秀的適合集成電路行業(yè)需求的大學本科畢業(yè)生已經(jīng)成為了各本科院校亟待解決的問題。為了培養(yǎng)學生的集成電路設計能力，提高學生對于電子科學與技術專業(yè)的認同度和興趣感，本文探究了一種面向集成電路設計的模擬電子技術教學改革方法，使用Cadence和HSPICE仿真軟件對模擬電子技術課本中的典型電路進行仿真分析，進而驗證其理論的正確性。

1傳統(tǒng)模擬電子技術教學

1．1傳統(tǒng)模擬電子技術理論教學模式。傳統(tǒng)的模擬電子技術理論教學采用教師課堂知識灌輸形式，即教師通過板書和PPT的方式在課堂上給學生講授推導書本中的理論公式，通過已學的知識來推導和驗證新的理論和公式［6］。例如在學習第二章“基本放大電路”時，教師是通過圖解法和微變等效電路法來推導放大電路的靜態(tài)工作點和交流電壓增壓。圖1為采用圖解法求解的單管共射電路，圖中通過虛線把晶體管和外圍電路分開，當輸入信號ΔUI為0時，在晶體管的輸入回路中既應該滿足輸入特性曲線，又應滿足外圍電路參數(shù)，因此:UBE=VBB－iBRb(1)圖2為單管共射電路的輸入特性曲線，由1式可以確定圖中的輸入回路負載線，其中斜率為-1/Rb，輸入回路負載線與輸入特向曲線的交點Q就是電路的靜態(tài)工作點。圖3為單管共射電路的輸出特性曲線，與輸入回路一樣，在輸出特性曲線中靜態(tài)工作點既應在IB=IBQ曲線上，又應滿足外圍電路特性:UCE=VCC－iCRC(2)由2式可以確定圖3中的負載線，其中負載線的斜率為-1/RC，IB=IBQ與輸出特性曲線的交點即為靜態(tài)工作點Q，其縱坐標值為ICQ，橫坐標值為UCEQ。通過圖解法可以求出單管共射電路的靜態(tài)工作點Q，采用微變等效電路法可以求解電路的H參數(shù)，計算電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻等［7］。同樣，集成運算放大電路、放大電路的頻率響應、波形的發(fā)生和信號轉換等章節(jié)都是采用傳統(tǒng)的公式推導法來向學生講解的。傳統(tǒng)的模擬電子技術理論教學雖然可以使學生掌握課本中的基本概念和定理，但是繁雜的64物理概念以及抽象的公式推導過程往往讓學生感覺到入門難、理解難、掌握難，僅僅依靠課堂理論灌輸?shù)慕虒W模式就成為了一種“空對空”的教學模式［8］。1．2傳統(tǒng)模擬電子技術實驗教學模式。傳統(tǒng)模擬電子技術實驗教學主要采用模擬實驗箱或模擬實驗臺模式，即學生通過導線插針在現(xiàn)有的實驗箱或實驗臺上連接各種電子元器件或模塊來搭建模擬電路的方式［9］。傳統(tǒng)模擬電子技術實驗教學模式雖然可以通過現(xiàn)有的模擬實驗箱或實驗臺驗證課本理論，較為靈活的設計簡單模擬電路。但是，傳統(tǒng)的模擬電子技術實驗教學模式存在諸多缺點:(1)傳統(tǒng)的模擬實驗箱或實驗臺一般采用導線插針方式，在實驗過程中容易發(fā)生插針折斷堵塞插孔情況，影響設備德正常使用。(2)隨著機箱設備的老化，設備內部經(jīng)常出現(xiàn)導線或底座虛斷、接觸不良等情況，造成實驗結果的失真。(3)由于傳統(tǒng)實驗箱或實驗臺采用模塊集成方式，一般只包含了課內驗證實驗模塊，難以激發(fā)學生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。

2面向集成電路設計的模擬電子技術教學

2．1面向集成電路設計的模擬電子技術理論教學模式。面向集成電路設計的模擬電子技術在理論教學上采用“工程向導法”的教學思路，首先由教師結合生活實例提出一個具體的工程問題，讓學生知道所學知識可以使用到日常生活中去，進而激發(fā)學生的學習熱情。然后教師采用傳統(tǒng)的教學方式，通過課堂講授向學生傳輸工程項目所需的理論知識和定理，與傳統(tǒng)理論課堂教學模式相比，面向集成電路設計的課堂理論教學在知識點講授上按照“知識鏈”模式，即教師在教學內容安排上不再按照傳統(tǒng)知識章節(jié)的順序，而是以工程項目為導向，把做工程項目所需的知識點串在一起講解。以設計“集成運算放大器”為例，集成運算放大器一般包括:偏置電流產生電路、差分輸入放大電路、中間放大電路、功率放大電路四部分模塊電路組成［10］。因此教師在課程內容安排上首先講解偏置電流產生電路和電流復制電路，可以通過電流鏡和微電流源的工作原理來講解。然后講解差分輸入放大電路，通過差分輸入放大電路的電路結構以及如何提高電路的共模抑制比為出發(fā)點進行講解。接著講解單級放大電路和多級放大電路的電壓放大原理，最后講解功率放大電路，主要向學生講解功率放大電路如何提高電路的帶負載能力。這樣學生具備了基礎知識之后就可以動手設計運算放大電路。在向學生講解設計工程項目所需的基礎知識之后，教師再引導學生學習設計模擬集成電路所用到的EDA(ElectronicDesignAutomation)軟件，這里以在模擬集成電路設計行業(yè)被廣泛使用的EDA軟件Cadence和HSPICE為例。由于Cadence是在Linux操作環(huán)境下運行的，因此教師首先給學生講授簡單的Linux操作環(huán)境和基礎指令，使學生能夠初步掌握Cadence的運行方法，接著教師引導學生在Cadence中進行工程項目的原理圖設計，最后使用Cadence把所設計的電路網(wǎng)表文件導入到HSPICE軟件中進行參數(shù)仿真。使用HSPICE可以對所設計電路進行直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析以及蒙特卡羅最壞情況分析等。2．2面向集成電路設計的模擬電子技術實驗教學模式。面向集成電路設計的模擬電子技術實驗教學采用“教師引導，學生開放設計”的教學模式。教師以“大作業(yè)”形式每學期給學生布置5～6道實驗課題，制定好項目參數(shù)。學生課下搜集項目資料，自主設計電路架構并且進行仿真驗證，最后提交項目結項報告。通過學生設計的電路參數(shù)是否達標以及結項報告的內容完整性給成合理的評判成績。圖5為指導學生設計的基于CMOS工藝庫的運算放大器原理圖，共分為三級:偏置電流產生電路、輸入級差分放大電路、中間級放大電路。學生把原理圖輸入到Cadence中可以生成電路參數(shù)網(wǎng)表，再使用HSPICE仿真軟件進行參數(shù)調試。最終可以仿真電路的開環(huán)增益、輸入共模抑制比、電源抑制比等參數(shù)。

3結語

一、基本知識

1．元件的選擇．電學實驗中，元件的選擇十分重要，它關乎著電路是否能設計成功．首先應該選擇合適的電源，在選擇時一定要考慮符合電路設計的電流值，其次還要對電表進行選擇，盡量選擇更貼近自己需要的量程，保證設計的精確性．還要選擇適合電路的元件的型號等，將這些問題都進行全面考慮才能保證實驗的進行．2．了解元件的使用方法．電路設計中存在許多電路元件，要想電學實驗能順利的進行，就必須了解各種電路元件的使用方法和使用規(guī)則．例如電表，電表上顯示兩個數(shù)值，如果不提前進行了解很容易將數(shù)值弄混．造成實驗結果的錯誤．因此電學實驗中電路設計時一定要先弄清電路元件的使用方法，才能保障實驗的進行．3．熟悉電路構成，加強對特殊電路的記憶與理解電學實驗中有許多特殊的電路，如果內心沒有一個完整的電路構成圖，在遇到這些特殊電路時，就沒有辦法將實驗順利開展下去．因此在實驗前一定要加強對電路構成的設計．

二、電路設計的原則

1、整體性原則．在電路設計時不能將每一部分分開設計，電路的各個部分的關聯(lián)性都很強，必須以整體性的原則進行設計，電流、電壓的選擇等都是根據(jù)電路的整體方案進行選擇的．2、優(yōu)化原則．電路設計不是一個簡單的電學實驗，它有龐大的系統(tǒng)性，在這個系統(tǒng)里又有許多小系統(tǒng)，這樣才能形成一個完整的電路，電路設計時或多或少都會有一定的問題存在，出現(xiàn)這些問題不能視而不見，要將問題進行整合，拿出一套合理的改進方案，將電路設計達到最佳的設計效果．3、功能性原則．電學實驗電路設計不是讓學生完成一個簡單的實驗，目的是為了讓學生通過電路設計來掌握一定的學習技能，這才是進行電路設計最終要完成的目標，所以在電路設計上一定要考慮它的功能性．

三、電路設計的方法

1．明確實驗目的．所有的實驗設計都有一個設計目的，為了達到這個目的才來進行實驗操作，電路設計前也應該如此，首先要設定一個實驗的目標，然后再進行實驗，實驗結束后來看看自己的實驗結果是否達到了設計目的，才能從中分析思路找到設計的缺陷，從而進行改進．2．選擇實驗器材．實驗設計除了理論的知識還需要實驗器材的支撐，我們明確了實驗的目的后就要進行實驗器材的選擇，選擇時一定要配合自己的設計目標，盡可能的保證實驗器材對實驗帶來的誤差影響，選擇最適宜的器材將誤差降到最低．選擇器材時還要考慮器材的操作性是否適用于自己的實驗設計中，避免在進行實驗時造成實驗失敗．在器材選擇上最應該注意的就是器材的安全性，由于電路設計的復雜性往往會由于器材的選擇不當造成電路燒毀，因此在器材的選擇上這些問題都應該被注意．3．選擇設計方案．電路設計是一種靈活的設計，不同的方案可以有不同的設計效果，實驗目的、實驗器材確定后根據(jù)這些內容來進行分析選擇一些適宜的電路設計方案，將它們整理出來，繪制成設計圖，結合學過的理論知識加以比較選擇最適宜的設計方案．包括電流表應設計內接還是外接，滑動變阻器應采取分壓式接法還是限流式接法，電路結構原理選擇伏安法還是半偏法等等．保證電路的設計方案能順利的運用在電學實驗中．4．簡化電路方程．電路設計中有許多的電路方程，它們是非常復雜的，但是在電路設計時還必須要用到，如果不將其進行簡化在設計的過程中就會遇到許多麻煩，不僅會對電路的結構產生較大的影響，還有可能造成電路系統(tǒng)紊亂，所以在進行電路設計前要在合理的范圍內將復雜的電路方程簡化，保證電學實驗的有效進行．5．電路設計案例分析．在描繪標有“2．5V0．3A”字樣小燈泡的伏安特性曲線實驗中，使用3V干電池和滑動變阻器進行供電．該實驗本就要求小燈泡兩端的電壓從零起調，所以也只能是選用分壓接法進行供電．只是在滑動變阻器的阻值選擇上，考慮到燈泡正常發(fā)光時的電阻為12．5Ω，因此最好是選用實驗室配備的5Ω或10Ω的滑動變阻器．電路實驗設計題其設計思路、方法一般都來源于教材，要求用學過的物理知識、原理、實驗思路、方法設計出合理的方案．因此在教學中或者復習過程中要特別注意對所學過電學實驗問題的多種方法、遠離的優(yōu)劣、電路聯(lián)接式的選擇方法以及有關的實驗注意事項進行歸納總結．從中體會多種方法的優(yōu)劣，養(yǎng)成發(fā)散性思維的好習慣，才能比較順利完成實驗設計問題．高中物理電學實驗電路設計學習起來雖然復雜，但是如果方法得當，進行實驗前考慮的全面，在進行電路設計時就會相對簡單些．高中生進行實驗是對學生的理論知識及動手能力的考察，教師在學生的操作過程中也要加以指導幫助學生實驗的誤差變小，安全性提高，學生才能更好的將電學知識運用到考試中和實際生活中．

摘要:在嵌入式環(huán)境下進行艦船電路系統(tǒng)設計，提高艦船控制電路的集成性，提出一種基于DSP技術的低能耗艦船嵌入式系統(tǒng)電路設計方法，采用ADSP21160處理器為核心控制芯片，進行艦船電路的AD模塊設計、控制單元設計、信號處理模塊設計和通信模塊設計，實現(xiàn)艦船的信息采集和數(shù)據(jù)處理及遠程通信功能，在ARM嵌入式系統(tǒng)中進行艦船電路的集成開發(fā)，降低電路的能耗，提高電路的集成性和可靠性。測試結果表明，采用該方法進行艦船電路設計，電路的功率放大能力較好，信號處理能力較強，具有很好的電路穩(wěn)定性。

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；艦船；電路設計；DSP

隨著集成電路控制技術的發(fā)展，在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境下進行艦船集成電路設計，實現(xiàn)艦船環(huán)境信息采集、艦船目標信號處理和艦船集成控制與遠程通信等，艦船的電路系統(tǒng)是一個綜合性的集成電路系統(tǒng)，通過對艦船電路系統(tǒng)的低能耗設計，采用集成數(shù)字信號處理芯片進行艦船電路的控制系統(tǒng)設計，提高艦船電路系統(tǒng)的綜合開發(fā)能力，從而保障艦船的穩(wěn)定可靠運行[1]。研究嵌入式系統(tǒng)的低能耗艦船電路設計方法，在提高艦船的本機振蕩性和功率增益方面具有重要意義，通過艦船綜合電路系統(tǒng)設計，實現(xiàn)艦船電路的集成控制優(yōu)化，從而降低艦船的功耗開銷，相關的電路設計方法研究受到人們的極大重視。本文設計的嵌入式系統(tǒng)下的低能耗艦船電路系統(tǒng)主要包括AD模塊、控制單元、信號處理模塊和遠程通信模塊，結合嵌入式設計方案，實現(xiàn)艦船電路的嵌入式集成設計，并進行電路測試仿真，得出有效性結論。

1電路設計總體構架及指標分析

本文設計的低能耗嵌入式艦船電路系統(tǒng)主要實現(xiàn)對艦船聲吶信號采集和多功能通信系統(tǒng)中，采用低能耗的嵌入式設計方案，采用DSP作為集成數(shù)字信息處理中樞，以ADSP21160處理器為核心控制芯片，采用三星公司的K9F1208UOB作為NANDFLASH進行信號濾波檢測和數(shù)據(jù)緩存處理，采用多傳感器信號處理和跟蹤融合方法進行數(shù)據(jù)采集和包絡檢波處理，并與上位機通信，通過A/D轉換器對采樣的艦船信號和采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波和動態(tài)增益控制。在程序加載模塊進行動態(tài)增益碼加載控制，并通過DSP接收PCI總線的增益控制碼，通過AD電路實現(xiàn)模擬信號預處理和信號頻譜分析，采用8086及80286單片機作為計算機控制的CPU，進行艦船電路系統(tǒng)的總線控制[2]，本文設計的艦船電路系統(tǒng)主要可以實現(xiàn)對艦船回波信號的高頻放大、混頻處理、本機振蕩、中頻放大、低頻功放、鑒頻以及正交解調處理，得到本文設計的低能耗嵌入式艦船電路系統(tǒng)的功能模塊組成如圖1所示。C1=C2=CR1=R2=R根據(jù)圖1所示的艦船電路系統(tǒng)的功能模塊組成，進行系統(tǒng)的總體設計，本文設計的艦船電路主要包括AD模塊設計、控制單元設計、信號處理模塊設計和通信模塊設計。通信模塊實現(xiàn)對艦船的遠程通信傳輸控制功能；艦船電路的信號接收機采用三級接收放大設計，根據(jù)系統(tǒng)設計需求，選擇第一級放大電路的隔直流電容：,電阻，使用256Mbyte的DDR內存作為緩存器，嵌入式艦船電路系統(tǒng)的濾波模塊設計中，搭建一個二階有源低通濾波器進行隔直流放大和噪聲濾波，根據(jù)上述總體設計構架分析，得到本文設計的嵌入式系統(tǒng)的低能耗艦船電路的總體結構構成如圖2所示。

2電路模塊化設計與實現(xiàn)

1電子電路設計教學發(fā)展概況

電子電路教學的開展，為計算機軟件和電路設計應用的結合提供了發(fā)展前提，這也為我國電子電路技術的發(fā)展奠定了基礎。

2電子電路設計教學中軟件應用意義探討

在電子電路的實際設計與開發(fā)中，電路結構的軟件設計仿真測試已成為當下最具有效性的技術，加之越來越多的電子電路設計者選擇運用計算機軟件對電子電路設計進行研究，這就使計算機軟件應用在電子電路的設計中具有十分重要的意義。計算機軟件提供的軟件仿真功能為電子電路的方案設計提供了有力的參考，學生能夠利用軟件進行對預先設計好的電路方案進行仿真，并通過對比方案設計與當真結果對具體內容進行改進，這在幫助學生完善仿真方案的同時，也進一步鞏固了其對知識的掌握，提升了電路設計中發(fā)現(xiàn)問題和處理問題的能力。與傳統(tǒng)形式的電路測量檢驗方式不同，計算機軟件的應用僅需要將電路接口連接到實驗箱，通過程序調試模擬實際應用環(huán)境，以更為高效率的檢測出電路系統(tǒng)的設計錯誤。軟件應用在為電子電路設計提供仿真環(huán)境的同時，也能夠在學生的電子理論學習中起到極大的輔助作用。在電子電路教學開展過程中，課程理論和實驗設計的有機結合能夠進一步加深學生對電路知識的理性認知，而在電路的設計和應用檢測過程中，由于校園客觀環(huán)境的限制，電路的檢驗與應用通常無法得到充分開展，而利用計算機軟件設計則能夠有效實現(xiàn)對電路設計的檢驗和校正，使得學生能夠在真正意義上掌握電子電路設計課程中的研究方法。

3各類軟件在電子電路教學中的具體運用

3.1CAD軟件在電子電路教學中的應用