簡單電路設計方案范文

導語：如何才能寫好一篇簡單電路設計方案，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

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則．例如電表，電表上顯示兩個數值，如果不提前進行了解很容易將數值弄混．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電路的整體方案進行選擇的．2、優化原則．電路設計不是一個簡單的電學實驗，它有龐大的系統性，在這個系統里又有許多小系統，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、遠離的優劣、電路聯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劣，養成發散性思維的好習慣，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．

作者:湯從 單位:安徽省滁州市明光明光中學

參考文獻:

［1］王慧．中學生電學實驗能力現狀及影響因素研究［D］．蘇州大學，2010．

［2］曹會．高中物理電學實驗資源開發與能力培養的初步研究［D］．蘇州大學，2010．

［3］胡可玲．初中生電學學習中常見錯誤診斷性分析及策略［D］．蘇州大學，2013．

篇2

現有礦用傳感器模塊化之間隔離通信常采用光耦實現隔離通信，針對光耦隔離具有器件體積較小空間隔離距離近、隔離后端易受隔離前端的電磁干擾等問題，提出基于紅外對射管隔離電路設計方案，設計的隔離電路采用不可見光進行通信，具有抗干擾強、隔離前后端互不影響、性能穩定的優點。詳細介紹了隔離電源設計、隔離電路設計;隔離電路參數，隔離電路設計方案在現有傳感器得到了較好的應用和驗證，應用結果表明隔離電路設計方案能夠滿足現有礦用傳感器的數字和頻率等信號的隔離要求。

關鍵詞:

光耦隔離;隔離通信;電磁干擾;紅外對射管;隔離電路

現有礦用傳感器大多數都是針對一些特殊的模擬信號進行信號采集，并對采集后的信號進行處理轉換為數字信號，再將采集數字信號采用隔離器件進行隔離通信，將采集的結果用于顯示等［1－3］。對于常用的數字信號的隔離都是采用廉價的光電耦合便可以實現［4－6］，受限于現有光耦隔離器件體積小、隔離前端和后端相距空間距離較近，采集前的模擬信號(如電磁場)通過電磁干擾等方式會影響隔離后端［7－8］。針對此問題，采用紅外對射管增加隔離前端與后端距離，紅外對射管采用不可見光實現通信可減少EMC等干擾、將紅外對射管采用黑色套管的方式增加接收信號的強度、消除可見光的干擾，同時也可以采用灌封減少外部的未知干擾。

1隔離電源

為了保證隔離前端與隔離后端從根本上進行隔離，因此需要對隔離前端后隔離后端的電源進行隔離［3－5］。選擇的隔離電源芯片輸入為5V輸出也為5V，電源隔離轉換電路如圖1。圖1中U+IN為隔離前端輸入的正相電壓，U－IN為隔離前端輸入的負相電壓，U+OUT為隔離后輸出端的正相電壓，U－OUT為隔離后輸出端的負相電壓。隔離電源芯片采用DCH01050S，滿足輸入正相和負相之間電壓差為5V，輸出正相和負相之間電壓差為5V的隔離電源要求。

2隔離電路

2．1紅外對射管紅外對管是紅外線發射管與光敏接收管的統稱，其形狀如圖2。圖2中白色為紅外發射管是由紅外發光二極管組成發光體，用紅外輻射效率高的材料制成PN結，正向偏壓向PN結注入電流激發紅外光;圖2中黑色為紅外接收管是一個具有光敏特征的PN結具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓，無光照時，有很小的飽和反向漏電流，此時光敏管不導通。當紅外光照時，飽和反向漏電流馬上增加，形成光電流，在一定的范圍內它隨入射光強度的變化而增大。

2．2紅外對射管隔離電路采用紅外對射管設計的隔離電路如圖3，圖3中D2為紅外發射管，D1為紅外接收管，紅外發射管和紅外接收管之間的通信距離最遠可以達到8m。Sig_in為隔離前端的信號輸入，為數字信號;Sig_out為隔離后端的信號輸入，為數字信號。當Sig_in輸入為高電平時，驅動三極管T1為PNP，此時三極管T1為截止狀態，紅外發射管無電流流過不對外發光。當Sig_in輸入為低電平時，三極管T1在U+IN和Sig_in作用下導通，U+IN、電阻R1、紅外發射管和U－IN構成回路。電阻R1為限流電阻，防止紅外發射管因為電流過大損壞，同時可以控制紅外發射管發射光的強弱，電阻R1與紅外發射對管的通信距離成反比。

3隔離前后輸入輸出分析

隔離電路設計其參數選擇非常關鍵，電阻R1決定了紅外發射管信號強度，電阻R2，決定了T2工作狀態，電阻R3和R4的選取決定了T3工作狀態，紅外對射管之間的距離決定了隔離前后的距離。結構設計時紅外對射管之間套用黑色的膠管或者其它管道防止其他非可見光的干擾，同時可以采用環氧樹脂進行灌封可顯著提高通信能力和抗干擾能力，隔離前后輸入和輸出信號如圖4，正常狀態時隔離信號輸入和輸出如圖4(a)。如果需要得到輸入和輸出極性相同的信號，則設計的電路如圖5，輸出信號如圖4(b)。

4結語

將基于紅外對射管的隔離電路應用于傳感器模塊之間的通信，可以抑制大量的干擾信號，提高電路工作的穩定性。隔離電路已在傳感器中得到應用驗證，應用結果表明，該方案設計合理，工作穩定可靠，能夠滿足現有礦用傳感器的數字和頻率等信號的隔離要求。

參考文獻:

［1］張立軍，黃揚明．幾種模擬信號隔離器件實測性能比較［J］．儀表技術，2013(12)．

［2］于進杰，肖獻保，魏霞．信號的精確隔離［J］．科技資訊，2008(24)．

［3］錢舒林，王學武．礦用隔爆兼本安型計算機信號隔離器設計［J］．工礦自動化，2012(4)．

［4］田野，桂欣，李一兵．基于ADUM540x隔離通信電路的設計與實現［J］．哈爾濱商業大學學報(自然科學版)，2009，25(5)．

［5］溫習，閻永祿．典型信號隔離電路設計［J］．自動化技術，2011，32(8)．

［6］朱燦焰．一種簡單實用的模擬信號隔離電路［J］．華東交通大學學報，1996，13(4)．

［7］呂勇軍．數據采集系統中的隔離技術［J］．國外電子測量技術，2003(S1):68－69．

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關鍵詞：生產機械；電氣控制系統；設計分析

在生產機械電氣控制系統設計實踐中，已經定型的機床和機械設備可以不用通過設計、制造一些專用的生產設備，或者對原有的機械設備進行技術改造，其它種類的機械就需要進行設計制造，主要是通過介紹經驗設計法及邏輯設計法來實現對生產機械電氣控制系統的設計，從而能夠對生產機械的電氣控制系統的設計規律及方法進行分析和研究。

1電氣控制系統的設計

在設計電氣控制系統的過程中，需要根據實際電氣控制的要求編制和設計出機械制造、機械使用以及機械維修過程中需要用到的資料（包含了外購件的目錄、材料消耗清單以及機械說明書等）以及圖片樣本（包含了電氣原理圖、電氣元件的布置圖、電氣組建的劃分圖、電氣系統安裝接線圖、控制面板圖、電氣箱圖、非標準件的加工圖以及元件、器件的安裝底板圖）等。根據電氣設計任務書的方案可以確立電力設計方案，然后針對性的選擇所涉及到的電動機類型，并且設計出合理的原理圖，然后通過計算得到主要的技術參數并且核實;選擇需要的電氣元件、器件后制定相關的明細表，編寫出機械設計的說明書。在設計內容過程時，要嚴格的對原理圖進行設計，因為原理圖是生產機械電氣控制系統的關鍵，能夠為后續的的工藝設計以及技術資料的制定提供行之有效的憑證。為了提高制造電氣控制系統的效率，并將原理設計環節所涉及到的技術達到指標，必須采取工藝設計，來為機械的調試、使用以及維護提供切實可行的圖樣資料[1]。其所需的資料內容包含了電氣系統總的布置圖、安裝圖以及接線圖的設計；電氣組建的布置圖、安裝圖、接線圖的設計，電氣箱、非標準元件、操作臺的設計，電氣元件、器件清單，機械的使用和維護說明書。

2電氣控制系統中電氣控制原理的電路設計

經驗設計法也可以稱之為分析設計法，其主要是根據具體的生產要求來選擇基本的單元電路，或者將已經完備的電路設計按照一定的條件組合起來，在一定基礎上根據實際情況進行修改和補充，使其成為一個滿足控制要求和設計要求的完整電路，該種方法的優點是設計簡單，不受固定的程序的困擾，整個過程是建立在電氣控制系統設計基本環節的掌握程度以及較高的電氣控制系統電路分析能力的基礎上，能夠快速提高工作的效率。因此在平常的設計中，經驗設計法獲得了廣泛的應用，但是，經驗設計法有其局限性:設計出來的電氣控制系統的方案可能會出現漏洞，或者因為設計人員經驗的不足而造成影響設計方案的完整性，間接的影響了電氣控制系統的可靠性。所以，在實際的設計過程中，必須要經過反復審核檢查，在一定條件下最好通過模擬實驗來確定設計方案。當問題發生時作出適時的調整修改直到電氣控制系統電路的設計滿足生產要求。而邏輯設計法則是在電路設計中根據生產機械的工藝需要來利用邏輯代數，把控制電路中的各環節當做邏輯變量，然后根據電路控制的要求把邏輯變量之間的關系通過各邏輯關系式進行表達，在簡化邏輯關系式后設計出相應的電路設計圖。邏輯設計法的優勢在于能夠將設計方案最佳化，但是不足之處在于在實際使用過程中，設計難度較高且過程復雜，有時還可能需要結合新的理念，因此在常規的設計當中，邏輯設計法需要結合其它方法一起使用。原理圖設計在滿足生產工藝的要求時必須充分了解和掌握機械的性能、結構及其實際情況，然后通過控制方式、反向、啟動、調速、制動等考量并且設計出聯鎖和保護裝置，然后控制電路電源的種類和電壓數值。一般簡單的電氣控制電路包含的元件和器件不是很復雜，可以直接采用220V的電源或者380V的電源；但如果控制電路較為復雜，就必須將控制電壓根據實際情況降到24V、48V或者110V，并且要采用控制電源的變壓器，以此確保電氣控制電路在工作時的安全可靠性，實現的提前就是必須要保證電氣元件、器件的穩定和可靠性[2]。元器件的連接不僅要符合國家的相關規定，還需要合理的安排位置和觸頭的位置，以便正確的連接電器線圈。

3電氣控制系統中的工藝設計

電氣設備設計需要根據之前制定好的原理設計圖，將控制系統劃分成若干個部件，然后根據實際情況將各個部件劃分為若干個單元，然后整理好各個部分涉及到的進線及出線，并調整好連接方式。一般情況下，電氣控制系統設計單元劃分時應注意：相似功能的元件需要組合在一起;而且，為了減少單元間的連線，接線相關的控制電器應該在同一單元內；為了防止受到外界因素的干擾，需要分開強弱電；為了便于調試和檢查，經常需要調節、維護的易損元件、器件應當組合在同一單元內。元件、器件布置圖的繪制是依據原理設計圖來制定的，在繪制時應當按照以下原則進行：監視器件應當安裝在儀表板上；在電器板上方需要安裝發熱元件，而下方安裝體積較大或者較重的元件和器件；需要經常調試和檢查的元件和器件在安裝時不能太高或太低，為避免受到強電以及外界的干擾，需要對弱電部分加裝屏蔽設施和隔離設施。電氣控制接線圖的繪制時需要根據電氣元件、器件的布置圖以及國家的相關規定采取以下原則：接線圖中各元器件的位置應當與實際安裝位置一致；元器件和接線座上的標注應該與原理圖中的標注一致；繪制時應當采用細線條，以便清楚地表示出接線的關系和去向。

4結論

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[關鍵詞]電路設計 技術 技巧

中圖分類號：TD327.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）13-0214-01

前言：大量的事實表明，在電子產品進行生產的時候，如果在最初的電路設計方面出現了問題，那么所耗費的成本是十分巨大的，對公司所造成的損失也是相當巨大的。因此，在進行電路設計時，必須使用一定的技巧，應用比較先進的技術，這樣才能使得電子產品的性能更加良好，更受用戶的歡迎。本文將從電子電路設計的技術和技巧兩個方面進行分析，對于電路設計的技術方面，從線路設計、線路布局、STM技術應用等三個方面進行分析，而對電路設計的技巧方面，則從電源優化、地線設計、配件安全認證等三個方面進行分析，以求能對電子產品的電路設計的優化起到作用。

1 電路設計的技術分析

1.1 電路設計中的線路分析

一般情況下，電子產品都采用的是手工布線，而手工布線包含有兩種方法，一種是自動推擠，另一種是布線，這兩種方法通常都是相互配合的。在電子電路設計中，布線工作十分重要，而且最講究技巧性，因此必須備受重視。布線有單面布線和雙面布線兩種，其設計形式也有兩種，一種是自動式設計，另一種是交互式設計。兩者在應用中也有先后順序，一般情況下先用交互式設計進行部分布線。然而在線路可能會產生反射，從而造成干擾，為了防止這一干擾，不能讓輸出與輸入端的之間的線路平行，而且僅僅這樣做還是不夠的，還要增加地線，將這兩路線進行隔離。寄生耦合有利于線路的運行，而要產生這樣的效果，必須讓布線產生垂直效果。除了以上這些工作以外，要想使得電路設計中的線路更加完美，必須消除電源帶來的一些干擾，怎么做呢？要在電源和電線之間增加耦電容，還要盡可能將電源與地線之間的距離增大，同時將電線加寬，這樣就可以明顯地降低電源與地線之間的相互影響，使得線路運轉中沒有過多的額外損耗，從而使得電路能夠使用更長時間，也使得產品質量大大提高。

1.2 電路設計中的布局分析

電子線路的布局設計也是十分重要的，如果布局設計產生了問題，那么，電路的運行效果就會大打折扣，甚至會嚴重縮短電子產品的使用時限，因此，在進行布局設計時必須十分認真，注重布局設計的合理性及效果。從整體上來說，產品的質量和外觀是產品能否被大眾所認可的關鍵因素，對于一個成功地產品來說，這兩者缺一不可。要想使得線路設計更完美，就不得不注重一些細節，比如，一般走線不宜過長，而為了避免這一問題，在進行飛線連接時，要將相連的電子元件放在一起，而且放置的位置要盡量寬松一點，對器件進行散熱處理，因為這些器件都是要進行焊接的，擠在一起可能會將錯誤的線路焊接起來；為了防止出現干擾的情況，應該將數字以及模擬器件盡可能地隔離；要更多地利用Array功能。

1.3 電路設計中的STM技術應用

SMT技術在電子電路中應用十分廣泛，所以要想使得電子產品的質量得到保證，就必須要重視STM技術的研究與應用，那么接下來我們就通過對多功能燈的設計理念來具體講解一下SMT技術。通常來說，多功能燈有以下三個重要部件：LED燈頭、螺旋鋼管、三防外亮燈。在應用STM技術時，可以將其分為兩個過程，其一是掛膠，其二是錫膏，這兩個過程在進行貼片工作之前所采用的工藝是不同的，一般情況下，掛膠過程使用的是貼片膠，而錫膏過程所使用的焊錫膏。而且貼片所起到的作用也不相同，掛膠過程只是用來固定的，錫膏過程是用來焊接的。除此之外，在進行電路設計的時候，還要注意以下幾點問題：拼版的選擇問題以及拼版的數量問題。通過分析，我們可以知道多功能燈主控板的關鍵在于雙面錫膏回流焊接，那么在選擇主控板時就有以下兩個方案：TOP層設計方案和BOT層設計方案。至于具體要使用哪一種，則要根據具體情況進行分析，根據電子元件的特點：元件數量多、元件分布不甚合理、散熱不利等特點綜合考慮，應該選擇BOT設計方案，因為它有很多好處：提高打件效率、節約網板、將主控板做成單面板時可以手工焊接元件。主控板采用陰陽板也有很多優點：降低成本、節省優化時間、節約輔助材料、提高生產效率、生產期間用不著換產，可以生產更多的產品、節省很多的搬運時間。因此，設計中陰陽板的使用非常廣泛。

2 電路設計的技巧說明

2.1 優化電源設置

一般來說，比較大型的電子產品，諸如音響等，對電源的依賴程度較高，需要各種不同型號的電源來供應線路的運轉，因此，在進行線路設計時一定要將這些電源區分開來。在選擇電源時，一定要根據線路的承載力以及元件的電功承受力來選擇電源，一定不能選擇過大的電源，以免使得元件或者線路過度發熱而造成損害，減少電子產品的使用壽命。然而還需要考慮的是，對于橋式整合電路，必須要較低雜波，以免橋式整合電路的波形被雜波干擾，這就必須要增加源濾波電路，從而過濾掉咋波，這樣還可以同時起到提高產品性能的效果。

2.2 地線的設置技巧

對于一些音頻電子設備來說，地線處理比較復雜，其原因是由于這些電子設備的電流較大。一般來說，電路的位置是由電源來決定的。通常情況下，FM音頻、DA解碼芯片等地線都會連接到功放的底線上，但不排除，有的電子產品將功放電路單點接地，并將其與濾波電源相連接，這樣做比較安全。但是這樣做是有局限性的，可以看以下這樣一個分析：假定某電源的電壓為0V，功放到電源的地線之間具有0.25R的電阻，那這段電路的電流是2A，那么功放電壓就提高到0.5V。有實驗證明，若AUX輸入的電壓為1V，接入電源后，電源與功放的電壓就只有0.5V。因此，我們可以知道，功放的擴大倍數將會受到限制，除此之外，因為AUX此時屬于音頻信號，會產生電幅的波動，進而導致功放不穩定，很顯然這會使得一些音頻設備的聲音十分難聽。

2.3 對電路配件進行安全認證

有些電子設備屬于高電壓產品，所以，在出廠時必須要進行安全認證。在進行安全認證時，要使用沒有受到侵漆的變壓器，而測試的重點則是耐壓性。假如可以在電路中安裝幾段保險絲，那么，就會極大地避免電路因電流過大而使得元件損壞。另外，還有一些其他的比較常用的安全認證方式，例如，在連接線上添加磁環就是一個非常簡便且實用的方法。對于廣大用戶來說，在購買這些產品時，一定要細心查看安全認證標識，確保合格后方可購買。

結語：通過以上的分析，我們已經對電子電路的設計技術及設計技巧有所了解，能夠明白其復雜性和難易程度，所以，對于從事電子電路設計的工程師而言，這是一項巨大的挑戰，需要設計者盡心盡力地去完成這一設計，而且不僅僅只是完成這么簡單，更要完成的更好才行，要全力以赴設計出更完美的、性能更好的電路。這就要求設計者要多多聯系實際，積極探索，努力從實踐中積累經驗，這樣才能夠設計出更加有效的電路，從而能夠提高公司產品的質量。

參考文獻：

[1]衛永琴，劉春暉.淺談時序邏輯電路設計中的小技巧[J].科技視界，2014，30：16+62.

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【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。控制單片機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。總之，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。

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篇6

Lu Zhuwei；Chen Yuming

（①Sanjiang University，Nanjing 210012，China；②Wiscom Electrical Co.，Ltd.，Nanjing 211100，China）

摘要：研究了開關線性復合功率變換技術，提出一種復合型精密電流源的方案。該電源結合了高頻開關電源和推挽線性功放電路的優點，輸出波形好，效率高、體積小。同時采用三態自適應滯環電流控制方式，有效地減小了輸出電流的脈動紋波。根據設計的方案制作了一臺樣機，實驗結果表明該電流源紋波系數小、效率高，驗證了方案的可行性。

Abstract: Switch-linearity hybrid power conversion was researched and a hybrid precise current source was proposed based on the technology. The current source combined the advantages of switching power module and linear power module. It had excellent waveform, high efficiency and small volume. A novel self-adaptive three-state hysteretic control strategy was also used to reduce the ripple of the output current. Then a model machine was produced according to the design scheme. The result showed that this current source had low ripple quotient and high efficiency, so it proved the effectiveness of the scheme.

關鍵詞：開關線性 精密電流源 滯環控制

Key words: switch-linearity；precise current source；hysteretic control

中圖分類號：TM1文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）19-0036-02

0引言

隨著電力事業的發展，用電單位越來越多，對電能表進行準確的校驗是保證電力安全、電能計量準確的必要手段。在儀表校準中，希望交流電壓源或電流源的精度與分辨率足夠高，因為這是儀表能否校準好的關鍵所在。線性功率放大器具有設計簡單、波形失真度小等優點，目前在精密功率源中一般都用它進行功率放大。但線性功率放大器的效率很低，特別是工頻電工式儀表多為感性負載，此時線性功率放大器發熱更為嚴重，因而在精密測量領域中的應用受到制約。精密開關電源能省去工頻變壓器，效率高，雖然紋波系數較大，但把它作為集成恒流源的前級，復合成精密恒流源，可將二者的優勢互補，使其穩定性等技術指標大大提高。

1開關線性復合技術

開關線性復合技術（SLH）主要的特點是將電力電子純開關功率變換電路與線性功率放大電路有機的結合起來，即把常規的PWM電壓型變頻器作為B類功率放大器的供電電源，由于射極跟隨器的負反饋形成的系統具有強有力的抗干擾特點，使得系統具有較高的效率和較強的魯棒性，從而構成的新型功率變換器，可以互補綜合，優化性能。

該技術的本質在于開關濾波電路只作為復合線性電路的特殊供電電源，那么整體系統可以看成是一個比例放大器，從而獲得極快的動態響應和比較準確地跟蹤效果，而同時又因為具有壓控射極輸出特性的線性單元的高阻輸入、低阻輸出的特性，近似于功率級的緩沖器，阻隔了輸入輸出信號之間的相互干擾，很好的保證了系統的正常工作，實現了THD指標和效率指標的兼顧，符合目前大家追求的高保真、綠色、環保等電源變換的要求。

SLH的結構圖如圖1所示，由圖可以看出，開關線性復合器由參考信號、前置功放、前置放大、開關電源、線性功率放大等組成。產生標準正弦信號作為參考信號，同時控制開關變換單元和線性功率放大單元，是系統輸出理想波形的參考；將參考信號前置放大的目的是驅動線性功率放大裝置中的功率開關器件；開關電源的作用就是為線性功率放大裝置中的功率開關器件提供脈動正弦供電電源。

2基于開關線性復合技術的電流源方案設計

2.1 系統總體設計方案本文設計一種開關電源和線性功率放大器復合的電流源，將開關電源作為復合電源的前級，開關電源的輸出整流濾波成饅頭波后為線性功率放大器的功率放大管供電，且饅頭波與系統輸出電壓接近線性放大器功率管的管壓降，這樣就大大提高了電源的整體效率。這種復合電源既保留了傳統電源的優點，又根據實際需要對現有傳統電源的不足作了改善。復合電源總體設計方案如圖2所示，輸入為50Hz、220V交流電壓，經整流濾波后得到311V直流電壓，采用DC/DC變換器將直流電壓變換成100Hz、最大值為80V的饅頭波。該饅頭波經濾波后作為DC/AC逆變器的輸入，DC/AC逆變器采用了三態滯環和自適應滯環相結合的電流控制方式，使輸出的電壓波形具有較小的波形失真度。

2.2 DC/DC變換電路設計開關電源DC/DC電路的設計方案如圖3所示。交錯型雙晶體管正激變換器在保留雙管正激變換器功率開關管電壓應力低和可靠性高的優點同時，克服了等效占空比小、副邊二極管電壓應力高、輸出電流脈動大等缺點。與全橋變換器或半橋變換器相比，它的每一個橋臂都是由一個二極管和一個開關管串聯組成，從結構上消除了橋臂直通現象，可靠性高，特別適合輸出中等功率、輸入電壓較高的應用場合。因此，DC/DC變換電路采用交錯并聯的雙晶體管正激變換電路。

2.3 DC/AC電路設計方案開關電源DC/AC電路的設計方案如圖4所示。開關電源DC/AC電路的輸入為變換成100Hz、最大值為80V的饅頭波。再經全橋逆變為正弦交流電壓，并經LC濾波網絡濾去高次諧波，最后得到所需的正弦波作為輸出。吸收電容用于吸收負載以及濾波電容的回饋能量,防止直流母線電壓上沖。該逆變器控制電路采用輸出電流外環加電感電流內環的雙環控制方案，采用三態滯環控制進一步減小輸出電流的THD，采用自適應滯環控制解決了輸出小電流、低電壓情況下電流的THD超標問題。

2.4 后級線性電源設計后級線性電源的設計方案如圖5所示，基準正弦電壓經PI調節器后經差分對管輸入，經中間放大級電路放大，輸出采用乙類互補推挽功放電路。前級開關電源DC/AC逆變電路輸出電壓經整流濾波后，輸出電壓波形與線性功率放大器的輸出波形的電壓差近似為功率放大管的飽和管壓降，作為線性功率放大器中功率放大管的供電電源。線性功率放大器的輸出電壓跟隨負載的變化而變化，DC/AC逆變電路的輸出電壓根據功率放大管的管壓降實時調整，保證電壓差始終接近功率放大管的飽和管壓降值。

3系統實驗分析

根據設計的方案制作了一臺樣機，在樣機實驗中，負載為1A時，線性功放輸出電壓及電流波形如圖6所示。負載為3A時，線性功放輸出電壓及電流波形如圖7所示。

復合電源的實驗數據如表1所示。由此可以看出電流源能輸出高質量的正弦電流，有較好的穩定性，諧波失真度不超過0.5%。

4結論

文章將精密開關電源作為集成恒流源的前級，將線性放大電路作為后級，將二者的優勢互補，復合成精密恒流源，使其技術指標大大提高。采用了三態滯環和自適應滯環相結合的控制方式，作為全橋逆變電路的電流環控制方式，減小了輸出電流的脈動，減小了逆變橋開關次數，使輸出電流的THD在輸出電流和負載變化時均能滿足小于0.5%的要求。

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篇7

【關鍵詞】測試精度；小信號測試；不確定度

1概述

高精度數字萬用表是常用的基礎電測量儀器，通常具有直流電壓/電流、交流電壓/電流、二線/四線電阻等測量功能，是高性能電子元器件篩選和電子設備維修最基本和最常用的測試設備，是對電參量測試基本工具，是電子設備研制、生產和維護所必不可少得工具。利用數字萬用表對基本電參量精確測量功能，可以實現對電路板電子元器件故障的精準測試，及時排除故障隱患。

2恒流源電路設計

高精度恒流源的設計克服了導通電阻對輸出電流的影響。恒流源是電阻測量的基礎和關鍵。電路設計率先采用低泄漏、小體積的多路開關MAX329作為電流切換元件，采用“采樣端”與“傳感端”分開的巧妙方法，消除了多路開關導通電阻的影響，在不降低精度的前提下減小了體積。，UK4、UK5替代了3個傳統繼電器及二極管、三極管等附屬元件。其中UK4的第8腳漏電流很小僅為pA級，因此在第8腳與第5腳（或4腳）之間的導通電阻上幾乎沒有壓降，形成了“傳感端”；而“采樣端”第9腳與12腳（或13腳）之間，盡管有壓降，但這里關注的僅是電流信號，不關注壓降。因此達到了不影響基準電流精度和穩定度的效果.

3交流變換電路設計

交流變換電路的設計實現消除了導通電阻對增益的影響。在交流測試電路中，用電子開關替代繼電器，必需考慮電子開關導通電阻（尤其是溫度漂移）對增益的影響。圖4給出了交流變換電路設計的交流電路原理圖，盡管將電子開關接入了反饋環中，但為了保證增益的準確性和穩定性，對信號輸出環節進行了改進。若按照傳統方法從U1B的第7腳輸出，整個電路的增益收到電子開關導通電阻的影響，使得變小，而且隨溫度變化，該導通電阻變化較大，使得電路增益對溫度極其敏感，該電路設計相當于輸出電壓從反饋環的有效電阻后端引出，由于在開關UK2的A側（DA、SxA）上的導通電阻幾乎沒有電流（由UA1A的偏置電流和UK2的漏電流共同決定），因此沒有壓降產生，克服了該導通電阻對增益準確度和穩定性的影響。交流信號電路完整電路圖，電路包括交流電壓衰減電路、交流信號放大電路、真有效值變換電路、比較整形電路4個部分。隔離電源變換出來的正負15V電源，需要經過電感隔離和電容穩壓后作為交流器件的電源+15A和-15A。真有效值變換電路。C44和R56用于消除交流信號處理電路中的直流分量，N19B和N22的2個比例電阻及N26的第2組開關選擇信號進入真有效值轉換前是放大1還是2倍，控制信號為AMPL；N22的另兩個比例電阻和N26的第1組開關用于選擇是衰減1或2倍后作為ACOUT（AMP7）進入直流信號選擇電路，控制信號為AMPL。真有效值轉換芯片為AD637，其轉換前的放大和轉換后的衰減是為了確保較小信號也能在真有效值轉換時處于較大的狀態，以確保轉換的技術指標。由于比例電阻溫度系數匹配，放大和衰減的誤差可以忽略不計，該部分的誤差主要是真有效值芯片的誤差E22，以及頻率因素造成的幅頻誤差E23。比較整形電路。該部分電路是一個經典的回差比較電路，比較器為LM311，比較器工作允許選通控制信號為STROBE。

4誤差拓撲分析

交流信號測量的準確度要求比直流信號測量要低，因此交流信號的誤差來源只考慮分立精密電阻的比例溫度變化誤差E21為4ppm，真有效值轉換非線性誤差E22為最佳0.02%，可約定為0.1%，幅頻特性誤差E23為0.2%（幅頻特性修正后的指標），這些誤差均按系統誤差合成，歐姆電流源的誤差來源如圖4所示，變流電阻選擇是由3精密電阻比例變換實現，其溫度誤差E41為6ppm，I/V變換的泄露電流誤差e41對大電阻測量影響大，與PCB板的絕緣度有關，定義泄露電流變化誤差e41約為10pA。

5結束語

本文介紹了高精度數字萬用表的恒流源和交流測量電路的一種設計方案并給出了誤差的拓撲分析。整個電路具有準確度高、結構簡單、操作方便成本較低等特點，但電路方案的設計還不夠完善,還有待進一步的研究。

參考文獻

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關鍵詞：電磁密碼箱，報警，蜂鳴器，STC89C52

一、總體方案設計

它是以STC89C52單片機為核心，配以相應硬件電路，完成密碼的設置、存貯、識別、驅動電磁執行器并檢測其驅動電流值、接收蜂鳴器送來的報警信號、發送數據等功能，單片機接收鍵入的代碼，并與存貯在EEPROM中的六位密碼進行比較，六位密碼可以有298萬多組密碼供主人隨意變換，保密性極高，可選密碼組是連續排列的，如果密碼正確，則驅動電磁執行器開鎖；如果密碼輸入不正確，則單片機通過通信線路向智能報警器發出報警信號。

密碼箱主要由矩陣鍵盤、單片機、外部硬件等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數字密碼和進行各種功能的實現。實際使用時只要將單片機的負載由繼電器換成電磁密碼箱的電磁鐵吸合線圈即可，當然也可以用繼電器的常開觸點去控制電磁鐵吸合線圈，單片機將每次開鎖操作和此時電磁執行器的驅動電流值作為狀態信息發送給單片機的芯片處理，同時將接收來自無限循環的密碼識別程序的報警信息也發送給智能報警器，從而使整個密碼箱正常運行。

二、硬件現及單元電路設計

1、單片機的時鐘電路與復位電路設計

本系統采用STC系統列單片機，相比其他系列單片機具有很多優點。一般STC單片機資源比其他單片機要多，而且執行速度快；STC系列單片機使用串口對單片機進行燒寫，下載程序較為方便；STC51單片機內部集成了看門狗電路；且具有很強抗干擾能力。本系統采用內部方式的時鐘電路和加電自復位的復位電路，由于單片機P0口內部不含上拉電阻，為高阻態，不能正常地輸出高/低電平，因而該組I/O口在使用時必須外接上拉電阻。

2、鍵盤電路設計

在單片機應用系統中，一般都會設置鍵盤，主要為了控制運行狀態，輸入一些命令或數據，以完成特定的人機交互。鍵盤是與單片機進行人機交互的最基本的途徑，其以按鍵的形式來設置控制功能或輸入數據，按鍵的輸入狀態本質上是一個開關量。對于簡單的開關量的輸入可以采用獨立式按鍵，這種方法接口簡單，但占用單片機I/O端口資源較多。對于輸入參數較多、功能復雜的系統，需要采用矩陣式鍵盤進行輸入控制。本系統采用4×4矩陣式鍵盤。

3、液晶顯示電路設計

液晶顯示器（LCD）是一種功耗很低的顯示器，它的使用非常廣泛，比如電子表、計算器、數碼相機、計算機的顯示器和液晶電視等。電子密碼鎖中需要顯示的信息比較多，為了能直觀的看到結果，并且為了設計顯的美觀，使用總線和排阻進行簡化連接方式，本設計采用液晶顯示屏LCD進行顯示，

4、存儲芯片電路設計

I2C總線（Inter Intergrate Circuit BUS）全稱為芯片間總線，它在芯片間以兩根連線實現全雙工同步數據傳送，一條數據線（SDA）和一條串行時鐘線（SDL），可以很方便地構成器件擴展系統。I2C總線采用兩線制，由數據線SDA和時鐘線SCL構成，為了對數據進行存儲，本系統使用串行EEPROM芯片，AT24C01系列是典型的I2C串行總線的EEPROM，本系統采用此芯片進行數據存儲。

三、系統軟件設計方案

1、主程序流圖

如圖所示為主程序流程圖，用戶才可以自行設定和修改6位密碼，密碼輸錯會有提示聲。只有鍵入6位開鎖密碼完成正確才能開鎖。

四、系統的安裝與調試

安裝步驟1.檢查元件的好壞。按電路圖買好元件后首先檢查買回元件的好壞，按各元件的檢測方法分別進行檢測，一定要仔細認真。而且要認真核對原理圖是否一致，在檢查好后才可上件、焊件，防止出現錯誤焊件后不便改正。2.放置、焊接各元件按原理圖的位置放置各元件，在放置過程中要先放置、焊接較低的元件，后焊較高的和要求較高的元件。特別是容易損壞的元件要后焊，在焊集成芯片時連續焊接時間不要超過10s，注意芯片的安裝方向。

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[4] 朱勇. 單片機原理與應用技術[M]. 清華大學出版社， 2006， 14-16

篇9

在實驗教學內容上,從專業培養目標出發,全面修訂了實驗教學大綱,優化實驗知識結構,形成梯次的教學內容體系,即基礎性實驗、綜合性實驗和創新設計性實驗。在實驗總學時保持不變的前提下,減少驗證性實驗項目,增加了綜合性、設計性實驗項目,并且注重實驗項目課程內綜合更新、課程間重組以及跨學科交叉融合,尤其重視醫學和生物醫學工程專業知識綜合運用能力和研究創新能力的培養。近兩年,面向本院生物醫學工程專業本科生所開設的數字電子技術實驗項目及學時分配如表1所示。從表1可知:實驗項目從12個減少到9個,但是總學時保持未變;從實驗內容設置來看,實驗難度成梯度;實驗類型分為基礎驗證性、設計性和綜合創新設計性三種。純粹的驗證性實驗只有2個,分別為實驗一邏輯門測試和實驗四觸發器功能測試。實驗一為第一次實驗課,先要教會學生使用實驗箱和認識芯片實物,向學生傳授實驗技巧,所需時間較多,因此設置的內容稍簡單,讓學生的實驗過程既順利又充實而有成就感,從而激起學生的實驗興趣。實驗五分為兩個部分:先驗證計數器及寄存器邏輯功能,隨后重點完成常用計數器芯片74LS161和寄存器芯片74LS194的擴展應用設計,如果只是單純的芯片功能測試,就缺乏應用訓練,不利于后面相關設計性實驗的開展。實驗二和實驗三為組合邏輯電路設計,分為小規模和中規模,內容上不重復,電路的實現從采用邏輯門升級到采用中規模集成芯片。實驗六為經典的時序邏輯電路設計,考慮到難度稍難及根據往屆實驗情況,將其學時調為3學時,通過該實驗項目,學生對時序邏輯電路的設計流程、動作特點及測試方式有了更深刻的理解。實驗七為綜合性實驗,主要進行綜合實踐訓練,培養學生綜合運用知識的能力。時鐘脈沖信號在數字電路的工作中起控制作用,因此,特設置了一個采用經典的模數綜合器件555定時器來構建簡易時鐘脈沖信號源的實驗項目。前八個實驗基本涵蓋了數字電路理論內容,且按照理論課章節順序來設置。在實驗課程的最后,為了綜合考查學生知識運用、創新、動手操作及團隊合作能力,特設置了一個系統設計性實驗項目,如《交通燈控制電路設計》。該設計任務涉及到多個功能模塊,由于電路較復雜,設定學時為6學時,需要學生綜合運用所學知識來實現,作為實驗課程考核部分之一。綜上,整個實驗教學分為四個階段:基礎訓練實驗階段、基礎設計實驗階段、綜合應用訓練階段和系統設計實驗階段。使學生從基本的實驗設備和器件的使用、實驗數據的處理、知識的綜合運用、電路設計調試到實踐創新能力都得到了訓練。

2實驗方式方法改革

在學生掌握了常用的實驗儀器如數字電路實驗箱、萬用表、信號發生器等的使用方法,熟識了常用的集成電路芯片的基礎上,結合各實驗項目的要求及特點,采用多種實驗方式來完成實驗。驗證性實驗可只用數字電路實驗箱來實現,多個芯片同時在實驗箱上連接,連線方便,費時較短,一次實驗課中可以完成多個任務。較簡單設計性實驗采用分立元件連接來構建電路,既可以鍛煉學生動手能力,又可以在規定時間內完成實驗。綜合設計性實驗由于難度最高,可讓學生用軟件仿真出電路原理圖,然后制作PCB板,實現電路實物。課程開始時教師講授的時間不易超過15min,主要幫助學生完成對實驗的理解,思路的建立。實驗方案的設計、實驗電路的搭建及問題的排解,要有學生自主完成。在實驗進行中,教師和學生各自的定位要準確,教師主指導,注重培養學生的實驗興趣。在整堂實驗課中,要讓學生體現主動性,感受到“做中學”的樂趣。由于實驗內容大部分為設計性實驗,如果純粹依賴實驗指導書進行教學,較難達到培養學生電路設計能力的目的。因此在現階段,采用項目驅動法來開展實驗教學,具體做法為:開學初把數字電子技術實驗的所有實驗項目以電子文檔的形式發送給學生,每個設計性實驗只提供設計任務、設計要求和可供參考使用的芯片種類,設計方案和電路原理圖由學生自主完成。這樣既可以改善學生的懶惰思想,又可以實現課前預習、培養學生查閱參考文獻的和初步設計的能力。對于學時較長和難度較大的實驗項目,2～3名學生可組成小團隊,團隊成員在參閱大量參考文獻后進行小組討論,多次討論后確定設計方案。在電路構建及測試過程中,每個成員都必須積極參與,教師也給予一些必要性的指導。經過兩年的實踐發現,該實驗教學方法有效增強了學生的自主學習能力、分析問題及解決問題能力、自我管理能力、團隊合作能力和創新實踐能力。每次實驗完成之后,學生不僅對相關知識有了更深刻的理解,也獲得了滿足感,極大提高了學生參與實驗的興趣。

3實驗室教學管理改革

對于任何一個實驗項目,都允許并鼓勵學生之間相互交流,教師作為引導者雖不過多干預學生的實驗過程,但是也積極關注他們的實驗進度,認真聆聽他們的實驗想法,適時給出建議,甚至和學生進行熱烈討論,幫助他們構建更正確的實驗方案。當學生搭建的電路不能正常工作時,不過多責備,反而是啟發他們自己尋找問題的所在,鼓勵學生多思路分析問題。因此,實驗室的氛圍既嚴謹又活躍,絕大部分學生都非常專注的投入到實驗中,實驗效果理想率可達到95%以上,實驗數據抄襲的現象非常少。

4實驗考核方式改革

很多學生不重視數字電子技術實驗教學的原因之一就是其考核方式不太合理,實驗成績要么只占數字電路課程成績的百分之二十,要么只由實驗報告的成績和平時考勤成績組成,導致有些學生認為只要期末考試卷面成績高就行,實驗做不做問題不大,有些學生雖然每次實驗都出勤,但是在實驗室并不認真做實驗,實驗報告抄襲他人。基于這些現象,近兩年本院生物醫學工程專業開展的數字電子技術實驗考核方式做了如下改革。

(1)電子技術實驗單獨為一門課程。該課程成績中模擬電子技術實驗成績占50%,數字電子技術實驗成績占50%。就數字電子技術實驗成績而言,平時出勤率僅占10%,實驗過程中的表現占40%,系統設計實驗考核成績占30%,實驗報告成績占20%。因此,學生的實驗態度與實驗能力最大程度上決定了其課程成績。這就使得絕大部分學生能以正確、積極的態度來對待實驗課程,并盡量通過自主努力完成實驗。

(2)系統設計實驗項目考核時,分模塊考核。比如在《交通燈控制電路設計》實驗項目中,總分100分,完成時鐘信號源電路模塊,得10分;完成定時器模塊,得25分;完成控制器模塊,得40分;完成譯碼驅動器模塊,得15分;設計方案闡述和回答教師提問部分完成,得10分。這樣不僅避免由于電路硬件原因導致電路系統最終實驗效果不理想而得零分,打擊學生信心的情況出現,又可以讓學生在實驗過程中能逐級測試電路,保證最后的電路系統效果理想,且對學生的團隊合作能力和答辯能力進行了培養。

5結語

篇10

關鍵詞：仿真；課程設計；效果；效率

Comprehensive application for the simulation software in the course design and the measures for some problems

Xu Junyun

South China of agriculture university, Guangzhou, 441052, China

Abstract: Introduced a method for conducting students to apply the simulation software comprehensively to do course design about the power electronics system. Through analyzing the characteristics for two kinds of simulation softwares, guided students to use Matlab/Simulink to do power electronic main circuit design, and to use Orcad/Pspice to do the power electronic control circuit design, and give a useful measure for convergence problem in the simulation. The practices show that the comprehensive application of simulation softwares can effectively help students improve the effect and efficiency of the power electronics circuit design.

Key words: emulation; course design; effect; efficiency

高校實踐教學是一項需要不斷創新的工作，實踐課教師有必要探索新的實踐教學方法，改進實踐教學效果。因此，筆者在本校電氣工程及其自動化專業的專業課―電力電子技術的實踐教學的指導方法上做了改進，引導學生采用一種綜合應用仿真軟件輔助電力電子電路課程設計的方法。

1 電力電子電路常用仿真軟件特點分析

目前在電力電子電路設計和分析上主要采用Matlab/Simulink和Orcad/Pspice這兩種仿真軟件。在Matlab/Simulink仿真平臺，電力電子器件模型使用的是簡化宏模型，它只要求元器件的外特性與實際元器件特性基本相符，而不考慮元器件的內部細微結構，屬于系統級模型。 Orcad/Pspice是不同于Matlab/Simulink的仿真平臺，它構建的元器件模型除了要求元器件的外特性與實際元器件特性相符，還要考慮元器件內部的細微結構，相比Matlab/Simulink的宏模型更詳細，更復雜，是屬于器件級的模型，用Pspice仿真可以細致地反映元器件的工作情況。雖然Matlab/Simulink的電力電子器件模型較為簡單，但是它占用的系統資源較少，因而在仿真時出現不收斂的幾率相比Orcad/Pspice要少。鑒于此，可以考慮將這兩種仿真軟件有機結合起來，取長補短，以提高仿真的效率。

下面以一種基于TL494控制的開關電源的設計為例，介紹在電力電子技術課程設計實踐教學中建議學生采用的綜合性設計方法。

2 基于TL494控制的開關電源設計舉例

本示例要求設計出一種以TL494為控制器件的開關電源，電源電壓范圍為0～12 V。要求該開關電源性能可靠，紋波電壓小，控制精度高。

2.1 設計步驟1―主電路的原理電路設計

主電路的原理電路設計方案利用所學知識，學生容易確定。如本設計中的主電路可采用常規的非隔離式Buck電路，開關管采用P溝道MOSFET，驅動采用“圖騰柱”電路，輸出電壓反饋電路由一個比例運放電路構成(如圖1所示)。

圖1 主電路、驅動電路及電壓反饋原理電路

2.2 設計步驟2―控制電路原理電路設計

控制電路原理電路方案參照相關資料，并利用所學自動控制理論知識，學生也較容易確定。本部分要求以TL494作為控制芯片。

TL494控制原理電路(如圖2所示)，1和2腳前接上兩相同阻值的電阻，起到限流阻隔的作用，其中1腳接主電路輸出反饋電壓Vo，2腳接設定電壓Vset，當改變Vset的值時，Vo和Vset經誤差比較后控制PWM信號的輸出；3腳經一個PI比例積分回路串上2腳，起到反饋的作用；4腳接地；5腳經一個電容接地，6腳經一個電阻接地，5，6腳共同構成振蕩回路；8，11腳與12腳共同接工作電壓；13腳接地，使9，10腳以并聯工作方式輸出。

圖2 TL494控制原理電路

2.3 設計步驟3―開關電源系統仿真預設計

這個環節是整個設計的重點和難點。對學生而言，設計原理電路并不難，難的就在于如何確定原理電路中具體的元器件參數，在這方面學生缺乏經驗。

2.3.1 仿真軟件使用方案及問題對策

按常規設計方法，直接將Orcad/Pspice仿真軟件用于電力電子電路設計，對初學者特別是學生來說，往往困難較大。學生在使用該軟件的時候，很容易碰到仿真不收斂的問題，從而一籌莫展。

因此，在教學實踐中，引導學生首先利用Matlab中Simulink仿真平臺仿真快而不易出現收斂問題的優勢進行主電路的仿真設計，較高效地確定出主電路中的電感、電容和電阻的最佳參數值。然后再利用Orcad/Pspice仿真軟件進行控制電路的仿真設計。控制電路部分設計的難點在于PI參數的選擇，因此要引導學生采用Orcad/Pspice仿真軟件來進行。因為Orcad/Pspice是器件級仿真軟件，仿真精度高，輔助控制電路參數的確定最佳。

對Orcad/Pspice在電力電子電路整體仿真中容易遇到的收斂性問題，筆者通過和學生一起分析研究、查找資料，積累了一些解決問題的經驗。實踐表明，這些經驗對開關電源系統電路的仿真設計是有用的。下面給出一個對此問題有用的對策。

在用Orcad/Pspice進行仿真調試的時候，經常出現ERROR -- Convergence problem in transient analysis at Time =？ Time step =？, minimum allowable step size =？這個問題。一個有效的解決方法就是修改參數。系統默認參數及參數修改的方法如圖3和圖4所示。

圖3 PSpice系統默認參數

圖4 參數修改圖

2.3.2 系統仿真輸出波形圖示例

通過對不同參數條件下仿真結果的比較，按照開關電源紋波電壓小，控制精度高等要求可確定原理電路參數。下面是利用仿真平臺方便的參數比較功能得出的主電路最佳仿真輸出波形圖及控制電路采用最佳PI參數值時系統的輸出電壓仿真波形(如圖5，圖6所示)。

圖5 主電路負載電壓仿真輸出波形(Simulink)

圖6 總電路負載電壓仿真輸出波形3(Pspice)

圖5是在開環狀態下選擇出的相對最優電感、電容和電阻參數值下的負載電壓波形；圖6是在控制電路選用相對最優比例系數和積分電容參數時的負載電壓波形。

2.4 設計步驟4―實際開關電源系統測試

依據仿真預定元器件參數構建出具體的電路。在實驗室調試中，要求學生利用示波器等檢測儀器分析電路中的問題，幫助進一步確定最佳元器件參數。下面是對系統進行實際測試的一些數據(見表1，表2)。

表1 輸入設定電壓和輸出實際電壓

表2 輸入設定電壓和輸出實際電壓

實驗測試結果表明：本電路系統可以穩定地輸出0～12 V的直流電壓。

實踐表明，引導學生將不同仿真軟件綜合應用于電力電子電路的設計，不僅能有效地幫助學生提高電路設計的效率，而且對開拓學生思維，培養學生的創新能力也是有益的。

參考文獻

[1] 許俊云.實驗設備的改進與使用[J].實驗室研究與探索,2010,8:337-339.