电路设计范文10篇

电路设计范文篇1

关键词：城轨车辆；列车编组；继电器；安全电路

1概述

目前，绝大多数国内外城轨车辆均采用固定编组或两列车重联的运营方式。在发车间隔相同的条件下，采用固定编组的列车只有一种运营模式，若按高峰客流配置列车编组，则在客流低峰时会造成列车运力浪费，增加运营成本；若按低峰客流配置列车编组，则在客流高峰时列车运能不足，会导致人员拥挤，极易引发事故；采用两列车重联运营，可以适应高峰客流及50%高峰客流的工况，但当客流在50%~100%高峰客流之间变化时，列车必须以重联方式运营，同样造成运力的浪费和能耗的增加。另外，在遇到突发大客流（如特殊节假日客流超过普通高峰客流）的情况时，无论是固定编组列车还是重联运营列车，同样存在运力不足的问题；固定编组列车长度较长，不方便在较短的线路上存放，会造成停车场空间的浪费。因此采用可以由任意节数车辆组成的列车，不仅可以适应1/N~100%高峰客流的工况（N为列车编组车辆数），而且对于突发大客流的情况，仍然可以通过增加列车编组的形式满足运能需求。轨道交通领域使用灵活编组设计的车辆目前还为数不多，国内有上海轨道交通16号线、广州市轨道交通三号线采用三节基本编组，可以实现三三连挂编组重联运营，但没有完全实现自由连挂；在出口土耳其的IZMIRL1E项目上实现了单节车连挂。而且，可灵活编组车辆在连挂运行与解编运行时，大多采用中间继电器作为逻辑控制构成闭环控制电路，因继电器本身的特性导致其故障具有偶然性和不重复性，在继电器数量比较多的情况下，故障率将明显增加，影响系统的运行可靠性。据统计，车辆控制故障中，60%以上的故障是由继电器故障引起。针对可灵活编组列车，笔者对其安全电路进行了设计，通过车钩装置内部的可控触点来代替继电器，实现车辆独立运行和连挂时安全回路的形成，使之满足列车灵活编组时逻辑控制的需要，通过该电路可使安全回路电路更加简单、合理，从而提高系统的可靠性与可维护性。

2灵活编组列车安全电路设计

列车安全电路的设计原则是：不管是单节车运行还是连挂运行，安全电路必须形成一个闭合的回路，当此回路断开时列车将施加紧急制动。2.1单车运行时列车安全电路设计。列车单节车独立运行时安全电路原理如图1所示。车辆两端的电气车钩触点闭合，车辆“末端选择开关1”和“末端选择开关2”都置“合”位，可实现列车单节编组时安全回路的形成。列车安全回路的形成路径具体如下：车辆安全回路高电平信号通过微型断路器F→“列车末端选择开关1”的1/2触点→Ⅰ端电气车钩闭合触点→“列车末端选择开关1”的4/3触点→紧急制动按钮→“列车末端选择开关2”的2/1触点→Ⅱ端电气车钩闭合触点→信号系统设备、制动系统设备及牵引系统设备。只要列车解钩，车端电气车钩常闭触点就会闭合，安全回路自动形成，无需人工干预，方便快捷。2.2连挂运行时列车安全电路设计。列车多节车连挂运行时安全电路原理如图2所示。车辆连挂时，连挂端的电气车钩触点断开，非连挂端的电气车钩触点闭合，车辆连挂端“末端选择开关1”和“末端选择开关2”都置“否”位，车辆非连挂端“末端选择开关1”和“末端选择开关2”都置“是”位，可实现车辆连挂编组时安全回路的形成。列车安全回路的形成路径具体如下：车辆安全回路高电平信号通过车辆1非连挂端的微型断路器F→车辆1“列车末端选择开关1”的1/2触点→车辆1的Ⅰ端电气车钩闭合触点→车辆1“列车末端选择开关1”的4/3触点→车辆1紧急制动按钮→车辆1“列车末端选择开关2”的4/3触点→车辆2“列车末端选择开关1”的6/5触点→车辆2紧急制动按钮→车辆2“列车末端选择开关2”的2/1触点→车辆2的Ⅱ端电气车钩闭合触点→连挂车钩→主控车辆（ATC、车辆控制单元为主控）→信号系统设备、制动系统设备及牵引系统设备。多节车辆连挂时，列车所有可能会产生紧急制动的部件（如紧急停车按钮）或系统（如ATC系统和列车控制系统）都被串联在一个电路内，中间没有继电器的过渡转换，使系统的反应时间更快（一般继电器或接触器的反应时间为30~50ms），可靠性会更强。本设计的特点是主要针对可灵活编组车辆，在连挂时无需人为干预，只要车辆连挂完成，该安全回路就自动形成，最大限度地保障了电路的可靠性，降低人工操作过程，节省时间。

3传统电路与新型电路比较

传统电路要想实现车辆灵活连挂或解钩形成闭合回路，必须借助大量中间继电器，但继电器机械触点易出现卡位、抖动、接触不良等故障，受环境及动作次数限制，其可靠性低。长期保持得电状态的继电器，其线圈持续发热易导致内部材料加速老化，从而出现继电器线圈故障；而长期低负载的触点由于润湿电流不足，不能有效去除表面氧化薄膜，易导致接触不良。列车电气故障60%~80%是由于继电器故障引起的。有继电器和无继电器电路的特性对比见表1。综上所述，与现有的轨道交通系统相比，本创新设计的车辆实现了任意编组列车安全电路的自动形成，实现了车辆的最优配置；采用专门为可灵活编组车辆设计的内部具有可控触点的电气车钩装置，通过车钩装置内部的可控触点（车辆连挂时断开，解编时闭合），实现了车辆自动自由连挂功能。本设计使列车在实际运行中减少由于继电器引起的故障，提高列车的无故障率，从而提高系统的可靠性与可维护性。

4结束语

通过车钩装置内部的可控触点来实现车辆独立运行和连挂时安全回路的形成，替代了大量中间继电器，使之满足列车灵活编组时逻辑控制的需要。该设计可使安全回路更加简单、合理，从而提高系统的可靠性与可维护性。本设计在广州APM车辆项目及北京机场APM车辆项目中得到了很好的应用，运行情况良好，为后续大面积推广提供了宝贵的应用经验。

参考文献：

[1]唐玉川，马保仁.城市轨道交通灵活编组运营组织研究[J].铁道工程学报，2014（8）：96-100.

[2]彭驹.广州市轨道交通三号线增购车辆牵引/辅助系统国产化设计[J].电力机车与城轨车辆，2015（2）：12-16.

[3]徐安，王曰凡.城市轨道交通电力牵引[M].北京：中国铁道出版社，2000.

电路设计范文篇2

关键词：嵌入式系统；舰船；电路设计；DSP

随着集成电路控制技术的发展，在嵌入式系统环境下进行舰船集成电路设计，实现舰船环境信息采集、舰船目标信号处理和舰船集成控制与远程通信等，舰船的电路系统是一个综合性的集成电路系统，通过对舰船电路系统的低能耗设计，采用集成数字信号处理芯片进行舰船电路的控制系统设计，提高舰船电路系统的综合开发能力，从而保障舰船的稳定可靠运行[1]。研究嵌入式系统的低能耗舰船电路设计方法，在提高舰船的本机振荡性和功率增益方面具有重要意义，通过舰船综合电路系统设计，实现舰船电路的集成控制优化，从而降低舰船的功耗开销，相关的电路设计方法研究受到人们的极大重视。本文设计的嵌入式系统下的低能耗舰船电路系统主要包括AD模块、控制单元、信号处理模块和远程通信模块，结合嵌入式设计方案，实现舰船电路的嵌入式集成设计，并进行电路测试仿真，得出有效性结论。

1电路设计总体构架及指标分析

本文设计的低能耗嵌入式舰船电路系统主要实现对舰船声呐信号采集和多功能通信系统中，采用低能耗的嵌入式设计方案，采用DSP作为集成数字信息处理中枢，以ADSP21160处理器为核心控制芯片，采用三星公司的K9F1208UOB作为NANDFLASH进行信号滤波检测和数据缓存处理，采用多传感器信号处理和跟踪融合方法进行数据采集和包络检波处理，并与上位机通信，通过A/D转换器对采样的舰船信号和采样数据进行数字滤波和动态增益控制。在程序加载模块进行动态增益码加载控制，并通过DSP接收PCI总线的增益控制码，通过AD电路实现模拟信号预处理和信号频谱分析，采用8086及80286单片机作为计算机控制的CPU，进行舰船电路系统的总线控制[2]，本文设计的舰船电路系统主要可以实现对舰船回波信号的高频放大、混频处理、本机振荡、中频放大、低频功放、鉴频以及正交解调处理，得到本文设计的低能耗嵌入式舰船电路系统的功能模块组成如图1所示。C1=C2=CR1=R2=R根据图1所示的舰船电路系统的功能模块组成，进行系统的总体设计，本文设计的舰船电路主要包括AD模块设计、控制单元设计、信号处理模块设计和通信模块设计。通信模块实现对舰船的远程通信传输控制功能；舰船电路的信号接收机采用三级接收放大设计，根据系统设计需求，选择第一级放大电路的隔直流电容：,电阻，使用256Mbyte的DDR内存作为缓存器，嵌入式舰船电路系统的滤波模块设计中，搭建一个二阶有源低通滤波器进行隔直流放大和噪声滤波，根据上述总体设计构架分析，得到本文设计的嵌入式系统的低能耗舰船电路的总体结构构成如图2所示。

2电路模块化设计与实现

在上述进行舰船电路的总体设计构造分析的基础上，进行电路的模块化设计，本文提出一种基于DSP技术的低能耗舰船嵌入式系统电路设计方法，根据设计指标，本文设计的舰船电路系统能实现振荡信号滤波和舰船系统的嵌入式控制，采用32位RISC型指令集进行舰船电路的集成控制，使用16位定点DSP内核进行外部时钟控制，采用2个双通道全双工超外差接收机实现舰船信号采集和远程数据接收[3]，设计的舰船电路主要实现信号的采集和集成处理过程：1）舰船信号采集过程：通过12通道DMA进行舰船信号的集成信息采集和远程输入控制，根据舰船信号的采样结果进行AD转换，提高舰船数据的输出响应，采用包络检波和振幅控制方法降低输出误差，使得信号输入范围尽量大。2）舰船信号的自适应处理过程：选择ADI公司的高速A/D芯片进行舰船信号滤波和包络放大处理，提高输出增益，设计功率放大器进行自相关增益放大，降低舰船电路的能耗[4]。根据上述设计原理，对嵌入式系统下的低能耗舰船电路进行模块化设计，描述如下：1）AD模块电路设计。AD电路设计采用AD9225作为电路，使用双路16位电流振荡控制器进行舰船信号的AD控制和时钟采样，在数据接收端设置中断子程序进行时钟控制，提高系统的逻辑控制能力。将采集的舰船噪声数据和相关的信号到C51单片机和DSP数字信号处理芯片中实行包络检波和频谱分解，提取信号特征，并通过多通道的数据传输链路层实现信息收发和数据存储，利用D/A转换器进行采集的舰船数据的AD转换。−2V⩽Vc⩽02）控制单元电路设计。控制模块单元是将AD电路采集的数据经过AD转换后输入的集成DSP芯片中进行舰船集成控制，实现控制指令的收发和处理，将原始的物理数据转换为计算机和DSP芯片能识别的数字信息，假设舰船输出增益控制的动态输入端范围是，系统的运放供电为+12V和–12V，在ITU-656PPI模式进行舰船数据采集后的帧循环控制，在设置完DMA参数后建立双缓冲循环控制电路进行信号检波[5]，通过相位鉴频器消除rc与tc的直接耦合，得到控制单元电路设计如图3所示。3）信号处理模块电路设计。信号处理模块电路采用超外差接收反馈振荡器进行信号增益放大，将A/D采样的两信号进行包络检波处理，采用ADSP21160处理器为核心控制芯片，设定模拟预处理机动态范围：–40dB～+40dB，配置寄存器（SYSCR）的BMODE位，数字电源采用数字3.3V供电，SENCE管脚通过VINB与VREF相连，设计信号检波的最大时钟频率为38kHz，采用双运放LM358设计相位检波器，实现低能耗嵌入式舰船电路系统的电平转换电路，在选频滤波处理处理收，在信号的输出终端组成一个16阶的带通滤波器进行噪声滤波，根据线性滤波的误差自动调整滤波器参数，提高信号输出的放大倍数，信号处理器的中断复位采用程序掉电控制复位方法，根据上述设计原理，得到本文设计的舰船信号处理电路如图4所示。4）通信模块电路设计。通信模块实现舰船的远程通信和指令传输控制功能，通信模块的初级放大电路选用VCA810作为控制器，进行信号的增益放大，DSP控制SEL1电平实现包络检波和程序控制，设计采样频率为1200kHz，将采集的数据通过包络检波模块进行程序控制处理，并通过模拟预处理机进行上位机通信和信号滤波，提高数据采集的增益放大能力，最后在通信模块的输出端设计电源模块，电源模块是实现船舶系统的供电功能，时钟模块实现中断控制，采用通用PPI模式和ITU-656PPI模式进行远程通信。

3电路测试分析

在对上述电路进行模块化设计的基础上，在嵌入式ARM中进行舰船电路集成设计，并测试电路的稳定性，电路测试的仿真器是ADI的HPPCI仿真器，分别测试舰船电路的输出时钟以及功率增益放大性能，得到测试结果如图5所示，分析图5得知，采用本文方法进行嵌入式系统舰船电路设计，电路的稳定性较好，输出增益较大，功耗较低，具有很好的应用价值。

4结语

电路设计范文篇3

1．1设计思路

恒温电路设计的研究主要用于电力采集产品上，对电力采集产品来讲，安装在PT侧，需要耐受100℃的温度变化，却要求万分之五的精度。除需要从理论上进行最终的计算和分析外，还要考虑各种因素。如其中重要的一个因素高精度器件的温漂，器件稳定性、可靠性受温度变化的影响，是电子器件不可回避的问题。对于电力采集产品中高精度的AD采集模块，温漂的问题更为严重，要保证AD采集模块精度在允许的范围内，恒温电路的设计是很重要的。基于对电力采集产品应用环境的考虑，将高精度的AD采集模块放置在恒温盒中，同时配合加热电阻来稳定恒温盒温度的方法，来保证环境在－20℃～+75℃变化时，恒温盒内的温度变化在±1℃，使电力产品在万分之五的精度范围以内稳定工作。器件主要由分压电阻、热敏电阻、加热电阻、运放、三极管等组成，从设计上看电路设计简单、稳定性好。选择的运放是低价、高性能、低噪声的双运算放大器ne5532，热敏电阻选择低价，对温度反应灵敏的电阻。根据电路，为了保证恒温盒内的器件工作最佳状态，首先确定恒温盒内要保持的恒定温度，通过测试和计算，恒温盒的温度恒定在75℃为最佳，AD采集模块可以稳定的工作，电力产品可以达到万分之五的精度。当温度降低时，通过分压电阻电路、负反馈电路、恒流源控制电路，加热电阻电路使温度稳定在75℃。

1．2电路具体设计

具体分析如:当温度低于75℃时，由于热敏电阻(MF1是负温度系数的热敏电阻)的阻值变大，V0≠V1，V1＞V0，根据深度负反馈电路虚短、虚断的特点，R18上有电流，在经过负反馈电路放大，后级运算放大U2B同向输入端和反向输入端形成压差，输出电压放大，三级管基极电压大于发射极电压，三级管导通，有电流流过加热电阻，加热电阻加热，再通过三极管、运算放大U2B、电阻等组成的恒流控制源电路控制流过加热电阻电流，使恒温盒温度保持在75℃左右。在设计过程中，要理论计算配合仿真软件。下面是SaberSketch软件仿真结果，根据热敏电阻负温度系数特性，在仿真过程中给热敏电阻设定不同的参数值，从而达到模拟温度升高和温度降低环境的目的。

2应用

电力采集产品安装在PT侧，需要耐受100℃的温度变化，还要求精度在±0．05%以内。AD转换模块是电力采集产品的重要模块，对温度的变化更加敏感，AD转换模块采用ADS8329IRSARG4芯片，其采样精度16位，零位漂移0．4×10－6/℃，增益漂移0．75×10－6/℃，这款芯片具有高精度和高采样率的优点，但对温度变化敏感。AD转换模块在电路设计和器件选择上，尽量保证采样电压的精度并最大程度减小温漂。但还是要考虑温度在－25℃～+75℃变化时，AD模块精度漂移。温漂造成的输出变化必须通过恒温或者温度补偿来去除。由于温度补偿电路需要在芯片设计之初加入，而且无法做到完全补偿，因此，要得到稳定的输出，则必须稳定系统的工作温度，所以AD转换模块放在恒温盒里，在通过恒温控制电路保证温度的恒定。

3测试

恒温设计电路主要保证D采样模块所处的环境温度变化在±1℃，电力采集产品是三相电压，通过三路选通信号对模拟开关74LVC1G3157的控制使得三项交流(A、B、C)模拟信号能够经过滤波后进入到AD转换芯片中，实现模拟到数字的转换，在通过电力还原产品还原成模拟信号。如果环境温度在－25℃～+75℃变化时，电力采集产品和还原产品通过压降仪测试读出的三相电压的差值的幅值在0%～0．06%，相位在0('''')～3('''')之间变化，说明恒温硬件电路设计合理。

4结束语

电路设计范文篇4

本设计采用延迟锁定环(DLL)和科斯塔斯环(Costas)分别作为跟踪解调电路中伪码跟踪环路和载波跟踪环路的数学模型。扩频信号的同步具体包括:捕获和跟踪。捕获是完成对信号的粗同步,使伪码相位对齐到半个码片之内,载波多普勒频移落在一个多普勒频移单元之内。跟踪环路又分伪码跟踪环和载波跟踪环。伪码跟踪环可跟踪由于载体与发射机相对运动引发的伪码相位偏移,载波跟踪环则对载波相位和载波多普勒频移实现跟踪。原理框图如图1所示。具体设计实现过程中,首先将输入信号与本地载波相乘实现载波分离,然后分别与超前、滞后和对准支路的伪码相乘进行解扩,并通过积分累加器来提高信噪比,同时滤除高频分量。其中伪码跟踪环采用超前和滞后能量差检测器(DLL),载波跟踪环采用四相反正切鉴相器(PLL),得到的伪码和载波相位误差通过环路滤波器实时反馈到伪码和载波DCO,用以调整伪码和载波DCO的频率最终来达到减小误差的目的。

2跟踪解调电路设计

2.1信号相关处理电路设计。信号相关处理电路主要负责建立载波DCO、伪码DCO、乘法器和码相关及积分清洗电路,用来完成对高频信号的过滤,并产生处理器所需要的数据。2.2NiosII软核处理器设计。NiosII软核处理器的作用是配合相关处理单元实现环路跟踪算法,其通过QuartusII软件中集成的软核设计软件SOPCBuilder设计实现,主要包括CPU、片上存储器、串行调试接口JTAGUART、地址线address、双向数据线data、读写控制线r_w、中断输出线interupt。设计完成后可作为自定义元件,在QuartusII中调用。2.3处理器接口设计。接口电路是连接处理器与逻辑单元的桥梁,在该设计中其主要负责在控制信号的作用下完成逻辑电路与NiosII处理器间的数据交互,以实现扩频信号跟踪解调电路的完整功能。

3环路跟踪算法软件设计

3.1算法的总体流程。扩频信号跟踪解调电路中,环路跟踪算法主要是接收并处理相关器的累加值,以完成鉴频、鉴相和滤波、载波和码DCO控制量的调节等功能。3.2伪码跟踪环路算法设计伪码跟踪算法采用二阶超前—滞后非相干跟踪环,在伪码跟踪过程中,跟踪算法间歇性读取积分清洗电路的输出值,将其用于伪码相位的比较,并将比较结果作用于环路滤波器以产生码DCO的相位控制字。伪码相位比较时首先判断超前滞后对准支路的相关值,并将其与失锁门限LV进行比较,即：当2()PLZkV成立时,码跟踪进行归一化鉴相：这样,在信号处理的过程中,就可以避免不同强度信号的变化引起的干扰,当归一化处理结束后,程序转入环路滤波算法,环路滤波对噪声和高频分量起抑制作用,并控制着码环路的相位校正速度。当2()PLZkV不成立时,伪码失锁,置失锁标志,程序返回。3.3载波跟踪算法设计。伪码跟踪稳定后,环路转入载波跟踪阶段,依次进行频率跟踪和相位跟踪。进入载波跟踪程序后,算法实时计算平均频率误差以判断频率是否稳定跟踪,待频率跟踪稳定后则置频率稳定标志,程序进入相位跟踪。进入相位跟踪后程序流程和频率跟踪流程类似。通过实时判断相位误差来检测是否达到稳定跟踪,进而决定相位跟踪稳定标志的置与否。

4结语

本文在FPGA中设计实现了伪码和载波跟踪解调电路,并得出正确的仿真结果;在FPGA中构建自定义的NiosII软核处理器,以作为实现环路跟踪算法的平台;通过构建NiosII软核处理器,并在其中设计高级算法,可以提高系统的集成度,增加系统的易维护性和可升级能力。

参考文献

[1]徐光辉,程东旭,黄如.基于FPGA的嵌入式开发与应用[M].北京:电子工业出版社,2006.

[2]李兰英.NiosII嵌入式软核SOPC设计原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

[3]刘殿敏,李科杰.基于FPGA的数字Costas锁相环路的设计[J].小型微型计算机系统,2005,26(5A):877-880.

[4]张厥盛,郑继禹,万心平.锁相技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,1994.

[5]石玉景,胡波,宋峥东.一种基于NIOS的突发调制解调器设计及实现[J].无线电工程,2014,44(6):36-38.

电路设计范文篇5

1理论知识学习

整个理论知识的学习要求学生掌握AltiumDesigner的基本功能和应用，包括项目工程创建、原理图设计、PCB图设计、元件符号设计、元件封装设计、集成库设计以及EMC、EMI电磁兼容性设计等内容。整个理论知识的学习要有一个整体的框架，不能过于注重细节而忽略整体、内容过于分散、缺乏逻辑性。有了整体思路，再来设计原理图、PCB图文件。老师讲授的内容要从简单入手，逐渐完成复杂电路的设计，老师在教师机上为学生讲完，剩余的大部分时间还是要让学生自己练习，在练习的过程中可以及时的发现学生在操作过程中的问题，能够有针对性的进行解决，这种教学方法为后面完成项目帮助很大。

1.1原理图的设计

1.1.1原理图设计原理图的设计最重要的是要教会学生电路设计的原理，各模块的功能，其次才是怎么绘制原理图，在设计过程中按照事先定好的规范进行操作。原理图绘制的大致流程是首先创建工程文件和原理图文件，进行图纸参数的设置，对元件库进行加载，然后放置和调整元件，原理图连线和注释，编译检查原理图中是否存在错误，最后是检查修改和打印输出。同时要对学生容易犯的错误进行点拨，并对每节课将所讲的内容进行总结，包括设计过程、易错点、注意事项，将这些问题总结成word文档的形式，发送给学生，让学生独立设计的时候不至于走弯路。有些工程项目比较大，需要用到层次原理图，我们需要了解层次原理图设计的相关概念、自上而下绘制层次原理图的基本方法、自下而上绘制层次原理图的基本方法、层次原理图之间的切换以及层次原理图的打印输出与报表生成。设计一个较大的原理图或项目时，不可能一次性完成，也不可能将它绘制在一张图纸上，更不可能由一个人单独完成时，需要将整个原理图划分成多个功能模块，由多组人员分层次并行设计，最后进行整个项目的规范化操作。1.1.2自建原理图元件库在我们绘制原理图的过程中，有多种创建原理图元件库的方法，从AltiumDesigner自带的原理图元器件库中复制常用的元件到自己的元器件库可以提高创建元件效率，但有的元件符号在原有的库中找不到，这就需要我们自己绘制相应的元件符号，绘制原理图符号的方式有多种。首先创建原理图库文件，新建元件之后即可绘制原理图元件。如果自己想要制作的元件和AltiumDesigner自带的某元件大同小异，则可以先从AltiumDesigner自带元件库中拷贝过一个已有元件，再稍作修改，便可创建一个新的元件，从中找到想要修改的文件，利用图形编辑工具修改元件，修改完毕保存即可。如果有现成的原理图文件，也可以把其中你想要的元器件符号添加到自己的库文件中，这便省去了自己重新绘制的麻烦，打开该原理图库文件，把想要的原理图符号拷贝到自己的原理图库文件中去，这种方法要求学生掌握如何将原理图制作成一个元件库，在学生以后的工作中，可以将自己用过的元件保存在一个库里，为自己以后参加工作积累资源，以此来节省时间，提高工作效率。1.1.3快捷键的使用原理图设计过程中，经常使用一些快捷键能够加快设计的速度，比如按着鼠标右键拖到图纸，可以对整个原理图进行移动，按着Ctrl键滚动鼠标的滚轮可以对原理图进行放大或缩小，同时按着Ctrl键和鼠标右键，并移动鼠标可快速放大和缩小绘图画布；按tab键可修改元件参数，按空格键可对元件进行旋转，按X可对元件进行左右对称，按Y可对元件上下对称；PCB中按*号键可以放置过孔，并可切换图层，按G可以对栅格大小进行切换。按数字3可将PCB切换到3D模式，在3D模式按数字0可以切换到初始状态，按数字9可以将PCB板逆时针旋转90°，按V、B可以查看PCB板的背面电路，按数字2可以切换到2D模式。将常用技巧直接教给学生，可以提高设计效率，达到事半功倍的效果。

1.2PCB图的设计

PCB图的设计包括导入原理图、设置PCB绘制环境、设置布线规则、PCB布局、手动布线、DRC检查、文件规范化并输出等步骤。PCB图的设计，最重要的是进行添加元件封装，将元件导入到PCB中，规划PCB板的大小，确定螺钉孔的位置，之后要对布线规则进行设置，PCB图的设计要求学生掌握手动布线的基本操作、拆除布线工具的基本方法、覆铜工具和填充工具的使用方法、PCB板层堆栈管理器的使用、补泪滴工具的使用、注释工具的使用，注释主要是为了显示PCB板的设计时间、版本号、设计公司及logo。设计PCB图时，要考虑影响板子的性能的因素，比如印制导线应尽可能的短，能走直线的就不要绕弯，避免急拐弯和尖角出现，电源线、地线布置在印制电路板的最边缘，滤波电容要尽可能的挨着被滤波的元件引脚，并考虑整个板子的EMC、EMI设计。整个项目设计完成后还要进行电气接线图的设计，电气接线图是为了方便了解整个项目的接线情况，方便软件工程师进行软件设计。

2课程互补学习

现代教育培养的是具有学科融合能力的人才，需要将课程交叉学习，能够把各个学科融合起来，AltiumDesigner是一个工具，通过这个工具的学习可以加深对模电、数电、单片机、高频电子线路等课程的理解，反过来又可以辅助设计需要的电路，实现多学科的互补学习，同时也是竞赛的必备软件。

3金字塔项目教学

通过理论知识的学习，学生掌握了如何绘制原理图、PCB图以及如何设计库文件，接下来就是要在项目中去实践，将理论知识运用到项目中去，通过做项目积累一定的经验，找到学习的方法以及解决问题的方法，懂得借用现有的资源去解决遇到的异常情况，采用金字塔式项目教学方式，实现由易到难，由绘制到设计的过程，金字塔项目如图1所示，设计的项目分别是线性稳压电源、单片机最小系统、无源无线开关和四旋翼无人机飞控。图1金字塔式项目

4信息化考评系统

为了便于量化学生的学习成果，激发学生的学习兴趣，采用现代化信息手段，设计了一套实时考评系统，考评系统界面如图2所示，该系统可以直观的显示每个学生的实时得分情况，可以直观看出学生的薄弱环节，最后还可显示班级学生的成绩分布以及综合得分，如图3所示，整个考评系统对于课堂教学有很大帮助，极大缩短了考评时间，优化了考评制度，对学生的学习积极性也有很大帮助。图2信息化考评系统图3综合得分小节结束后，可根据系统提示组织比赛，以小组为单位，小组随机抽取题目，在规定的时间里，按照小组完成的好坏给出分数，这样就增加了学生的团队意识，也激发了学生的学习兴趣，题目中不仅要求会绘制原理图、PCB图，还要懂得各个模块的工作原理，对学生的综合能力要求很高，方便学生对所学知识形成体系，达到互补学习的效果。

结语：

电路设计范文篇6

由于CRT显示器和液晶屏具有不同的显示特性,两者的显示信号参数也不同,因此在计算机(或MCU)和液晶屏之间设计液晶显示器的驱动电路是必需的,其主要功能是通过调制输出到LCD电极上的电位信号、峰值、频率等参数来建立交流驱动电场。

本文实现了将VGA接口信号转换到模拟液晶屏上显示的驱动电路,采用ADI公司的高性能DSP芯片ADSP—21160来实现驱动电路的主要功能。

硬件电路设计

AD9883A是高性能的三通道视频ADC可以同时实现对RGB三色信号的实时采样。系统采用32位浮点芯片ADSP-21160来处理数据,能实时完成伽玛校正、时基校正,图像优化等处理,且满足了系统的各项性能需求。ADSP-21160有6个独立的高速8位并行链路口,分别连接ADSP-21160前端的模数转换芯片AD9883A和后端的数模转换芯片ADV7125。ADSP-21160具有超级哈佛结构,支持单指令多操作数(SIMD)模式,采用高效的汇编语言编程能实现对视频信号的实时处理,不会因为处理数据时间长而出现延迟。

系统硬件原理框图如图1所示。系统采用不同的链路口完成输入和输出,可以避免采用总线可能产生的通道冲突。模拟视频信号由AD9883A完成模数转换。AD9883A是个三通道的ADC,因此系统可以完成单色的视频信号处理,也可以完成彩色的视频信号处理。采样所得视频数字信号经链路口输入到ADSP-21160,完成处理后由不同的链路口输出到ADV7125,完成数模转换。ADV7125是三通道的DAC,同样也可以用于处理彩色信号。输出视频信号到灰度电压产生电路,得到驱动液晶屏所需要的驱动电压。ADSP-21160还有通用可编程I/O标志脚,可用于接受外部控制信号,给系统及其模块发送控制信息,以使整个系统稳定有序地工作。例如,ADSP-21160为灰度电压产生电路和液晶屏提供必要的控制信号。另外,系统还设置了一些LED灯,用于直观的指示系统硬件及DSP内部程序各模块的工作状态。

本设计采用从闪存引导的方式加载DSP的程序文件,闪存具有很高的性价比,体积小,功耗低。由于本系统中的闪

存既要存储DSP程序,又要保存对应于不同的伽玛值的查找表数据以及部分预设的显示数据,故选择ST公司的容量较大的M29W641DL,既能保存程序代码,又能保存必要的数据信息。

图2为DSP与闪存的接口电路。因为采用8位闪存引导方式,所以ADSP-21160地址线应使用A20-A0,数据线为D39—32,读、写和片选信号分别接到闪存相应引脚上。

系统功能及实现

本设计采用ADSP-21160完成伽玛校正、时基校正、时钟发生2S、图像优化和控制信号的产生等功能。

1伽玛校正原理

在LCD中,驱动IC/LSI的DAC图像数据信号线性变化,而液晶的电光特性是非线性,所以要调节对液晶所加的外加电压,使其满足液晶显示亮度的线性,即伽玛(Y)校正。Y校正是一个实现图像能够尽可能真实地反映原物体或原图像视觉信息的重要过程。利用查找表来补偿液晶电光特性的Y校正方法能使液晶显示系统具有理想的传输函数。未校正时液晶显示系统的输入输出曲线呈S形。伽玛表的作用就是通过对ADC进来的信号进行反S形的非线性变换,最终使液晶显示系统的输入输出曲线满足实际要求。

LCD的Y校正图形如图3所示,左图是LCD的电光特性曲线图,右图是LCD亮度特性曲线和电压的模数转换图。

2伽玛校正的实现

本文采用较科学的Y校正处理技术,对数字三基色视频信号分别进行数字Y校正(也可以对模拟三基色视频信号分别进行Y校正)。在完成v校正的同时,并不损失灰度层次,使全彩色显示屏图像更鲜艳,更逼真,更清晰。

某单色光Y调整过程如图4所示,其他二色与此相同。以单色光v调整为例:ADSP-21160首先根据外部提供的一组控制信号,进行第一次查表,得到Y调整系数(Y值)。然后根据该Y值和输入的显示数据进行第二次查表,得到经校正后的显示数据。第一次查表的Y值是通过外部的控制信号输入到控制模块进行第一次查表得到的。8位显示数据信号可查表数字0～255种灰度级显示数据(Y校正后)。

3图像优化

为了提高图像质量,ADSP-21160内部还设计了图像效果优化及特技模块,许多在模拟处理中无法进行的工作可以在数字处理中进行,例如,二维数字滤波、轮廓校正,细节补偿频率微调、准确的彩色矩阵(线性矩阵电路),黑斑校正、g校正、孔阑校正、增益调整、黑电平控制及杂散光补偿、对比度调节等,这些处理都提高了图像质量。

数字特技是对视频信号本身进行尺寸、位置变化和亮,色信号变化的数字化处理,它能使图像变成各种形状,在屏幕上任意放缩,旋转等,这些是模拟特技无法实现的。还可以设计滤波器来滤除一些干扰信号和噪声信号等,使图像的清晰度更高,更好地再现原始图像。所有的信号和数据都是存储在DSP内部,由它内部产生的时钟模块和控制模块实现的。

4时基校正及系统控制

由于ADSP-21160内部各个模块的功能和处理时间不同,各模块之间存在一定延时,故需要进行数字时基校正,使存储器最终输出的数据能严格对齐,而不会出现信息的重叠或不连续。数字时基校正主要用于校正视频信号中的行,场同步信号的时基误差。首先,将被校正的信号以它的时基信号为基准写入存储器,然后,以TFT-LCD的时基信号为基准读出,即可得到时基误差较小的视频信号。同时它还附加了其他功能,可以对视频信号的色度、亮度、饱和度进行调节,同时对行、场相位、负载波相位进行调节,并具有时钟台标的功能。

控制模块主要负责控制时序驱动逻辑电路以管理和操作各功能模块,如显示数据存储器的管理和操作,负责将显示数据和指令参数传输到位,负责将参数寄存器的内容转换成相应的显示功能逻辑。内部的信号发生器产生控制信号及地址,根据水平和垂直显示及消隐计数器的值产生控制信号。此外,它还可以接收外部控制信号,以实现人机交互,从而使该电路的功能更加强大,更加灵活。

此外,ADSP21160的内部还设计了I2C总线控制模块,模拟FC总线的工作,为外部的具有I2C接口的器件提供SCLK(串行时钟信号)和SDA(双向串行数据信号)。模拟I2C工作状态如图5和图6所示。

系统软件实现

在软件设计如图7所示,采用Matlab软件计算出校正值,并以查找表的文件形式存储,供时序的调用。系统上电

开始,首先要完成ADSP-21160的一系列寄存器的设置,以使DSP能正确有效地工作。当ADSP-21160接收到有效的视频信号以后,根据外部控制信息确定Y值。为适应不同TFT-LCD屏对视频信号的显示,系统可以通过调整Y值,以调节显示效果到最佳。再如图4所示,对先前预存的文件进行查表,得到所需的矫正后的值,然后暂存等待下一步处理。系统还可以根据视频信号特点和用户需要完成一些图像的优化和特技,如二维数字滤波、轮廓校正、增益调整、对比度调节等。这些操作可由用户需求选择性使用。利用ADSP-21160还可以实现图像翻转、停滞等特技。最后进行数字时基校正,主要用于校正视频信号中的行、场同步信号的时基误差,使存储器最终输出的数据能严格对齐,而不会出现信息的重叠或不连续。除了以上所述的主要功能以外,ADSP-21160还根据时序控制信号,为灰度电压产生电路和TFT-LCD屏提供必要的控制信号。另外,ADSP-21160还能设置驱动通用I/O脚配置的LED灯,显示系统工作状态。

电路设计范文篇7

当今时代的电子产品再也不像改革开放前的电视一样，人们每隔好多年才舍得更新换代一次。现在几乎从十几岁到七八十岁的公民都是电子产品的消耗者，况且，不断发展的科技无时无刻在更新着人们消费得起的智能手机、笔记本电脑、电视等电子产品，人们差不多每年都会换上新的电子产品。而这些产品的相同之处就是采用无线技术，它非常依赖RF射频电路的技术。不过遗憾的是，该设计过程中都会出现非常多的问题，并且几乎每一个问题都影响着生产率和质量[1-2]，尤其在一些情况下，设计人员还经常被迫在设计中做出更改，去配合使用射频电路[3-4]，这些都给设计人员和设计工程师也带来巨大的设计挑战，并且需要专业的设计和分析工具。此外，尽管射频内容不断增加，但是，大多数PCB设计分析工具并不能帮助设计人员减少工作量。所以，许多年来，只有经验丰富的设计人员才能独立完成PCB的射频部分的设计。相信在未来的发展过程中，射频和微波电路进行Layout设计时还是会有一定的挑战和机遇。

2射频和微波PCB设计的技巧

本文就以上的一些问题介绍几条技巧，希望能为设计人员或者工程师们带来帮助。2.1保持完好、精准正确的射频形状。射频和微波电路设计中值得重视的几个问题周鹏（南京恒电电子有限公司,南京210049）摘要：随着现代通信技术的不断的飞速的发展，射频和微波电路越来越受到广泛的重视与高速的发展。这无疑对当今时代的设计人员和设计工程师产生着巨大的设计挑战，即使是最自信的设计人员，对于射频电路也总是望而却步。因此如果能够设计一种可以支持射频和微波设计的PCB设计和分析工具，这将变得很有意义。因为单纯的用手动建立铜箔形状、倒角或者是via模式的过程，不仅需要花费大量时间而且又不能保证正确率。但是如果能用高效率的设计工具，一方面能提高操作射频和微波元素的能力，另一方面，设计人员和工程师可以花更多精力去开发更多功能或者进一步将设备尺寸缩小，与此同时这样的工具也更能保证设计人员设计出来的产品的质量。关键词：射频；微波；电路设计；倒角；via模式DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.113师们都十分想追求的。分析设计工具在创建Gerber档时，可以通过强大的程序进行自动调节线条宽度从而达到获得尖拐角的目的（图2）。图2中，一个完美的PCB设计工具，应该满足一下几个方面，如，会自动调节形状的线型，或者可以准确的计算线条宽度，这样才能达到建立尖拐角的目的。2.3使用设计程序确保“设计即正确”一个合格的PCB设计工具需要满足多项设计规则的设定：比如可以设定不同的via类型；可以控制从铜箔区域边缘到via之间应该有的长度；via与via之间的长度；甚至via模式的类型或者产生的Faraday cage都需要能够被设定（图3）。图3中，利用PCB设计工具，设计人员可以设定产生via模式的为了尽可能的不出现错误提高正确率、并且减轻工程师的工作量，PCB设计工具可以控制各种各样的铜箔形状的导入。例如，控制DXF档中的层别，然后把它重新映像到CAD电气系统层别，这样的过程即可建立有效的铜箔形状（图1）。图1中，如果使用者能控制DXF导入过程，错误率大大降低了。2.2保留拐角形状（CORNERSSHARP）。其实工程师在设计铜箔形状时，她们应该关注的最重要的要点之一就是建立带尖拐角的Gerber档。可以简化这一过程的PCB设计工具是工程图1设计工具减少人为错误和误差图2有效的PCB设计工具能自动考虑用于绘制形状的线型规则程序，并可以全自动的进行程序，从而可以在较短的时间内完成更多的工作量并确保符合所有设计程序。

3结论

由于当今时代的飞速发展，射频和微波电路设计人员和工程师面临着很大挑战与压力，如纯手动建立的铜箔形状、倒角和via模式需要花费大量的时间并且也不能保证很高正确率。因此拥有一款能够高效率支持射频和微波设计的PCB设计工具是很有必要也是意义重大的。如果能用高效率的设计工具，一方面能让操作射频和微波元素的能力得到更大程度的提高，另一方面，设计人员和工程师也可以花更多精力去开发更多其它的功能或者进一步将设备尺寸缩小，与此同时这样的工具也更能保证设计出来的产品的质量。

参考文献：

[1]陈丽飞.射频电路PCB的设计技巧[J].电子设计工程,2013(07).

[2]何缓,王积勤.射频电路PCB设计中应注意的有关问题[J].电力系统通信,2003(06).

[3]林万里,张颜萍,王国伟.射频电路印刷电路板的设计[J].甘肃高师学报,2006(02).

电路设计范文篇8

系统硬件原理框图如图1所示。系统采用不同的链路口完成输入和输出,可以避免采用总线可能产生的通道冲突。模拟视频信号由AD9883A完成模数转换。AD9883A是个三通道的ADC,因此系统可以完成单色的视频信号处理,也可以完成彩色的视频信号处理。采样所得视频数字信号经链路口输入到ADSP-21160,完成处理后由不同的链路口输出到ADV7125,完成数模转换。ADV7125是三通道的DAC,同样也可以用于处理彩色信号。输出视频信号到灰度电压产生电路,得到驱动液晶屏所需要的驱动电压。ADSP-21160还有通用可编程I/O标志脚,可用于接受外部控制信号,给系统及其模块发送控制信息,以使整个系统稳定有序地工作。例如,ADSP-21160为灰度电压产生电路和液晶屏提供必要的控制信号。另外,系统还设置了一些LED灯,用于直观的指示系统硬件及DSP内部程序各模块的工作状态。

本设计采用从闪存引导的方式加载DSP的程序文件,闪存具有很高的性价比,体积小,功耗低。由于本系统中的闪

存既要存储DSP程序,又要保存对应于不同的伽玛值的查找表数据以及部分预设的显示数据,故选择ST公司的容量较大的M29W641DL,既能保存程序代码,又能保存必要的数据信息。

图2为DSP与闪存的接口电路。因为采用8位闪存引导方式,所以ADSP-21160地址线应使用A20-A0,数据线为D39—32,读、写和片选信号分别接到闪存相应引脚上。

系统功能及实现

本设计采用ADSP-21160完成伽玛校正、时基校正、时钟发生2S、图像优化和控制信号的产生等功能。

1伽玛校正原理

在LCD中,驱动IC/LSI的DAC图像数据信号线性变化,而液晶的电光特性是非线性,所以要调节对液晶所加的外加电压,使其满足液晶显示亮度的线性,即伽玛(Y)校正。Y校正是一个实现图像能够尽可能真实地反映原物体或原图像视觉信息的重要过程。利用查找表来补偿液晶电光特性的Y校正方法能使液晶显示系统具有理想的传输函数。未校正时液晶显示系统的输入输出曲线呈S形。伽玛表的作用就是通过对ADC进来的信号进行反S形的非线性变换,最终使液晶显示系统的输入输出曲线满足实际要求。

LCD的Y校正图形如图3所示,左图是LCD的电光特性曲线图,右图是LCD亮度特性曲线和电压的模数转换图。

2伽玛校正的实现

本文采用较科学的Y校正处理技术,对数字三基色视频信号分别进行数字Y校正(也可以对模拟三基色视频信号分别进行Y校正)。在完成v校正的同时,并不损失灰度层次,使全彩色显示屏图像更鲜艳,更逼真,更清晰。

某单色光Y调整过程如图4所示,其他二色与此相同。以单色光v调整为例:ADSP-21160首先根据外部提供的一组控制信号,进行第一次查表,得到Y调整系数(Y值)。然后根据该Y值和输入的显示数据进行第二次查表,得到经校正后的显示数据。第一次查表的Y值是通过外部的控制信号输入到控制模块进行第一次查表得到的。8位显示数据信号可查表数字0～255种灰度级显示数据(Y校正后)。

3图像优化

为了提高图像质量,ADSP-21160内部还设计了图像效果优化及特技模块,许多在模拟处理中无法进行的工作可以在数字处理中进行,例如,二维数字滤波、轮廓校正,细节补偿频率微调、准确的彩色矩阵(线性矩阵电路),黑斑校正、g校正、孔阑校正、增益调整、黑电平控制及杂散光补偿、对比度调节等,这些处理都提高了图像质量。

数字特技是对视频信号本身进行尺寸、位置变化和亮,色信号变化的数字化处理,它能使图像变成各种形状,在屏幕上任意放缩,旋转等,这些是模拟特技无法实现的。还可以设计滤波器来滤除一些干扰信号和噪声信号等,使图像的清晰度更高,更好地再现原始图像。所有的信号和数据都是存储在DSP内部,由它内部产生的时钟模块和控制模块实现的。

4时基校正及系统控制

由于ADSP-21160内部各个模块的功能和处理时间不同,各模块之间存在一定延时,故需要进行数字时基校正,使存储器最终输出的数据能严格对齐,而不会出现信息的重叠或不连续。数字时基校正主要用于校正视频信号中的行,场同步信号的时基误差。首先,将被校正的信号以它的时基信号为基准写入存储器,然后,以TFT-LCD的时基信号为基准读出,即可得到时基误差较小的视频信号。同时它还附加了其他功能,可以对视频信号的色度、亮度、饱和度进行调节,同时对行、场相位、负载波相位进行调节,并具有时钟台标的功能。

控制模块主要负责控制时序驱动逻辑电路以管理和操作各功能模块,如显示数据存储器的管理和操作,负责将显示数据和指令参数传输到位,负责将参数寄存器的内容转换成相应的显示功能逻辑。内部的信号发生器产生控制信号及地址,根据水平和垂直显示及消隐计数器的值产生控制信号。此外,它还可以接收外部控制信号,以实现人机交互,从而使该电路的功能更加强大,更加灵活。此外,ADSP21160的内部还设计了I2C总线控制模块,模拟FC总线的工作,为外部的具有I2C接口的器件提供SCLK(串行时钟信号)和SDA(双向串行数据信号)。模拟I2C工作状态如图5和图6所示。

系统软件实现

在软件设计如图7所示,采用Matlab软件计算出校正值,并以查找表的文件形式存储,供时序的调用。系统上电

开始,首先要完成ADSP-21160的一系列寄存器的设置,以使DSP能正确有效地工作。当ADSP-21160接收到有效的视频信号以后,根据外部控制信息确定Y值。为适应不同TFT-LCD屏对视频信号的显示,系统可以通过调整Y值,以调节显示效果到最佳。再如图4所示,对先前预存的文件进行查表,得到所需的矫正后的值,然后暂存等待下一步处理。系统还可以根据视频信号特点和用户需要完成一些图像的优化和特技,如二维数字滤波、轮廓校正、增益调整、对比度调节等。这些操作可由用户需求选择性使用。利用ADSP-21160还可以实现图像翻转、停滞等特技。最后进行数字时基校正,主要用于校正视频信号中的行、场同步信号的时基误差,使存储器最终输出的数据能严格对齐,而不会出现信息的重叠或不连续。除了以上所述的主要功能以外,ADSP-21160还根据时序控制信号,为灰度电压产生电路和TFT-LCD屏提供必要的控制信号。另外,ADSP-21160还能设置驱动通用I/O脚配置的LED灯,显示系统工作状态。

电路设计范文篇9

电子技术主要包括信息技术和电路技术。这其中信息技术可以实现对电子电路中的各种数据的有效传输，而电子电路技术则是对电力运行系统中模拟技术的管理和应用。近年来我国电子电路技术取得了较快的发展，这也使电路设计理念和设计方案也随之进行了相应的适应，使电力设计与当代电子技术的运行要求更具相符性。当前电子的运行特点决定了其越来越趋近于单元化模式。电子电路主要电子元件和电子器件共同组成，同时电子电路以分立电路和集成电中两种形式为主。在整个电子电路系统中，单元电路作为最为重要的组成部分，主要以放大器电路、振荡电路和数字电路等为主，通过对单元电路进行设计，可以有效的提升整体电子电路设计的水平。但由于单元电路较为复杂，因此要对单元电路设计进行详细分析，从而为单元电路设计不断累积思路。

2单元电路的设计步骤

2.1明确任务。在对单元电路设计时，需要对电路需要的功能进行明确，并制定详细的任务书，并对需要的单元电路进行确定，对电路的性能指标进行拟定，计算电压需要放大的倍数及电路中输入输出电阻的大小，进行执行流程图的绘制。在具体设计过程中需要将电路成本降至最低，以此来提升单元电路和参数的精度，全面提高单元电路设计的可靠性和稳定性。2.2参数计算。在单元电路设计时计算参数是其中必不可少的一个步骤，通过具体的计算，确保电路中各个单元电路功能指标都能够达到需要的要求。在具体进行参数计算时，需要强化的单元电路设计理论知识和电子技术相关知识作为支撑，从而做到正确的选择数据和方法。2.3绘制电路图。在具体电路设计过程中，要将单元电路与整机电路实现有效连接，设计出完整的电路图。在具体单元电路与整机电路连接过程中，需要注意单元电路间连接简化，这其中在重视电路电气连接是否能够导通并实现预定功能。比如在对单元电路间的级联设计时，当各单元电路设计完成后，需要注意输入和输入信号、控制信号间的关系，并要注意电路图的可读性。在具体绘图时，尽量在一张图纸上绘制主电路图，可以将独立的部分单元电路和次要部分在另一张图上绘制，但在注意图之间电气端口的连接和对应，标记好各图纸间的输入和输出端口。在设计时需要注意信号流向，通常从输入端和信号源开始，根据信号流向按照从左到或、从上到下的顺序来连接单元电路。并在图中加上适当的说明。另外，还要对连接线画法给予注意。在电路图中，各元件连接应以直线为主，尽量减少交叉线，以水平或是垂直来设计连接线的分布，只有在特殊情况下才可以化斜线，这种情况下需要将连续点用原点表示。

3单元电子电路的设计方法

3.1线性集成运放组成的稳压电源的设计。在进行单元电路设计时，串联反馈式稳压电路主要由调整部分、取样部分、基准电压电路等共同组成，在对线性集成运放组成的稳压电源进行设计时，需要重视过流保护和短路保护这两项功能。在具体设计时，通过整流出来的直流电，采用滤波来降低波文系数，以此来直接带动负载，但这样的电路稳压效果并不理想，因此还要根据相应的技术指标来进行稳压电源的设计。3.2单元电路之间的级联设计。在设计单元电路过程中，当对各单元电路确定后，需要充分的重视单元电路间的级联问题。在单元电路电气性能设计中，阻抗匹配和负载能力匹配是最为主要的问题，需要设计人员要综合多种因素进行认真考虑。对于驱动能力没有过高要求的情况下，具体可以采用运放构成的电压跟随器。但当对驱动能力具有较高要求时，则要运用互补对称输出电路或是功率继承电路。对于数字电路，采用单管反向器或是达林顿驱动器更为适宜。3.3对于运算放大器电路的设计。在具体进行放大器电路设计运算过程中，需要选择单双电源供电和电源电流作为基本参数，同时转换失调电压、失调电流及电阻输入的速率，并确定时间。在运用运算放大器时，尽可能的运用通用性的运算放大器。在具体设计过程中，在选择各种参数时不能以指标先进性作为唯一依据。对于运算放大器作弱信号放大时，则应选择具有极小失调和噪声系数的运算放大器，同时保持等效直流电阻运放同相端和反相端对地。为了能够有效的消除运入的高频自激，设计人员可以将适当的电容消振介入到规定的消振引脚之间，有效的预防和避免两级以上级级联的情况，以此来降低消振难度。

4结论

电路设计范文篇10

计算机系统所要求解决的问题日趋复杂，与此同时，计算机系统本身的结构也越来越复杂。而复杂性的提高就意味着可靠性的降低，实践经验表明，要想使如此复杂的实时系统实现零出错率几乎是不可能的，因此人们寄希望于系统的容错性能：即系统在出现错误的情况下的适应能力。对于如何同时实现系统的复杂性和可靠性，大自然给了我们近乎完美的蓝本。人体是迄今为止我们所知道的最复杂的生物系统，通过千万年基因进化，使得人体可以在某些细胞发生病变的情况下，不断地进行自我诊断，并最终自愈。因此借用这一机理，科学家们研究出可进化硬件（EHW,EvolvableHardWare），理想的可进化硬件不但同样具有自我诊断能力，能够通过自我重构消除错误，而且可以在设计要求或系统工作环境发生变化的情况下，通过自我重构来使电路适应这种变化而继续正常工作。严格地说，EHW具有两个方面的目的，一方面是把进化算法应用于电子电路的设计中；另一方面是硬件具有通过动态地、自主地重构自己实现在线适应变化的能力。前者强调的是进化算法在电子设计中可替代传统基于规范的设计方法；后者强调的是硬件的可适应机理。当然二者的区别也是很模糊的。本文主要讨论的是EHW在第一个方面的问题。

对EHW的研究主要采用了进化理论中的进化计算（EvolutionaryComputing）算法,特别是遗传算法（GA）为设计算法，在数字电路中以现场可编程门阵列（FPGA）为媒介，在模拟电路设计中以现场可编程模拟阵列（FPAA）为媒介来进行的。此外还有建立在晶体管级的现场可编程晶体管阵列（FPTA），它为同时设计数字电路和和模拟电路提供了一个可靠的平台。下面主要介绍一下遗传算法和现场可编程门阵列的相关知识，并以数字电路为例介绍可进化硬件设计方法。

1．1遗传算法

遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程的一种自适应全局优化算法，它借鉴了物种进化的思想，将欲求解问题编码，把可行解表示成字符串形式，称为染色体或个体。先通过初始化随机产生一群个体，称为种群，它们都是假设解。然后把这些假设解置于问题的“环境”中，根据适应值或某种竞争机制选择个体（适应值就是解的满意程度），使用各种遗传操作算子（包括选择，变异，交叉等等）产生下一代（下一代可以完全替代原种群，即非重叠种群；也可以部分替代原种群中一些较差的个体，即重叠种群），如此进化下去，直到满足期望的终止条件，得到问题的最优解为止。

1．2现场可编程逻辑阵列(FPGA)

现场可编程逻辑阵列是一种基于查找表(LUT,LookupTable)结构的可在线编程的逻辑电路。它由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态，工作时需要对片内的RAM进行编程。当用户通过原理图或硬件描述语言（HDL）描述了一个逻辑电路以后，FPGA开发软件会把设计方案通过编译形成数据流，并将数据流下载至RAM中。这些RAM中的数据流决定电路的逻辑关系。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用，灌入不同的数据流就会获得不同的硬件系统，这就是可编程特性。这一特性是实现EHW的重要特性。目前在可进化电子电路的设计中，用得最多得是Xilinx公司的Virtex系列FPGA芯片。

2进化电子电路设计架构

本节以设计高容错性的数字电路设计为例来阐述EHW的设计架构及主要设计步骤。对于通过进化理论的遗传算法来产生容错性，所设计的电路系统可以看作一个具有持续性地、实时地适应变化的硬件系统。对于电子电路来说，所谓的变化的来源很多，如硬件故障导致的错误，设计要求和规则的改变，环境的改变（各种干扰的出现）等。

从进化论的角度来看，当这些变化发生时，个体的适应度会作相应的改变。当进化进行时，个体会适应这些变化重新获得高的适应度。基于进化论的电子电路设计就是利用这种原理,通过对设计结果进行多次地进化来提高其适应变化的能力。

电子电路进化设计架构如图1所示。图中给出了电子电路的设计的两种进化，分别是内部进化和外部进化。其中内部进化是指硬件内部结构的进化，而外部进化是指软件模拟的电路的进化。这两种进化是相互独立的，当然通过外部进化得到的最终设计结果还是要由硬件结构的变化来实际体现。从图中可以看出，进化过程是一个循环往复的过程，其中是根据进化算法（遗传算法）的计算结果来进行的。整个进化设计包括以下步骤：

（1）根据设计的目的，产生初步的方案，并把初步方案用一组染色体（一组“0”和“1”表示的数据串）来表示，其中每个个体表示的是设计的一部分。染色体转化成控制数据流下载到FPGA上，用来定义FPGA的开关状态，从而确定可重构硬件内部各单元的联结，形成了初步的硬件系统。用来设计进化硬件的FPGA器件可以接受任意组合的数据流下载，而不会导致器件的损害。

（2）将设计结果与目标要求进行比较，并用某种误差表示作为描述系统适应度的衡量准则。这需要一定的检测手段和评估软件的支持。对不同的个体，根据适应度进行排序，下一代的个体将由最优的个体来产生。

（3）根据适应度再对新的个体组进行统计，并根据统计结果挑选一些个体。一

部分被选个体保持原样，另一部分个体根据遗传算法进行修改，如进行交叉和变异，而这种交叉和变异的目的是为了产生更具适应性的下一代。把新一代染色体转化成控制数据流下载到FPGA中对硬件进行进化。

（4）重复上述步骤，产生新的数代个体，直到新的个体表示的设计方案表现出接近要求的适应能力为止。

一般来说通过遗传算法最后会得到一个或数个设计结果，最后设计方案具有对设计要求和系统工作环境的最佳适应性。这一过程又叫内部进化或硬件进化。

图中的右边展示了另一种设计可进化电路的方法，即用模拟软件来代替可重构器件，染色体每一位确定的是软件模拟电路的连接方式，而不是可重构器件各单元的连接方式。这一方法叫外部进化或软件进化。这种方法中进化过程完全模拟进行，只有最后的结果才在器件上实施。

进化电子电路设计中，最关键的是遗传算法的应用。在遗传算法的应用过程中，变异因子的确定是需要慎重考虑的，它的大小既关系到个体变异的程度，也关系到个体对环境变化做出反应的能力，而这两个因素相互抵触。变异因子越大，个体更容易适应环境变化，对系统出现的错误做出快速反应，但个体更容易发生突变。而变异因子较小时，系统的反应力变差，但系统一旦获得高适应度的设计方案时可以保持稳定。

对于可进化数字电路的设计，可以在两个层面上进行。一个是在基本的“与”、“或”、“非”门的基础上进行进化设计，一个是在功能块如触发器、加法器和多路选择器的基础上进行。前一种方法更为灵活，而后一种更适于工业应用。有人提出了一种基于进化细胞机（CellularAutomaton）的神经网络模块设计架构。采用这一结构设计时，只需要定义整个模块的适应度，而对于每一模块如何实现它复杂的功能可以不予理睬，对于超大规模线路的设计可以采用这一方法来将电路进行整体优化设计。

3可进化电路设计环境

上面描述的软硬件进化电子电路设计可在图2所示的设计系统环境下进行。这一设计系统环境对于测试可重构硬件的构架及展示在FPGA可重构硬件上的进化设计很有用处。该设计系统环境包括遗传算法软件包、FPGA开发系统板、数据采集软硬件、适应度评估软件、用户接口程序及电路模拟仿真软件。

遗传算法由计算机上运行的一个程序包实现。由它来实现进化计算并产生染色体组。表示硬件描述的染色体通过通信电缆由计算机下载到有FPGA器件的实验板上。然后通过接口将布线结果传回计算机。适应度评估建立在仪器数据采集硬件及软件上，一个接口码将GA与硬件连接起来，可能的设计方案在此得到评估。同时还有一个图形用户接口以便于设计结果的可视化和将问题形式化。通过执行遗传算法在每一代染色体组都会产生新的染色体群组，并被转化为数据流传入实验板上。至于通过软件进化的电子电路设计，可采用Spice软件作为线路模拟仿真软件，把染色体变成模拟电路并通过仿真软件来仿真电路的运行情况，通过相应软件来评估设计结果。

4结论与展望

进化过程广义上可以看作是一个复杂的动态系统的状态变化。在这个意义上，可以将“可进化”这一特性运用到无数的人工系统中，只要这些系统的性能会受到环境的影响。不仅是遗传算法，神经网络、人工智能工程以及胚胎学都可以应用到可进化系统中。虽然目前设计出的可进化硬件还存在着许多需要解决的问题，如系统的鲁棒性等。但在未来的发展中，电子电路可进化的设计方法将不可避免的取代传统的自顶向下设计方法，系统的复杂性将不再成为系统设计的障碍。另一方面，硬件本身的自我重构能力对于那些在复杂多变的环境，特别是人不能直接参与的环境工作的系统来说将带来极大的影响。因此可进化硬件的研究将会进一步深入并会得到广泛的应用而造福人类。