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電路設(shè)計方法范文第1篇

[關(guān)鍵詞]計算機；電路設(shè)計；分析；輔助；方法

中圖分類號：TP391.7；TN702 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）35-0284-01

一、 計算機輔助電路設(shè)計的優(yōu)點

電路設(shè)計，是指按照一定規(guī)則，使用特定方法設(shè)計出符合使用要求的電路系統(tǒng)。在進行計算機輔助電路設(shè)計的過程中，主要是利用計算機能夠模擬的特點取締傳統(tǒng)采用搭接方式進行電路實驗的方法。利用計算機之后，可以在電路設(shè)計階段可以大量減少驗證電路正確過程中使用的時間和工作量，讓進行整個電路設(shè)計過程的進程比傳統(tǒng)電路設(shè)計的進程速度快得多，同時還保障了電路設(shè)計的效率。

在很多相關(guān)電路設(shè)計的專業(yè)軟件里面都會設(shè)置有電路設(shè)計中會涉及的許多參數(shù)數(shù)據(jù)庫以及圖形數(shù)據(jù)庫，在進行電路設(shè)計的時候，設(shè)計人員可以通過這些數(shù)據(jù)庫中選取到所需用到的電子元件模型，即使數(shù)據(jù)庫中沒有所需要的電子元件，也能電路設(shè)計之前在相關(guān)界面中設(shè)計出所需的電子元件模型，并設(shè)置其參數(shù)，然后再將其放入進對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中，很多電子元件都可以在數(shù)據(jù)庫中直接拿出來使用。另外在對電路板設(shè)計進行印刷的時候，也可以找到相關(guān)專業(yè)的印刷電路板設(shè)計的軟件，這些軟件可以對其電路設(shè)計中的電子元件間布線布局的自動進行，還可以起到后期處理的作用。在電路圖紙進行繪制的時候，也能使用專業(yè)的軟件進行制版?？傊?，在計算機的輔助下，讓電路設(shè)計更加簡便，大大縮短其設(shè)計周期，同時在一定程度上會可以節(jié)約電路設(shè)計的成本費用。

二、 計算機輔助電路設(shè)計的方法

設(shè)計一個完整的電路，并讓其實現(xiàn)一個功能，其前提就是要設(shè)計好一個完整有效的電路原理圖。通過計算機進行電路設(shè)計是非常快捷的，而且還能很容易的將設(shè)計好的電路進行再次的修改，通過計算機的相關(guān)軟件自帶的自動布線就能夠很容易的把電路原理圖生成電路板版圖。

1、 電路原理圖設(shè)計

首先設(shè)計人員通過調(diào)用電路設(shè)計軟件，建立新文件并對其命名，然后加載所需要的原理圖器件庫，因為在電路設(shè)計中電子元件的種類存在千差萬別的差距，所以有些時候所需要的元件在對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中沒有，所以設(shè)計人員就要通過元器件生成軟件或者電路設(shè)計軟件中自帶可以設(shè)計元器件的選項，創(chuàng)造出需要的元器件，然后根據(jù)設(shè)計電路構(gòu)思的結(jié)構(gòu)進行電路原理圖的設(shè)計，將有電性能元件的管教利用線連接起來，如果是總線電路就可以由一條總線連接，這樣可以有效減少線路太多所造成不必要的麻煩，而總線的兩端始終會分出很多條線，就有必要將其明確的標(biāo)注，有節(jié)點的話在電路上應(yīng)該必須標(biāo)上節(jié)點，否則在后期電路查看和系統(tǒng)會將兩條線認(rèn)為不相連。

在將電路原理圖設(shè)計完畢之后，就應(yīng)該創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表。網(wǎng)絡(luò)表是作為原理圖和印制線路版圖間的橋梁，只有通過網(wǎng)絡(luò)表才能將電路原理圖轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電路板版圖。調(diào)用PCB圖生成軟件，在其加載相關(guān)的元器件庫，通過在禁止布線層上畫好PCB圖的外形，然后更改其自動布線，讓其達到前期的設(shè)計要求。通過自動布局命令將加載到PCB圖中的組件擺好，然后對其進行自動布線，該過程會需要一段時間，因為有的時候自動布線并不是完全合理有效的，所以在進行自動布線之后還要對其進行手工調(diào)整。

2、 電路板版圖設(shè)計

電路板廠都是按照用戶設(shè)計的PCB圖對電路板進行生產(chǎn)的，針對成型的一塊電路板，想要再制一塊或者多塊的話，就要利用計算機輔助進行電路設(shè)計了，通過形成的PCB圖再次進行電路板的生產(chǎn)。

利用刻度尺度量成型的電路板，將對應(yīng)數(shù)據(jù)進行記錄后將數(shù)據(jù)輸入進計算機中，這類方法主要使用在線路簡單的電路板上，在線路上尋找一個點來作為原點，將電路板上的其他點一原點為參照，對照PCB圖左下角的橫縱坐標(biāo)，將元器件放在對應(yīng)的PCB圖上。而對于元器件較多且線路復(fù)雜的電路板則通常使用掃描儀將其數(shù)據(jù)輸入進計算機中，因為用尺度量就會太花費時間，且制作也會相比掃描儀粗糙，在對電路板進行掃描的時候也要注意正確的放置電路板的位置，不然會影響掃描效果。

三、結(jié)束語

計算機輔助電路設(shè)計的出現(xiàn)，讓電路設(shè)計擺脫了傳統(tǒng)以手工為主的設(shè)計方式，而且在使用計算機進行電路設(shè)計的時候，不僅節(jié)省設(shè)計時間，還能在電路設(shè)計出現(xiàn)錯誤的時候方便及時的對其進行修改，大大提升了電路設(shè)計的效率，還可以做大程度保障設(shè)計的電路產(chǎn)品的性價比。

參考文獻

[1]葉勇盛. 計算機輔助電路設(shè)計教學(xué)方法研究與實踐[J]. 職業(yè)教育研究，2010，03：90-91.

[2]王秀娟. 行動導(dǎo)向法在《計算機輔助電路設(shè)計》課程中的應(yīng)用[J]. 科技信息，2010，30：618.

電路設(shè)計方法范文第2篇

關(guān)鍵詞:專用集成電路設(shè)計;創(chuàng)新;教學(xué);探討

中圖分類號:G424文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2010)04-0920-02

Discussing about How to Teach the "Design of Application-Specific Integrated Circuit" Course

WU Yu-hua

(Beijing Electronic Science and Technology Institute, Beijing 100070, China)

Abstract: "Design of Application-Specific Integrated Circuit" is an important specialty course. In this paper, we will discuss the teaching technique about this course of non-micro-electronics specialty. Combining the teaching practice, several teaching experiences about "Design of Application-Specific Integrated Circuit" course are summarized.

Key words: design of application-specific integrated circuit; innovate; teaching; discuss

《專用集成電路設(shè)計》是電氣信息類專業(yè)開設(shè)的一門比較重要的專業(yè)課。為了培養(yǎng)寬口徑、基礎(chǔ)扎實的集成電路設(shè)計人才,滿足IC行業(yè)對人才的大量需求,無論是在微電子專業(yè),還是在相關(guān)的其他電氣信息類專業(yè),不少重點高等院校都已經(jīng)開設(shè)了本門課程。在學(xué)生已經(jīng)掌握了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和一定的晶體管原理知識的基礎(chǔ)上,通過學(xué)習(xí)《專用集成電路設(shè)計》課,進行ASIC設(shè)計理論的學(xué)習(xí)和實踐的強化,進一步掌握集成電路和電路系統(tǒng)的設(shè)計知識,提高集成電路設(shè)計能力,增長集成電路設(shè)計經(jīng)驗;通過理論教學(xué)和實踐教學(xué),來加強電氣信息類專業(yè)學(xué)生的電路設(shè)計基礎(chǔ)、版圖設(shè)計基礎(chǔ)以及集成電路設(shè)計各環(huán)節(jié)的驗證知識等,培養(yǎng)學(xué)生在集成電路設(shè)計方面的研究興趣,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和進一步的深造打好基礎(chǔ)。

由于專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)的需要,北京電子科技學(xué)院同樣開設(shè)了《專用集成電路設(shè)計》的專業(yè)選修課,授課對象是電子信息工程專業(yè)的本科生,由于非微電子的專業(yè)背景原因,他們并不具備足夠的半導(dǎo)體物理、晶體管原理等知識,因此在本課程的教學(xué)過程中,必然要針對具體對象,調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,創(chuàng)新教學(xué)思路,加強教學(xué)研究,找到一種適合于非微電子專業(yè)本科生的教學(xué)思想和教學(xué)方法。通過教學(xué)實踐,學(xué)生對于課程組在這一課程中的創(chuàng)新、探索和具體的教學(xué)方法比較認(rèn)可。這里把我們在《專用集成電路設(shè)計》課教學(xué)實踐中的初步探索做一些總結(jié),希望與大家分享。

1 結(jié)合實際合理設(shè)置授課內(nèi)容,以學(xué)生能夠接受為目標(biāo)

電子信息工程專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)《專用集成電路設(shè)計》課程之前,已經(jīng)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了《電路分析》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《EDA技術(shù)》等有關(guān)電子技術(shù)和電路系統(tǒng)的課程,對于電路系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)有了一定的理解,并進行過比較系統(tǒng)的動手實踐訓(xùn)練,為進一步學(xué)習(xí)《專用集成電路設(shè)計》課程打下了比較堅實的知識基礎(chǔ)和實踐基礎(chǔ)。但是由于專業(yè)背景的原因,該專業(yè)不太可能只是為了《專用集成電路設(shè)計》課而專門開設(shè)《半導(dǎo)體物理》、《晶體管原理》等這些在微電子專業(yè)才有的課程,因此,與微電子專業(yè)相比,電子信息工程專業(yè)的本科生欠缺有關(guān)晶體管原理和半導(dǎo)體工藝等方面的必要知識。在設(shè)置授課內(nèi)容時,必然要考慮到這一點,總的原則應(yīng)當(dāng)是以學(xué)生能夠接受、但又不應(yīng)該過于輕松接受為目標(biāo),而且要盡量避免與《EDA技術(shù)》等課程的知識重復(fù)。

根據(jù)我們的課程內(nèi)容設(shè)置原則,將《專用集成電路設(shè)計》課的講授內(nèi)容分為以下幾章:第一章:ASIC設(shè)計概述;第二章:CMOS邏輯;第三章:ASIC庫設(shè)計;第四章:ASIC的前端設(shè)計;第五章:ASIC的后端設(shè)計;第六章:可測性設(shè)計技術(shù);第七章:SOC設(shè)計技術(shù)簡介。在各章的講授中,占用課時較多的分別是第二章、第三章和第五章。在講授時強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力,使學(xué)生對專用集成電路的設(shè)計、制造、測試等一整套流程有一般性、整體性的了解,建立專用集成電路的基本概念和方法,了解IC領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢,激發(fā)學(xué)生潛在的對集成電路前、后端設(shè)計的興趣。為了配合理論教學(xué),提升教學(xué)效果,還設(shè)置了合適的實驗教學(xué)內(nèi)容。

2 注重實驗教學(xué)效果,以培養(yǎng)動手實踐能力為目標(biāo)

集成電路設(shè)計類課程除了理論教學(xué)以外,實驗教學(xué)尤為重要,因為這類課程對學(xué)生的訓(xùn)練重點正是在于動手實驗,提前接觸到未來在進一步的研究和工作中可能會應(yīng)用到的一些軟件工具、設(shè)計流程以及設(shè)計技巧等,這樣才能促進學(xué)生理論與實踐相結(jié)合,真正幫助學(xué)生掌握ASIC設(shè)計技術(shù)。因此本課程要更加注重實驗教學(xué)效果,著力培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力,進而使學(xué)生能夠更加準(zhǔn)確、具體和形象地掌握在課堂上學(xué)到的理論知識。根據(jù)這一原則,經(jīng)過試用修訂,我們專門編印了《專用集成電路設(shè)計實驗指導(dǎo)書》,根據(jù)大綱的變化,使用工具版本的提高,目前已經(jīng)編印了2007版和2009版的實驗指導(dǎo)書,共設(shè)計了五個實驗,具體是:實驗一:IC設(shè)計工具的使用;實驗二:單元電路的前端設(shè)計;實驗三:標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖繪制與驗證;實驗四:四位加法器和減法器ASIC的設(shè)計;實驗五:計數(shù)器ASIC的設(shè)計。每個實驗3學(xué)時,其中實驗二、實驗四和實驗五為綜合性、設(shè)計性實驗。

選用一種合適的集成電路設(shè)計工具是順利進行實踐教學(xué)的關(guān)鍵。我們選用了美國Tanner Research公司開發(fā)的一種優(yōu)秀集成電路設(shè)計工具――Tanner Tools Pro,它雖然在功能上不如Cadence、Synopsys等大型工具強大,但它的最大優(yōu)點是成本低,可以在PC機上使用,而且圖形處理速度快,編輯功能強,便于學(xué)習(xí),使用方便,特別適用于高校進行相關(guān)的教學(xué)和科研工作。Tanner Pro工具在美國和臺灣的很多大學(xué)中早已被廣泛應(yīng)用,臺灣不少IC設(shè)計企業(yè)也在使用Tanner Pro工具。該工具較新版本為Tanner Tools Pro 13.0,主要包含了S-EDIT(原理圖編輯)、L-EDIT(版圖編輯)、T-SPICE(電路仿真)、W-EDIT(波形觀察)和LVS(版圖與原理圖比對)等幾個功能不同的子工具,滿足了集成電路設(shè)計從前端到后端、設(shè)計驗證的一系列過程的需要,完全可以適用于《專用集成電路設(shè)計》課程的實踐教學(xué)。通過我們在課程實驗、畢業(yè)設(shè)計等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的使用,發(fā)現(xiàn)學(xué)生對這個工具上手快、掌握熟,對于以后使用其他的IC設(shè)計工具也有一定的幫助,而且培養(yǎng)了他們將來涉足IC設(shè)計領(lǐng)域的興趣和信心。圖1是學(xué)生在實踐教學(xué)中得到的一個版圖設(shè)計結(jié)果。

3 適當(dāng)講授最新技術(shù)進展,以讓學(xué)生跟上行業(yè)發(fā)展腳步為目標(biāo)

我們都知道,集成電路設(shè)計技術(shù)、制造工藝等的發(fā)展速度飛快,遵循著集成電路最小特征尺寸以每三年減小70%的速度下降、集成度每年翻一番和價格每兩年下降一半的著名的摩爾定律,集成電路的設(shè)計和制造技術(shù)發(fā)展日新月異。因此,在《專用集成電路設(shè)計》的教學(xué)過程中,必須要根據(jù)教學(xué)大綱的要求,在系統(tǒng)講授已經(jīng)設(shè)置好的教學(xué)內(nèi)容的前提下,結(jié)合具體授課內(nèi)容,適當(dāng)講授最新技術(shù)進展,以期讓學(xué)生跟上集成電路設(shè)計行業(yè)發(fā)展的腳步,并不斷將這些新技術(shù)、新進展、新方法、新工具、新工藝融入到授課內(nèi)容中,做到授課內(nèi)容常講常新。其實這除了讓學(xué)生可以接受到最新的知識和了解到該領(lǐng)域最新進展之外,同時也是一個教學(xué)相長的過程,對于教師的教學(xué)和相關(guān)科研也是一種無形的促進,可以督促教師不斷地跟蹤與IC設(shè)計、制造相關(guān)的最新研究成果,并進行精心的組織,將這些成果有機融入到課程教學(xué)中,做到授課內(nèi)容的不斷更新,而且這樣也才能夠避免一份講稿多年重復(fù)使用,保證教師在教學(xué)中的激情,增強教學(xué)效果。

在這里僅僅舉一個具體例子。在一次講授到集成電路工藝的內(nèi)容時,作者為同學(xué)們講授了不斷發(fā)展的集成電路工藝水平,以及所遇到的工藝發(fā)展瓶頸對于摩爾定律的挑戰(zhàn),還具體講到了Intel公司新推出的0.45nm工藝的CPU,它采用了大大不同于以往的工藝方法,這次工藝變革可以稱得上是“拯救摩爾定律”的一大技術(shù)進展。本次課后,不少同學(xué)紛紛通過互聯(lián)網(wǎng)等來查閱這一最新工藝的具體情形,表現(xiàn)出了濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

4 創(chuàng)新課程考查方式,以激發(fā)學(xué)生進一步的研究興趣為目標(biāo)

一門課程的考查方式如何,對于這門課程能不能按照教師的預(yù)想,達到既定的最終教學(xué)目的,有著比較重要的作用。傳統(tǒng)的一張試卷去“考”出學(xué)生學(xué)習(xí)效果的方式雖然比較簡單省事,但卻過于單調(diào),雖然從某種程度上能夠考查出學(xué)生對這門課程知識的掌握程度,但是對于激發(fā)學(xué)生在學(xué)完這門課程之后,對本學(xué)科、本領(lǐng)域進行進一步研究的興趣卻作用不大。由于自從接受學(xué)校教育以來經(jīng)歷了無數(shù)次的考試,不少學(xué)生厭煩考試的情緒比較嚴(yán)重,恨不得考完后把教材、作業(yè)、筆記等都馬上丟棄,這是現(xiàn)實存在的、我們必須得承認(rèn)的事實。從某種意義上說,通過考試來考查學(xué)生的學(xué)習(xí),有時對最終教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)會起到一定的反作用。而且單純考試的方式也很難發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于這門課、這個領(lǐng)域、這個行業(yè)的獨特想法和創(chuàng)新思路。

作者在《專用集成電路設(shè)計》教學(xué)過程中,結(jié)合課程的專業(yè)特點,積極探索并實踐了采用提交論文和現(xiàn)場答辯相結(jié)合的課程考查方式,即在課程講授到二分之一左右時,布置給學(xué)生論文題目,對于論文的范圍、參考文獻的篇數(shù)、論文的格式和字?jǐn)?shù)等做出明確而具體的規(guī)范,要求學(xué)生在最后一次課之前提交自己的論文,做好答辯ppt,并利用專門的時間集中進行答辯,每位學(xué)生對自己準(zhǔn)備的論文,進行5分鐘左右的講解,并接受教師和其他學(xué)生的提問。通過創(chuàng)新課程考查方式,提交論文和現(xiàn)場答辯相結(jié)合,讓學(xué)生在準(zhǔn)備論文和答辯材料的過程中對專用集成電路設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容和工藝、方法等有了更加深刻的理解,并有了一個系統(tǒng)的知識梳理過程,現(xiàn)場答辯的方式也更能夠展現(xiàn)學(xué)生對于集成電路設(shè)計的一些獨特的思路和創(chuàng)新性的理解,學(xué)生在經(jīng)歷這一過程時,也促使自己積極思考,主動研究,努力去探索和集成電路、微電子學(xué)有關(guān)的一些研究方法和最新進展,激發(fā)自己在完成本門課程的學(xué)習(xí)后、甚至是大學(xué)畢業(yè)后進行進一步研究的興趣和信心;另外還在這個過程中提升了學(xué)生的論文寫作能力、科學(xué)研究能力。

5 結(jié)束語

《專用集成電路設(shè)計》課(或者其他名稱的類似課程)在不少設(shè)有微電子學(xué)專業(yè)的重點大學(xué)中開設(shè)較為普遍,但在沒有微電子學(xué)專業(yè)的高校特別是非重點高校中開設(shè)并不多,對于該課程教學(xué)實踐中的一些具體的方法研究和探討需要更加深入。作者在教學(xué)實踐中,緊密圍繞本校、本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),以授課對象為主體,遵循課程的教學(xué)規(guī)律和科學(xué)研究規(guī)律,選擇合適的授課內(nèi)容和教學(xué)方法,并且不斷地對此進行探索和研究,收到了初步的教學(xué)效果。當(dāng)然,教學(xué)創(chuàng)新永無止境,教學(xué)方法的研究和探討不能止步,作為一名年輕教師,在今后的教學(xué)實踐中,作者將在加強學(xué)習(xí)以及與同行交流的前提下,進一步拓寬和創(chuàng)新教學(xué)思路,探索和完善教學(xué)模式,研究和更新教學(xué)內(nèi)容,學(xué)習(xí)和探討教學(xué)技巧,敢于創(chuàng)新,善于創(chuàng)新,真正做到教好書,育好人。

參考文獻:

[1] Michael John Sebastian Smith.專用集成電路[M].虞惠華,等,譯.北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[2] 路而紅.專用集成電路設(shè)計與電子設(shè)計自動化[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[3] 廖裕評,陸瑞強.集成電路設(shè)計與布局實戰(zhàn)指導(dǎo)[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

電路設(shè)計方法范文第3篇

關(guān)鍵詞：電子CAD；PCB；教學(xué)方法

作者簡介：袁紅星（1980-），男，安徽安慶人，寧波工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，高級工程師；吳少群（1981-），女，安徽安慶人，寧波工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，講師。（浙江 寧波 315016）

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）08-0029-02

“電子CAD”課程的教學(xué)目標(biāo)是要求學(xué)生掌握PCB設(shè)計軟件的基本功能和應(yīng)用，包括原理圖設(shè)計、繪制、PCB板設(shè)計、繪制、集成元件庫制作等內(nèi)容。國內(nèi)大多數(shù)高校都開設(shè)了這門課程，并普遍采用Protel這一軟件工具。勞文薇等人將項目驅(qū)動教學(xué)法引入“電子CAD”課程，探討了項目選擇、情景設(shè)計和教學(xué)過程中項目的實施等問題。[1]王鵬探討了Protel軟件在EDA課程中的整合作用。[2]李珍等人從建立設(shè)計理念、規(guī)范設(shè)計操作、抓好上機實踐環(huán)節(jié)三個方面探討如何提高Protel軟件的教學(xué)效果。[3]這些教學(xué)方法的探索和實踐有效改善了“電子CAD”的教學(xué)效果。但現(xiàn)有研究主要針對這門課程本身，對于“電子CAD”和其他課程間互動和關(guān)聯(lián)的探討較少?！半娮覥AD”是一門集理論知識與實際技能于一體的實踐課程，讓學(xué)生建立正確的設(shè)計理念，熟練掌握PCB設(shè)計軟件的基本功能，離不開電路設(shè)計理論。因而講授這門課程時和電路設(shè)計剝離開來只就軟件使用本身講這門課將會導(dǎo)致很多學(xué)生不知道學(xué)完這門課可以干什么或應(yīng)該掌握到什么程度。其結(jié)果是大部分同學(xué)學(xué)完這門課之后仍不能獨立進行PCB設(shè)計。這門課程是學(xué)生后續(xù)進行課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和電子競賽的基礎(chǔ)，對于學(xué)生就業(yè)也有很大幫助。如何在短短的一學(xué)期內(nèi)讓學(xué)生熟練掌握PCB設(shè)計軟件的使用方法，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計理念和工程素養(yǎng)是“電子CAD”課程需要探討的課題。為了改革目前“電子CAD”課程的教學(xué)方法，下面探索將電路設(shè)計引入PCB設(shè)計軟件進行講解和實踐的教學(xué)方法。

一、內(nèi)容選擇

電路設(shè)計內(nèi)容廣泛，需要精心選擇適合電子CAD課程的部分。考慮到這門課程主要面向低年級學(xué)生，教師選擇了以STC單片機為核心的應(yīng)用系統(tǒng)。這是因為STC單片機是以51內(nèi)核為主的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，具有ISP在線程序下載功能，便于調(diào)試，而相關(guān)的元器件大多數(shù)學(xué)校實驗室已配備，不需另行購買。另外，51單片機的設(shè)計資料網(wǎng)絡(luò)上非常豐富，學(xué)習(xí)容易入門，學(xué)生可獲取海量學(xué)習(xí)資源，可在較短時間內(nèi)熟悉和掌握其基本開發(fā)方法。

二、內(nèi)容設(shè)計

原理圖的設(shè)計、繪制、PCB的設(shè)計、繪制以及集成元件庫的制作都緊緊圍繞STC單片機應(yīng)用系統(tǒng)展開。

對于簡單原理圖設(shè)計，下面對STC單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)進行介紹。該系統(tǒng)只包含了電源、復(fù)位、串口和LED燈驅(qū)動等基本模塊，整個系統(tǒng)便于理解和設(shè)計。課程導(dǎo)論時以該系統(tǒng)為藍本，講述如何根據(jù)設(shè)計任務(wù)進行電路設(shè)計，再到Protel軟件的原理圖繪制、PCB繪制和廠家制板，直到最后電路板焊接，并要求學(xué)生用面包板搭建出該系統(tǒng)，增強學(xué)生對實物的認(rèn)識。在此基礎(chǔ)上要求學(xué)生用Protel軟件繪制出該系統(tǒng)的原理圖，并生成PCB板，使學(xué)生了解Protel軟件設(shè)計電路板的整個流程和基本操作方法。進一步為增強學(xué)生將設(shè)計文件轉(zhuǎn)換成實際產(chǎn)品的工程素養(yǎng)，從學(xué)生作品中挑選出最好的作為代表，并用教師個人科研經(jīng)費將該作品送到制板廠進行實物制作。電路板返回后，利用周末時間將學(xué)生召集到一起進行焊接培訓(xùn)，將元器件焊接到電路板上，形成一個實際可用的STC最小應(yīng)用系統(tǒng)。對51單片機軟件Keil C51使用方法進行簡單介紹，讓學(xué)生了解如何在Keil C51中進行程序編寫、編譯、調(diào)試，并下載到單片機中。最后，用一個簡單的流水燈實驗在制作的電路板上進行演示。這一完整流程極大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，并使他們真正懂得自己的設(shè)計如何影響到實際產(chǎn)品，如何從工程角度深入學(xué)習(xí)Protel軟件的原理圖繪制和PCB設(shè)計。

后面的課程則逐個向該系統(tǒng)添加功能模塊，如數(shù)碼管、鍵盤、EEPROM、繼電器等，逐步開展復(fù)雜原理圖繪制、層次原理圖繪制、復(fù)雜PCB設(shè)計和元件原理圖庫及PCB封裝庫繪制的課程講授。由于結(jié)合實物進行軟件講解激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)這門軟件的熱情，也使得他們認(rèn)識到這門軟件可以用來干什么，自己需要掌握到什么程度。

三、結(jié)合電路板實物進行PCB設(shè)計規(guī)則和布局、布線的講解

對PCB設(shè)計規(guī)則的理解以及PCB布局、布線的掌握是學(xué)習(xí)PCB設(shè)計軟件的核心和關(guān)鍵。如果脫離實際電路板進行這些內(nèi)容的傳授，則學(xué)生會覺得抽象而難以理解和掌握。為此，下面圍繞前面制作的電路板逐個進行講解。

1.PCB布局

首先，以STC單片機為核心進行布局，使學(xué)生掌握“先難后易、先大后小”的布局原則。對于最重要的單元電路和核心元器件要優(yōu)先進行放置。

其次，對照電路板說明為什么要參照原理圖的信號流向進行主要元器件的布局，使學(xué)生理解布局對電路調(diào)試、測試的影響。

再次，結(jié)合電路板制作成本和可靠性說明布局時要盡量滿足以下原則： 關(guān)鍵信號線最短，總的連線盡可能短，模擬信號與數(shù)字信號分開。并從單片機工作時序著手，說明在控制器和處理器等數(shù)字器件上加上去耦電容的必要性。

最后，從生產(chǎn)和檢驗的角度說明布局需注意的事項。為便于串口調(diào)試和程序加載，應(yīng)該將串口電路放置在靠近電路板邊緣的位置；而為了便于電源端子的插拔，也需要將電源電路放置在電路板邊緣位置。

2.PCB布線

布線是PCB設(shè)計中最重要的部分，直接決定了電路板性能的好壞。為此，結(jié)合實際電路板，從三個層次上逐步加強學(xué)生的設(shè)計能力，即：布通、滿足電氣性能和美觀。布通是最基本的要求，這里主要通過Protel軟件的自動布線功能對學(xué)生進行實訓(xùn)。為了使自動布線能夠達到基本要求，結(jié)合實際電路板說明為什么在布線前要設(shè)置布線寬度規(guī)則，對地線和電源線加寬。另外，給學(xué)生講解如何根據(jù)DRC檢查對布線結(jié)果進行檢查，看是否達到預(yù)定要求。掌握布通技巧后結(jié)合電路板電氣性能、可靠性說明如何對布線進行優(yōu)化。這部分內(nèi)容對應(yīng)教科書的PCB后期設(shè)計章節(jié)。為保證電氣性能，要求學(xué)生在布線時盡量加寬電源線和地線的寬度，滿足的要求是：地線>電源線>信號線；相鄰電路層布線要相互垂直，避免平行的情況發(fā)生；時鐘線要盡量短，對關(guān)鍵信號點預(yù)留測試點，以便系統(tǒng)不能工作時判斷是否因為時鐘信號未能滿足要求；對未布線區(qū)域進行敷銅。在掌握滿足電氣性能的基礎(chǔ)上進一步要求學(xué)生布線盡可能美觀。

四、通過大學(xué)生科創(chuàng)項目爭取經(jīng)費支持

由于制作實物涉及到費用問題，雖然51應(yīng)用系統(tǒng)成本很低，但對于學(xué)生而言也是一個負(fù)擔(dān)，完全由授課教師承擔(dān)制作費用也不現(xiàn)實?？紤]到這些情況，要積極組織學(xué)生申報省級和校級大學(xué)生科創(chuàng)項目，爭取經(jīng)費的支持。并鼓勵學(xué)生組建項目組，進行資源共享，并分?jǐn)偝杀尽?/p>

五、教學(xué)效果

通過這些嘗試后明顯激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生使用PCB設(shè)計軟件的熟練程度。在所授電子科學(xué)與技術(shù)兩個新生班級76個學(xué)生中產(chǎn)生較大影響，一個項目組申報的省級大學(xué)生科創(chuàng)項目成功立項，獲4000元經(jīng)費資助；一個項目組申報的校級大學(xué)生科創(chuàng)項目獲2000元經(jīng)費資助；兩個班有40%的學(xué)生主動報名參加學(xué)校電子協(xié)會，學(xué)習(xí)焊接工藝。雖然這兩個班是剛?cè)雽W(xué)的新生班，但在這門課的帶動下，他們充分利用課余時間開始自學(xué)單片機、C語言編程、數(shù)字電路和模擬電路。對于他們后續(xù)學(xué)習(xí)無疑是極大的推動。

六、結(jié)束語

“電子CAD”課程是電子類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，其中講授的PCB軟件使用技巧是學(xué)生進行后續(xù)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和參與電子競賽所必須掌握的基本技能。圍繞該軟件在電路設(shè)計中的實際應(yīng)用逐步進行簡單原理圖、復(fù)雜原理圖、層次原理圖、簡單PCB、復(fù)雜PCB以及元件集成庫繪制方法的授課。經(jīng)過近一學(xué)期的教學(xué)實踐表明，通過這種教學(xué)方法學(xué)生能很快掌握使用PCB軟件進行電路板設(shè)計的技能。同時，這一講授方法對于培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)也有較大幫助。由于授課中挑選出部分優(yōu)秀作品進行了實物制作，使他們深刻體會到設(shè)計對產(chǎn)品的影響以及如何根據(jù)產(chǎn)品的要求進行電路設(shè)計的規(guī)劃和實施。今后，教師們將積極向?qū)W校和上級部門申請教改項目，為這一教學(xué)方法的實施爭取經(jīng)費支持。

參考文獻：

[1]勞文薇，劉俊.項目驅(qū)動教學(xué)法在“電子CAD”課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].機械職業(yè)教育，2011，（3）.

電路設(shè)計方法范文第4篇

關(guān)鍵詞 電子技術(shù)；單元電路；設(shè)計步驟；設(shè)計方法

中圖分類號：TN792 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）15-0074-01

設(shè)計電子電路，首先應(yīng)該明確設(shè)計任務(wù)，然后根據(jù)任務(wù)進行方案的選擇。完成總體的電路設(shè)計，應(yīng)該準(zhǔn)確的完成各個單元電路的設(shè)計，完成參數(shù)的計算、元器件的選擇，之后連接各個單元電路，組成完整的電子電路。所以，單元電路的設(shè)計是基礎(chǔ)，也是電子設(shè)計中重要的一部分。

1 電子技術(shù)及單元電路的概念

電子技術(shù)就是根據(jù)電子學(xué)原理，將各功能的電子元件，按照一定功能、一定實現(xiàn)順序連接，實現(xiàn)某種功能，這是一門實踐性很強的學(xué)科，電子技術(shù)包括兩大分支：信息電子技術(shù)、電路電子技術(shù)。其中信息電子技術(shù)是電工類基礎(chǔ)學(xué)科，包括模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)。電子技術(shù)主要的處理對象是針對信號的，我們生活中常見的衛(wèi)星信號、超聲波信號等，處理的方式包括放大、濾波、轉(zhuǎn)換等。

電子電路設(shè)計需要用到大量的電子元器件，電子元件是指電容器、電阻器、變壓器、開關(guān)等，電子器件包括晶體管、電子管、離子管等。電子電路按照組成分類，可以分為集成電路、分立電路，單元電路是電子電路中，具有一定功能的一個小部分，常用的單元電路有放大電路、整流電路、振蕩電路、檢波電路、數(shù)字電路。數(shù)字電路中還包括的常用的邏輯電路有：與門、或門、非門、及組合起來的計數(shù)電路、觸發(fā)器、加減運算器等。提高單元電路的設(shè)計精度，能夠提高電子電路整體的精度。

2 單元電路的設(shè)計步驟

2.1 明確任務(wù)

再設(shè)計電路時，首先要明確電路需要的功能，制定詳細(xì)的任務(wù)書，確定需要的單元電路，星系擬定電路的性能指標(biāo)，再通過計算電壓需要放大的倍數(shù)、電路中輸入輸出電阻的大小，繪制執(zhí)行流程圖，通過設(shè)計，將電路所需的成本降到最低，提高每個單元電路、參數(shù)的精度，在提高設(shè)計電路的可靠性、穩(wěn)定性的前提下，盡量簡化設(shè)計電路。

2.2 參數(shù)計算

計算參數(shù)是設(shè)計電路必須要進行得步驟，通過計算，來保證電路中各個單元電路的功能指標(biāo)需要達到的要求，計算參數(shù)需要電子技術(shù)的相關(guān)知識，單元電路的設(shè)計需要強大的理論知識的支撐，才能做到爐火純青。例如，在計算如下放大電路的時候，我們需要計算每個電阻的阻值、以及放大倍數(shù)，同一個電路，可能有很多數(shù)據(jù)，所以要正確的選擇數(shù)據(jù)，注意方法。

2.3 繪制電路圖

電路設(shè)計時，需要將單元電路與整機電路相連，設(shè)計完整的具有一定功能的電路圖，在連接時，需要注意單元電路間連接的簡化，以及最重要的是，電路的電氣連接，是否能夠?qū)?，實現(xiàn)預(yù)定功能。例如，設(shè)計單元電路間的級聯(lián)時，各單元電路設(shè)計完成時，還要考慮這些，意在減少浪費，還要注意輸入信號、輸出信號、控制信號間的關(guān)系，同時還要注意一些事項：首先，注意電路圖的可讀性。繪圖時，盡量將主電路圖繪制在一張圖紙上，其中較為獨立的部分單元電路、以及次要部分可以繪制在另一張圖上，但是一定要注意圖之間的電氣端口的連接，是否對應(yīng)，各圖紙間的輸入輸出端口都要提前做好標(biāo)記。

其次，注意信號流向以圖形符號。信號的流向，一般從輸入端、信號源開始，從左至右、從上到下，按信號的流向依次連接單元電路。而且，圖中要加上適當(dāng)?shù)恼f明，如符號的標(biāo)注、阻值等。

最后，注意連接線畫法。電路圖中，各元件間的連接應(yīng)為直線，且盡量減少交叉線，連接線的分布應(yīng)為水平或者垂直，除非應(yīng)對特殊情況，否則不要化斜線，如圖中不可避免的出現(xiàn)交叉，要將連接點用原點表示。

3 幾種典型單元電路的設(shè)計方法

電子電路設(shè)計中，單元電路一定要設(shè)計合理，否則將會影響整個電路的聯(lián)通，所以，電氣工程師在設(shè)計電路時，應(yīng)該更謹(jǐn)慎的致力于單元電路的設(shè)計。

3.1 對于線性集成運放組成的穩(wěn)壓電源的設(shè)計

穩(wěn)壓電源的設(shè)計，一般先讓輸入電壓通過電壓變壓器，然后進行整流，然后經(jīng)過濾波電路，成為穩(wěn)壓電路。設(shè)計單元電路時，串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路可分為幾個部分，調(diào)整部分、取樣部分、比較放大電路、基準(zhǔn)電壓電路等。這樣的設(shè)計能夠使單元電路具有保護過流、短路電流。

3.2 單元電路之間的級聯(lián)設(shè)計

單元電路設(shè)計完成之后，還要考慮單元電路間的級聯(lián)問題。例如，電氣特性的相互匹配、信號耦合方式、時序配合、相互干擾等。其中信號耦合方式，還包括：直接耦合、間接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光耦合。時序配合的問題，相對比較復(fù)雜，需要對每個單元電路的信號進行詳細(xì)的分析，來確定電路時序。

3.3 對于運算放大器電路的設(shè)計

運算放大電路在電路設(shè)計中十分常用，它能夠與反饋網(wǎng)絡(luò)連接，組成具有特定功能的電路模塊，是具有很高放大倍數(shù)的單元電路。運放電路的設(shè)計，可以通過元器件的組合，也可以通過具有相應(yīng)功能的芯片構(gòu)成，設(shè)計時對各種參數(shù)都要整體權(quán)衡，不能盲目的追求某個指標(biāo)的先進。其中，要引起重視的是，應(yīng)在消震引腳間接入適當(dāng)?shù)碾娙菹癖M量避免兩級以上的放大級相連。

4 結(jié)束語

電子電路種類繁多，其中涉及的理論和技巧也比較多，所以，為實現(xiàn)某種功能，有很多設(shè)計方法。隨著集成電路的迅猛發(fā)展，很多新型元器件層出不窮，使電子設(shè)計又出現(xiàn)了新的格局。要求工程師在設(shè)計時，能夠漸漸地脫離復(fù)雜繁多的單元電路，更多的利用集成的電路芯片，同時，還要求設(shè)計者深入了解集成芯片的功能，以及單元電路的連接，實現(xiàn)集成電路與單元電路的合理的連接，進而簡化總體的電路設(shè)計。

參考文獻

[1]李妙長.淺談電子技術(shù)中單元電路的設(shè)計[J].中國校外教育（基教版），2012（05）：12-16.

[2]索靜，劉杰.電子技術(shù)中單元電路的設(shè)計方法研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（11）：21-25.

[3]雷時榮.電子技術(shù)中單元電路的設(shè)計方法[J].電子世界，2011（11）：04-09.

電路設(shè)計方法范文第5篇

關(guān)鍵詞：單管共射放大電路;啟發(fā)性教學(xué);放大倍數(shù)

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）05-0164-02

一、引言

單管共射放大電路是“電子學(xué)”課程中最基本的知識點，同時也是最核心的內(nèi)容。對這一知識點的掌握程度直接影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，許多同學(xué)對這一塊知識點的認(rèn)識比較分散，對共射放大電路幾種組態(tài)之間的聯(lián)系不太清楚，沒有一個整體的把握。當(dāng)學(xué)到后續(xù)更多其他形式的放大電路時更是無從下手。為此，我們在教學(xué)過程中采用啟發(fā)式教學(xué)，對共射放大電路的幾種組態(tài)進行深入分析，找到它們的有機聯(lián)系，從而引導(dǎo)學(xué)生對這一塊知識點有一個整體的認(rèn)識。

二、單管共射放大電路的整體分析方法

單管共射放大電路的分析通常是按照“先靜態(tài)”、“后動態(tài)”的原則，首先畫出電路的直流通路，在直流通路里計算靜態(tài)工作點并驗證晶體管是否工作在放大區(qū)，只有靜態(tài)工作點設(shè)置合適才可進行動態(tài)分析[1]。動態(tài)分析時先畫出交流通路，再根據(jù)求解問題的特點來選擇圖解法或是微變等效電路法進行分析求解。其中圖解法一般多用于分析輸出幅值比較大而工作頻率不太高的情況。微變等效電路法是在一定的條件下將晶體管的特性線性化，建立線性模型，用線性電路的分析方法來分析晶體管電路[2]。本文采用微變等效電路法對放大電路進行分析，在此基礎(chǔ)上改進了教學(xué)方法，引入啟發(fā)式的教學(xué)方法將放大電路的幾種組態(tài)看成一個有機整體，對比分析電路，找出彼此之間的聯(lián)系和優(yōu)缺點。這樣有利于學(xué)生對放大電路有一個宏觀的把握，為今后學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

三、單管共射放大電路的靜態(tài)分析

1.基本共發(fā)射極放大電路的組成。圖1是基本共發(fā)射極放大電路，該電路是學(xué)生接觸到的第一個放大電路。首先必須讓學(xué)生知道電路中每個元件所起的作用。這樣能夠使學(xué)生更好地掌握放大電路的結(jié)構(gòu)。

其中集電極電源U 通過R 和R 分壓后，保證三極管工作在放大區(qū)，同時向輸出信號提供能量。集電極電阻R 的另一個作用是將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為集電極電壓的變化，以實現(xiàn)電壓放大;隔直電容C 和C 起到交流耦合作用，保證交流信號無阻礙的經(jīng)過放大電路。

2.基本共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析。放大電路靜態(tài)分析是通過計算基極電流I 、集電極電流I 、集射極電壓U ，來驗證三極管是否工作在放大區(qū)。通過對基本共發(fā)射極放大電路分析發(fā)現(xiàn)該電路有一個致命的缺點：由于三極管是一個對溫度特別敏感的元件，當(dāng)溫度變化時，將使集電極電流I 發(fā)生變化，從而影響靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性。為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，就想到了用基極電流I 來抑制I 的變化，而在電路中只要R 選定后，I 也就固定不變，因此不能穩(wěn)定靜態(tài)工作點。所以就引出了分壓式偏置放大電路，電路如圖2所示。

3.引入分壓式偏置放大電路的目的。圖2是無旁路電容的分壓式偏置放大電路，在該電路中，基極增加了分壓電阻R 和R ，發(fā)射極增加了電阻R ，為了讓學(xué)生理解和掌握該電路，教學(xué)過程中要對比前面的基本共發(fā)射極放大電路，弄清楚R 、R 和R 在電路中的作用以及如何穩(wěn)定靜態(tài)工作點的。

分壓式偏置放大電路的直流通路如圖3所示，為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，通常情況下，R 、R 參數(shù)的選取應(yīng)滿足I ？垌I ，這樣就會使得I ≈I ，而B點電位U ≈ U ，幾乎決定于R 和R 對U 的分壓，而與環(huán)境溫度無關(guān)[3]。這樣當(dāng)溫度升高時，集電極電流I 增大，發(fā)射極電流I 必然相應(yīng)增大，因而發(fā)射極電阻上的電壓U 隨之增大;因為U 基本不變，而U =U -U ，所以U 勢必減小，導(dǎo)致基極電流I 減小，I 隨之相應(yīng)減小。結(jié)果I隨溫度變化而增大的部分幾乎由于I減小而減小的部分相抵消，I將基本不變，達到穩(wěn)定靜態(tài)工作點的目的。

四、單管共射放大電路的動態(tài)分析

放大電路的動態(tài)分析的目的是計算放大電路的動態(tài)指標(biāo)，即輸人電阻、輸出電阻和電壓放大倍數(shù)。圖4是基本共發(fā)射極放大電路的微變等效電路，從圖可以得到其放大倍數(shù)的公式如下：

而對無旁路電容的分壓式偏置放大電路進行分析后得到其放大倍數(shù)的公式如下：

通過對比兩式不難發(fā)現(xiàn)式（1）的放大倍數(shù)的值小于式（2）放大倍數(shù)的值。這意味著無旁路電容的分壓式偏置放大電路的引入能夠穩(wěn)定靜態(tài)工作點，但它的缺點是使得放大倍數(shù)減小了，這對于放大電路來說不是一件好事。因此我們就想如何在穩(wěn)定靜態(tài)工作點的同時又能保持放大倍數(shù)不變，于是就有了旁路電容C，其電路如圖5所示。在交流通路里R被被C短路，其微變等效電路和圖4相類似，得到的電壓放大倍數(shù)的表達式和式1一樣。因此，R和C的作用就是在穩(wěn)定靜態(tài)工作點的同時保證了電壓放大倍數(shù)基本不變。

五、總結(jié)

單管共射放大電路是電子學(xué)課程中最基本電路之一[4]。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)注重從電路結(jié)構(gòu)入手，采用啟發(fā)式的教學(xué)模式將單管共射放大電路的幾種組態(tài)聯(lián)系起來，構(gòu)成一個有機整體，按照“先靜后動”的原則，讓學(xué)生從宏觀上掌握放大電路。這樣可以使教學(xué)過程輕松愉悅，達到事半功倍的教學(xué)效果。

參考文獻：

[1]張士文，{國華.一種三極管共射放大電路的討論[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2013，（12）：43-45.

[2]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2003.