序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇電路設(shè)計論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2設(shè)計方案

2.1總體方案根據(jù)系統(tǒng)要求，所設(shè)計的驅(qū)動電路應(yīng)具有將5V電壓升至200V的能力，實踐中常采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為DC－DC升壓變換器的電路以實現(xiàn)升壓［9－10］，但對于復(fù)雜的數(shù)字微流控系統(tǒng)采用該方式會導(dǎo)致驅(qū)動電路的體積過于龐大。為縮小電路體積以節(jié)省實驗空間，提出了使用集成芯片搭建的高度集成化驅(qū)動電路，電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。計算機通過由軟件LabVIEW搭建的窗口界面向驅(qū)動電路中的單片機發(fā)送128路方波輸出的電壓幅度和頻率信息，單片機對計算機發(fā)送的指令進行解析，然后以特定時間間隔向32通道D／A芯片發(fā)送相應(yīng)的方波電壓信息，進而實現(xiàn)指定頻率和幅度的方波輸出。

2.2單片機設(shè)計的電路中所使用的單片機為PIC24H，該系列單片機是美國微芯科技公司推出的十六位精簡指令集微控制器，具有高速度、低工作電壓、低功耗等特點，以及較大的輸出驅(qū)動能力和較強的計算能力。PIC24H的主要任務(wù)為：接收由計算機輸入的電壓幅值與頻率信息，根據(jù)頻率計算出方波周期，然后每半個周期時間向D／A芯片分別發(fā)送輸出方波最大和最小電壓幅值指令，進而實現(xiàn)特定電壓幅值和頻率的方波輸出。電路連接時，將USB芯片輸出端口D0～D7，以及RD、WR、TXE和RXF分別與單片機任意I／O口相連接，實現(xiàn)從USB芯片并行I／O接口的數(shù)據(jù)讀取；將D／A芯片輸入端口SCLK、DIN、SYNC分別與單片機其他空余I／O口相連接，實現(xiàn)單片機對D／A芯片輸出的控制，電路連接原理框圖如圖4所示。驅(qū)動電路使用USB接口芯片可實現(xiàn)完成USB串行總線和8位并行FIFO接口之間的相互協(xié)議轉(zhuǎn)換。其優(yōu)點在于，對于開發(fā)者只需熟悉單片機編程及簡單的VC編程，而無需考慮固件設(shè)計以及驅(qū)動程序的編寫，從而能大大縮短USB外設(shè)產(chǎn)品的開發(fā)周期。

2.3USB接口芯片的設(shè)計驅(qū)動電路中的USB接口芯片選用FT245R，該芯片是由FTDI公司推出的第二代USB接口芯片，與其他芯片相比，應(yīng)用FT245R芯片進行USB外設(shè)開發(fā)，只需熟悉單片機編程及簡單的VC編程，而無需考慮固件設(shè)計以及驅(qū)動程序的編寫，從而能大大縮短USB外設(shè)產(chǎn)品的開發(fā)周期。此外，F(xiàn)T245R支持USB2．0規(guī)范，滿足項目需求。FT245R芯片可實現(xiàn)USB接口與并行I／O接口之間數(shù)據(jù)的傳輸。USB收發(fā)器從計算機接受USB串行數(shù)據(jù)后，由串行接口引擎將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，儲存在FIFO接收緩沖區(qū)，當(dāng)讀取信號為低時，就將接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送到并行輸出數(shù)據(jù)線上?？紤]電磁兼容性設(shè)計，在USB接口的電源端連接一個磁珠，以減少設(shè)備的噪聲和USB電纜輻射對芯片產(chǎn)生的電磁干擾。

2.4D／A的配置及電源設(shè)計電路中使用的32通道D／A芯片最高輸出電壓為200V，精度為14bit，滿足每路輸出電壓幅值和精度的要求。電路的128通道輸出可由4片A／D芯片實現(xiàn)。A／D芯片的輸出電壓由單片機控制，由于單片機PIC24H與A／D芯片都支持SPI協(xié)議，因此本電路使用SPI接口傳輸完成單片機和A／D之間的通信。A／D芯片要實現(xiàn)0～200V范圍內(nèi)的電壓輸出，需要配置－5V、4．096V、5V和200V，而電路只有5V直流供電，因此需將5V轉(zhuǎn)換為－5V、4．096V和200V。設(shè)計的電路中分別選用相應(yīng)的升壓芯片完成電壓的轉(zhuǎn)換。

3電路制作

根據(jù)上述設(shè)計方案，選取合適的芯片，制作完成該驅(qū)動電路，電路如圖5所示。向該電路輸入相應(yīng)的輸出電壓指令，測得在0～180V的范圍內(nèi)，實際輸出電壓和期望輸入電壓之間的誤差基本小于0．1V，滿足設(shè)計要求。所設(shè)計的電路在15V、50V、75V、125V、175V這5個采樣點上相應(yīng)的輸入－輸出數(shù)據(jù)如表1所示。在0～180V的輸出范圍內(nèi)，等間隔的選擇180個點，獲得輸入指令和輸出電壓之間的關(guān)系曲線如圖6所示，電路的輸出電壓在0～200V范圍內(nèi)均與輸入電壓指令相符。實驗中的數(shù)字微流控芯片需要實現(xiàn)對液滴的基本操作，其方法為對液滴移動路線上的電極依次通電，所加電壓為交流電壓。交流電壓可以通過在指定時刻對D／A芯片輸入相關(guān)輸出電壓信息，從而獲得所需交流電壓輸出。經(jīng)過實驗驗證，所制作的電路可以實現(xiàn)對數(shù)字微流控芯片上液滴的控制。液滴移動如圖7所示。

篇（2）

本文實現(xiàn)了將VGA接口信號轉(zhuǎn)換到模擬液晶屏上顯示的驅(qū)動電路,采用ADI公司的高性能DSP芯片ADSP—21160來實現(xiàn)驅(qū)動電路的主要功能。

硬件電路設(shè)計

AD9883A是高性能的三通道視頻ADC可以同時實現(xiàn)對RGB三色信號的實時采樣。系統(tǒng)采用32位浮點芯片ADSP-21160來處理數(shù)據(jù),能實時完成伽瑪校正、時基校正,圖像優(yōu)化等處理,且滿足了系統(tǒng)的各項性能需求。ADSP-21160有6個獨立的高速8位并行鏈路口,分別連接ADSP-21160前端的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9883A和后端的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADV7125。ADSP-21160具有超級哈佛結(jié)構(gòu),支持單指令多操作數(shù)(SIMD)模式,采用高效的匯編語言編程能實現(xiàn)對視頻信號的實時處理,不會因為處理數(shù)據(jù)時間長而出現(xiàn)延遲。

系統(tǒng)硬件原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)采用不同的鏈路口完成輸入和輸出,可以避免采用總線可能產(chǎn)生的通道沖突。模擬視頻信號由AD9883A完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。AD9883A是個三通道的ADC,因此系統(tǒng)可以完成單色的視頻信號處理,也可以完成彩色的視頻信號處理。采樣所得視頻數(shù)字信號經(jīng)鏈路口輸入到ADSP-21160,完成處理后由不同的鏈路口輸出到ADV7125,完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。ADV7125是三通道的DAC,同樣也可以用于處理彩色信號。輸出視頻信號到灰度電壓產(chǎn)生電路,得到驅(qū)動液晶屏所需要的驅(qū)動電壓。ADSP-21160還有通用可編程I/O標(biāo)志腳,可用于接受外部控制信號,給系統(tǒng)及其模塊發(fā)送控制信息,以使整個系統(tǒng)穩(wěn)定有序地工作。例如,ADSP-21160為灰度電壓產(chǎn)生電路和液晶屏提供必要的控制信號。另外,系統(tǒng)還設(shè)置了一些LED燈,用于直觀的指示系統(tǒng)硬件及DSP內(nèi)部程序各模塊的工作狀態(tài)。

本設(shè)計采用從閃存引導(dǎo)的方式加載DSP的程序文件,閃存具有很高的性價比,體積小,功耗低。由于本系統(tǒng)中的閃

存既要存儲DSP程序,又要保存對應(yīng)于不同的伽瑪值的查找表數(shù)據(jù)以及部分預(yù)設(shè)的顯示數(shù)據(jù),故選擇ST公司的容量較大的M29W641DL,既能保存程序代碼,又能保存必要的數(shù)據(jù)信息。

圖2為DSP與閃存的接口電路。因為采用8位閃存引導(dǎo)方式,所以ADSP-21160地址線應(yīng)使用A20-A0,數(shù)據(jù)線為D39—32,讀、寫和片選信號分別接到閃存相應(yīng)引腳上。

系統(tǒng)功能及實現(xiàn)

本設(shè)計采用ADSP-21160完成伽瑪校正、時基校正、時鐘發(fā)生2S、圖像優(yōu)化和控制信號的產(chǎn)生等功能。

1伽瑪校正原理

在LCD中,驅(qū)動IC/LSI的DAC圖像數(shù)據(jù)信號線性變化,而液晶的電光特性是非線性,所以要調(diào)節(jié)對液晶所加的外加電壓,使其滿足液晶顯示亮度的線性,即伽瑪(Y)校正。Y校正是一個實現(xiàn)圖像能夠盡可能真實地反映原物體或原圖像視覺信息的重要過程。利用查找表來補償液晶電光特性的Y校正方法能使液晶顯示系統(tǒng)具有理想的傳輸函數(shù)。未校正時液晶顯示系統(tǒng)的輸入輸出曲線呈S形。伽瑪表的作用就是通過對ADC進來的信號進行反S形的非線性變換,最終使液晶顯示系統(tǒng)的輸入輸出曲線滿足實際要求。

LCD的Y校正圖形如圖3所示,左圖是LCD的電光特性曲線圖,右圖是LCD亮度特性曲線和電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換圖。

2伽瑪校正的實現(xiàn)

本文采用較科學(xué)的Y校正處理技術(shù),對數(shù)字三基信號分別進行數(shù)字Y校正(也可以對模擬三基信號分別進行Y校正)。在完成v校正的同時,并不損失灰度層次,使全彩色顯示屏圖像更鮮艷,更逼真,更清晰。

某單色光Y調(diào)整過程如圖4所示,其他二色與此相同。以單色光v調(diào)整為例:ADSP-21160首先根據(jù)外部提供的一組控制信號,進行第一次查表,得到Y(jié)調(diào)整系數(shù)(Y值)。然后根據(jù)該Y值和輸入的顯示數(shù)據(jù)進行第二次查表,得到經(jīng)校正后的顯示數(shù)據(jù)。第一次查表的Y值是通過外部的控制信號輸入到控制模塊進行第一次查表得到的。8位顯示數(shù)據(jù)信號可查表數(shù)字0～255種灰度級顯示數(shù)據(jù)(Y校正后)。

3圖像優(yōu)化

為了提高圖像質(zhì)量,ADSP-21160內(nèi)部還設(shè)計了圖像效果優(yōu)化及特技模塊,許多在模擬處理中無法進行的工作可以在數(shù)字處理中進行,例如,二維數(shù)字濾波、輪廓校正,細(xì)節(jié)補償頻率微調(diào)、準(zhǔn)確的彩色矩陣(線性矩陣電路),黑斑校正、g校正、孔闌校正、增益調(diào)整、黑電平控制及雜散光補償、對比度調(diào)節(jié)等,這些處理都提高了圖像質(zhì)量。

數(shù)字特技是對視頻信號本身進行尺寸、位置變化和亮,色信號變化的數(shù)字化處理,它能使圖像變成各種形狀,在屏幕上任意放縮,旋轉(zhuǎn)等,這些是模擬特技無法實現(xiàn)的。還可以設(shè)計濾波器來濾除一些干擾信號和噪聲信號等,使圖像的清晰度更高,更好地再現(xiàn)原始圖像。所有的信號和數(shù)據(jù)都是存儲在DSP內(nèi)部,由它內(nèi)部產(chǎn)生的時鐘模塊和控制模塊實現(xiàn)的。

4時基校正及系統(tǒng)控制

由于ADSP-21160內(nèi)部各個模塊的功能和處理時間不同,各模塊之間存在一定延時,故需要進行數(shù)字時基校正,使存儲器最終輸出的數(shù)據(jù)能嚴(yán)格對齊,而不會出現(xiàn)信息的重疊或不連續(xù)。數(shù)字時基校正主要用于校正視頻信號中的行,場同步信號的時基誤差。首先,將被校正的信號以它的時基信號為基準(zhǔn)寫入存儲器,然后,以TFT-LCD的時基信號為基準(zhǔn)讀出,即可得到時基誤差較小的視頻信號。同時它還附加了其他功能,可以對視頻信號的色度、亮度、飽和度進行調(diào)節(jié),同時對行、場相位、負(fù)載波相位進行調(diào)節(jié),并具有時鐘臺標(biāo)的功能。

控制模塊主要負(fù)責(zé)控制時序驅(qū)動邏輯電路以管理和操作各功能模塊,如顯示數(shù)據(jù)存儲器的管理和操作,負(fù)責(zé)將顯示數(shù)據(jù)和指令參數(shù)傳輸?shù)轿?負(fù)責(zé)將參數(shù)寄存器的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的顯示功能邏輯。內(nèi)部的信號發(fā)生器產(chǎn)生控制信號及地址,根據(jù)水平和垂直顯示及消隱計數(shù)器的值產(chǎn)生控制信號。此外,它還可以接收外部控制信號,以實現(xiàn)人機交互,從而使該電路的功能更加強大,更加靈活。

此外,ADSP21160的內(nèi)部還設(shè)計了I2C總線控制模塊,模擬FC總線的工作,為外部的具有I2C接口的器件提供SCLK(串行時鐘信號)和SDA(雙向串行數(shù)據(jù)信號)。模擬I2C工作狀態(tài)如圖5和圖6所示。

系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

在軟件設(shè)計如圖7所示,采用Matlab軟件計算出校正值,并以查找表的文件形式存儲,供時序的調(diào)用。系統(tǒng)上電

篇（3）

EFT/B干擾信號在線路傳導(dǎo)過程中，其中的共模干擾信號頻率高，且干擾幅度大，對設(shè)備的影響較大，差模信號頻率低，干擾幅度小，對設(shè)備的影響也較小，所以針對高頻干擾信號較強這一情況，我們的濾波電路設(shè)計為低通濾波電路，見圖1。圖中，C1和C2電容為差模濾波電容，主要是為了濾除差模信號，為了防止在通電的瞬間產(chǎn)生較大的沖擊電流，此電容選用不宜過大。C3和C4為共模濾波電容，和共模扼流圈一起，共同組成共模濾波電路濾除電源線和地線之間的共模干擾。

L1為共模扼流圈（圖2），采用鐵氧體做磁芯，雙線反向并繞，由結(jié)構(gòu)特點，對中高頻的共模干擾信號呈現(xiàn)很大阻抗，抑制中高頻共模信號通過，達(dá)到濾波的目的。理想的共模扼流圈對差模干擾信號本無抑制作用，但實際上繞組線圈之間存在的間隙，也會產(chǎn)生差模電感，對差模干擾信號也有一定的抑制作用。另外共模電感還可以抑制本身不向外發(fā)出電磁干擾，避免影響其他設(shè)備電路工作。共模扼流圈上的電感為儲能元件，在抑制傳導(dǎo)性干擾上有明顯作用，但是電感本身的適用頻率一般不高于50MHz，所以對高于50MHz的超高頻干擾信號，我們在輸入信號線加鐵氧體磁環(huán)來抑制超高頻干擾。

鐵氧體磁環(huán)是一種很常用的濾波材料，它本身屬于能量轉(zhuǎn)換器件，低頻信號通過時，鐵氧體磁環(huán)不會影響數(shù)據(jù)和有用信號的傳輸，但高頻信號通過時，鐵氧體磁環(huán)會大大增加阻抗，把高頻干擾轉(zhuǎn)換為熱量消耗掉。實驗證明，鐵氧體的確對濾波電路的濾波效果產(chǎn)生了非常積極的作用。根據(jù)上面的設(shè)計方案，我們用通過試驗做一下驗證。試驗中，EFT/B信號U=4KV，分別注入L線和N線，得數(shù)據(jù)如表格1。由表格1的實驗數(shù)據(jù)，我們可以得出，濾波器對EFT/B干擾信號有很明顯的抑制效果，不管是差模部分還是共模部分均取得滿意效果。

篇（4）

1.2電路模型構(gòu)建和分析按照前面的分析，M2和M4提供偏置電流，如果要保證電流經(jīng)過電阻R的電流與偏置電流一致，并控制其參數(shù)，根據(jù)電流鏡的原理，只需要對M1的寬度進行調(diào)整，設(shè)置為M2的3.5倍。如果此時Ir=1則驅(qū)動電路工作電流為3.5mA。同時設(shè)定電阻R=200Ω，并確定M2和M4寬長比一致，設(shè)定二者漏極電流就可獲得其相對應(yīng)的電壓。為了獲得穩(wěn)定的工作電流3.5mA，設(shè)計要求M1和M3的漏極電流為3.5mA。根據(jù)電流鏡的工作原理，可以得到各個關(guān)鍵位置的基本參數(shù)。獲得相關(guān)的M2和M4的比值。在電路輸出后，為了保證反轉(zhuǎn)時性能的穩(wěn)定，M5-M8管應(yīng)保持參數(shù)一致。所以計算其中一個即可獲得其他的參數(shù)。在電流導(dǎo)通的時候M5是非飽和狀態(tài)，因此在輸出時LVDS的高電壓為1.25V，同時電流源的電流為3.5mA，所以MOS開關(guān)啟動的時候，漏流為3.5mA，而Vds則很小，為100mA。經(jīng)過計算可以得到M5的寬長比。實際中往往取值較大，因為這樣可以減少溝道電阻，加快電平的轉(zhuǎn)換速度。通過仿真可以對LVDS的驅(qū)動器進行修正，最終獲得各個MOS管的尺寸、電阻和電容等，提高電路的性能。

2LVDS接受設(shè)計

在設(shè)計中電路的核心部分是接受電路，電路圖如下，in1和in2為LVDS輸入信號，經(jīng)過運算和放大后，經(jīng)由反向器輸出。按照電流鏡的基本原理其中M3和M4的參數(shù)一致。此時Id3為主導(dǎo)，Id4隨其發(fā)生改變，且二者相等。如果in1和in2相同，此時Id1=Id2；Id3=Id4.從而Id4=Id1=Id2，Iout為零。如果輸入的差分信號為共模則電流為零。如果輸入信號中in1大于in2則PMOS將發(fā)揮作用，此時電流只能從out端流出，而Iout大于零。相反則出現(xiàn)Iout小于零的情況，輸入的LVDS信號直接會導(dǎo)致Iout的改變。按照差分放大器的各種性能要求，利用相關(guān)公式即可獲得相關(guān)技術(shù)參數(shù)，各個點位的電壓和電流，如圖2中所示。

篇（5）

2改進的并行擾碼與解擾電路

前面已經(jīng)提到，協(xié)議規(guī)定的擾碼與解擾模塊位于數(shù)據(jù)傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，在傳輸層數(shù)據(jù)成幀的過程中，發(fā)射器為了與接收器之間達(dá)到同步會在用戶數(shù)據(jù)前發(fā)送編碼數(shù)據(jù)同步序列和初始通道校準(zhǔn)序列，協(xié)議要求在這兩種序列發(fā)送的過程中是不能進行擾碼的，在此過程中擾碼器和解擾器處于非工作狀態(tài)。另一方面，在用戶數(shù)據(jù)到達(dá)后，擾碼器和解擾器要開始工作，如果此時擾碼器與解擾器中移位寄存器的初始狀態(tài)值不同，會導(dǎo)致接收端不能正確恢復(fù)用戶數(shù)據(jù)前兩個字節(jié)值［4］。為了避免前兩個字節(jié)值的丟失，在擾碼器與解擾器的移位寄存器同步之前，用戶數(shù)據(jù)前兩個字節(jié)可以在無擾碼操作的情況下傳輸，兩個字節(jié)之后，擾碼器與解擾器移位寄存器的狀態(tài)就會由用戶數(shù)據(jù)的前兩個字節(jié)所確定，這時能夠保證達(dá)到同步狀態(tài)?；谝陨峡紤]，提出一種帶使能信號的改進擾碼與解擾電路結(jié)構(gòu)［4］，如圖3所示。此時擾碼器和解擾器都加入了一個使能控制信號。當(dāng)en信號為低電平時，輸入不經(jīng)擾碼直接輸出;同理在接收端也不用解擾。兩個字節(jié)之后，擾碼器和解擾器移位寄存器中的狀態(tài)都是由輸入決定的確定值，此時可將en信號電平拉高，進行正常的擾碼與解擾操作。

3仿真結(jié)果

用MODELSIM軟件對設(shè)計的并行擾碼和解擾電路進行了功能仿真。把擾碼電路和解擾電路串聯(lián)起來進行了仿真，仿真結(jié)果如圖4和圖5所示。由仿真結(jié)果看出，無論是8位并行擾碼還是16位并行擾碼，前兩個字節(jié)都沒有被擾碼，當(dāng)然也沒有被解擾，此時擾碼器的輸出和解擾器的輸出是相同的。從第3個字節(jié)開始，擾碼器和解擾器就進行了正常的擾碼與解擾。這樣的輸出結(jié)果正是協(xié)議的規(guī)范和要求。而解擾器的輸出與擾碼器的輸入是完全相同的，從而證明了電路擾碼和解擾功能的正確性。用DesignCompiler軟件對設(shè)計進行綜合，得到電路在面積、動態(tài)功耗、弛豫時間等方面的結(jié)果，如表1所示。由以上綜合結(jié)果可以看出，該電路功耗很低，至少可以運行于較高頻率，滿足協(xié)議對加擾電路的速度要求。

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2研究型實踐教學(xué)模式的具體實施

2.1課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化

指導(dǎo)學(xué)生接觸各類資料，能夠提出問題，進而解決問題以掌握知識、應(yīng)用知識，完成對知識的一個探求過程；對實驗內(nèi)容進行適當(dāng)調(diào)整和完善，使課程體系更全面更科學(xué)，更能貼近行業(yè)發(fā)展，更能體現(xiàn)學(xué)生的主動性。

2.2采用課堂討論進行專題研討的教學(xué)方法

在研究型實踐教學(xué)模式中，師生互動有助于學(xué)生對基本概念、基本理論、基本方法的理解和掌握。根據(jù)課程需要，結(jié)合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，采用與行業(yè)內(nèi)吻合的實驗軟件，挑選合適的電路原型做仿真設(shè)計，并共同探討電路的優(yōu)化方案。

2.3專業(yè)資料查詢能力培養(yǎng)

為學(xué)生提供研究資料或指導(dǎo)學(xué)生進行資料查詢、整理，鼓勵學(xué)生從圖書館、書店、網(wǎng)絡(luò)等各種途徑查閱文獻資料，以充實自己的研究基礎(chǔ)。提醒學(xué)生要對已收集的資料進行批判性的研究，去偽存真，指導(dǎo)學(xué)生從這些資料中總結(jié)、分析、解釋與實踐研究課題相關(guān)的理論、知識經(jīng)驗以及前人的研究成果。

2.4指導(dǎo)學(xué)生撰寫專題論文（報告）

在研究型實踐教學(xué)過程中，指導(dǎo)學(xué)生通過論文、調(diào)查報告、工作研究、分析報告、可行性論證報告等形式記錄實踐研究成果。在撰寫論文時，要求學(xué)生要了解實踐課題研究報告的一般撰寫格式；要先擬訂論文的寫作提綱，組織好論文的結(jié)構(gòu)，做到綱舉目張；會用簡練、嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確的語言表達(dá)自己的思想，不追求文章的長短。指導(dǎo)學(xué)生開展專題電路討論，由學(xué)生根據(jù)自己感興趣的課題來查找文獻資料，進行研究，完成電路設(shè)計和仿真，最后完成專題論文的撰寫。

2.5鼓勵學(xué)生參與課題研究

為調(diào)動學(xué)生參與科研創(chuàng)新活動的積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生實踐創(chuàng)新能力，鼓勵學(xué)生參加老師的課題，鍛煉學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)“研究型”的思維模式。

3研究型實踐教學(xué)模式對教師和學(xué)生的要求

3.1研究型實踐教學(xué)模式對教師的要求

研究型實踐教學(xué)模式的實施對任課教師提出了新的要求：一是要熟練地掌握課程的基礎(chǔ)知識和內(nèi)在結(jié)構(gòu)，還要掌握與課程相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)知識和實踐的基本技能；二是要掌握學(xué)科最新信息，不斷更新知識，了解課程所涉及學(xué)科的最新動態(tài)和取得的最新研究成果；三是要熟練運用科學(xué)研究的方法和手段。這些都對教師提出了更高的要求。

篇（7）

基于聲音炮彈檢測電路主要硬件包括單片機及其電路和炮聲采集、識別電路兩部分。微處理器控制整個檢測系統(tǒng)，對前端電路采集到的炮聲進行處理，并利用軟件控制進行記錄和輸出顯示。根據(jù)系統(tǒng)需要，除了這兩個主要部分之外，還相應(yīng)的設(shè)計了一些輔助單元模塊，如電源模塊，數(shù)據(jù)顯示單元等。電源模塊主要用于給整個硬件電路提供穩(wěn)定的電壓，保證各部分的正常工作；數(shù)據(jù)顯示單元用來對單片機系統(tǒng)處理后的數(shù)據(jù)進行外部顯示，硬件框圖如圖1所示。該電路的具體工作過程為：首先進行聲音采集，將采集的聲音轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號再進行前置放大，然后將放大的信號通過比較器進行聲音識別，而識別后的聲音被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的高低電平，這樣就可以傳給單片機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理，最后將處理后的數(shù)據(jù)輸出顯示。

1.2電路設(shè)計

基于聲音炮彈檢測電路主要包括聲音采集放大電路、炮聲識別電路、單片機電路、電源電路、數(shù)據(jù)顯示等五個主要模塊。下面主要介紹聲音采集放大電路、炮聲識別電路、單片機電路。

1.2.1聲音采集放大電路

聲音采集放大電路是本設(shè)計硬件電路里面的重點。對于聲音采集，由于炮聲聲音大、頻率高的特點，本設(shè)計選用的是國產(chǎn)白點（靈敏度最低）駐極體話筒。它還具有體積小、頻率范圍寬和成本低等特點。聲音采集放大電路如圖2，駐極體話筒實時采集外部聲音，并將大小不同的聲音轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出，通過隔直通交電容C1作為前置放大電路的輸入。本設(shè)計中，前置放大選用的芯片為LM358。此芯片內(nèi)部具有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器。工作電源電壓范圍寬，單電源使用時為3～30V，也可用在雙電源工作模式下。它在實際生活中的應(yīng)用已經(jīng)很成熟，常出現(xiàn)在傳感放大器、直流增益模塊和其他用單電源供電的使用運算放大器的場合。該設(shè)計應(yīng)用LM358作運算放大器，放大倍數(shù)由電阻R4、R5決定，其中R5為滑動變阻器，故該電路放大輸出信號在一定范圍內(nèi)可調(diào)。

1.2.2炮聲識別電路

聲音信號經(jīng)放大后輸入到識別轉(zhuǎn)換電路中，該電路實質(zhì)是一個比較器。在電路工作時，放大后的信號輸入到比較器的反相輸入端，而同相輸入端設(shè)置為炮聲參考電壓。若輸入為炮聲信號，則通過比較器，輸出低電平；相反若為其它信號或無信號，則通過比較器，輸出持續(xù)高電平。這就實現(xiàn)了炮聲的識別，而比較器的輸出只有高低電平，從而也實現(xiàn)了信號的轉(zhuǎn)換，可以輸送到單片機系統(tǒng)進行處理。在比較器中，本設(shè)計選用了LM393芯片（圖3）。

1.2.3單片機系統(tǒng)單元

本設(shè)計所用的單片機系統(tǒng)主要包括單片機STC89C52，時鐘產(chǎn)生電路，復(fù)位電路。時鐘電路提生內(nèi)部時序的振蕩信號。除了上電復(fù)位外，有時還需要手動復(fù)位，通常是在RST端和正電源VCC間加一個按鍵，利用按鍵按下對RST端電平的影響來實現(xiàn)。

2軟件設(shè)計與實現(xiàn)

軟件設(shè)計采用C語言編寫，編譯器使用美國KeilC51開發(fā)。軟件包含主程序、中斷處理子程序、定時清零子程序、屏蔽干擾子程序和數(shù)據(jù)顯示子程序。通過仿真將整個軟件部分調(diào)試正常后，最后進行軟硬件聯(lián)調(diào)。將調(diào)好的程序通過下載器燒錄到單片機STC89C52中，配合整個硬件電路工作。無信號輸入時，數(shù)碼管顯示“P-00”，為正常開機顯示。當(dāng)模擬炮聲輸入時，檢測結(jié)果不夠準(zhǔn)確，顯示數(shù)據(jù)比實際炮聲個數(shù)多，經(jīng)過對程序的反復(fù)調(diào)試，最終顯示結(jié)果能夠達(dá)到一定準(zhǔn)確性。

篇（8）

2硬件電路設(shè)計

硬件電路設(shè)計分為水下和水上兩部分。水下和水上都是以STM32F103VE芯片為核心，通過各自電路以實現(xiàn)各自功能。STM32系列是專門為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用設(shè)計的ARMCortex內(nèi)核，本設(shè)計所用芯片主頻為72MHz,從閃存執(zhí)行代碼，功耗27mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品之一，相當(dāng)于0.375mA/MHz。

2.1水下電路設(shè)計

水下部分電路主要有主控電路、流速測量電路、姿態(tài)解算電路、鋰離子電池充放電及其保護電路、數(shù)據(jù)存儲及傳輸電路，壓力、溫度采集電路5部分組成。

2.1.1流速測量

流速是本設(shè)計最重要數(shù)據(jù)，因此本設(shè)計選用低功耗、高溫度穩(wěn)定性霍爾器件A1220作為機械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速測量傳感器。A1220內(nèi)部集成動態(tài)補償電路，低通濾波電路，施密特觸發(fā)器，電壓比較器等，我們可以看到霍爾器件輸出為規(guī)則方波，因此我們可直接由STM芯片采集這些方波信號就能達(dá)到我們的需求。

2.1.2姿態(tài)解算電路

本設(shè)計采用InvenSense公司的整合性6軸（3軸陀螺儀、3軸加速度計）運動處理組件MPU-6050和Honeywell公司的3軸數(shù)字羅盤HMC5883L來采集探測器角加速度W、線加速度A、磁場強度Η，用四元數(shù)的方法進行數(shù)據(jù)融合，計算探測器姿態(tài)角。

2.1.3電源電路

電源作為海流計運行的動力，其電路設(shè)計的優(yōu)劣不僅決定設(shè)備能否正常運行而且還決定了設(shè)備是否安全運行。本設(shè)計采用摩米士三星GalaxyNote3高容量鋰離子電池作為電源，采用LINEAR公司的可編程充電電流的單節(jié)鋰離子充電管理芯片LTC4054，自動檢測鋰離子電池電壓及充電電流變化使鋰離子電池充電過程自動在涓流充電、恒流充電、恒壓充電、充電終止這四個充電過程切換，避免了處理器的參與，減少處理器的負(fù)擔(dān)；采用TexasInstruments公司的單節(jié)鋰離子電池電量檢測和保護芯片BQ28Z560-R1，該芯片使用德州儀器ImpedanceTrackTM精確電量計算算法來報告電池狀態(tài)，同時提供續(xù)航時間（分鐘），充電所需時間（分鐘）、電池電壓和電池溫度等信息,此外該芯片還提供短路、過流充電和放電、過度充電和放電保護功能；采用LINEAR公司的寬輸入電壓同步降壓-升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，該芯片可由動態(tài)輸入電壓（1.8~5.5V）獲得穩(wěn)壓輸出，特別適合于鋰離子電池放電特點，改變了傳統(tǒng)先升壓再降壓的電路設(shè)計，降低了功耗。

2.1.4壓力、溫度采集電路設(shè)計

探測器所處的深度及該深度下的溫度同樣是海流計所需的數(shù)據(jù)，本設(shè)計采用MeasurementSpeclalties公司的工作深度0~3000m，高精度壓力傳感器89-03KA-4R，為了降低功耗每隔一段時間T單片機置位一次，BOOST管腳STM32采集Li_PRESSURE管腳上電壓，經(jīng)轉(zhuǎn)化得到深度H。溫度傳感器采用pt100經(jīng)24位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7714轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，STM32采集數(shù)字信號，再轉(zhuǎn)化為溫度數(shù)據(jù)。為了提高精度，本設(shè)計采用高性能穩(wěn)壓芯片壓力提供參考電壓，采用耦合電路避免處理器數(shù)字信號干擾。壓力采集電路如圖7所示。

2.2水上電路設(shè)計

水上電路主要有主控電路、無線數(shù)據(jù)傳輸電路、無線充電電路、顯示觸摸電路4部分組成。無線數(shù)據(jù)傳輸電路采用GFSK單片式收發(fā)芯片NRF24L01。水上和水下電路各連接一塊NRF24L01模塊，將水下探測器數(shù)據(jù)傳輸給水上接收電路。

3軟件設(shè)計

本設(shè)計軟件以Keil4為編譯平臺，采用模塊化編程思想，分別為水下探測部分和水上數(shù)據(jù)接收部分編寫了代碼，增加了代碼的可讀性，使設(shè)備易于升級維護。

3.1水下探測電路軟件設(shè)計

水下探測電路主要任務(wù)是采集機械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、探測器姿態(tài)、壓力、溫度等信息，并將數(shù)據(jù)增加時間戳后存儲到SD卡中，其程序圖如圖9所示。

3.2水上接收電路軟件設(shè)計

水上接收電路主要功能是接收水下探測器測量的數(shù)據(jù)，此外還有控制鋰離子電池充電，控制數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)置水下探測器采樣間隔，指示充電狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)的功能。

篇（9）

二、優(yōu)化課程教學(xué)方式方法

以多媒體教學(xué)為主，輔以必要的板書，力求給學(xué)生創(chuàng)造生動的課堂氛圍；以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和提升學(xué)生設(shè)計能力的目標(biāo)為導(dǎo)向[3]，重點探索啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式，激勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)；在教學(xué)講義的各章節(jié)中添加最新知識，期末開展前沿專題討論，幫助學(xué)生掌握學(xué)科前沿動態(tài)。傳統(tǒng)教學(xué)模式以板書為主，不能滿足集成電路設(shè)計課程信息量大的需求，借助多媒體手段可將大量前沿資訊和設(shè)計實例等信息展現(xiàn)給學(xué)生。由于集成電路設(shè)計理論基礎(chǔ)課程較為枯燥乏味，傳統(tǒng)的“老師講、學(xué)生聽”的教學(xué)模式容易激起學(xué)生的厭學(xué)情緒，課堂教學(xué)中應(yīng)注意結(jié)合生產(chǎn)和生活實際進行講解，多列舉一些生動的實例，充分調(diào)動學(xué)生的積極性。另外，關(guān)于集成電路設(shè)計的書籍雖然很多，但是在深度和廣度方面都較適合作為本科生教材的卻很少，即便有也是出版時間較為久遠(yuǎn)，跟不上集成電路行業(yè)的快速發(fā)展節(jié)奏，選擇一些較新的設(shè)計作為案例講解、鼓勵學(xué)生瀏覽一些行業(yè)資訊網(wǎng)站和論壇、開展前沿專題講座等可彌補教材和行業(yè)情況的脫節(jié)。

三、改革課程考核方式

改革課程考核、評價模式，一方面通過習(xí)題考核學(xué)生對基礎(chǔ)知識和基本理論的掌握情況；另一方面，通過項目實踐考核學(xué)生的基本技能，加大對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程考核，突出對學(xué)生分析問題和解決問題能力、動手能力的考察；再者，在項目實踐中鼓勵學(xué)生勇于打破常規(guī)，充分發(fā)揮自己的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。傳統(tǒng)“一張試卷”的考核方式太過死板、內(nèi)容局限，不能充分體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。集成電路設(shè)計牽涉到物理、數(shù)學(xué)、計算機、工程技術(shù)等多個學(xué)科的知識，要求學(xué)生既要有扎實的基礎(chǔ)知識和理論基礎(chǔ)，又要有很好的靈活性。因此，集成電路設(shè)計課程的考核應(yīng)該是理論考試和項目實踐考核相結(jié)合，另外，考核是評價學(xué)生學(xué)習(xí)情況的一種手段，也應(yīng)該是幫助學(xué)生總結(jié)和完善課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的一個途徑，課程考核不僅要看學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，也要看學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。

四、加強實踐教學(xué)

在理論課程講解到集成電路的最小單元電路時就要求學(xué)生首先進行模擬仿真實驗，然后隨著課程的推進進行設(shè)計性實驗，倡導(dǎo)自選性、協(xié)作性實驗。理論課程講授完后，在暑期學(xué)期集中進行綜合性、更深層次的設(shè)計性實驗。集成電路設(shè)計是一門實踐性很強的課程，必須通過大量的項目實踐夯實學(xué)生的基礎(chǔ)知識水平、鍛煉學(xué)生分析和解決問題的能力。另外，“設(shè)計”要求具備自主創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作能力，應(yīng)在實踐教學(xué)中鼓勵學(xué)生打破常規(guī)、靈活運用基礎(chǔ)知識、充分發(fā)揮自身特點并和團隊成員形成優(yōu)勢互補，鍛煉和提升創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力。

篇（10）

固態(tài)電源的基本任務(wù)是安全、可靠地為負(fù)載提供所需的電能。對電子設(shè)備而言，電源是其核心部件。負(fù)載除要求電源能供應(yīng)高質(zhì)量的輸出電壓外，還對供電系統(tǒng)的可靠性等提出更高的要求。

IGBT是一種目前被廣泛使用的具有自關(guān)斷能力的器件開關(guān)頻率高廣泛應(yīng)用于各類固態(tài)電源中。但如果控制不當(dāng)，它很容易損壞。一般認(rèn)為IGBT損壞的主要原因有兩種：一是IGBT退出飽和區(qū)而進入了放大區(qū)使得開關(guān)損耗增大；二是IGBT發(fā)生短路，產(chǎn)生很大的瞬態(tài)電流，從而使IGBT損壞。IGBT的保護通常采用快速自保護的辦法即當(dāng)故障發(fā)生時，關(guān)斷IGBT驅(qū)動電路，在驅(qū)動電路中實現(xiàn)退飽和保護；或者當(dāng)發(fā)生短路時，快速地關(guān)斷IGBT。根據(jù)監(jiān)測對象的不同IGBT的短路保護可分為Uge監(jiān)測法或Uce監(jiān)測法二者原理基本相似都是利用集電極電流IC升高時Uge或Uce也會升高這一現(xiàn)象。當(dāng)Uge或Uce超過Ugesat或Ucesat時，就自動關(guān)斷IGBT的驅(qū)動電路。由于Uge在發(fā)生故障時基本不變，而Uce的變化較大并且當(dāng)退飽和發(fā)生時Uge變化也小難以掌握因而在實踐中一般采用Uce監(jiān)測技術(shù)來對IGBT進行保護。本文研究的IGBT保護電路，是通過對IGBT導(dǎo)通時的管壓降Uce進行監(jiān)測來實現(xiàn)對IGBT的保護。

采用本文介紹的IGBT短路保護電路可以實現(xiàn)快速保護，同時又可以節(jié)省檢測短路電流所需的霍爾電流傳感器，降低整個系統(tǒng)的成本。實踐證明，該電路有比較大的實用價值，尤其是在低直流母線電壓的應(yīng)用場合，該電路有廣闊的應(yīng)用前景。該電路已經(jīng)成功地應(yīng)用在某型高頻逆變器中。

1短路保護的工作原理

圖1(a)所示為工作在PWM整流狀態(tài)的H型橋式PWM變換電路（此圖為正弦波正半波輸入下的等效電路，上半橋的兩只IGBT未畫出），圖1(b)為下半橋兩只大功率器件的驅(qū)動信號和相關(guān)的器件波形?，F(xiàn)以正半波工作過程為例進行分析（對于三相PWM電路，在整流、逆變工作狀態(tài)或單相DC／DC工作狀態(tài)下，PWM電路的分析過程及結(jié)論基本類似）。

在圖1所示的電路中，在市電電源Us的正半周期，將Ug2.4所示的高頻驅(qū)動信號加在下半橋兩只IGBT的柵極上，得到管壓降波形UT2D。其工作過程分析如下：在t1～t2時刻，受驅(qū)動信號的作用,T2、T4導(dǎo)通（實際上是T2導(dǎo)通,D4處于續(xù)流狀態(tài)），在Us的作用下通過電感LS的電流增加，在T2管上形成如圖1（b）中UT2D所示的按指數(shù)規(guī)律上升的管壓降波形，該管壓降是通態(tài)電流在IGBT導(dǎo)通時的體電阻上產(chǎn)生的壓降；在t2～t3時刻，T2、T4關(guān)斷，由于電感LS中有儲能，因此在電感LS的作用下，二極管D2、D4續(xù)流，形成圖1（b）中UT2.D的陰影部分所示的管壓降波形，以此類推。分析表明，為了能夠檢測到IGBT導(dǎo)通時的管壓降的值，應(yīng)該將在t1～t2時刻IGBT導(dǎo)通時的管壓降保留，而將在t2～t3時刻檢測到的IGBT的管壓降的值剔除，即將圖1（b）中UT2.D的陰影部分所示的管壓降波形剔除。由于IGBT的開關(guān)頻率比較高，而且存在較大的開關(guān)噪聲，因此在設(shè)計采樣電路時應(yīng)給予足夠的考慮。

圖2IGBT短路保護電路原理圖

根據(jù)以上的分析可知，在正常情況下，IGBT導(dǎo)通時的管壓降Uce(sat)的值都比較低，通常都小于器件手冊給出的數(shù)據(jù)Uce(sat)的額定值。但是，如果H型橋式變換電路發(fā)生故障（如同一側(cè)橋臂上的上下兩只IGBT同時導(dǎo)通的“直通”現(xiàn)象），則這時在下管IGBT的C～E極兩端將會產(chǎn)生比正常值大很多的管電壓。若能將此故障時的管壓降值快速地檢測出來，就可以作為對IGBT進行保護的依據(jù)，從而對IGBT實施有效的保護。

2短路保護電路的設(shè)計

由對圖1所示電路的分析，可以得到IGBT短路保護電路的原理電路圖，如圖2所示。在圖2所示電路中IC4及其器件構(gòu)成選通邏輯電路，由IC5及其器件構(gòu)成濾波及放大電路，IC2及其器件構(gòu)成門限比較電路，IC1及其器件構(gòu)成保持電路。正常情況下，D1、D2、D3的陰極所連接的IC2D、IC2C及CD4011的輸出均為高電平，IC1的輸出狀態(tài)不會改變。假設(shè)由于某種原因，在給T2發(fā)驅(qū)動信號的時候，H型橋式PWM變換電路的左半橋下管T2的管壓降異常升高（設(shè)電平值為“高”），即T2－d端電壓異常升高，則該高電平UT2－d通過R2加在D8的陰極；同時，發(fā)給T2的高電平驅(qū)動信號也加在二極管D5的陰極。對IC2C來說，其反相輸入端為高電平，若該電平值大于同相輸入端的門檻電平值的話，則IC2C輸出為“低”。該“低”電平通過D2加在R－S觸發(fā)器IC1的R輸入端，使其輸出端Q的輸出電平翻轉(zhuǎn)，向控制系統(tǒng)發(fā)出IGBT故障報警信號。如果是由于右半橋下管T4的管壓降異常升高而引起IC2D輸出為“低”，則該“低”電平通過D1加在R－S觸發(fā)器IC1的R輸入端，使其輸出端Q的輸出電平翻轉(zhuǎn)，向控制系統(tǒng)發(fā)出IGBT故障報警信號。由IC5A和IC5C及其器件構(gòu)成的濾波及放大電路將選通電路送來的描述IGBT管壓降的電壓信號進行預(yù)處理后，送給由IC5B構(gòu)成的加法器進行運算處理。若加法器的輸出電平大于由R22和R32確定的門檻電平，則會使R－S觸發(fā)器IC1的R端的第三個輸入端為“低”，也向控制系統(tǒng)發(fā)出IGBT故障報警信號。改變由R22和R32確定的門檻電平，就可以靈活地改變這第三路報警信號所代表的物理意義，從而靈活地設(shè)計保護電路。圖2中的端子T4－d、T2－d，分別接在T4、T2的集電極上，T4－G、T2－G分別接IGBT器件T4、T2的驅(qū)動信號。在電路設(shè)計時應(yīng)該特別注意的是，D8、D5、D9、D4必須采用快速恢復(fù)二極管。

3仿真及實驗結(jié)果