电路设计思想精选(九篇)

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第1篇：电路设计思想范文

【关键词】电气控制系统;自动化;设计思想;设计思路

一、电气控制系统的规范化设计和系统功能设计

1、电气系统设计过程中可以利用最流行的工业标准软件，主要包括Unix操作系统、X窗口人机接口、TCP/IP网络通讯规约等。通过对此类软件进行规范化设计，可以促使电气控制系统实现自动化管理，更好地满足开放系统发展的需要。开放系统设计过程中通常需要对可携性软件进行综合分析，从而能够满足硬件技术和软件技术的具体要求。保证整个电气控制系统具有很高的兼容性。

2、系统功能设计。电气系统在自动化控制设计过程中，需要根据电气控制和单机组的运行特点进行综合分析，从而能够把发动机和变压器组的电气系统控制在一个合理的范围内，最终能巩固纳入ECS监控范围内。发动机和变压器组出口需要220kV/500kV断路器，从而能够对隔离开关进行有效性控制，最终能够对软件进行科学化操作。通过厂高变保护、发变组保护、励磁变压器保护控制达到自动控制的根本目标。

二、电气控制系统自动化的设计思想

完整电气自动系统需要综合考虑其系统功能，对各种控制单元进行保护，建立完整的紧急

手动操作系统，拥有完善跳、合闸手段，能够对电气系统进行监视、控制、报警、测量，此类工作可以通过完整的系统设计利用计算机监控系统完成。

从分布式角度看，电气控制系统设计过程中需要按照模块化的思想，按照分布式开放结构设计策略，各个控制保护功能能够均匀分布在开关柜上，并且能够尽量完成开关的控制保护功能，同时有效控制保护单元。电气系统设计过程中需要把所有的保护、控制、测量、报警等信号均匀的分布在单元模块内，从而能够按照数据信号通信的要求进行工作，通过光纤总线进行主要控制，提高系统监控性能，为自动化控制奠定重要的基础。电气系统自动化设计过程中需要建立完善的报警系统，同时保证各个单元模块之间相互不影响，协调工作。

从集中式自动控制设计角度看，需要建立集中立柜结构，各个控制模块都要集中在专用柜中，对系统进行集中控制和保护，最终能够完成保护、测量、控制、报警等信号采集功能，保证电气系统能够在保护柜内进行数据处理。电气控制系统自动化设计过程中通过主控总线监控，最终能够把信号传输到监控计算机，从而能够保证传输信号的集中控制。电气控制系统自动化设计过程中能够体现简单可靠的基本原理，采用多功能继电器代替传统继电器，可以简化二次接线。电气系统分布式设计过程中需要在主控室和开关柜之间接线，从而能够按照集中式接线设计，对开关柜与主控制之间综合控制，达到协调通信的最终目标。通过自动控制系统可以把开关柜内接线系统进行有效控制，从而能够达到设计简单化的根本目标。

电气控制系统设计过程中需要突出可扩展性的特点，电气控制系统设计过程中用户数量会越来越多，因此系统规划过程中主要考虑系统的扩展性特点，对系统进行综合性设计，保证电气系统控制更加有效，从而能够满足功能扩充的总体需要。兼容性问题一直是电气控制系统面临的一个重要问题，通过对其兼容性进行分析，可以保证用户的规模和功能的扩展，通过对串行通信接口进行标准化设计，从而能够设计出合理的I/O接口，按照用户自己的需要灵活配置，保证系统软件能够更科学合理地运行。

三.电气控制系统自动化的设计思路

1、电气控制系统自动化设计现场总线监控设计。现场总线、以太网等计算机网络技术已经运用到电气控制系统，对电气系统自动化水平提高产生了重要的作用。电气总线监控系统在系统设计过程中更具有针对性，因此在不同的间隔时间范围内可以采取不同的功能，所以系统设计过程中可以按照时间间隔模式进行综合设计。此种方式除了具有远程监控的功能外，还可以对系统进行设备隔离，提高系统整体自动化程度，对电气系统整体技术提升具有十分重要的意义。电气设备设计过程中需要对I/O卡件、端子柜、隔离设备、模拟量变送器等进行分析，智能设备设计过程中需要按照就地安装的基本原则，通过监控系统进行综合通信连接，从而能够节省大量的控制时间，整个系统设计过程中节约了很多投资，同时系统的整体维护量也下降了，从而节约了系统的成本。电气监控自动化系统设计过程中需要保证各个监控设备功能相对独立，设备之间通过网络相互连接，达到网络组态灵活的特点，整个系统的可靠性有了很大的提高，系统设计过程中如果某一个装置故障会影响系统的元件，但不会使整个系统瘫痪，因此现场总线监控方式已经成为电气监控系统未来发展的方向。电气控制系统自动化处理过程中可以按照集成方式不同选择不同的平台，实现不同的集成模式。随着网络技术、计算机技术、控制技术和显示技术的发展，电气设备控制系统可以通过计算机网络进行互联，达到自动化控制的根本目标。

2、集中监控方式设计。电气控制系统自动化设计过程中需要突出监控功能的实现，从而能够更好地完成系统的运行维护功能。集中式监控系统设计构成中可以把各个系统功能集中到一个处理器中进行处理，因此处理器的任务比较繁重，但是处理速度也会在这样的环境下受到一定程度的影响。但是电气设备需要进行全面的监控，从而能够更好地控制监控对象，监控对象增加的时候系统主机的冗余会下降，因此电缆的数量也会增加，整个项目投资会增加，如果是长距离电缆设计，会产生信号干扰方面的问题，对系统的可靠性产生一定的影响。断路器的联锁和隔离刀闸的操作闭锁主要是通过硬接线，在此情况下辅助接点会出现不到位的问题，造成设备无法进行全面操作。如果采取二次接线的方式，增加系统的复杂性，那么系统查线不方便，从而能够增加系统的维护量，对整个系统自动化控制会产生一定的影响。电气系统自动化设计过程中查线和传动过程中会因为接线复杂造成错误操作，因此系统设计过程中需要综合考虑多方面的因素，提高系统自动化程度。

3、电气控制系统自动化设计远程监控模式。电气控制系统自动化设计过程中需要采取远程控制的方法，能够节约大量电缆、节约大量安装费用、提高可靠性、增加材料利用率，整个系统变得更加灵活，对电气系统自动化控制会产生积极的作用。目前电气系统采取的多种现场总线通讯速度都不是很高，因此需要程监控模式提高系统的访问速度，电厂电气部分通讯量相对比较大，因此此种方式更加适合于中小系统监控，能够保证整个系统实现自动化控制。

四、结束语

电气控制系统自动化设计过程中需要根据网络技术发展状况，按照电气系统设计的基本原则开展有效的工作，提高系统的综合管理水平，为电气系统完成相应功能奠定重要基础，能够更好地提高电气系统的自动化水平，促使电气系统功能更加完善。

参考文献：

[1]卢秀浩.试论电气自动化控制设备可靠性的测试[J].才智，2011（13）.

第2篇：电路设计思想范文

关键词：CATIA 竖向设计 优化

一、CATIA软件介绍

CATIA是法国Dassault System公司旗下的CAD/CAE/CAM一体化软件，主要应用于航空航天、汽车工业、造船工业、厂房设计等方面。目前，CATIA在竖向设计中可进行空间距离的测量、土石方的计算和工程量的计算等工作。由于CATIA在水电移民安置点规划设计中的应用起步较晚，仍有许多问题需要克服。

传统三维设计软件的功能主要体现在展示已完成竖向设计的安置点进行空间布局，而不能利用实际测绘的地形地貌图与设计的场地竖向进行计算。CATIA不仅具有传统软件的功能，而且能通过调整场地的设计高程，计算出调整后的挖填数据和三维模型，从而通过挖填数据的比较得出最优竖向设计方案[1]。

三、优化设计思路

传统三维设计软件设计方法是一种正向的过程，从特定的地形和特定的竖向设计出发，得出挖填等工程量。即将测绘地形图转换成地形面，再生成地形体，然后用设计场地面与地形体做切割和填补运算，从而得出挖填量[2]。

本文阐述的优化设计是一种逆向的过程，即根据特定的地形和规划平面布局，以及一系列优化原则，得到最佳的竖向设计。

1、优化目标

得到挖填与投资均合理的竖向设计方案。

2、优化基础

原地形和规划平面布局。

3、建模原则

为了利用catia中参数化设计的优势，建模前首先应分析自由变量和约束变量。自由变量是指在一定范围内可以自由变化，不受其他因素约束限制的变量，即为需要优化的参数。约束变量是指根据自由变量，由catia一系列绘图规则可以确定的其他变量，该变量虽然也具有一定不确定性，但可以定义绘图运算规则，使其成为自由变量的函数。根据优化的目标，在建模过程中需要把有关竖向设计的关键节点高程作为自由变量，然后通过绘图运算规则建模，使整个场地竖向在与实际大致相近的情况下成为自由变量的函数[3]。

具体建模有不分台地和分台地的两种情况。不分台地情况下，建模主要以道路变坡点为控制节点，场地高程根据道路高程来约束（一般比道路高15～30cm），这样整个场地的竖向可以表达为几个变坡点高程的函数。分台地时，因设了挡墙而参数增多。首先考虑道路变坡点，然后与道路相邻的场地通过道路来控制。与道路无关的台地，因挡墙高度不能确定，其高程也是需要优化的一个参数，因而将其作为一个独立的自由变量（每个台地考虑为一个斜面，有两个自由变量），此时，整个场地竖向就可以表达为道路变坡点高程和台地高程的函数。

4、评价体系

评价体系要解决的问题是从数学上判定怎样的场地竖向为最优。这里主要考虑三个因素：挖填方、台地间挡墙和场地边界边坡。

4.1挖填方

挖填方是反应竖向设计较为重要的一个因素，一般来说，挖填越少，挖填越平衡，场地竖向设计越经济合理。因此，在评价场地竖向时，挖填方为一个必要的控制指标。

在catia中，挖填方可由场地竖向和地形体相切，直接运算而来，记挖方为V1，填为V2。

4.2台地间挡墙

当场地竖向为分台的情况时，台地之间为了节约用地，一般是通过挡墙来衔接的。挡墙为场平投资中比重比较大的一部分，因为评价竖向时考虑挡墙是非常必要的。

根据建模设定，各台地的高程要么为自由变量，要么与道路变坡点直接关联，可直接得出相邻台地直接的高差，记为h1,h2等。然后从平面布局上可以读出相邻台地的衔接长度（即为挡墙长度），记为L1,L2等。令L为挡墙总长度（即L=L1+L2+…），h=（L1*h1+ L2*h2+…）/L，则h表示场地挡墙的平均高度。

4.3.场地边界边坡

场地不仅要内部合理，其边界处与原地面的衔接也是反映竖向设计合理性的一个重要因素，若为了节约挖填，形成高边坡则得不偿失，因此将场地边界边坡纳入场地竖向评价体系。

在catia中，从场地边界作一个竖直面与地形面相交，可直接测量侧面的面积S，用S来除以场地边界总长度C得到场地边坡平均高度,记为H。

以上三种评价指标，各因素互相关联，相互制约，共同反应着场地竖向的优劣，上面仅从定性的角度对其进行了分析，然而要解决优化问题，必须对其进行量化。

考虑到场地竖向合理不合理，最终最重要的反应在于经济上的合理性（当然还有环境影响等合理性，因为仅从竖向上优化，差别不大，在此忽略），因此以上三种指标的评价权重参照其对场平投资的权重来确定。

W=n1*V1+ n2*V1+n3*n4*L+n5*C

其中，n1为单位挖方的造价；n2为单位填方的造价；n3为单位体积挡墙的造价（分挡墙材料为浆砌块石和混凝土两种情况）；n4为根据地质条件，高度为h的挡墙的典型截面积（此值可估计）；n5为高度为H的边坡单位长度的平均造价（此值可估计）。

以上对各个指标进行了权重的分配，整合为最终的参数W，虽然相比实际的投资计算有一定简化，但对于工程精度要求来说是可以满足要求的。这样我们就得到一个最终的优化目标W，W越小，竖向越优，优化目标转化为寻找最小W的情况下的竖向。

5、算法

以上通过建模设定了优化参数，通过分析得出了优化目标的数学问题。现通过算法实现根据优化参数和优化目标得到的最优竖向。

5.1 传统枚举法

通过列举所有参数的组合情况，比较判定得出最优竖向。此算法适用于参数比较少的情况。程序计算步骤如下：首先明确要优化的参数（即为各控制点高程），设定其步长和上下限（步长越小，优化越精确，但计算时间越长），给定各参数的初始值计算出当前的W1值，然后变化参数，计算W2值，若W2

此种方法思路简单，计算结果可靠，但若参数增多，组合情况呈几何递增，计算耗时将大大增加。

5.2 遗传算法

遗传算法基本机理是对生物进化论的数学模拟，通过“定向选择”，使参数朝着“最优”的方向不断“进化”，最终得到近似最优解。其优势在于由于计算机理的不同，可以大大节约计算时长，适用于优化多参数情况，但其算法具有一定得随即性，只能得到近似最优解。由于场地竖向设计对精度的要求不是很高，因而遗传算法的应用是非常可行的。

四、结 语

本文从CATIA软件本身的功能特点出发，根据其在参数化设计方面的优势，探索将其应用于移民安置点竖向设计的优化思路。

本文在传统设计方法的基础上，通过定义自由变量和特定的绘图规则，使整个场地的竖向成为自由变量的函数，这是进行优化的前提；在此基础上，通过考虑挖填方、台地间挡墙以及场地边界边坡三大因素建立了竖向设计的评价体系，明确了优化的方向；最后通过对算法的分析，认为传统枚举法和遗传算法各具优势，明确了优化手段，为优化程序的二次开发打好了基础。

参考文献

[1] 房颖，CATIA软件在水利水电工程中的应用[J]。吉林水利，2009，1009－2846。

第3篇：电路设计思想范文

【关键词】盘电公司；脱硝改造；职业病危害因素；职业健康安全设施

0 前言

职业安全卫生措施关系到劳动者身体健康和生命安全，是保持和促进生产发展的重要保障，因此，本着贯彻执行“安全第一、预防为主”的方针，确保本项目投产后符合劳动安全与职业卫生的要求，能够保障劳动者的安全与健康，促进生产发展。

1 盘电公司概况

盘电公司厂址位于天津市蓟县别山镇西，厂址东侧为大唐盘山发电有限责任公司，西侧为翠南庄村，北侧为厂区铁路及农田，南侧为空地。盘电公司现有两台530MW俄制超临界机组，分别于1995年底和1996年初投产。根据国家环境保护部公布的《火电厂大气污染物排放标准》要求， NOx排放从2014年7月1日起需达到100mg/Nm3。当前1、2号锅炉NOx排放浓度约600mg/Nm3，为达到火电厂大气污染物排放标准，盘电公司采取措施进行氮氧化物减排治理。

本项目脱硝工艺采用选择性催化还原烟气脱硝技术（SCR）对锅炉的烟气进行治理。将SCR系统反应器布置在锅炉两侧省煤器烟道外侧。SCR系统按入口NOx浓度350mg/Nm3设计，80%脱硝效率，最终排放浓度低于100mg/ Nm3。主要设备包括液氨储罐、蒸发器、缓冲罐、烟风道、脱硝反应器等设备。氨区部分（公用）布置于厂区全年最小频率风向的上风侧，除增设氨区外，不新增建其他生产建筑。办公设施、卫生辅助用室及其它附属生产设施等均依托现有。在整个生产过程中，按功能分区，做到有害作业与无害作业分开。

2 主要职业病危害因素识别及危害程度预测

2.1 职业病危害因素识别

依据《职业病危害因素分类目录》对危害因素进行辨识。存在职业病危害因素的生产工序包括：脱硝反应器巡检位、氨储罐区、氨气化装置区及各种泵类布置的区域。脱硝反应器区域巡检人员在巡视过程中可能接触到氨、噪声、高温。氨储罐区、氨气化装置区巡检人员在巡视过程中可能接触到氨、噪声。各种泵类布置的区域巡检人员在巡视过程中可能接触到噪声。

2.2 职业病危害因素对人体健康的影响

2.2.1 氨：无色，具有强烈刺激性臭味的气体。极易溶于水而形成氨水，呈强碱性。与空气混合时，能形成爆炸性气体。低浓度氨对粘膜有刺激作用。高浓度氨可引起组织溶解性坏死、皮肤及上呼吸道化学性炎症及烧伤、肺出血、肺水肿及出血，造成呼吸功能障碍，出现低氧血症，乃至成人呼吸窘迫综合征，从而导致死亡。

2.2.2 噪声：噪声对神经系统的影响可表现为头痛、头晕、耳鸣、心悸、睡眠障碍和全身乏力等神经衰弱综合征；对心血管系统的影响可表现为血压和心率的改变，如血压升高、心率增快或减慢等；对消化系统的影响表现为胃肠功能紊乱，如食欲下降、恶心、消瘦等。噪声作业可能引起的职业危害是职业性噪声聋。

2.2.3 高温

高温作业时，人体可出现一系列生理功能改变。主要为体温调节、水盐代谢、循环、消化、神经、泌尿等系统的适应性变化。这些变化如超过一定限度，则可能引起的职业危害是职业性中暑。

2.3 职业病危害因素危害程度分析

2.3.1 氨危害程度分析

硝区：整个脱硝反应过程是在SCR反应器内部完成的，且与之相连的各类烟道、管道均为密闭状态，锅炉烟气在烟道中穿过，烟道呈微负压状态，因此在正常情况下，锅炉烟气中的有害物质以及输送管道内的氨是不会泄漏出来的。只有在管道有大面积孔洞而发生泄漏，管道内压力升高，有毒物质才会大量逸散至作业场所中，导致局部环境中有毒物质的浓度升高，从而对巡检作业人员造成危害。

氨区：采用可编程控制器实现控制功能，氨区只设置巡检作业人员。液氨储存及供应系统周边设有氨气检测器，以检测氨气的泄漏，并显示空气中氨的浓度。在正常情况下输送管道内的氨不会泄漏出来，只有在输送管道发生大面积的跑冒滴漏情况下，氨才会逸散至才会大量逸散至作业场所中，导致局部环境中有毒物质的浓度升高，从而对巡检作业人员造成危害。

2.3.2 高温危害程度分析

锅炉烟气温度310～420℃，即使对相关设备采取了保温隔热措施，但仍会向周围环境散热，因此工作环境温度仍很高。由于该项目自动化程度高，工人巡检时间短，正常生产时对工人健康不良影响较小。

2.3.3 噪音危害程度分析

该项目运行过程中附近产生噪声的设备较多，各种风机、空压机以及各种输送泵等在生产过程中会产生较高的噪声。脱硝系统操作控制设在集中控制室，采用集中控制方式。辅助车间采用相对集中的监控方式，工人以现场巡视检查和控制室仪表监控操作相结合的工作方式为主，定期对系统设备运行情况进行巡视检查，缩短了接触噪声的时间，减轻了噪声对工人的职业病危害。

3 职业病危害防护设施设计

3.1 氨危害的防护设施设计

3.1.1 在氨卸载区、储罐区、氨蒸发器区等氨易泄漏的地方设置氨泄漏检测仪，联锁控制喷淋系统，当氨气泄漏检测器监测到氨区大气中氨含量超过20ppm时，启动报警装置。氨含量超过25ppm时可自动启动固定式水喷雾灭火系统，喷水吸收外泄的氨气。

3.1.2 储罐区围堰外1台洗眼器设施。能够保证事故发生时，工人得到及时有效的处理。

3.1.3 在氨区氮气室设置事故柜1个、急救箱1个等设施，配备4套防护服、呼吸器以及便携式氨泄漏监测仪、解毒药水等。

3.2 噪声危害防护设施设计

3.2.1 本项目新增生产设备均选用性能好、低噪声的产品和设备，设备安装时进行减震降噪处理，从源头上减少噪声影响；

3.2.2 调节阀、减压阀等采用低噪声或带节流消声的阀门；

3.2.3 采用以个体防护为主的综合性防护措施，应严格执行噪声的个体防护规定，配备耳塞、耳罩，降低噪声危害。

4 应急救援措施设计

4.1 为防止氨气中毒，脱硝系统生产过程采用自动化和集中控制，从设备布局、装置等方面采取一系列措施，使氨气对人员的危害降到最低程度。

4.1.1 液氨罐四周设计有围堰。

4.1.2 液氨罐区四周设置氨专用声光报警器，在氨罐超温、超压，氨泄漏超标情况下，声光报警器就会动作。

4.1.3 液氨罐旁设置消防炮，顶部设置水喷淋系统，当有液氨泄漏时，可使用大量的水来稀释泄漏的液氨。

4.1.4 液氨从装卸、储存、工艺输送等流程，均采用管道化、自动化、密闭化，降低人员接触氨的机会。

4.1.5 在氨区围墙西北角及东南角高处各设置一风向标，一旦发生泄漏，员工能有目的的选择逃离路线。

4.1.6 培训工作人员掌握氨泄漏、中毒后的自救呼救措施，制定相应的事故应急预案，并经常演练，保证各种防护设施、紧急设施性能完好。

4.1.7 开展职业卫生知识宣传教育，提高职工的职业卫生意识和自我保护防范措施。

4.1.8 根据实际情况调整应急救援措施，定期演练。

4.2 个人使用的职业病防护用品设计

为检修及巡检人员配备符合防治职业病要求的个人使用的防护用品包括耳塞、防护服和全面型防毒面具。在集控室配备紧急情况下使用的防护用品包括：过滤式防毒面具4套、防化学品手套4付、化学品防护服4套、正压式呼吸器4套。

4.3 警示标识的设计

按照《工作场所职业病危害警示标识》的规定，在氨区设置的标识包括“当心中毒”警告标识，“戴防毒面具”、“穿化学品防护服”、“注意通风”指令标识，“紧急出口”、“救援电话”提示标识，“禁止入内”禁止标识，并悬挂“氨职业病危害告知卡”以及“重大危险源告知卡”和“液氨泄漏紧急应变预案”。

5 预期效果评价

综上所述，本建设项目的职业健康安全设施主要包括建设项目总平面布置，设备布局、职业病防护设施，应急救援设施，个人使用的职业病防护用品等。如项目在今后的建设过程中将职业健康防护设施设计分解落实，施工、竣工验收过程严格遵守国家相关法律、法规、标准、规范，生产运行中强化管理，本建设项目的职业病危险因素对作业场所和劳动者健康的影响风险是可以接受的，符合国家职业健康相关标准和卫生要求。

【参考文献】

[1]职业病分类和目录[Z].国卫疾控发〔2013〕48号.

[2]中华人民共和国职业病防治法[Z].中华人民共和国主席令〔2011〕52号.

[3]作业场所职业健康监督管理暂行规定[Z].国家安监总局令第23号.

第4篇：电路设计思想范文

【关键词】竞赛；集成电路；教学改革

Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit

GENG Shu-qin HOU Li-gang WANG Jin-hui PENG Xiao-hong

VLSI & System laboratory Beijing University of Technology Beijing，China 100124

Abstract：Teaching 21stIntegrated circuit student is history task for teachers.Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit is presented such as correct idea，right organize procedure，a steady preparation，corporation between university and company，teaching methods.The result of practice is that competition on Integrated circuit can push the procedure of cultivating of student，can push Quality Education，can advance the ability of theory and practice，can improve the ability of resolve problem，can cultivate the spirit of creativity，can enhance the ability of Team Corporation.It leads the point of teaching methods reformation.The student ability of plot and circuit design is increased.

Keywords：competition；Integrated circuit；teaching reformation

集成电路在社会发展中扮演着非同寻常的角色，几乎渗透到了各行各业。随着全球经济一体化的发展，集成电路的制造与开发中心正逐步向我国转移。我们肩负重大的历史使命，是要把我国建设成为集成电路的生产大国进而成为集成电路强国[1]。因此培养二十一世纪集成电路设计人才是我们教师面临的历史任务。北京华大九天软件有限公司致力于开发自主产权的EDA软件，提供高端的SoC解决方案和一站式设计生产服务，为培养集成电路设计人才提供了很好的软件平台。北京市2011首届“华大九天杯”大学生集成电路大赛以充分调动各方面的参与积极性。对学生来说，竞赛为他们提供了一个开阔眼界、互相学习和交流的好机会，这是任何课堂教学都无法替代的；对指导老师来说，竞赛可以促进他们转变陈旧的教学理念，改进落后的课程体系，积极寻求新的教学模式，真正做到教学目标、教学内容和教学方法与时俱进，切实达到面向应用、面向市场、面向社会并最终为社会提供优秀专业人才的最高教学目标[2]。实践表明，开展大学生集成电路设计竞赛，对于推进我国集成电路人才培养、推进素质教育、理论实践结合能力、解决问题的能力、培养学生创新精神、团队协作能力和培养学生的集体荣誉感等方面具有重要意义，同时也对高校的集成电路设计课程和实践教学改革起了一定的引导作用，极大的强化了学生绘制版图和电路设计能力。本人有幸带领学生参加了此次比赛，获得了一些启示。

1.立足现实，拓宽应用

本次大赛的活动宗旨是丰富微电子学专业学生的专业知识，培养学生理论联系实际、独立思考和操作能力，巩固和加深所学专业知识基础，推动京津地区高校微电子学专业的交流和发展，并对国产正版EDA软件的普及和应用起到积极推动作用。

2011年北京大学生集成电路设计大赛分成大学本科和研究生两个级别（本科生组33个组；研究生33个组），每组3人，进行笔试和上机操作。比赛相关规则：笔试阶段，采用闭卷形式，由各参赛队员独立完成，最终成绩计入小组总分；上机操作，以小组形式参加。

2.正确的指导思想

电子学会组织的此次大学生集成电路大赛立足高，紧密结合教学实际，着重基础、注重培养实践能力的原则为大赛成功举行树立了正确的指导思想。

“华大九天杯”集成电路大赛凝聚了各级领导、专家、学者和我校学科部领导、老师及每个参赛队员的心血与汗水。在比赛的前后，我们的指导思想是：参赛获奖不是最终目的，深人持久地开展教育教学改革，充分调动学生学习积极性，吸引更多的学生参加各类竞赛和科技活动，培养更多的优秀专业人才，才是我们的努力方向。集成电路大赛引来了众多企业，他们对参赛学生的青睐，对于与学校合作的重视，也正是我们学校所渴求的。在参赛中与同行各企业充分交流，学校与企业的紧密结合，才能更清楚市场对优秀毕业生的要求，进而能明确培养目标，并在平时的课程教学中加以渗透，在教学中不断改进；在参赛中与其他兄弟院校充分分享经验，不断学习别人的长处，分析参赛中暴露的共性问题，在教育教学中不断改进；在参赛中提高教师的指导水平和改进教育教学方法；在参赛中提高学生的综合素质，培养大批适应现代化建设需要的基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、具有创新精神和实践能力的高级应用型人才，才是我们参加北京大学生集成电路设计竞赛的最终目的。

3.准备认真，重在过程

承办方北方工业大学周密的准备工作和热情的服务为大赛成功举行创造了良好的外部环境。北方工业大学和华大九天公司组织的集训为成功参赛奠定了扎实的基础。

在学科部领导和各位老师的努力下，在实验室老师的大力协助下，在华大九天公司培训人员的大力支持下，我们组织了两个阶段的集中培训，并在培训的基础上进行了有针对性的辅导练习，并在参赛前举行了预赛。这些环节对学生和老师起到了很好的引导和督促作用，保证了良好的训练环境，营造了积极向上的参赛氛围。

在电子竞赛的准备过程中，适逢暑假，假期长，学生们可以充分利用暑假时间认真复习电子器件、数字电子电路、集成电路分析与设计等课程的理论知识。同时，学生们还学习华大EDA软件，进行实际电路和版图绘制上机练习，培养了理论联系实践的学风。通过竞赛准备，学生需要综合运用所学知识，解决竞赛中遇到的各种问题，提高了运用理论知识解决实际问题的能力。通过竞赛准备，磨合了小组间的默契配合和分工，增进了师生情谊，提高了团队作战能力。通过竞赛准备，找出了自己在知识上的不足，明确了社会的需要、工作岗位的需要和工作性质，树立了新的奋斗目标，产生了学习新的动力。

4.参赛对嵌入式系统和集成电路设计教学改革的启示

北京大学生集成电路设计竞赛对于培养学生参加实践的积极性、理论联系实际的学风和团队意识有着重要作用，竞赛给学生提供了一个施展才华、发挥创新能力的机会和平台。并对高校集成电路设计课程的教学内容和电子科学与技术的课程体系改革和学生今后工作起到一定的引导作用。

4.1 知识整合的系统教学思想

自从1958年基尔比发明集成电路以后，集成电路一直按照摩尔定律的预测飞速发展。面对集成电路如此迅猛的发展形势，教学工作也要与时俱进，不断改革创新。我承担《嵌入式系统》和《集成电路分析与设计》课程，深深体会到微电子专业的学生学习嵌入式系统与其他专业有所区别，因为芯片的设计方向日益朝着片上系统SOC、片上可编程系统SOPC的方向发展[3]。学生不仅需要有系统的概念[4]，同时需要对典型处理器体系结构有清晰的理解，在设计SOC芯片时才会有系统的设计思想[5]，又会对处理器内部体系架构有清晰的概念。因此，在对微电子专业的学生讲授嵌入式系统时，要紧密结合集成电路设计的要求，结合集成电路分析与设计、数字电子、模拟电子、电子器件等课程的内容，使学生不仅对处理器结构体系清楚，更熟悉各模块电路，如ALU单元电路、筒形移位器、乘法器、寄存器、SRAM、DRAM单元等等。在处理器的，培养学生系统的概念，掌握外部单元电路，如存储器单元电路、系统总线单元、SPI、IIC、UART等等接口电路，从使用者的期望角度出发，来进行芯片的设计，既是使用者，又是设计者。学生在学习集成电路设计的课程时，紧密结合嵌入式系统中的系统体系结构、结合处理器内部的体系结构，具有整体的大的系统性设计概念，整合学生对各个课程的分离的知识内容，培养综合运用所学知识解决系统问题。通过增加实验和上机课时，提高学生将理论与实践紧密结合，培养学生运用所学理论知识解决实际问题的能力。

4.2 改革传统的教学模式

我国的大学课堂教学模式长期以来被德国教育家赫尔巴特的“四段论”与前苏联教育家凯洛夫的“五环节”所主宰，在新的教育环境和教育目标下，他们所倡导的课堂教学结构和施教程序越来越明显地暴露出它的弊端，最突出的是“以教代学”的陈腐教学思想和“注入式”、“满堂灌”的落后教学方法.这种“以教师为中心，以教材为中心”的课堂教学，决定了学生在整个教学过程中所处的被动地位，很大程度地禁锢了学生的创造性思维，对学生自学能力、实践能力和创新能力的培养构成了严重的障碍[2]。

现代教育理论指出：指导学生从实践和探索中通过思考获取知识，又在解决问题的探索活动中，运用已获得的知识和技能是培养智能的最好途径。

本次竞赛上午闭卷完成理论知识的考试。本科生的上机操作内容是根据提供的状态图设计一个计数器电路，然后进行原理图的绘制，再次进行版图绘制，进而进行DRC、LVS等环节验证，并撰写设计报告。学生需要利用数字电路中所学的状态表，构造出逻辑关系式，运用卡诺图化简得到最简电路，最后再绘制单元电路，设计出具体的CMOS电路和版图，并进行验证。同时还需要构造出计数器所需的时钟电路。在上机的开始一个半小时中，指导老师可以参与指导，这样增加了比赛中老师对学生的限时指导内容，更有利于学生的竞赛，符合培养人才的现论要求。

学生基本上完成了从需求分析、电路设计、绘制电路、（仿真）、版图绘制、验证到撰写报告等环节。通过竞赛，使学生能亲自感受一个简单的集成电路设计流程，培养了学生的系统设计概念。学生从早晨9点一直进行到下午六点，在短短的一天内要完成笔试和7个小时的上机电路绘制和验证等工作，小组成员只有密切配合，充分发挥各自的优势，保持坚韧不拔的精神，才能取得最终的胜利。这种方式非常有利于培养学生的合作精神和团队精神，锻炼了学生的毅力和体力。

施教之功，贵在引导。可以看出，竞赛在很大程度上符合现代教育理论的要求，符合学生的认知规律。以学生为主体、教师为主导的教学模式正是以传授知识为前提，以形成技能为基点，以培养智能为重心，以全面发展人才为归宿。在《嵌入式系统》和《集成电路分析与设计》课程教学中，增大课程的实验内容，学生带着问题，进行学习，进行思考、小组讨论，经老师点拨，实现了运用所学理论解决实际问题的过程，既培养了学生的综合能力，又完成了教学任务，符合现代教育论的要求。

施教之旨，在于培养学习方法和思维方式，培养获取新知及再创造之本领。将学生分成小组，布置某一命题，发挥学生的主动性，引导他们查阅资料，分析归纳总结，并在课堂中进行报告或实验演示。学生反映效果很好，获取了知识，又培养了学生自学能力和主动获取知识的方法。

5.引导学生参与科研，撰写学术论文

通过大赛引导大学生形成一股扎扎实实的学习和研究的风气。激发学生在专业领域的学习兴趣，参与到老师平时的科研中，增加动手实践的机会。并在科研中进一步培养学生的研究兴趣，形成良性循环。对于取得的研究成果，可以引导学生撰写论文，并能在广大同学中起到表率作用。

6.结束语

培养二十一世纪集成电路设计人才是我们教师面临的历史任务。北京市2011首届“华大九天杯”大学生集成电路大赛以充分调动各方面的参与积极性。正确的指导思想、科学的组织程序、踏实认真的准备工作以及大赛对校企合作、对教学改革将产生重要的影响。实践表明，开展大学生集成电路设计竞赛，对于推进我国集成电路人才培养、推进素质教育、理论实践结合能力、解决问题的能力、培养学生创新精神、团队协作能力和培养学生的集体荣誉感等方面具有重要意义，同时也对高校的集成电路设计课程和实践教学改革起一定的引导作用，极大的强化了学生绘制版图、电路设计能力和集成电路设计思想。

参考文献

[1]甘学温,赵宝瑛等.集成电路原理与设计[M].北京:北京大学出版社,2007.

[2]陈建英,李涛,撒晓英.抓住竞赛契机 深化计算机专业教学改革[J].西南民族大学学报·自然科学版,2010,36(9):75-77.

[3]Ahmet Bindal,Sandeep Mann,Billal N.Ahmed.An Undergraduate System-on-Chip

(SoC)Course for Computer Engineering Students[J].IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION,2005,48(2)：P279-289.

[4]Lei Jing,Zixue Cheng,Junbo Wang.A Spiral Step-by-Step Educational Method for Cultivating Competent Embedded System Engineers to Meet Industry Demands[J].IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION,1-10.

[5]Xiumin Shi,Ji Zhang,Yanbing Ju.Research and Practice in Undergraduate Embedded System Course[C].The 9th International Conference for Young Computer Scientists,

2569-2663.

致谢：竞赛工作是由国家自然基金赞助（No.60976028）；北京工业大学博士基金赞助（No.X0002014201101，No.X0002012200802 and No.X00020

第5篇：电路设计思想范文

关键词：AT89C2051；74LS164；按键；设计；I/O接口

中图分类号：TP368文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)27-2094-05

AT89C2051 Save Limited Resources to Conduct I/O Interfaces Expand Several Designs

LIU Jin-ping, YE Sai-feng

(Fujian Electric Power Occupation Technical College,Quanzhou 362000, China)

Abstract: AT89C2051 is a streamlining of Singlechip, is limited because of it's I/O port,must carry out expansion when applying. the article passes 5 designs specification , how to import in the button consuming with being as far as possible more than stopping coming true under I/O resource.

Key words: AT89C2051; 74LS164; button; design; I/O port

1 引言

AT89C2051是一种精简型单片机芯片，20脚封装，体积小。它的价格比同类产品便宜一半。 AT89C2051的驱动能力较强，P1和P3上可以有20mA左右驱动电流，对一般数字电路芯片等器件，这样驱动电流足够了。这些是AT89C2051的优点，但它只有两个并行接口，并行口线只有15根，可利用资源有限。

输入和显示是单片机的电路，同时也是人机交互的重要接口。在实际应用中，几乎离不开这两个部分，其中输入主要是按键、键盘等器件，显示主要为数码管和发光二极管。

随着智能电子产品的功能越来越强，按键个数也越来越多。AT89C2051要应用于这些产品，就必须进行I/O接口扩展。扩展I/O的途径较多，这里就不一一叙述。按照减少成本的原则以及在不动用P3口（具有第二功能）的前提下，有没有什么办法在耗用P1口较少资源的情况下，实现尽可能多的按键输入？下面5个设计回答了这个问题。

2 应用设计

2.1 占用5条I/O线，实现9个按键输入

2.1.1 硬件电路设计

本电路由AT89C2051单片机、移位寄存器74LS164、LED及9个按键等组成，电路原理图如图1所示。这个电路比起单片机教科书中所介绍的矩阵按键知识――5条口线，可实现3行2列的6键――多了3 个键。

2.1.2 程序设计思想与程序代码

首先检查P1.0～P1.2是否出现低电平，若出现，则说明＃6,＃7,＃8中有一键按下，这时只要分别对P1.0、P1.1、P1.2进行判零，就可以具体确定哪个按键；若都没有低电平出现，则进行以下操作：先在P1.0上输出低电平，分别判断P1.3及P1.4是否出现低电平，若有，就可以分别确定为＃0和＃1键；若没有，接着在P1.1上输出低电平，然后分别判断P1.3及P1.4，若出现，则不是＃2就是＃3键；若还是没有，就在P1.2上输出低电平，然后分别判断P1.3及P1.4，若有，则分别为＃4及＃5键，循环往复。

LED显示采用P1.5及P1.6分别外接串入并出转换芯片164的数据输入端及移位脉冲输入端。

程序代码如下：

ORG 0

BEGIN: MOV P1,#0FFH

MOV A,P1

XRL A,#0FFH

JZ START

JB P1.0,ABC

MOV R2,#6

ACALL DSP

SJMP BEGIN

ABC:P1.1,ABC1

MOV R2,#7

ACALL DSP

SJMP BEGIN

ABC1: MOV R2,#8

ACALL DSP

SJMP BEGIN

START: MOV R7,#3

MOV DPTR,#TABLE

CLR A

LOOP: MOV 30H,A

MOV B,#2

MUL AB

MOV 40H,A

MOV A,30H

MOVC A,@A+DPTR

MOV P1,A

JB P1.3,NEXT

MOV R2,40H

ACALL DSP

SJMP DONE

NEXT:P1.4,DONE

MOV R2,40H

INC R2

ACALL DSP

DONE: MOV A,30H

INC A

DJNZ R7,LOOP

SJMP BEGIN

DSP: PUSH DPH

PUSH DPL

MOV A,R2

MOV DPTR,#TABLE1

MOVC A,@A+DPTR

MOV R6,#8

LP: RRC A

MOV P1.5,C

CLR P1.6

SETB P1.6

DJNZ R6,LP

MOV R5,#80H

LP1: MOV R6,#0

DJNZ R6,$

DJNZ R5,LP1

POP DPL

POP DPH

RET

TABLE: DB 0FEH,0FDH,0FBH

TABLE1: DB 3FH,06H,5BH,4FH

DB 66H,6DH,7DH,07H,7FH

END

2.1.3 性能分析

本设计电路不复杂，程序执行时间也较短，适合按键不太多的场合，如应用于电饭煲、早期的电磁炉等家电。

2.2 占用5条I/O线，实现10个按键输入

2.2.1 硬件电路设计

本电路由AT89C2051单片机、移位寄存器74LS164、LED及10个按键等组成，电路原理图如图2所示。这个电路比起上一个设计，10个按键排列采用数学中的上三角矩阵排列。

2.2.2 程序设计思想与程序代码

在P1.0上输出低电平（其它为高电平，以下相同），若P1.1，P1.2，P1.3及P1.4有一为低电平，则可以确定按键为＃0，＃1，＃2，＃3中的一个。同样，在P1.1上输出低电平，分别对P1.2，P1.3及P1.4判零，则可以确定按键为＃4，＃5，＃6中的一个。接着在P1.2上输出低电平，分别对P1.3及P1.4判零，则可以确定按键为＃7，＃8中的一个。最后在P1.3上输出低电平，对P1.4进行判零，就能确定按键＃9是否按下，循环反复。LED显示同上。

程序代码如下：

ORG 0

BEGIN: MOV P1,#0FFH

MOV P1,#11111110B

JB P1.1,L1

MOV R2,#0

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L1:P1.2,L2

MOV R2,#1

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L2:P1.3,L3

MOV R2,#2

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L3:P1.4,L4

MOV R2,#3

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L4: MOV P1,#11111101B

JB P1.2,L5

MOV R2,#4

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L5:P1.3,L6

MOV R2,#5

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L6:P1.4,L7

MOV R2,#6

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L7: MOV P1,#11111011B

JB P1.3,L8

MOV R2,#7

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L8:P1.4,L9

MOV R2,#8

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L9: MOV P1,#11110111B

JB P1.4,BEGIN

MOV R2,#9

ACALL DSP

SJMP BEGIN

DSP: MOV A,R2

MOV DPTR,#TABLE1

MOVC A,@A+DPTR

MOV R6,#8

LP: RRC A

MOV P1.5,C

CLR P1.6

SETB P1.6

DJNZ R6,LP

MOV R5,#80H

LP1: MOV R6,#0

DJNZ R6,$

DJNZ R5,LP1

RET

TABLE1:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H

DB 6DH ,7DH,07H,7FH,6FH

END

2.2.3 性能分析

本设计性能与上一个差不多，但凭巧妙的设计，硬是多了一个按键。

2.3 占用4条I/O线，实现12个按键输入

2.3.1 硬件电路设计

本电路由AT89C2051单片机、移位寄存器74LS164、LED、12个按键、4个常用的廉价二极管，以及对P1.0及P1.1的上拉电阻，还有一个12V电源等组成，电路原理图如图3所示。

2.3.2 程序设计思想与程序代码

在一条口线上（如P1.0）输出高电平，其它为低电平（这一点与前两个设计不同，所以电路中上拉电阻必不可少），然后对其它口线（P1.1～P1.3）进行高电平的判断，若在某一线上出现高电平，则对应按键（＃3、＃6、＃9）按下。依次类推，分别在P1.1、P1.2、P1.3上输出高电平，就可以分别判断＃0，＃7，＃A一组键、＃1，＃4，＃B一组键、＃2，＃5，＃8一组键是否有键按下。

程序代码如下：

ORG 0

BEGIN: ORL P1,#0FH

MOV P1,#01H

JNB P1.1,L1

MOV R2,#3

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L1: JNB P1.2,L2

MOV R2,#6

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L2: JNB P1.3,L3

MOV R2,#9

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L3: ORL P1,#0FH

MOV P1,#02H

JNB P1.0,L4

MOV R2,#0

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L4: JNB P1.2,L5

MOV R2,#7

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L5: JNB P1.3,L6

MOV R2,#10

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L6: ORL P1,#0FH

MOV P1,#04H

JNB P1.0,L7

MOV R2,#1

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L7: JNB P1.1,L8

MOV R2,#4

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L8: JNB P1.3,L9

MOV R2,#11

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L9: ORL P1,#0FH

MOV P1,#08H

JNB P1.0,L10

MOV R2,#2

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L10: JNB P1.1,L11

MOV R2,#5

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L11: JNB P1.2,BEGIN

MOV R2,#8

ACALL DSP

AJMP BEGIN

DSP: MOV A,R2

MOV DPTR,#TABLE1

MOVC A,@A+DPTR

MOV R6,#8

LP: RRC A

MOV P1.4,C

CLR P1.5

SETB P1.5

DJNZ R6,LP

ACALL DELAY

RET

DELAY: MOV R4,#08H

MOV R5,#9AH

MOV R6,#7FH

AA: DJNZ R6,AA

DJNZ R5,AA

DJNZ R4,AA

RET

TABLE1: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H

DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H

END

2.3.3 性能分析

这一设计增加电路的复杂性，增大电路板的面积，但12个按键比较适合大多数微电脑控制的家电的应用。

2.4 占用4条I/O线，实现16个按键输入

2.4.1 硬件电路设计

本电路由AT89C2051单片机、移位寄存器74LS164、LED、16个按键、4个二极管，以及4个上拉电阻，还有一个12V电源等组成，电路原理图如图4所示。

2.4.2 程序设计思想与程序代码

在一条口线上（如P1.0）输出高电平，其它为低电平，立刻对该口线进行判零，若为低电平，则＃C键按下；然后对其它口线（P1.1～P1.3）进行高电平的判断，若在某一线上出现高电平，则对应按键（＃3、＃6、＃9）按下。依次类推。

本设计与上一个设计类似，只是多了判零这一操作，就增加了4 个按键。

程序代码如下：

ORG 0

BEGIN: ORL P1,#0FH

MOV P1,#01H

JB P1.0,NEX1

MOV R2,#0CH

ACALL DSP

SJMP BEGIN

NEX1: JNB P1.1,L1

MOV R2,#3

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L1: JNB P1.2,L2

MOV R2,#6

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L2: JNB P1.3,L3

MOV R2,#9

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L3: ORL P1,#0FH

MOV P1,#02H

JB P1.1,NEX2

MOV R2,#0DH

ACALL DSP

SJMP BEGIN

NEX2: JNB P1.0,L4

MOV R2,#0

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L4: JNB P1.2,L5

MOV R2,#7

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L5: JNB P1.3,L6

MOV R2,#10

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L6: ORL P1,#0FH

MOV P1,#04H

JB P1.2,NEX3

MOV R2,#0EH

ACALL DSP

AJMP BEGIN

NEX3: JNB P1.0,L7

MOV R2,#1

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L7: JNB P1.1,L8

MOV R2,#4

ACALL DSP

AJMP BEGIN

L8: JNB P1.3,L9

MOV R2,#11

ACALL DSP

AJMP BEGIN

L9: ORL P1,#0FH

MOV P1,#08H

JB P1.3,NEX4

MOV R2,#0FH

ACALL DSP

AJMP BEGIN

NEX4: JNB P1.0,L10

MOV R2,#2

ACALL DSP

AJMP BEGIN

L10: JNB P1.1,L11

MOV R2,#5

ACALL DSP

AJMP BEGIN

L11: JNB P1.2,DONE

MOV R2,#8

ACALL DSP

DONE: AJMP BEGIN

DSP: MOV A,R2

MOV DPTR,#TABLE1

MOVC A,@A+DPTR

MOV R6,#8

LP: RRC A

MOV P1.4,C

CLR P1.5

SETB P1.5

DJNZ R6,LP

ACALL DELAY

RET

DELAY: MOV R4,#08H

MOV R5,#9AH

MOV R6,#7FH

AA: DJNZ R6,AA

DJNZ R5,AA

DJNZ R4,AA

RET

TABLE1: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH

DB 07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H

END

2.4.3 性能分析

本设计给电路增加一定复杂程度，生产成本有所增大。但16按键已经适合于绝大多数的智能家用电器。

2.5 占用4条I/O线，同时实现16个按键输入及LED输出

2.5.1 硬件电路设计

本电路由AT89C2051单片机、两片移位寄存器74LS164、LED、16个按键以及三极管等组成，电路原理图如图5所示。该电路特点是移位寄存器74LS164既控制按键的输入，又控制显示的输出。由于共有16个按键，所以需要2片74LS164。

2.5.2 程序设计思想与程序代码

由P1.6控制LED是否显示。将双字节数FFFEH逐位移入74LS164，对P1.7判零，若为低电平，则按下#0键；否则，将FFFEH左移一位，转换后为FFFDH并逐位移入74LS164，然后对P1.7判零，若为低电平，则是#1键按下，依此类推，共进行进行16次，就可以判断16个是否按下。

程序代码如下：

ORG 0

MOV DPTR,#TABLE

LOOP: MOV R2,#0

MOV R3,#16

MOV 20H,#0FEH

MOV 21H,#0FFH

LOOP2: ACALL SUB

JNB P1.7,NEXT

INC R2

ACALL LEFT

DJNZ R3,LOOP2

SJMP LOOP

NEXT: MOV A,R2

MOVC A,@A+DPTR

ACALL SUB1

CLR P1.6

ACALL DELAY

SETB P1.6

SJMP LOOP

LEFT: MOV C,0FH

MOV A,20H

RLC A

MOV 20H,A

MOV A,21H

RLC A

MOV 21H,A

RET

SUB: MOV R7,#8

MOV A,21H

LP1: RLC A

MOV P1.5,C

CLR P1.4

SETB P1.4

DJNZ R7,LP1

MOV R7,#8

MOV A,20H

LP2: RLC A

MOV P1.5,C

CLR P1.4

SETB P1.4

DJNZ R7,LP2

RET

SUB1: MOV R7,#8

LOOP1: RLC A

MOV P1.5,C

CLR P1.4

SETB P1.4

DJNZ R7，LOOP1

RET

DELAY: MOV R5,#40

D2: MOV R6,#40

D1: MOV R7,#248

DJNZ R7,$

DJNZ R6,D1

DJNZ R5,D2

RET

TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H

DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H

END

2.5.3 性能分析

本设计从原理上讲，每增加一片74LS164就可以增多8个按键，但是以缓长程序执行时间为代价的，所以，虽然在这几个设计中最节省I/O资源，但只能适合实时性要求不高的场合。

3 结束语

通过以上5个设计，可以看出，尽管AT89C2051单片机的I/O口很紧张，但我们可以通过巧妙的软件设计和添加常用廉价的器件，占用较少的I/O资源，实现尽可能多的按键输入。在这些设计中，作者为了显示设计的结果，在用PROPTEUS软件仿真时采用LED显示键值。由于每个程序设计中键值都保存在R2中，所以完全可以根据具体功能的设计的需求，将显示七段代码部分改为以下程序段就可以了。

MOV A ,R2

MOV B, #2

MUL AB

MOV DPTR, #SUBTABLE

JMP @A+DPTR

…

SUBTABLE: ACALL SUB1

ACALL SUB2

…

以上5个设计为AT89C2051更广泛地应用于智能家用电器、工业生产控制等开发提供一些设计思想。

参考文献：

[1] 高卫东.51单片机原理与实践[M].北京:航空航天大学出版社,2008.

第6篇：电路设计思想范文

【关键词】Cyclone Ⅳ Qsys NiosII EP4CE22F17C8

Cyclone Ⅳ系列的FPGA以最低成本、最低功耗理念的基础上推出的低成本、高容量的FPGAs，以满足带宽成本敏感性的市场需求。该系列有两类芯片：Cyclone Ⅳ E和Cyclone Ⅳ GX，前者提供核电压为1.0V和1.2V。Cyclone Ⅳ系列FPGA拥有6K-150K逻辑单元、最高至6.3Mb的内部存储容量，其18*18乘法器数量最多可达360个；M9K存储模块可提供9kbit的嵌入式SRAM，并可配置为多个数据宽度的存储模块，如真实双端口的×1、×2、×4、×8/9、×16/18；全局时钟高达30个，8个PLLs连接5个输出时钟；该系列芯片支持SDR、DDR、DDR2 SDRAM、和QDRII SRAM，可以利用Memory Controller MegaCore function完成存储器界面的设计。

封装形式为FBGA的EP4CE22F17C8是Cyclone Ⅳ E系列的FPGAs嵌入式处理器，支持Rs OCT或单端口的Rs，可实现可编程的总线保持、上拉电阻、时延、速率转换控制以优化信号完整性；其配置方式包括AS、AP、PS、FPP和JTAG，通过选择EPCS和并行FLASH采取相应的配置数据方式，以实现上电数据自动加载；该芯片支持速率等级8。本文采用CycloneⅣ E系列的EP4CE22F17C8来实现无线输液监控系统硬件设计，可实现多位输液病人的监测与最低液位自动报警，以最大限度地实现输液安全防护。

1 系统总体方案

本系统的总体框图如图1所示，主要包括液位监测、无线收发、编解码电路和处理器及电路。当液位低于某个位置时，输液监测电路驱动编码器启动无线发射器发射液位报警信号，接收端译码后送入处理器判断输液患者编号，启动声光报警。

2 基于EP4CE22F17C8 的IP CORE设计

2.1 基于NiosII/f的EP4CE22F17C8嵌入式处理器

本系统采用的处理器是Altera 公司提供的Cyclone IV E系列的EP4CE22F17C8，处理器模式为NiosII/f。该芯片具有22320个逻辑单元；拥有154个I/O接口和256个管脚，工作温度0°C - 85°C；嵌入132个9 bit单元乘法器，拥有4个PLL和20个全局时钟，其核工作电压为1.2伏；拥有608256 bits存储容量，packed mode的M9K存储模块可设计为最大数据宽度为18bits、单时钟模式的两个4.5K单端口模块，其初始化方式为上电清零后再加载利用RAM MegaWizard Plug-In Manager设计完成的.mif文件以例化存储模块。

2.2 基于EP4CE22F17C8 IP CORE的设计

本系统的硬件电路设计需要添加以下IP Core：on-chip memory（RAM）、epcs serial flash controller、JTAG UART、system id、DDR SDRAM Controller with ALTMEMPHY、PIO等。

本系统所采用存储器为DDR2 SDRAM，利用Qsys添加Avalon-MM slave Agent和Avalon-MM slave Translator构成slave网络接口；利用MegaWizard Plug-in Manager完成DDR2 SDRAM Controller with ALTMEMPHY的接口设计以节省全局时钟，并将存储器DQS与控制接口的DQS相连。该设计采用的每个DQS为8比特DQ，DQ宽度为32比特，读取频率为133MHz，tRRD与tRTP设置为9ns，存储器类型为JEDEC DDR2-533 512Mb x8，其原理图如图2所示。

3 基于EP4CE22F17C8实现输液监测无线报警系统主要电路的设计

3.1 液位监测及无线报警系统的设计

本文采用利用TLV1701、SC5262和TDK5110F完成液位监测和无线系统的设计。以输液编号为第15位说明硬件电路原理图的设计，如图3所示。当液位低于设定值时，红外对管产生报警电压经电压比较器处理后，依据输液病人编号借助SC5262进行编码，通过TDK5100F调频后发出射频信号，实现液位监测报警。

3.2 液位监测无线解码及报警电路设计

液位监测无线解码及报警硬件电路设计基本原理图如4所示，所采用的集成芯片为TDA5210和SC5272，其中TDA5210能与ASK接收器TDA5200兼容。其基本原理为：TDA5210将接受的射频信号解调后送至SC5272，与EP4CE22F17C8处理器定时发送至SC5272地址入口的输液编号对比，一致时，处理器针对该输液编号发出液位报警提示信号。

4 结论

本文利用Cyclone Ⅳ E系列的FPGAs嵌入式处理器EP4CE22F17C8、以quartus13.0开发平台、结合Qsys设计NIOSII及IP核、altium designer summer 9.0实现输液监测无线报警系统的硬件电路设计。该电路将无线编解码及无线射频的设计思想与Cyclone嵌入式处理器完美结合，充分发挥了该处理器芯片的强大处理能力和灵活性，为其在智能领域的应用开阔了设计思路。

参考文献

[1]周润景等编著.基于Quartus II的FPGA/CPLD数字系统设计实例[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2]黄平等编著.基于Quartus Ⅱ的FPGA/CPLD数字系统设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2014.

[3]何宾著.Altium Designer13.0电路设计、仿真与验证权威指南[M].北京：清华大学出版社，2014.

[4]马臣岗，孟立凡.TDK5110与TDA5220的无线温度采集系统[J].单片机与嵌入式系统应用，2010.

第7篇：电路设计思想范文

【关键词】双CCD；脱绒棉种；线阵CCD；光电检测系统

1.引言

色选机是指利用物料的光学信息将劣物料剔除的集光、电、气、机于一体的高科技设备，广泛应用于农业、食品业、工业、矿业等，可以提高物料的品质，增加附加值，保障食用、使用时的安全性[1][3][4]。在棉种分选方面，传统的分选技术：种子风筛选、几何特征筛选、密度重力选种、介电式分选、颜色分选法、机器视觉分选[1][3][4][7]。虽然这些方法均有各自的优点，但没有同时判断颜色、破损棉种、或者是算法高深、采集静态图片信息等缺点。本文在颜色分选基础上利用双CCD加入破损判别，能够区分脱绒成熟棉种（黑褐色）、未熟棉种（红棕色）、破损棉种和杂质[3][4]。

2.总体结构

基于双CCD的脱绒棉种色选机光电检测系统是色选机的关键部分，其作用主要是对物料（脱绒棉种）进行检测，采集物料特征信息。系统总体框图如图1所示，主要包括光学系统、信号采集系统和信号处理系统。

图1 总体框图

3.功能简介

物料进入光电检测系统之前，要经供料系统相关处理后才能精确地在光电检测系统和分选系统区内。供料系统主要包括进料斗、振动喂料器、滑槽等。在处不详细简绍供料系统具体工作过程，主要简绍光学系统、信号采集系统和信号处理系统相关功能。

（1）光学系统

光学系统主要是有光源、背景板、光电传感器、成像系统等相关部分组成[4]。光学系统主要作用是通过光路设计使CCD能够覆盖每组棉种流的视场区域，使得所有目标图像都能够被CCD捕获。光学系统的光路结构、检测方式、光电传感器种类等，将直接影响色选机的质量与效率[3]。

（2）信号采集系统

信号采集系统采用TCD2566BFG和TCD1209作为光电传感器，对物料进行实时采集。CCD常用驱动方式有EPROM驱动法、IC驱动法、单片机驱动法以及可编程逻辑器件驱动法[5]。本文是基于FPGA设计的可再编程驱动电路，该方法优点是集成度高、速度快、可靠性好。需改变驱动电路的时序、增减功能时，仅需对器件重新编程，无需更改硬件条件[5]。

（3）处理系统

处理系统是以ALTERA公司cyclone III系列EP3C16Q240C8作为驱动实现以及后期处理的主要芯片。主要设计思想是：EP3C16Q240C8生成CCD工作所需的驱动时序，由于FPGA输出电压与CCD驱动电压之间差异，故驱动时序需反相升压器件处理，物料棉种采集信号经放大滤波电路输出，输出信号经A/D转换以后输入FPGA进行后续处理[2][6]。

4.采集处理系统设计

（1）硬件设计

硬件电路设计如下图2所示。利用光学采集系统原理，将TCD2566BFG作为彩色信号采集板A，TCD1209作为黑白信号采集板B。因两个CCD工作电压不同，采用LM2731X典型电路设计10V和12V，利用计算方法可以实现。至于处理板电源是利用LD1085D2M50、LD1085D2M33、AMS1117-2.5、AMS1117-1.2等电源转换芯片，实现电路所需的5V、3.3V、2.5V、1.2V等工作电压。在解决完电路工作所需电源之后，对于CCD驱动电路、采集信号放大滤波电路、A/D转换电路以及EP3C16Q240C8芯片工作电路均按照技术手册等信息进行设计，在此不再赘述。

图2 硬件电路框图

（2）软件设计

该部分是在硬件设计基础上，能够使CCD正常工作的关键部分。设计思想主要是利用TCD2566BFG和TCD1209的工作原理以及工作模式来设计工作时序。TCD2566BFG选择彩色模式下TDI=ON模式工作，工作需要时钟脉冲、、、、，复位脉冲RS、缓冲控制脉冲CP，转移脉冲SH、存储清晰脉冲SCG、开关脉冲SW1、SW2，另需48个虚设单元输出（dummy outputs）信号。TCD1209工作需时钟脉冲、、，复位脉冲RS、缓冲控制脉冲CP，转移脉冲SH，另需40虚设单元输出信号。因此，软件编写时需要注意虚设单元输出信号。

软件编码：TCD1209和TCD2566BFG关键代码

parameter TAGH=16，TAGL=2117，TAGHF=21，TAGLF=2112；

parameter SCGBA=0，SCGEA=30，SHBA=40，SHEA=70，TGFBA=80，TGFEA=5468，SCGBB=5478；

通过Verilog VHDL编程生成模块如图3所示，其中clk_sys系统时钟64MHZ，通过PLL（锁相环）和分频电路生产工作所需时钟信号，其中ad_in[11：0]为TCD1209经滤波放大电路及A/D转换后的采集输入信号，clk_out_0[5：0]为TCD1209工作所需的驱动频率以及A/D转换芯片时钟频率，ad_out[11：0]是经过处理后的棉种采集破损信息；ad_r_in[11：0]、ad_b_in[11：0]、ad_g_in[11：0]为TCD2566BFG经滤波放大电路以及A/D转换后的采集RBG信号，clk_out[11：0]和sw[1：0]为TCD2566BFG工作驱动频率、A/D转换芯片时钟频率及模式选择信号，ad_r_out[11：0]、ad_b_out[11：0]、ad_g_out[11：0]是经处理后棉种采集颜色信息。

图3 软件生成模块

（3）设计与仿真检测

通过Quartus II9.0中SignalTap II Logic Analyzer进行在线仿真，得到图4所示图形。

图4 FPGA在线仿真图

通过图4（b）、（c）所知，TCD2566BFG和TCD1209的时序与实际工作时序图是有所差别的，主要是器件驱动电压问题，导致FPGA输出的时序要经反相升压器才能给CCD提供驱动时钟，为此，FPGA生成时序也有相应处理。通过图4（d）可知CCD在不同物料时输出的差别，这也是我们后期处理的依据。

5.结论

本论文通过双CCD对脱绒棉种色选机光电检测系统进行设计，方案采用TCD2566BFG和TCD1209作为检测器件，EP3C16Q240C8以及反相器TC74ACT240和SN74AHCT14N设计CCD驱动电路，OPA357设计滤波放大电路、AD9224设计A/D转换电路，同时利用光学系统知识构建光学系统，使两CCD能够正常地工作，满足脱绒棉种色选机所需要求，光电检测系统稳定正常工作。

参考文献

[1]Melchor C.Pasikatan，Floyd E.Dowell.Evaluation of a High-Speed Color Sorter for Segregation of Red and White Wheat[J].Applied Engineering in Agriculture，2003，19（1）：71-76.

[2]Ivan Dolezal.Optoelectronic detector for a glass cullet sorter[C].Industrial Electronics Society，IECON 2013-39th Annual Conference of the IEEE，2013，3952-3957.

[3]刘德瑞.基于CCD的高速色选机光机系统研究[D].天津大学，2007.

[4]李江波.脱绒棉种色选机检测系统设计与实现[D].石河子大学，2008.

[5]张智辉，田地，杨义先.线阵CCD驱动电路设计的几种方法[J].仪表技术与传感器，2004（6）：32-33，52.

[6]杜鸿运，董志国，辛爱芹，王世璞.CCD色选机分选控制系统[J].仪器仪表用户，2011，18（5）：36-38.

第8篇：电路设计思想范文

摘要：Multisim 是一款稳定性强，操作简单的电子设计软件。本文利用该软件，与若干门电路，来设计一个检测交通灯是否正常工作的简易检测电路。通过实验仿真，说明利用Multisim 软件可以设计出这种检测电路。

关键词 ：门电路Multisim 交通灯检测

1 Multisim 软件简介

Multisim 作为一款专门的软件，主要用于电子线路的仿真与设计，为Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，Multisim 是一个完整的集成化设计环境。Multisim 计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决计算机因配置低端而不能解决实际工作这一现实问题。用户可以将理论知识用计算机进行仿真，同时可以用虚拟仪器技术创造出真正的仪表。

2 交通灯检测电路设计

2.1 逻辑转换器

Multisim 对EWB 的元器件库进行了扩充，主要包括基本元件、半导体器件、运算放大器、DAC、ADC 及其他各种部件，并且通过元件编辑器，用户可以自行创建、修改所需的元件模型，通过网站或其商进一步获得元件模型的扩充，以及更新服务等。本文利用逻辑转换器进行逻辑分析，最终将分析好的真值表转换成逻辑表达式。利用逻辑转换器，可以大幅度地减少设计人员的工作量，并且可以任意调整逻辑值，如图1。

打开逻辑转换器之后，激活A、B、C 三个按钮，点击之后，逻辑转换器自动把二进制的0-7 显示出来，按照交通灯检测电路的设计思想，将输出部分调整到合适的逻辑，如图2 所示。

设计好真值表之后，点击右侧菜单里面的第三个选项，逻辑转换器会根据设计好的真值表自动填充逻辑表达式，如图3 所示。

同样的，也可以选择右侧的第四个选项，这个选项是根据真值表自动生成化简后的逻辑表达式，也可以设计出交通灯检测电路。本文采用自动生成最简化的逻辑表达式的办法。

2.2 电路设计与仿真

Multisim 的分析手段比较完备，除了EWB 提供的直流工作点分析、交流分析等分析外，Multisim 新增了直流扫描分析、批处理分析等，使得一般电子电路的分析设计要求，在一定程度上都能够得到满足。Multisim 的仿真能力同样非常强大，对于Multisim 来说，一方面可以对电路、数字电路的仿真进行模拟，另一方面可以对数模混合仿真进行模拟，尤其是可以模拟射频(RF)电路。如果仿真失败，在这种情况下，会显示相应的出错信息，同时提示出错的原因，并且可以随时储存、打印仿真结果。

本文除了使用门电路外，采用三个单刀双掷开关，用来表示交通灯的红、黄、绿三种颜色是否正常工作，本文设定逻辑“0”为三种颜色正常工作，逻辑“1”为三种颜色异常工作；显示部分使用一枚发出蓝光的灯泡，当交通灯的三种颜色出现异常工作时，灯泡发光；反之，如果灯泡不亮，表示正常工作；使用+12V 的供电电源用来驱动输入端。

所设计电路图如图4。

3 总结

通过对Multisim 软件若干门电路进行仿真实验，该电路能顺利地实现交通灯的检测功能，在日常工作中可以利用该电路实现十字路口位置功能较复杂的交通灯检测。

参考文献：

[1]孟凤果.电子测量技术（第2 版）[M].机械工业出版社，2012.1.

[2]阎石.数字电子技术基础（第5 版）[M].高等教育出版社，2006.5.

第9篇：电路设计思想范文

1.1传统斜坡补偿设计思想从斜坡补偿基本原理可知，在占空比D最大时，需要的补偿电流斜率m最大。因此，若将补偿电流斜率m固定设置在占空比最大的对应值，保证在最大占空比时系统的稳定性，则在全占空比范围内，斜坡补偿均可使系统稳定工作。给出线性斜坡补偿的补偿斜率随占空比变化的关系如图3所示。线性补偿具有结构简单、易于实现等优点，补偿斜坡可以从系统内部的振荡器中得到。由振荡电路对电容C进行充放电即可实现。但振荡电路一旦确定，其所产生的斜坡将不再变化，由于它在任何占空比下都采用最大补偿斜率，所以就会造成小占空比情况下的过补偿问题，致使系统响应速度变慢，同时也降低了系统的带载能力，因此只适用于补偿精度要求不高的电路。

1.2斜坡补偿的电路设计图4是本文提出的斜坡补偿具体电路。本文的斜坡补偿方法是采用分段线性斜坡补偿，当占空比＜30%时，不进行斜坡补偿，以消除在小占空比工作时，斜坡补偿对系统带载能力的影响;当占空比＞30%时，在采样电压上叠加斜坡电压，以消除大占空比工作情况下，电流环路固有的不稳定现象，避免亚谐波震荡的发生。图中，Rsense是采样电阻，Isense是采样电感电流，gate信号是功率管的导通信号，虚线框内是一个取上升沿电路，对功率管的导通信号取一个上升沿。在功率管刚导通的时候，取沿窄脉冲信号打开开关管M1、M2，对电容C1、C2两端电压置0。比较器comp以及电容C1用于设定分段线性区间，文中设定为30%。由电容特性IT=CU知在T时间范围内，由于电容C1端电压＜Vref，比较器comp输出为高，通过逻辑控制，开关管M2导通，M5关断，电容C2两端被短路，电容C2上极板开路，电容C2端电压为0，不进行斜坡补偿。在固定开关工作频率下，通过设置合适的电压Vref、电流Iref1以及电容C1的容值，可将时间T设定在开关周期的30%，则在时间T内不进行斜坡补偿，从而消除了小占空比下造成的过补偿问题。当占空比＞30%时，需进行斜坡补偿，此时开关管M2关断，M5导通，Iref2给电容C2充电，产生斜坡电压，补偿的斜坡电压可计算。当占空比＞30%时，通过设置电流Iref2以及电容C2的容值，采用最大占空比对应的斜率进行补偿，可保证在任意占空比下系统电流环路的稳定性。

2仿真验证

图5是本文提出的斜坡补偿电路仿真波形图。图5中，上图是功率管的导通信号gate，高电平功率管导通，低电平功率管关断;下图是电容C2两端的电压，即是补偿的斜坡电压。由图可知，在功率管导通期间，在占空比＜30%时，没有补偿斜坡电压，当占空比＞30%时，有斜坡补偿电压。仿真结果满足设计要求。

3结束语