時間：2023-10-17 16:10:49
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電路設計原則，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
在非微電子專業如計算機、通信、信號處理、自動化、機械等專業開設集成電路設計技術相關課程，一方面，這些專業的學生有電子電路基礎知識，又有自己本專業的知識，可以從本專業的系統角度來理解和設計集成電路芯片，非常適合進行各種應用的集成電路芯片設計階段的工作，這些專業也是目前芯片設計需求最旺盛的領域；另一方面，對于這些專業學生的應用特點，不宜也不可能開設微電子專業的所有課程，也不宜將集成電路設計階段的許多技術（如低功耗設計、可測性設計等）開設為單獨課程，而是要將相應課程整合，開設一到二門集成電路設計的綜合課程，使學生既能夠掌握集成電路設計基本技術流程，也能夠了解集成電路設計方面更深層的技術和發展趨勢。因此，在課程的具體設置上，應該把握以下原則。理論講授與實踐操作并重集成電路設計技術是一門實踐性非常強的課程。隨著電子信息技術的飛速發展，采用EDA工具進行電路輔助設計，已經成為集成電路芯片主流的設計方法。因此，在理解電路和芯片設計的基本原理和流程的基礎上，了解和掌握相關設計工具，是掌握集成電路設計技術的重要環節。技能培訓與前瞻理論皆有在課程的內容設置中，既要有使學生掌握集成電路芯片設計能力和技術的講授和實踐，又有對集成電路芯片設計新技術和更高層技術的介紹。這樣通過本門課程的學習，一方面，學員掌握了一項實實在在有用的技術；另一方面，學員了解了該項技術的更深和更新的知識，有利于在碩、博士階段或者在工作崗位上，對集成電路芯片設計技術的繼續研究和學習。基礎理論和技術流程隔離由于是針對非微電子專業開設的課程，因此在課程講授中不涉及電路設計的一些原理性知識，如半導體物理及器件、集成電路的工藝原理等，而是將主要精力放在集成電路芯片的設計與實現技術上，這樣非微電子專業的學生能夠很容易入門，提高其學習興趣和熱情。
2非微電子專業集成電路設計課程實踐
根據以上原則，信息工程大學根據具體實際，在計算機、通信、信號處理、密碼等相關專業開設集成電路芯片設計技術課程，根據近兩年的教學情況來看，取得良好的效果。該課程的主要特點如下。優化的理論授課內容
1）集成電路芯片設計概論：介紹IC設計的基本概念、IC設計的關鍵技術、IC技術的發展和趨勢等內容。使學員對IC設計技術有一個大概而全面的了解，了解IC設計技術的發展歷程及基本情況，理解IC設計技術的基本概念；了解IC設計發展趨勢和新技術，包括軟硬件協同設計技術、IC低功耗設計技術、IC可重用設計技術等。
2）IC產業鏈及設計流程：介紹集成電路產業的歷史變革、目前形成的“四業分工”，以及數字IC設計流程等內容。使學員了解集成電路產業的變革和分工，了解設計、制造、封裝、測試等環節的一些基本情況，了解數字IC的整個設計流程，包括代碼編寫與仿真、邏輯綜合與布局布線、時序驗證與物理驗證及芯片面積優化、時鐘樹綜合、掃描鏈插入等內容。
3）RTL硬件描述語言基礎：主要講授Verilog硬件描述語言的基本語法、描述方式、設計方法等內容。使學員能夠初步掌握使用硬件描述語言進行數字邏輯電路設計的基本語法，了解大型電路芯片的基本設計規則和設計方法，并通過設計實踐學習和鞏固硬件電路代碼編寫和調試能力。
4）系統集成設計基礎：主要講授更高層次的集成電路芯片如片上系統（SoC）、片上網絡（NoC）的基本概念和集成設計方法。使學員初步了解大規模系統級芯片架構設計的基礎方法及主要片內嵌入式處理器核。豐富的實踐操作內容
1）Verilog代碼設計實踐：學習通過課下編碼、上機調試等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述語言進行基本數字邏輯電路設計的能力，并通過給定的IP核或代碼模塊的集成，掌握大型芯片電路的集成設計能力。
2）IC前端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數字集成電路前端設計平臺DesignCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用DesignCompiler進行集成電路前端設計的流程和方法，主要包括RTL綜合、時序約束、時序優化、可測性設計等內容。
3）IC后端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數字集成電路后端設計平臺ICCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用ICCompiler進行集成電路后端設計的流程和方法，主要包括后端設計準備、版圖規劃與電源規劃、物理綜合與全局優化、時鐘樹綜合、布線操作、物理驗證與最終優化等內容。靈活的考核評價機制
1）IC設計基本知識筆試：通過閉卷考試的方式，考查學員隊IC設計的一些基本知識，如基本概念、基本設計流程、簡單的代碼編寫等。
2）IC設計上機實踐操作：通過上機操作的形式，給定一個具體并相對簡單的芯片設計代碼，要求學員使用Synopsys公司數字集成電路設計前后端平臺，完成整個芯片的前后端設計和驗證流程。
3）IC設計相關領域報告：通過撰寫報告的形式，要求學員查閱IC設計領域的相關技術文獻，包括該領域的前沿研究技術、設計流程中相關技術點的深入研究、集成電路設計領域的發展歷程和趨勢等，撰寫相應的專題報告。
3結語
關鍵詞:電子電路設計；創新；路徑
科技的不斷進步和發展,電子產品逐漸的滲透到生產和生活的各個領域,成為國家科技生產水平的主要組成因素,推動者計算機技術的不斷進步,成為國家發展的動力,為技術的全面進步提供必要的條件。但是現階段我國進行電子電路設計的過程中存在一定的問題,創新能力不足,自主知識產權意識較弱,造成整體發展水平出現滯后性,因此在今后的發展中需要對電子電路設計的創新路徑進行分析,全面的掌握創新方法,保證電子電路自主研發能力的提升,促進我國科技水平的全面進步。
1電子電路設計概述
1.1電子電路設計的原則
電子電路設計需要遵循相關的原則,這樣才能更好地保證設計的科學性,首先需要對電子電路內部的各項原件相互之間的關系進行全面的分析,掌握設計的內部結構以及外部結構,整體上對原件內部的各項構造進行分析,綜合地對電子電路的各項類型進行分析,全面地掌握各項設計類型。其次需要關注設計的功能性原則,在進行設計的過程中需要將電子電路系統進行更加細致全面的劃分,掌握不同模塊的實際功能,考慮到實現這些模塊和功能的途徑,從而在設計中了解掌握原件的情況,實現電子電路設計的規范性。在進行電子電路設計的過程中需要保證各項功能的完整性,在進行設計的過程中需要針對每一個部件的實際使用效果進行分析,確定整體的設計成果符合實際使用的效果,這樣才能進一步提升設計的科學性與合理性,在實際使用中保證使用的質量。
1.2電子電路設計的技術
進行電子電路設計需要采用合適的方法,具體的方法包括遺傳算法。這種方法在進行設計的過程中將關注的焦點放在需要解決的問題上,針對性地進行代碼設計,對需要解決的問題進行相應的編程,這樣的方式可以在進行程序編制的過程中避免因為競爭機制帶來不同遺傳操作和交叉變異的問題,滿足現實情況下的管理機制,對其中較差的個體進行替代,保證代碼的使用更加符合技術的需要,不斷地滿足現實條件,對結果進行更加全面的管理,對實際問題進行整體解決。而現場可編程邏輯陣列是將邏輯電路方式進行應用,采用在線編程的方式,將存儲芯片設置在RAM內,在需要編程的過程中通過原理圖和硬件對語言進行描述,然后將數據存儲到RAM內,這樣將數據進行存儲的方式使得相關的邏輯關系得到更加科學的處理,一旦對其中的FPGA開發軟件進行斷電之后,就會出現RAM的邏輯關系空白,為整體的數據存儲節省較多的空間,提升FPGA系統的使用效率,將不同的數據流灌入到硬件系統中,提升電子電路設計的整體質量,便于對設計方法進行全面的創新。
2電子電路設計的創新基本方法
2.1對電子電路進行層次化的設計
進行電子電路層次化的設計首先需要將基本構造分成相應的模塊,對不同的模塊進行分層次的設計描述,整體設計過程中需要按照從硬件頂層抽象描述向最底層結構進行轉換,直到實現硬件單元描述為止,層次化設計在進行管理設計的過程中相比較而言較為靈活,可以根據實際特點選擇適宜的設計方式,既能夠是自頂向底的方式,也可以是自底向頂的方式,具體情況需要按照實際情況進行分析,對電子電路的設計進行全面科學的管理。
2.2對電子電路進行漸進式設計
漸進式設計也是電子電路設計中經常出現的情況,這種設計方式主要是將一些附加功能帶入到管理中,將設計的相關指標使用到設計中,其中包括高頻、低頻模擬電路、數字電子線路的結構設計,然后依據實際情況設計相應的單元電路結構,將電子電路工作的特點和運行方式融入到設計中,并將線路設計進行全面的整合,注重輸入與輸出之間的相互關系,保證電路設計的規范性,將電子電路設計得更加便于操作。同時在進行設計的過程中需要對漸進式設計的步驟進行分析,根據應用型電子電路的功能,及時地對電子電路進行組合,在進行拼裝時需要關注連接點信號連接的強度、幅度以及電壓值之間的關系,將整體電路進行更加科學的設計。
2.3硬件語言描述設計
在進行電子電路設計的過程中還可以使用基于硬件語言描述的形式,首先需要對設計目標進行全面的管理,熟悉電子設計中對信號進行控制的相關原理,保證信號處理的各項參數。在具體信息確定完成之后需要對系統進行分解,找出硬件的總體框架,之后對設計圖進行仿真設計,將較為重要的位置使用相關的記號進行標注,然后借助CAD軟件對設計進行仿真測試,保證電子電路設計的邏輯關系、正負極值、時序等的正確性,提升方案設計的規范性。
3電子電路設計的創新路徑
3.1電子電路構架設計
進行設計創新首先需要對整體的設計構架進行管理,在設計中對FPGA系統進行重新定義,在硬件單元內部建立連接,找出更加明確的構建系統,對設計途徑進行創新。在設計結束之后需要對設計目標以及設計結果進行對比,可以采用錯誤的代碼,驗證系統在進行甄別過程中的效果,對于出現問題的地方及時進行改進。在結束之后選擇適宜的子系統,其中一部分保持原本的運行狀態,一部分按照遺傳算法進行一定的修改,這樣可以對系統進行更加完善的處理,使操作的適應性更強。進行改進之后再對系統進行整體的驗證,不斷地對設計方案進行改進,使得設計更加符合方案的需要。
3.2對設計環境進行創新
在設計過程中需要對系統的環境進行創新,用于測試的環境需要將測試的硬件與顯示的FPGA構架和硬件進行全面的控制,制定適宜的仿真軟件。計算機在使用的過程中可以通過通信電纜將數據從計算機下載到FPGA系統中,使用規范化的儀器對數據采集中的硬件和軟件進行連接,對設計方案進行全面的評估,并將數據轉化進行應試實驗,對軟件進行仿真處理,提升系統整體運行環境。
4結語
電子電路設計對于科技的發展具有較為關鍵的作用,需要對系統進行全面的管理,對設計方法進行不斷的創新,使設計在多變的環境中實現自我重構,提升設計的科學性,使抽象的理論形象化、復雜的電路實際化。不僅能提高理解分析能力,而且能提高設計能力。通過設計和模擬仿真可以快速地反映出所設計電路的性能,使設計更加生動、直觀、實時、高效,更好地為人類造福。
參考文獻
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關鍵詞：課程體系改革；教學內容優化；集成電路設計
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）34-0076-02
以集成電路為龍頭的信息技術產業是國家戰略性新興產業中的重要基礎性和先導性支柱產業。國家高度重視集成電路產業的發展，2000年，國務院頒發了《國務院關于印發鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》（18號文件），2011年1月28日，國務院了《國務院關于印發進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》，2011年12月24日，工業和信息化部印發了《集成電路產業“十二五”發展規劃》，我國集成電路產業有了突飛猛進的發展。然而，我國的集成電路設計水平還遠遠落后于產業發展水平。2013年，全國進口產品金額最大的類別是集成電路芯片，超過石油進口。2014年3月5日，國務院總理在兩會上的政府工作報告中，首次提到集成電路（芯片）產業，明確指出，要設立新興產業創業創新平臺，在新一代移動通信、集成電路、大數據、先進制造、新能源、新材料等方面趕超先進，引領未來產業發展。2014年6月，國務院頒布《國家集成電路產業發展推進綱要》，加快推進我國集成電路產業發展，10月底1200億元的國家集成電路投資基金成立。集成電路設計人才是集成電路產業發展的重要保障。2010年，我國芯片設計人員達不到需求的10%，集成電路設計人才的培養已成為當前國內高等院校的一個迫切任務[1]。為滿足市場對集成電路設計人才的需求，2001年，教育部開始批準設置“集成電路設計與集成系統”本科專業[2]。
我校2002年開設電子科學與技術本科專業，期間，由于專業調整，暫停招生。2012年，電子科學與技術專業恢復本科招生，主要專業方向為集成電路設計。為提高人才培養質量，提出了集成電路設計專業創新型人才培養模式[3]。本文根據培養模式要求，從課程體系設置、課程內容優化兩個方面對集成電路設計方向的專業課程體系進行改革和優化。
一、專業課程體系存在的主要問題
1.不太重視專業基礎課的教學。“專業物理”、“固體物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”是集成電路設計的專業基礎課，為后續更好地學習專業方向課提供理論基礎。如果基礎不打扎實，將導致學生在學習專業課程時存在較大困難，更甚者將導致其學業荒廢。例如，如果沒有很好掌握MOS晶體管的結構、工作原理和工作特性，學生在后面學習CMOS模擬放大器和差分運放電路時將會是一頭霧水，不可能學得懂。但國內某些高校將這些課程設置為選修課，開設較少課時量，學生不能全面、深入地學習；有些院校甚至不開設這些課程[4]。比如，我校電子科學與技術專業就沒有開設“晶體管原理”這門課程，而是將其內容合并到“模擬集成電路原理與設計”這門課程中去。
2.課程開設順序不合理。專業基礎課、專業方向課和寬口徑專業課之間存在環環相扣的關系，前者是后者的基礎，后者是前者理論知識的具體應用。并且，在各類專業課的內部也存在這樣的關系。如果在前面的知識沒學好的基礎上，開設后面的課程，將直接導致學生學不懂，嚴重影響其學習積極性。例如：在某些高校的培養計劃中，沒有開設“半導體物理”，直接開設“晶體管原理”，造成了學生在學習“晶體管原理”課程時沒有“半導體物理”課程的基礎，很難進入狀態，學習興趣受到嚴重影響[5]。具體比如在學習MOS晶體管的工作狀態時，如果沒有半導體物理中的能帶理論，就根本沒辦法掌握閥值電壓的概念，以及閥值電壓與哪些因素有關。
3.課程內容理論性太強，嚴重打擊學生積極性。“專業物理”、“固體物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”這些專業基礎課程本身理論性就很強，公式推導較多，并且要求學生具有較好的數學基礎。而我們有些教師在授課時，過分強調公式推導以及電路各性能參數的推導，而不是側重于對結構原理、工作機制和工作特性的掌握，使得學生（尤其是數學基礎較差的學生）學習起來很吃力，學習的積極性受到極大打擊[6]。
二、專業課程體系改革的主要措施
1.“4+3+2”專業課程體系。形成“4+3+2”專業課程體系模式：“4”是專業基礎課“專業物理”、“半導體物理”、“固體物理”和“晶體管原理”；“3”是專業方向課“集成電路原理與設計”、“集成電路工藝”和“集成電路設計CAD”；“2”是寬口徑專業課“集成電路應用”、“集成電路封裝與測試”，實行主講教師負責制。依照整體優化和循序漸進的原則，根據學習每門專業課所需掌握的基礎知識，環環相扣，合理設置各專業課的開課先后順序，形成先專業基礎課，再專業方向課，然后寬口徑專業課程的開設模式。
我校物理與電子科學學院本科生實行信息科學大類培養模式，也就是三個本科專業大學一年級、二年級統一開設課程，主要開設高等數學、線性代數、力學、熱學、電磁學和光學等課程，重在增強學生的數學、物理等基礎知識，為各專業后續專業基礎課、專業方向課的學習打下很好的理論基礎。從大學三年級開始，分專業開設專業課程。為了均衡電子科學與技術專業學生各學期的學習負擔，大學三年級第一學期開設“理論物理導論”和“固體物理與半導體物理”兩門專業基礎課程。其中“固體物理與半導體物理”這門課程是將固體物理知識和半導體物理知識結合在一起，課時量為64學時，由2位教師承擔教學任務，其目的是既能讓學生掌握后續專業方向課學習所需要的基礎知識，又不過分增加學生的負擔。大學三年級第二學期開設“電子器件基礎”、“集成電路原理與設計”、“集成電路設計CAD”和“微電子工藝學”等專業課程。由于“電子器件基礎”是其他三門課程學習的基礎，為了保證學習的延續性，擬將“電子器件基礎”這門課程的開設時間定為學期的1～12周，而其他3門課程的開課時間從第6周開始，從而可以保證學生在學習專業方向課時具有高的學習效率和大的學習興趣。另外，“集成電路原理與設計”課程設置96學時，由2位教師承擔教學任務。并且，先講授“CMOS模擬集成電路原理與設計”的內容，課時量為48學時，開設時間為6～17周；再講授“CMOS數字集成電路原理與設計”的內容，課時量為48學時，開設時間為8～19周。大學四年級第一學期開設“集成電路應用”和“集成電路封裝與測試技術”等寬口徑專業課程，并設置其為選修課，這樣設置的目的在于：對于有意向考研的同學，可以減少學習壓力，專心考研；同時，對于要找工作的同學，可以更多了解專業方面知識，為找到好工作提供有力保障。
2.優化專業課程的教學內容。由于我校物理與電子科學學院本科生采用信息科學大類培養模式，專業課程要在大學三年級才能開始開設，時間緊湊。為實現我校集成電路設計人才培養目標，培養緊跟集成電路發展前沿、具有較強實用性和創新性的集成電路設計人才，需要對集成電路設計方向專業課程的教學內容進行優化。其學習重點應該是掌握基礎的電路結構、電路工作特性和電路分析基本方法等，而不是糾結于電路各性能參數的推導。
在“固體物理與半導體物理”和“晶體管原理”等專業基礎課程教學中，要盡量避免冗長的公式及煩瑣的推導，側重于對基本原理及特性的物理意義的學習，以免削弱學生的學習興趣。MOS器件是目前集成電路設計的基礎，因此，在“晶體管原理”中應當詳細講授MOS器件的結構、工作原理和特性，而雙極型器件可以稍微弱化些。
對于專業方向課程，教師不但要講授集成電路設計方面的知識，也要側重于集成電路設計工具的使用，以及基本的集成電路版圖知識、集成電路工藝流程，尤其是CMOS工藝等相關內容的教學。實驗實踐教學是培養學生的知識應用能力、實際動手能力、創新能力和社會適應能力的重要環節。因此，在專業方向課程中要增加實驗教學的課時量。例如，在“CMOS模擬集成電路原理與設計”課程中，總課時量為48學時不變，理論課由原來的38學時減少至36學時，實驗教學由原來的10學時增加至12個學時。36學時的理論課包含了單級運算放大器、差分運算放大器、無源/有源電流鏡、基準電壓源電路、開關電路等多種電路結構。12個學時的實驗教學中2學時作為EDA工具學習，留給學生10個學時獨自進行電路設計。從而保證學生更好地理解理論課所學知識，融會貫通，有效地促進教學效果，激發學生的學習興趣。
三、結論
集成電路產業是我國國民經濟發展與社會信息化的重要基礎，而集成電路設計人才是集成電路產業發展的關鍵。本文根據調研結果，分析目前集成電路設計本科專業課程體系存在的主要問題，結合我校實際情況，對我校電子科學與技術專業集成電路設計方向的專業課程體系進行改革，提出“4+3+2”專業課程體系，并對專業課程講授內容進行優化。從而滿足我校集成電路設計專業創新型人才培養模式的要求，為培養實用創新型集成電路設計人才提供有力保障。
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【關鍵詞】電子技術;聲光控制;照明電路;設計研究
隨著社會經濟的不斷發展，人們對于環保概念中的節能減排理念逐漸加深了認同感，提倡節約資源，避免不必要的浪費，促進可持續發展[1]。而在我們生活中，對于電能使用方面的節約就成了當前電路設計研究的重點。小區、工廠等場所，在過去都是要提供整晚的照明，極大的造成了浪費。而手持照明設備雖然可以降低一定的照明燈使用，但是卻極其不方便。基于電子技術的不斷發展進步，一種新型聲光控制照明電路已經逐漸被研發使用，真正的為我國的可持續發展建設做出了極大的貢獻。
一、基于電子技術的聲光控制照明電路設計研究的意義
我國傳統公共照明燈，要么為了方便人們夜晚活動徹夜不關，要么就是采用手動開關的設計方式。前者會造成嚴重的電能資源浪費，后者則給夜視能力欠佳的人造成了極大的困擾[2]。因此，聲控照明燈首先應運而生。相對于前面兩種情況來說，聲控照明燈的使用，的確在一定程度上解決了人們的使用困擾，但是，聲控燈無法避免白天不受聲音的影響，還是會存在一定的資源浪費現象。接著，人們為了解決聲控燈的不便，又研發出了定時開關總電源，雖然解決了節能需求，但是又加大了管理方面的負擔。而聲光控制照明電路，顧名思義，就是從聲源以及光源兩方面對電路進行雙重控制，極好的滿足了人們對于夜晚照明設備兼具照明使用及節能減排功能的需求。
二、基于電子技術的聲光控制照明電路設計研究的具體方案
聲光控制照明電路設計的總原理，就是以光信號作為電路發光的基礎條件，然后用聲信號來完成對照明設備的發光控制。具體來說，就是通過聲電轉換裝置，能夠把電路接收到的聲信號轉變成為頻率不一且相對薄弱的電信號，再經過處理電路以及放大電路的加工，形成控制整個電路的控制信號[3]。如果這一過程中電路接收到的光信號強度達到預定的恒定狀態，那么該部分控制開關就會打開，否則，開關就會關閉。具體各電路的設計介紹如下：
2.1電源電路設計
電源電路設計，選用了穩壓二極管作為降壓裝置。穩壓直流輸出后，先后經過降壓電容器（C1）、全橋整流器（QD）、濾波電容（C2）后，最后通過穩壓二極管（DW）完成穩壓，最終得到能夠滿足照明電路需要的穩定電壓。這一部分的設計的主要原則，就是要保證電路能夠滿足正常的聲光控制電路工作，同時力求使整個電流電路的結構簡單化。
2.2信號放大線路設計
對于信號放大線路的設計，主要包括拾音器以及放大器兩部分。選擇拾音裝置時，要選取價格不貴，但內部壓電陶瓷片具有較高靈敏度的。例如，電壓蜂鳴器型號為HTD35A-1的這一裝置，采集到聲音后，經過壓電陶瓷片形成微弱的電效應，經過直藕式音頻放大器的作用，可以對這個電信號進行放大，再經過T3，產生倒向放大，進而觸發電路中的單穩態電路。
2.3聲光控制電路設計
聲光控制電路設計，具體分為兩種情況：首先，是強制復位狀態。即光敏三極管在白天會接受到強烈的光照，受較大阻抗影響，單穩態觸發器會輸出低電平，形成強制復位狀態，照明開關不會打開，照明設備就不會發亮。其次，夜晚正好相反，光敏三極管能夠感受到的光照較弱，受阻抗值較小的影響，單穩態觸發器就會輸出高電平，而此時如果拾音器也接收到一定的聲信號，通過對聲信號進行加工，產生了極大的電流，觸發單穩態觸發器，使得可控硅被觸發倒通，照明設備就會持續一段時間的發光。一般這一電路設計要求照明持續保持120S，可以考慮選用型號3DK2的三極管，以及0.01μ的最小電容。
2.4光電傳感器電路設計
最后，對于光電傳感器電路的設計，主要就是滿足電路照明的需求。在這一設計環節中，主要注重選擇一些合適的貼近實際使用需求的材料，確保照明設備能夠正常使用即可。例如，選用型號為3DU5的光敏三極管，其工作電壓的正常范圍在6V——8V間，光譜響應范圍也剛好符合實際需求。
三、結語
綜上所述，基于電子技術研發的聲光控制照明電路的使用，在節省電能及人力方面，都具有極好的效果，大大方便了人們的夜間生活。且操作模式的自動化設計理念，正是當前時展的重要標志，同時也符合人們高效利用信息科學技術，滿足日常生活需求的理念，是一項性價比極高的設計研究成果。
參考文獻
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數字電路教學設計項目教學學習興趣現代化電子技術飛速發展，數字電路更是以系統集成化、設計自動化、用戶專業化和測試、智能化的趨勢出現。數字電路教學中如何能應對電子技術的發展，同時又遵循高等職業教育以職業為基礎、以能力為本、理論夠用為度的原則，圓滿完成課程的教學任務，用項目教學法是行之有效的手段。
一、關于項目教學法
1.項目教學的概念
項目教學法，是圍繞一個實踐項目而展開的教學活動，其目的是在項目實施過程中使理論與實踐教學同步進行，從而充分調動學生參與的積極性，提高學生解決實際問題的綜合能力。
2.項目教學法的關鍵
項目教學法的關鍵，是把整個學習過程分解為一個個具體的工程或事件，設計出一個個合適的項目教學方案。這樣，不僅傳授給學生理論知識和操作技能，更重要的是培養他們的職業能力。
3.項目教學法的優點
項目教學法，是讓學生實施一個具體的項目，學生學習的目的很明確，能極大地調動學生的學習積極性，提高學習興趣。項目教學法大多要分小組完成，通過小組內及小組間的充分交流、討論、決策等，提高學生合作能力，強化學生的團隊意識。而合作能力和團隊意識，恰恰是當前社會化大生產所要求的基本素質。項目教學法在實施過程中會涉及到很多學科知識，能促進課程間的整合。
二、項目教學法的教學實踐
數字電路課程是高職電氣專業一門承上啟下的專業基礎課，具有較強的邏輯性、應用性和工程實踐性。內容包括數字電路基礎、組合邏輯電路基礎、組合邏輯集成電路、時序邏輯電路基礎、時序邏輯集成電路、半導體存儲器與可編程邏輯器件、數模和模數轉換器和脈沖信號的產生與整形共8章節。按照“以能力為本位，以職業實踐為主線，以項目課程為主體的模塊化專業課程體系”的總體教學設計要求，本門課程以培養靈活應用常用數字集成電路來實現邏輯功能的能力為基本目標，打破學科課程的設計思路，緊緊圍繞工作任務完成的需要來選擇和組織課程內容，突出工作任務與知識的聯系，讓學生在職業實踐活動的基礎上掌握知識，增強課程內容與職業崗位能力要求的相關性，提高學生的就業能力。本課程可以分成6個項目完成，分別是：全加器電路設計、搶答器的設計與制作、同步計數器電路設計、數字鐘電路的設計與制作、用可編程邏輯器件設計數字鐘電路和A/D 和D/A 轉換功能仿真。第1到3章劃為第一個項目，內容是：全加器電路設計。以下就以第一個項目為例完成教學設計。
1.教材分析
這部分內容包含3個章節：數字電路基礎、組合邏輯電路基礎、組合邏輯集成電路。每章節后面都有本章小結、思考題與習題、技能要求和實訓內容以及書最后的實驗內容部分。很顯然，編者也在強調技能和實訓的重要性，但在進行教學設計時采用項目教學法能很好地體現實踐能力為主。
2.教學設計
此部分內容重點是掌握邏輯函數的表示方法，會進行邏輯函數的變換和化簡；能正確理解基本門電路邏輯功能；會用基本邏輯門電路設計簡單組合邏輯電路。如何把內容連貫，用某個項目來體現，我們可以結合實驗內容以及常見的電路來解決。那么，學習項目選取的基本依據是該門課程涉及的工作領域和工作任務范圍，在具體設計過程中，還以相關專業的典型產品為載體，使工作任務具體化，產生具體的學習項目。項目的難度要適中，要適合學情，讓學生都能動手參與，能充分調動他們的積極性，使學習更有目的性，讓學生在職業實踐活動的基礎上掌握知識。本項目內容是全加器的電路設計。采用全加器的設計這樣的項目內容，那么，組合邏輯集成電路，此部分章節中的編碼器、譯碼器與數碼顯示器等內容暫時就使用不到，我們可以把這些內容劃分到下一個項目中去，而只是涉及到它的前面一部分內容二進制加法器。這樣，不會顯得項目量過大，知識太擁擠，學生學習困難的問題。
3.教學過程的組織實施
項目教學法的教學步驟，具體是以下六個步驟：情景設置，操作示范，獨立探索，明確項目，協作學習，學習評價。本項目可以包含這幾個模塊：（1）完成基本門電路的測試；（2）用74LS00實現多種邏輯功能；（3）用基本門電路設計全加器電路。每個模塊參考學時都可以是4學時，它們的學習目標不相同，由淺入難，循序漸進，慢慢引導學生掌握理論知識，增加實踐經驗。每個模塊除了列出的工作任務以外，根據學生層次的不同，還可添加相應的拓展知識。模塊一邏輯門電路測試工作任務包含測試TTL門電路74LS00、74LS04、74LS20、74LS32、74LS86邏輯功能并記錄測試數據和整理歸納總結，列出74LS00、74LS04、74LS32、74LS86 邏輯表達式，狀態真值表。它相關的理論知識：基本邏輯運算和復合邏輯運算，基本門電路邏輯功能，邏輯函數的基本表達式。模塊二用與非門電路實現多種邏輯功能工作任務有用74LS00實現下列邏輯功能：或非F=A+B、與或F=AB+CD、4輸入與F=ABCD、異或和同或。相關理論知識：邏輯代數的基本定律和規則，邏輯函數的化簡方法，邏輯函數表達式。模塊三全加器的設計與制作工作任務：用基本門電路設計判奇電路，用基本門電路設計半加器電路，用基本門電路設計全加器電路。相關理論知識：組合邏輯電路的分析方法，用基本門電路實現組合邏輯功能。全加器是能夠計算低位進位的二進制加法電路，全加器的邏輯圖如圖所示。
【關鍵詞】移動通訊終端 SOB設計 信號完整性
移動通訊終端在我們日常生活中起到了作用的越來越大，隨著技術的不斷進步，其在通訊用途的基礎上增加了很多如多媒體方面的附加功能，而且這些功能現已被納入基本功能的范疇，相關設計開發都是以市場為導向，而且都要依托特定的移動終端平臺，目前，基于3G平臺的多功能手機已經成為手機市場的主流，而隨著芯片時鐘頻率的持續提高以及電路集成度不斷增加，信號完整性問題的解決也越來越重要，在這種迫切的需求下，將移動通訊終端SOB設計與信號完整性分析理論相結合，在今后移動終端產品的研發中將發揮極為重要的作用。
1 移動通訊終端SOB設計
SOB設計原則可以概括為四點，即以研發平臺為基礎，注重產品性能優化、盡可能降低成本以及模塊化思想，并在這四點原則指導下進行電路設計和互連設計。
1.1 電路設計
以SOB板上系統架構為例進行分析，其主板大體分為射頻和基帶兩部分，前者由收發器、收發切換開關、功率放大器及天線組成，后者由主芯片、存儲芯片、TF存儲卡、SIM卡、液晶顯示模塊、攝像頭模塊以及音頻電路等各種非射頻功能電路組成；其時鐘源則是由126MHz晶振和32.768KHz晶振兩部分組成，前者為板上系統的主要時鐘源，后者為實時時鐘。就電路設計而言，主要包括射頻電路設計和基帶電路設計兩部分，前者完成的是射頻發生與接收的工作，通過功率放大器、天線開關、參考源以及收發信機完成工作，設計方案有很多種，如前段模塊代替PA和RF開關，采用二合一器件代替獨立器件等，具體選擇哪一種應根據項目的定義以及成本價格等因素進行綜合分析來確定；基帶電路因板上系統的不同，主芯片也會呈現出不同的特征，移動終端設計多為閃存芯片，能夠長期存儲數據，其在耗電、體積、抗震性等方面具有很大優勢，主要應用于嵌入式系統，選擇何種存儲器方案，應從技術上、成本上、用途上，以及可靠性、耐用性、易用性等方面進行對比分析。再有就是液晶模塊接口電路、背光驅動電路、音頻電路等內容，在此不做一一列述。
1.2 互連設計
從元器件布局來看，其指導原則為：基帶應與射頻隔開，模擬部分應與數字部分隔開、音頻應與數字電路隔開，相同性質電路在分布上應相對集中，不同信號回路應保持相對獨立。對于地線（GND）的處理，首先要減小阻抗對GND的影響，通常會采用加寬GND和大面積接地的方法；其次是將GND作為信號回路，可將信號線盡量靠近GND或用GND填充空白；再次是將模擬GND與數字GND隔離開，再或者是用GND隔離敏感器件。再有就是對各線路的處理，對于高頻信號線，主要通過電磁波形式傳輸，相對而言，基帶的信號就是一個低頻信號，或者是遠離基線的信號線，或者是用GND進行隔離，鑒于其在傳輸中為分布式參數，走RF線時應盡量短而直，并多打地孔，便于RF與主地相連；對于音頻走線，其屬于低頻模擬信號，應與數字信號相隔離，而且應盡量走直。其他基帶信號的布線設計，如電源線、晶體振蕩器等，在此不做一一列述。
2 主板信號完整性分析及仿真
2.1 主板走線SI分析及仿真
信號完整性分析需要借助相關仿真工具，這里選擇Hyperlynx7.5仿真軟件對電路原理和走線方案進行仿真，完成驗證性工作。在USB差分走線設計中，對其走線方案進行LINSIM仿真，仿真中如果發現有明顯的過沖并形成了振動，說明走線并不理想，應考慮重新設計，將差分走線距離縮短，形成緊耦合，然后在對改進后的走線方案進行LINSIM仿真，直到得到理想的波形為止；在主時鐘線的串擾防護中，主芯片的信號完整性尤為重要，對此必須高度重視，信號大部分要走高速線，射頻信號線較多，這對主芯片的信號會差生干擾，可仿真一條攻擊線，根據串擾的產生機理，逐漸加大受害線與攻擊線的距離，從而收到良好的保護效果；在傳輸線的端接處理中，SDA的數據傳輸信號的走線較長，如果與信號上升時間RT關系得不到滿足，即傳輸線阻抗不匹配，就會產生反射，可提取傳輸線的特征阻抗以及接收端的內阻進行仿真，觀察其波形是否規范，使之能夠滿足信號質量的要求。
2.2 主板性能調測及驗證
這里主要對RF電路參數進行調整，并對其性能進行測試。在布線中已對RF信號進行了特殊保護，通過設置地層將其與其他信號有效隔開，以防止發生串聯，同時將信號回路面積最小化，利用綜測設備對主板進行RF測試，因其與Rxlev性能存在相關性，應對該電路進行重新匹配，提高其接受性能，在調整過程中，還應為RF接收部分電路，并保證各頻段接受通路均能完成網絡匹配；然后再對相應的電容、電感值進行調整和綜測，獲得匹配后的射頻綜測數據，使Rxlev性能能夠滿足RF[4]。射頻指標測試數據主要包括相位誤差（均方根值和峰值）、突發脈沖功率、頻率誤差、參考靈敏度電平殘余比特誤碼率等檢測項目，參考標準容限值，比較測量值，完成性能檢測，通過獲得的數據判斷電路的設計及走線是否合理。
3 結論
移動通信終端設備正在向高速度、復雜化方向發展，產品設計要考慮軟件、結構等諸多因素，尤其是第三代網絡通信的興起，信息量的急劇增加，系統對時鐘頻率也有了更高的要求，這些都增大了信號完整性保護的難度，正是基于這種現實需求，信號完整性分析以及仿真理論必然會隨著需求的不斷增多而得到進一步的發展。
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作者簡介
季文會（1982-），男，安微省蕪湖市人。現為天津職業技術師范大學實驗師。研究方向為通信 EDA技術。
關鍵詞：刷卡系統； CAN總線； 非接觸式智能卡; 用戶信息管理
中圖分類號：TN919-34 文獻標識碼：A 文章編號：1004-373X(2011)24-0077-03
Design of CAN Bus Based Punch Card System Used in College Canteens
WANG Yu-lin, YUAN Feng-wei, JIANG Yan, XIE Jing
(School of Mechanical Engineering, University of South China, Hengyang 421001, China)
Abstract： The traditional payments in college canteens has some defects, such as inefficiency, inconvenience, high administrative cost and easy damage of cards. To overcome these drawbacks, a design scheme of college canteen punch card system based on CAN bus technology is proposed through the research on combining CAN bus technology with non-contact smart card technology. The hardware-software design of the card issuing node and card punching node of lower computers was completed. The development of the upper computer management software was fulfilled. The safety, reliable and convenient card issuing and punching as well as user′s information management were realized.
Keywords： card system; CAN bus; non-contact smart card; user′s information management
收稿日期：2011-07-17
基金項目：國家自然科學基金資助項目（51006050）
0 引 言
在如今的高校食堂，由于學生數量龐大，流動性頻繁，傳統的紙質餐票、現金或基于接觸式IC卡技術的消費支付方式存在服務效率不高、便捷性差、管理成本高、卡片易損壞等諸多弊端。高校食堂消費作為學校后勤服務的重要組成部分，如果仍沿用以前傳統的消費方式，將動用大量的人力物力，而且管理上會出現很多繁瑣的事務，這樣不利于高校更好地為廣大師生服務以及學校的管理。為了解決這一問題，如今，越來越多的高校采用智能卡技術和網絡技術相結合來構建學校的食堂刷卡系統。
非接觸式智能卡技術和CAN總線技術都是當今世界科技迅猛發展的產物。智能卡技術廣泛的應用于各行業，特別是公共交通、無線通信、身份識別、金融交易和安全防衛等行業；而CAN總線在可靠性、實時性和靈活性方面都有突出的優點。如果將非接觸式IC卡技術和CAN總線技術2種熱點技術結合起來，開發一套基于CAN總線的高校食堂刷卡系統，對優化廣大師生的生活，提高高校食堂管理水平和服務質量，將具有很好的促進作用。
1 系統總體設計
1.1 系統設計原則
根據設計的背景以及系統的設計任務和要求，該系統在研究和設計過程中要遵循4個方面的原則：安全性、可靠性、易用性、易維護性。
1.2 系統主要技術方案選擇
本系統設計需要首先確定的主要技術方案有：通信總線的選擇、卡片的選擇、卡讀寫操作技術方案的選擇。通過充分的比較論證，本系統采用CAN總線來構建系統網絡，選用Philips公司設計的Mifare1 S50非接觸式IC卡作為高校食堂刷卡系統的信息載體，為了提高系統的可靠性、穩定性和兼容性，本系統采用購買北京易火眼公司的YHY502ATG射頻卡讀寫模塊來對射頻卡進行讀寫操作。
1.3 系統設計主要器件選擇
根據市場情況、開發工具和設計的實際需要，本系統的發卡節點和刷卡節點均選用單片機AT89S52作為主控芯片。考慮到SJA1000支持CAN2.0A/B協議，而PCA82C250可以支持110個CAN節點，并且在國內市場上Philips的產品型號比較多，購買方便，所以選用Philips公司的SJA1000作為CAN控制器以及PCA82C250作為CAN總線收發器。
1.4 系統整體結構
根據系統設計所確定的技術方案，系統整體結構如圖1所示。
1.5 系統功能模塊劃分
根據系統設計的功能任務和要求，可把本系統劃分為3大功能模塊：發卡模塊、刷卡模塊和系統上位機模塊，如圖2所示。
2 系統硬件電路設計
2.1 硬件總體設計方案
高校食堂刷卡系統硬件部分分為發卡機和刷卡機，根據系統功能模塊劃分，系統硬件電路具體由7部分構成：AT89S52最小系統電路、射頻卡讀寫模塊YHY502ATG電路、串口通信電路、CAN總線通信電路、LCD12864顯示電路、鍵盤輸入電路和報警提示電路。系統硬件電路組成如圖3所示。
2.2 射頻卡讀/寫模塊電路設計
YHY502ATG射頻卡讀/寫模塊與微控制器之間的通信通過I2C總線實現，可參考YHY502ATG的技術應用手冊來設計應用電路。YHY502ATG讀寫模塊提供一組對卡操作的通信協議，不必考慮底層通信數據的處理，不過必須遵守這些通信協議，并根據設計需要在控制端修改相應程序即可。
2.3 串口通信接口電路設計
設計采用9芯的RS 232C接口實現下位機與上位機之間的通信，AT89S52本身帶有一個全雙工UART串行通道，在硬件電路設計中，為了使AT89S52單片機的輸入輸出TTL電平與PC機配置的RS 232C標準串行接口二者的電氣規范一致，本系統采用MAX232芯片實現AT89S52與PC機的RS 232C標準接口電平之間的轉換。
2.4 CAN總線接口電路設計
系統采用CAN通信控制器SJA1000和CAN收發器PCA82C250設計CAN總線節點接口電路。在硬件電路設計時，總線末端的2個120 Ω電阻，對于匹配總線阻抗起著非常重要的作用。如果忽略掉它們，會使數據通信的抗干擾能力及可靠性大大降低，甚至無法通信。
2.5 鍵盤輸入電路設計
鍵盤電路用來接收用戶刷卡消費輸入的金額，所以一個穩定、占用系統資源少的人機對話通道非常重要。傳統的鍵盤電路設計，不管是獨立式鍵盤還是矩陣式鍵盤，都非常浪費微控制器的端口資源，而且還需要人為進行去抖動處理，且抗干擾能力差。為了克服上述弊端，本系統采用廣州周立功單片機發展有限公司自行設計的一款數碼管顯示驅動及鍵盤掃描管理芯片ZLG7290來設計鍵盤電路。
2.6 液晶顯示模塊電路設計
液晶顯示模塊電路用來提示用戶刷卡消費的信息，為了使系統人機交互界面友好，液晶顯示模塊電路采用長沙太陽人公司生產的SMG12864G3-ZK型液晶來設計。為了節約單片機的I/O資源，液晶模塊采用串行接口方式。
2.7 系統復位電路設計
為了使單片機AT89S52和CAN控制器SJA1000同時復位，本系統采用IMP708復位芯片設計復位電路。IMP708為微處理監控芯片，具有系統復位、掉電復位、手動復位、“看門狗”、定時輸出、電源電壓監測、具有不同復位電壓等特點。該芯片功耗低、使用簡單、價格低廉、可靠性高，應用十分廣泛。
3 系統軟件設計
本系統的軟件設計分為上位機和下位機2部分。下位機軟件設計需要完成系統發卡節點和刷卡節點軟件的開發，針對各節點要完成的功能及要求，展開具體的分析、繪制程序流程圖、設計各功能模塊軟件程序。上位機監控程序的開發是本系統的一個難點和重點，主要實現上位機和下位機之間的通信、對發卡節點的命令操作、注冊用戶、消費信息實時管理、用戶數據管理等功能。
3.1 發卡節點程序設計
發卡節點主要完成用戶的充值、串口通信等操作，結合硬件電路設計，為了實現各模塊的功能，發卡節點的軟件總體設計流程如圖4所示。
3.2 刷卡節點程序設計
刷卡節點主要完成的功能有讀卡序列號、讀錢包、扣款、過程液晶顯示、CAN總線發送消費結算信息給上位機。根據節點的硬件電路和設計的功能要求，刷卡節點程序總體設計的流程如圖5所示。
3.3 上位機程序設計
上位機程序的設計采用Visual C++ 6.0 MFC編程技術來實現，需要實現用戶信息的注冊或注銷、卡充值、卡扣款、用戶信息查詢和修改等功能，同時建立與數據庫的連接能將用戶消費結算信息實時更新并儲存到數據庫中。系統上位機串口通信程序采用的是ActiveX控件MSComm進行編程，數據庫編程采用ADO技術，使用數據庫管理軟件SQL Server 2000。根據系統的設計任務和要求，上位機軟件功能框圖如圖6所示。
4 結 語
系統成功的實現了上位機與下位機之間的軟硬件調試，運行穩定，效果良好。系統操作能對用戶進行注冊或注銷、用戶信息查詢以及卡充值、卡扣款，并能將用戶的消費結算信息實時更新至數據庫中。本設計實現了安全、可靠、便捷的發卡和刷卡，達到了預期效果。
參 考 文 獻
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一、中國集成電路設計產業IP核技術的現狀
知識經濟時代，社會經濟的發展越來越依賴于科學技術的進步，電子信息產業作為高新技術行業，又以集成電路（IntegratedCircuit，IC）的設計為前沿。作為21世紀的朝陽產業，IC設計能力反映了一個國家信息產業的硬實力，深刻地影響著人們生產、生活的方法面面，對于一國的經濟社會發展起著舉足輕重的作用。隨著集成電路的規模依據摩爾定律不斷呈指數級別地飛速增長，已經實現可以將整個系統集成到一塊單硅芯片上，片上系統（SystemonChip，SoC）的概念應運而生。然而對于大規模的SoC開發，無論從設計的費用、周期還是可靠性方面考慮，傳統的方法均已不能滿足需求。加之集成電路產業分工的日益細化,外包模式被更多企業采用，出于對商業風險、市場機會和材料成本的考慮，集成電路產業越來越多地使用知識產權核(IntellectualPropertyCore，IPCore)2復用的設計方法。“集成電路設計業已步入IP模塊的年代，IP開發、搜索、集成與服務是當前設計業發展的瓶頸,知識產權在集成電路設計業發展中的地位至關重要。”3據中國電子信息產業發展研究院（簡稱CCID）統計，2007年全球SoC市場已達750億美元，占國際IC市場的29%，其中全球SoC產品設計85%都采用IP核為主的預定制模塊，IP核的銷售額達到40億美元以上4。2012年，國家工信部軟件與集成電路促進中心(以下簡稱CSIP)調研報告顯示，移動互聯網時代的到來使得全球半導體產業發生著深刻的變化，而且必將會從量變轉入質變，其中一個重要的方面就是智能手機和平板電腦產業引發的SoC“核”競賽。國家集成電路人才培養基地專家預計，到2015年，中國芯片市場規模將超過1萬億元，SoC“IP核”價值將更為可觀。5隨著我國集成電路產業自主研發產品種類的不斷增加，中國IC企業也越來越多地涉足SoC設計，對IP核的需求持續快速增長。CSIP調研顯示，截止2011年12月，100%的中國IC企業都使用了第三方提供的IP核，其中34.2%的企業IP核采購支出占預算比例達20%～40%，18.4%的企業IP核采購支出甚至占到了40%以上，整體技術依存度畸高。關于影響國內IP核產業發展的主要因素調查表明，54%的企業認為首要問題是知識產權保護，許多企業不愿意推廣自己的IP核，原因幾乎一致，主要還是擔心知識產權保護不力，辛辛苦苦研發出來的技術被別人盜用或濫用。6由于對如何依靠我國現行知識產權法律保護IP核缺乏了解，除個別IC企業掌握少量自主知識產權的IP核外，絕大多數國內IC企業仍處于技術需求方的弱勢地位。不僅如此，“掌握核心技術的很多國外IP核供應商對國內知識產權的保護也表示懷疑，拒絕將該IP核在中國交易”7使得中國IC企業難以獲得高質量的IP核，并且動輒被懷疑存在抄襲等侵權行為8，更毋寧說進行技術交流與學習創新。
二、中國集成電路IP核發展的戰略措施分析
集成電路設計產業是電子信息產業發展的制高點，集成電路IP核作為集成電路設計的關鍵性技術成果對于產業的發展意義重大。我國集成電路設計產業遇到的困難主要是缺乏自主知識產權的集成電路IP核，導致IP核對外技術依存度畸高。為此，需要推動我國集成電路設計產業知識產權戰略，提升集成電路IP核的開發、獲取和保護能力，以促進我國集成電路產業的健康、快速發展。本文認為可以考慮從以下三方面著手：
（一）加強IP核知識產權法律協調保護力度集成電路IP核的知識產權保護方法，國際IP核標準化組織VSIA（虛擬插槽接口聯盟）的《IP核保護白皮書》9中歸納了三種保護途徑，第一種是依靠知識產權法律的“威懾”作用防止IP核被非法傳播與使用，否則將借助司法程序予以制裁。第二種是借助合同、契約等方式，如通過許可證協議等方式阻止IP核被非授權性使用，以達到“防衛”的效果。第三種則是通過水印和指紋等技術手段，對IP核的合法性進行“檢測”和追蹤。我國借鑒了VSIA的相關方案，相繼制定了《集成電路IP核保護大綱》等11項行業標準，但如上述國家機構的一系列調研報告表明的情況實施效果不甚理想。究其原因，主要是《集成電路布圖設計保護條例》（以下簡稱《IC條例》）制訂后保護思路的單一與保護力度的松懈。2001年《IC條例》的頒布讓業界普遍認為依靠《IC條例》就足以解決集成電路設計保護方面的所有問題。實則不然，鑒于集成電路IP核技術的復雜性與侵權的隱蔽性，集成電路IP核的知識產權保護通常較為困難。技術上，IP核已經發展到系統級別，依據設計流程上的區別可細分為多個類別。按照《IC條例》的規定只能對其中部分形式的IP核進行保護，卻容易忽視其它類別的IP核可以納入《著作權法》《專利法》《反不正當競爭法》等的保護范圍10，造成我國大量IP核創新成果的知識產權保護缺失。結合產業和技術發展，加強IP核知識產權法律間的協調保護力度，提升企業等創新主體的IP核知識產權保護意識和保護能力，無疑將有助于促進我國自主知識產權IP核數量的增加和設計質量的提高。另外，有擔心加強IP核知識產權法律保護力度可能會更有利于跨國公司而不利于我國本土企業IP核知識產權獲取，實際大可不必。集成電路IP核等信息產業知識產權領域的一個顯著特點就是容易出現相互制約的知識產權。只要我國企業能夠憑借后發優勢獲得一定數量的IP核知識產權，特別是如果能夠掌握或者突破部分IP核通用或核心技術的知識產權，則能夠擁有與跨國公司交叉許可的談判資本，至少可以大幅要求降低許可使用費用，同時形成良性循環并逐步實現全方位的趕超。值得注意的則是我國《反壟斷法》關于知識產權反壟斷的配合還需完善，以防止某些跨國公司憑借市場支配地位，通過搭售非必要專利、打包許可過期專利、限制競爭的技術回授等方式，濫用知識產權限制競爭，2015年初我國發生的高通公司壟斷案等已經敲響了警鐘。從這個意義上講，加強集成電路設計業的知識產權法律間協調保護力度，不僅要加強對權利人正當利益的保護，還應該加強對于權利人濫用知識產權權利的懲處力度。
（二）加快IP核知識產權海外技術收購步伐全球化時代的知識產權戰略不能隅于一國之內，隨著我國整體經濟實力的增強，中國企業也開始越來越多的邁出國門，參股投資、兼并收購國外的公司企業。中國的集成電路產業也應該部署自己的海外戰略，其中尤其應當重視對于所收購企業創新能力的考察，特別是知識產權價值的評估。審時度勢地加快IP核知識產權海外技術收購步伐能夠幫助我國集成電路設計企業在較短時間內獲得自己作為權利人的IP核知識產權。進行IP核跨國收購應對國際上與集成電路設計IP核業務有關的公司情況進行分析判斷。目前國際上，與集成電路設計IP核業務有關的公司主要有四大類11:一是以IP核授權或出售為主要贏利途徑的專業IP核公司，如ARM、Rambus、MIPSTechnologies等。二是大型的集成器件制造商(IDM)公司，如TI、Samsung、Freescale等，由于長期的技術積累，擁有大量供內部重復使用的IP核；三是電子設計自動化（EDA）軟件公司，如Synopsys、Cadence、Mentor等，為推廣EDA軟件，這些公司大都開發了許多可供用戶使用的IP核，配合EDA工具一起銷售；四是晶圓代工（Foundry）廠，如TSMC、UMC、Charter等，為吸引更多的客戶到本公司加工流片，大都提供了包括標準單元庫在內的FoundryIP核供客戶免費使用。我國集成電路IP核海外收購的主要對象應該是正處于創業期的小型專業IP核公司。大型的集成器件制造企業和電子設計自動化軟件公司除非經營遇到極大困難或為調整發展方向欲轉售相關業務的，如IBM公司將筆記本業務與相關知識產權轉讓中國聯想，否則一般很難切入收購相關IP核等知識產權。而晶圓代工廠的IP核由于多屬于非核心技術且通常免費提供，收購意義也不大。容易忽略的是各國創新孵化器、高技術園區乃至高等院校內的IP核創新成果或知識產權。國外公司對此一直十分重視，據報道，有世界知名的跨國公司就通過其在中國設立的子科技公司，逐個與上海高校科研處簽訂收購高校發明成果的合作框架協議或合同，而類似的情況還不在少數12。收購相關創新成果一則可以掌握最新技術，二則可以通過知識產權占領被申請國市場，如果是通過PCT申請渠道還可能在多國享有合法的壟斷權利，更為重要的是有助于整合國外人才促進本國具有自主知識產權的相關技術研發。中國的IP核海外收購可以學習、借鑒跨國公司的經驗和案例，本著互惠互利的原則，以公平合理的價格收購有潛力的國外專業IP核公司。當然在收購中最好聘請優秀的律師事務所、專利事務所和會計師事務所等中介機構進行充分的知識產權風險、價值分析與評估，避免產生不必要地法律糾紛乃至遭遇知識產權的陷阱。
（三）加大IP核知識產權研發保護資金投入集成電路設計是個高投入高風險的行業，屬于技術和資本密集型產業。集成電路設計研發費用一般要占到銷售額的近15%，而后獲取知識產權保護還需要投入一定的經費，更毋寧說進行海外并購等。“我國集成電路產業十年以來科技投入1000多億元，但相比國際大企業，國內全行業投入只是英特爾公司的1/6。”13加大IP核知識產權研發保護資金投入，對于目前技術積累薄弱、自主知識產權缺乏、融資成本高昂的國內集成電路設計企業而言無異于注入強勁的動力源泉。資本在促進集成電路產業發展的重要性和必要性已經獲得認可，通過政府財政引導加股權投資基金協同運作的方式被認為是有效的手段。事實上，美國半導體業融資的主要渠道就是依靠風險投資基金支持。中國臺灣地區之所以成為全球第四大半導體基地就與其六年建設計劃對集成電路產業的重點扶植有密切關系。我國也可以考慮：政府通過一定的政策，配合財政、稅收、信貸等措施，引導社會資金投入國內集成電路IP核設計等相關產業，而公司股權、所獲得集成電路IP核的知識產權許可使用收益等均可以作為投資回報；或者采用設立投資基金的方式，以基金投資公司為平臺，扶持國內集成電路IP核設計企業克服資金短缺的困難、進行技術創新和知識產權保護等工作。2014年6月，由工業和信息化部、發展改革委、科技部、財政部等部門編制，國務院批準的《國家集成電路產業發展推進綱要》正式實施，提出要著力發展集成電路設計業，強化企業創新能力，加強集成電路知識產權的運用和保護。與此同時，繼北京之后，上海、武漢、深圳、合肥、沈陽等多地都加速打造地方版IC產業股權投資基金，據悉國家也將投入巨資以促進IC產業發展。相信包括集成電路IP核在內的我國IC業必將產生一大批創新性的技術成果，同時，也為企業加強對相關技術的知識產權保護、完善管理奠定了良好的基礎。當然，還可以考慮進一步細化基金支持項目，如果在可能的情況下，有必要建立一個或多個專門針對集成電路IP核等核心技術和知識產權的收購基金，以支持我國集成電路產業的海外技術并購。
三、結語
中國是一個IC制造和使用大國，但不是一個IC設計大國，更談不上IC設計強國。建設創新型國家與小康社會的中國，經濟發展離不開高新技術的支撐，我國的IC設計應該加快步伐迎頭趕上，因此中國需要在其中關鍵性技術——集成電路IP核的創造、保護與應用方面具有自己的話語權。目前，我國集成電路產業發展面臨著很大的機遇與挑戰，正處于十分關鍵的戰略機遇期。加強IP核知識產權法律協調保護力度、加快IP核知識產權海外技術收購步伐和加大IP核知識產權研發保護資金投入，無疑對于推動我國集成電路設計產業知識產權戰略，實現產業升級與轉型，促進經濟的可持續發展具有重要的意義。
作者：王鑫 單位：西南科技大學法學院
關鍵詞:電阻電容電感參數性能
電阻、電容、電感作為常見的電路元件,在任何電路中幾乎都能看他們的存在。由于這些電子元件太普通,以至于電路設計者在進行電路設計時一般只關心其基本的參數,即電阻阻值,電容容量,電感感量,而對其他的參數卻不太關心甚至忽略了,因此往往會出現這樣的現象,雖然電路設計原理正確,但在把電路圖紙轉化為實物以后,經常出現一些意想不到的現象,但又很難找出出現故障的原因。該文將通過幾個實例分析,簡要的介紹一下基本電子元件電阻、電容、電感在實際電路設計中進行選擇的基本常識。
1電阻的選擇
1.1電阻的分類及特點
電阻主要有四種,碳膜電阻,線繞電阻,金屬膜電阻,金屬氧化膜電阻。碳膜電阻穩定性良好,負溫度系數小,高頻特性好,受電壓和頻率影響較小,噪聲電動勢較小,阻值范圍寬,但精度不高。線繞電阻具有較低的溫度系數,阻值精度高,穩定性好,耐熱耐腐蝕,主要做精密大功率電阻使用,缺點是高頻性能差。金屬膜電阻比碳膜電阻的精度高,穩定性好,溫度系數小。金屬氧化膜電阻在高溫下穩定,耐熱沖擊,負載能力強。
1.2案例分析
如圖1所示電路,該電路是一個常見的濾波電路,在設計中電阻R的功率為1/16瓦,該電阻在此電路中的作用主要是衰減電路中的噪聲,但在實際運行中,經常出現電阻爆裂的現象,經過測試,造成該現象的主要原因是在設計中只關注了電阻阻值,而忽視了對電阻額定功率的選擇。1.3電阻選擇要點在選擇電阻時,首先考慮的是電阻阻值的大小,這可以通過計算得到。由于電阻上有電流通過,因此電阻會消耗功率,為了保證電路的可靠運行,這時還需要考慮電阻的額定功率,特別是在功耗高的支路上,電阻額定功率的選擇尤為重要,否則很容易損壞電阻。在一般的電源電路和其他設定器件工作參數的電路中,如電源電路中的電壓或電流取樣電阻,在晶體管放大電路中用于設置電路工作點的偏置電阻等,為了保證電路的穩定工作,對相關電阻的精度要求將會大大提高,在這種情況下一般應選用金屬膜電阻或金屬氧化膜電阻。對于繞線電阻,雖然精度高,但分布參數較大,不適合用于高頻電路中。
2電容的選擇
2.1電容的分類及特點
陶瓷電容:用高介電常數的鈦酸鋇一氧化鈦擠壓成圓管、圓片或圓盤作為介質,并用燒滲法將銀鍍在陶瓷上作為電極制成,體積小,價格低,穩定性好,但容量較低。鉭電容:使用鉭作為介質,是一種電解電容,但不使用電解液,適合在高溫下工作。其特點是溫度特性好,適宜于小型化。主要缺點是耐壓耐電流能力較弱。鋁電解電容:鋁電解電容是由鋁圓筒做負極,里面裝有液體電解質,插入一片彎曲的鋁帶做正極制成。它的特點是容量大,但是漏電大,穩定性差,有正負極性,適宜用于電源濾波或者低頻電路中。
2.2電容的主要作用
從電容的容抗公式Z=1/ωC可以看出,信號頻率和電容容量都會影響其阻抗的大小,正是基于此原因,電容的一個重要作用就是濾波,幾乎所有的電源電路中都會用到。從理論上說,電容越大,阻抗越小,通過的頻率也越高。但實際上超過1uF的電容大多為電解電容,有很大的電感成份,所以頻率高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大的電解電容并聯了一個小電容,這時大電容通低頻,小電容通高頻。電容的第二個主要作用就是起旁路作用,旁路電容為本地器件提供能量的儲能器件,它能使穩壓器的輸出均勻化,降低負載需求,就像小型可充電電池一樣,旁路電容能夠被充電,并向器件進行放電。電容的第三個主要作用是起去耦作用,避免電路間的耦合干擾。
2.3案例分析
如圖2所示電路,在少量數據處理時,電路工作正常用,而一旦出現大數據處理,偶爾會發生數據丟失現象。在一般情況下,可能會認為是時鐘或CPU出了問題,但實際上在此電路中并非如此。測量CPU供電引腳,發現紋波電壓很高,最后在該引腳增加兩個小電容以加強濾波作用,此時數據丟失現象即消失。
2.4電容選擇要點
陶瓷電容體積小、穩定性好,但容量小,適用于高頻濾波。鉭電容溫度穩定性好,容值較大,耐壓耐流能力弱,適用于高頻濾波。鋁電解電容容量大,耐壓高,但精度差,適用于低頻波波。另外還需要特別關注電容的阻抗與頻率變化的關系,事實上,一個電容器可等效成R、L、C二端線性網絡,不同類型的電容器其等效參數R、L、C的差異很大,等效電感大的電容器(如電解電容器)不適合用于耦合、旁路高頻信號,等效電阻大的電容器不適合用于Q值要求高的振蕩回路中。
3電感的選擇
3.1電感的作用
由電感的阻抗公式Z=ωL可知,頻率越高,電感的阻抗越高,而對直流的阻抗為零,因此電感的一個基本作用就是通交流阻直流。另外由于電感是由導線繞制而成,由法拉弟電磁感應定律可知,當通過電感的電流發生變化時,電感將產生感應電動勢,從而阻礙電流的變化,所以電感具有保持器件電流穩定的作用。最后電感還有濾波的作用。
3.2案例分析
如圖3所示電路,電源電壓紋波較大,該電路中的LC濾波器本是用于濾波的,然而正是由于這個LC濾波器,導致了電路發生了諧振,該諧振信號疊加在輸出電壓上,從而使輸出電壓紋波增大,把濾波電感去掉,輸出電壓上幾乎波有紋波電壓。
3.3電感選擇要點
電感與電容構成低通濾波器時,要防止噪聲頻率點與諧振頻率點的重合,以免產生共振。電感串聯在電源電路中,要考慮電感器件的壓降。信號線上的電感,要注意其品質因數與頻率的關系,電源電路上使用的電感,要注意其直流電阻,額定電流大小等,特別需要強調的是在選電感時,首先應明確其使用頻率范圍,鐵芯線圈只能用于低頻,一般鐵氧體線圈、空心線圈可用于高頻。
4結語
電阻、電容、電感作為基本的電子元件,他們的性能參數對電路的正常工作有極大的影響。該文通過幾個簡單的案例分析,說明在電路設計時不能簡單的只考濾電阻阻值、電容容量、電感感量,為了提高電路的工作質量及電路工作的穩定性還需要考慮其他的參數,并簡單的說明了選型的基本原則。
參考文獻
[1]王劍宇.高速電路設計與實踐[M].北京:電子工業出版社,2010.
[2]張金.電子設計與制作100例[M].北京:電子工業出版社,2009.
【關鍵詞】PCB;布局布線;抗干擾;SMT
《電子電路設計》課程是一門理論與實際結合性很強，極具實踐性的新興課程，是高職機電類專業的專業技能課程之一。近年來在高職院校的項目教學過程中發現，在本門課程的教學中常常只是將重點放在對電子電路設計應用軟件的功能熟練操作上，卻忽視了對PCB板設計的一些實用應用，特別是如果設計出來的產品與生產實踐脫節，這樣其能不能經過產品測試并進入到實際的生產中，我們要打個大在的問號。不然要么會大大提高了生產成本，要么是不符合生產要求而放棄。那么如何在這門課程的教學中實現與生產的聯接，將是本文將要探討的問題。
實踐證明，對電子產品設計師尤其是線路板設計人員來說，即使電路原理圖設計正確，可是如果印制電路板設計不當，也會對電子設備的可靠性產生不利影響。因為隨著電子技術的飛速發展，PCB板的密度越來越高。PCB板設計的好壞對于抗干擾 能力影響很大。因此，在設計印制電路板的時候，就要學會掌握各種電路設計技巧，注意采用正確的設計方法。為此，我們在《電子電路設計》課程的教學內容方面做了很多全面的創新，增加了PCB設計技巧應用技能，充分提升了課程的教學質量，增強了專業技能課程的實踐性及可制造性。最終完成這門課程的職業目標。
一、布局布線技術的發展及應用
隨著微孔和單片高密度集成系統等新硬件技術的發展應用，自由角度布線、自動布局和3D布局布線等各種新軟件將會成為電路板設計人員必備的設計工具之一。早期的一些電路板設計工具，有提供布局的專門布局軟件，布線也有專門的布線軟件，兩者之間聯系不大。而隨著球柵陣列封裝的高密度單芯片、高密度連接器、微孔內建技術以及三維板在印刷電路板設計中的應用越來越多，布局和布線已越來越一體化，并成為設計過程中相當重要組成部分。近年來，自動布局和自由角度布線等軟件技術已漸漸成為解決這類高度一體化問題的重要方法，利用這些軟件能在短時間范圍內設計出可制造的電路板。在目前電子產品快消時代來臨的情況下，手動布線極為耗時，不合時宜。因此，現在要求布局布線工具具有自動布線功能，以快速響應市場對產品設計提出的要求。在利用這一技巧時，我們應重點告訴學生如何設計約束條件。由于要考慮電磁兼容（EMC）及電磁干擾、串擾、信號延遲和差分對布線等高密度設計因素，布局布線的約束條件每年都在增加，所以這就要求布線工具具有更大的靈活性，它必須能夠使用不同的約束條件，能適應不同的微孔和構建技術的要求。
現在，自動布線技術已極為普及。我們有理由相信，自由角度布線、自動布局和3D布局等各種新電子設計軟件技術也會同自動布線技術一樣成為PCB板設計人員的日常設計工具，設計人員可用這些新技術來解決微孔和單片高密度集成系統等新型硬件技術問題。
二、PCB設計抗干擾措施
在設計中，要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布且及導線的布設是很重要的。為了設計 質量好、造價低的PCB.以往在這個過程中我們會在教學中傳授PCB設計的一般原則。而PCB及電路抗干擾措施卻往往被忽視。
其實印制電路板的抗干擾設計與具體電路有著密切的關系，這里僅就PCB抗干擾設計的 幾項常用措施做一些說明。
1.對于電源線的設計，我們要根據印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環路電阻。同時應使電源線、地線的走向跟數據傳遞的方向一致，這樣有利于增強抗噪聲能力。
2.對于地線設計，我們可以利用這幾個原則：首先數字地與模擬地分開。如果線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應使它們盡量 分開。同時低頻電路的地應盡量采用單點并聯接地，實際布線有困難時可部分串聯后 再并聯接地。而高頻電路宜采用多點串聯接地，地線要短而粗，高頻元件周圍盡量使用 柵格狀大面積鋪銅等辦法。其次接地線應盡量加粗。若接地線用很紉的線條，則接地電位隨電流的變化而變化，使抗噪性能降低。因此應將接地線加粗，使它能通過三倍于印制板上的額定電流。如果可以，接地線可在2～3mm以上。最后接地線構成閉環路。只由數字電路組成的印制板，其接地電路布成團環路大多 能提高抗噪聲能力。
3.用好去耦電容是PCB設計的常規做法，我們可在印制板的各個關鍵部位配置適當的 退藕電容。退藕電容的一般配置原則有如下幾點：第一電源輸入端跨接10～100uf的電解電容器。如果可以就接100uF以上的更好。第二是每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容，如果印制板空間不足，可每4～8個芯片布置一個1～10pF的電容。第三是對于RAM、ROM存儲器件，應在芯片 的電源線和地線之間直接接上退藕電容。 第四是電容接線不能太長，尤其是高頻旁路 電容不能有引線。除此之外，還應注意以下兩方面：第一在印制板中有接觸器、繼電器、 按鈕等元件時。操作它們時均會產生火花放電，必須采用RC 電路 來吸收放電電流。第二CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應，因此在使用時對不用腳要接地或接電源處理。
三、可制造性分析
現代電子產品的生產基本都是依靠SMT來進行生產，因此我們在設計的時候就必須讓學生們知道要了解SMT的制造過程，這樣我們設計出來的產品才能符合生產的要求。在SMT生產工藝流程中，通常將SMT分為掛膠制程（波峰焊）和錫膏制程（回流焊）。它們的主要分別是：貼片前的工藝不同，前者使用貼片膠，后者使用焊錫膏。貼片后的工藝不同，前者過回流爐只起固定作用、還須過波峰焊，后者過回流爐起焊接作用。那么在設計和選擇的時候除了考慮以上特點，接下來就要考慮下面的幾個問題：
1.拼板是否用陰陽板？優缺點？
2.是否采用拼板及拼板的個數？
現在幾乎所有的小電路板設計完成后都需進行陰陽拼板，一般為四拼一的方式。所謂陰陽板就是我們通常所見的在一個拼板中的同一面既有TOP面又有BOTTOM面的PCB電路板。因此陰陽板拼板其實就是將兩塊同樣的PCB板，一塊正放另一塊反放拼在一起看作是一塊PCB板。在SMT生產過程中，從而進行過爐焊接，焊完一面，不需改動貼片機的程序，再將其翻轉焊接另一面，最終焊接完成全板。在此我們闡述下采用此種拼版形式的優點：一是可以充分利用SMT長線的優勢降低了生產成本。二是采用陰陽板，在開始編制程序的時候就達到節省優化程序的時間了。采用陰陽板，也就是將兩面的程序合成一個程序來做，這樣只要針對一個程序來考慮優化肯定會費時費力。三是采用陰陽板，在附加工具和輔料方面也會有很大的節省（針對部分產品來說）。通常能省一半。最后在生產效率上面來說，可以提高產量。如果做單面板，要采用手工焊接元器件，會降低了生產效率。還有就是由于陰陽板是一個貼裝程序，這樣在生產的時候就比兩面程序，減少了基板搬運時間，從而使生產效率大大提高。這些PCB設計技巧在我們以往課堂教學及高職教材內容上面總是容易被忽視，可是對于從事PCB專業人員來說卻是必需掌握的。因此，在本門課程教學改革過程中，我們增加了這些PCB設計應用技巧及可制造性分析，達到了對課程改革的職業目標要求。
參考文獻
[1]王平，田文娟.電子CAD教程[M].東南大學出版社，2009.
關鍵詞：直流電動機；調速系統；單片機控制；硬件設計
1 直流電動機調速系統的單片機控制系統設計
1.1硬件設計
采用89C51單片機輸出數據，由PWM信號發生電路發送PWM信號到直流電機，然后通過測速電路、濾波電路和A/D轉換電路將數據重新發回89C51單片機，從而進行PI運算以實現對電動機速度和轉向的調控。該89C51單片機由CPU和8個元件構成，它們都以片內的單一總線進行連接，構成的基本結構仍然是通用CPU配置芯片的構成模式，在功能單元控制方面則采用特殊功能寄存器集中控制方法。
（1）PWM信號發生電路設計
（2）PWM信號發生電路設計
PWM信號波可以用單片機的PWM端口輸出，通過編程來產生，也可以通過使用PWM芯片實現。如果PWM波的頻率太高，驅動直流電機控制要求的功率太高，而PWM波的頻率太低，電磁噪聲的產生是比較大的。在實踐應用中，如果頻率在18KHz的PWM波，應用效果是最好的。在該系統中，應用兩片4位數值比較器4585和一片12位的串行計數器4040構成的PWM信號發生電路。PWM信號發生電路由三片通用數字電路構成，它可以使軟件設計構成大大簡化，但同樣也適用于單片機系統。
（3）功率放大驅動電路設計
功率放大驅動采用美國IR公司生產的IR2110驅動器。該芯片采用CMOS工藝制作，邏輯電源電壓范圍為5 V～20 V ，適應TTL 或CMOS 邏輯信號輸入，具有獨立的高端和低端2 個輸出通道，具有較理想的抗噪效果和快速和完整的保護功能，可大大提高控制系統的可靠性。
（4）保護電路設計
在該電路中，為了防止功率管和負載因過電流損壞，需對電流值進行嚴格控制。利用IR2110 的SD 端可實現過電流保護控制功能，其過電流保護的工作原理如圖 3 所示。穩壓二極管D1 提供一標準電壓，電阻R2 對電流進行采集，將其轉換成電壓信號，再與標準電壓相比較，當電流達到規定值時，比較器輸出高電平，提供給IR2110 SD 端，IR2110 控制切斷功率管，從而防止過電流的產生。電流值的大小可以根據穩壓二極管穩壓值及電流檢測電阻計算出來。當IR2110 用于驅動大功率IGBT 管時，SD 端的過電流保護功能應慎重使用，因為大電流關斷下d i/ d t 很大，控制及驅動電路屏蔽不好情況下會串入很大的干擾信號，很容易引起SD 端保護誤動作。
圖3 過電流保護原理
1.2軟件設計
1）主程序設計
主程序是一個循環程序，其主要思路是，先設定好速度初始值，這個初始值與測速電路送來的值相比較得到一個誤差值，然后用PI算法輸出控制系數給PWM發生電路改變波形的占空比，進而控制電機的轉速。主程序軟件由1個主程序、1個中斷子程序和1個PI控制算法子程序組成。主程序主程序是一個循環程序，其主要思路是由單片機P1口生數據送到PWM信號發生電路，然后用PI算法輸出控制系數給PWM發生電路改變波形的占空比進而控制電機的轉速。
2）軟件調試
在軟件設計編程中，經常會出現問題，包括鍵盤掃描、PWM信號產生電路的控制和單片機控制直流電機轉動方向等問題。總結軟件調試過程，可以認識到軟件調試過程需注意的幾個關鍵點：
（1）仔細檢查源代碼，看看是否有編程語言語法的錯誤；
（2）子程序設計找出錯誤和重點調查；
（3）使用各種方法來仔細檢查程序，一步步操作，直到系統調試成功為止。
3）系統仿真
選擇proteus仿真軟件，利用proteus繪制系統電路圖。如果程序在keil C調試通過，將生成以HEX為擴展名的文件，這是為了使系統能在Proteus文件成功模擬的重要文件。一些文件被加載到單片機系統的仿真，驗證是否能完成直流電機調速。如果不成功，回到軟件調試步驟繼續進行調試，識別和修正錯誤并重新運行系統。硬件電路仿真設計是根據設計方案完成的，在模擬過程中也遇到了許多問題，如元件選擇、電路設計和選擇元素等。因此，要熟悉和掌握系統組件的使用方法和原則。
2 結束語
綜上所述，本文論述直流電動機調速系統的單片機控制是以以89C51單片機作為設計核心，以C語言編制程序實現對直流電動機的平滑調速。實際上，通過單片機實現直流電動機調速還有很多種途徑，相較于其他硬件設計或者是軟硬件結合設計而言，采用PWM軟件設計方法在實現調動及調速控制則具有更為明顯的靈活性和成本優勢，同時也能夠充分發揮單片機的調控作用。因此，本文論述的用意既是為加深直流電動機調速系統的單片機控制理論探究，也為廣大業務人員提供交流溝通的平臺，共同進學習。
參考文獻
[1] 李維軍，韓小剛，李 晉；基于單片機用軟件實現直流電機PWM調速系統[J]；維普資訊；2007，（09）.
1 接口電路芯片設計
芯片是人機接口電路中重要的組成部分,也是其最為基礎的組成部分之一。在人機接口電路之中最為重要的是驅動芯片,其實際作用是對LED進行驅動,并結合相應的電阻構成人機接口電路的驅動電路。在實際的工作之中,芯片需要接受系統中的時鐘信號,該信號一般是由內部時鐘產生并發出的。另一方面,芯片在接口電路中還可以實現對振蕩電波的接受與放大,并對電波的頻率進行適當的分頻,從而使電波頻率與系統的整體要求相吻合,更好地促進系統的工作。
2 電路接口地址空間的分配
在電路的設計過程之中,應該遵循實際的設計電路對系統的電路進行正確的連接,利用相應的芯片輸出的行掃描線,進行實際的編碼輸出。在此過程之中,應該對地址譯碼器進行選擇與研究,一般情況下,譯碼器可以輸出相應的電子信號,該信號會經過預先設計的路徑進入鍵盤系統,遵循低電平有效原則。鍵盤之中的信號經過處理之后進入相應的芯片,形成具體的系統信息,并接受系統邏輯軟件的檢測與掃描,這個操作過程的目的是系統進行按尋找的過程,并對電路中產生的電路抖動進行處理,實現電路抖動的持續檢測,直至抖動消失。通過這種電路按鍵尋找的方式其實就是實現電路接口地址分配的過程,對污水處理系統人機接口的設計有著極為重要的意義與價值。
包含在FIFO狀態字節中的字符計數(狀態的低三位)指示。當檢測到某鍵被按下時,8279芯片的IRQ引腳改為高電平,與此同時,FIFO狀態的改變以說明存放于FIFO中的字符數。當80C196KC單片機讀入一個數據后,IRQ降為低電平。若FIFORAM中仍然有數據,則IRQ再次轉為高電平,如此反復進行。
3 主控程序中鍵盤程序設計
主控程序中鍵盤程序是人機接口電路的核心部分,對其進行的設計應該做到面面俱到。在實際的設計過程中,應該根據實際的設計流程圖,對其程序進行系統的設計。在設計過程之中,首先需要注意的就是相應的按鍵是否有按下的情況,并對各個按鍵的功能進行依次的選擇與設定,并設計出相應的子程序執行按鍵。鍵盤在整體系統的過程中起到輸入的功能,是人機進行交流的主要媒介,因此,必須對鍵盤程序進行合理科學的設計,通過這種方式才能實現更為有效的人機交流。
4 鍵值與鍵定義
按鍵是人機接口電路中實現人機交流的主要媒介之一,在電路設計中是必不可少的因素之一。在實際的人機接口電路設計過程中需要對按鍵的鍵值進行設計,還要對相應的按鍵進行定義,給與其實際的按鍵功能。污水處理系統人機接口電路中按鍵不是一成不變的,結合不同的工作環境與工作過程,會有不同的鍵值與鍵定義。但是,在實際的設計過程中一般都會包含一些必不可少的功能鍵,其中較為典型的就是啟動鍵:、下傳鍵、上傳鍵、復位鍵、停止鍵、設定鍵、查詢鍵、鍵和鍵:、鍵和鍵、方式鍵、參數鍵、確定鍵。
5 顯示器工作原理
顯示器也是人機接口電路中的一個組成部分,顯示器的選擇主要是由芯片決定的,8279芯片對應的顯示器型號為8×8LED顯示器。A0-A3和B0-B3為段控輸出(高電平有效),通過驅動器放大,可直接控制每只LED顯示器的七段發光二極管。其中,A3為最高位,B0為最低位。SL0-SL2為位控輸出,經過74HC138譯碼后,對每只LED進行控制。掃描速度由內部定時器決定,A0-A3和B0-B3與其同步變化。這是該顯示器實際的工作原理,也是在進行人機接口電路設計中極為關鍵的設計因素,在實際的設計過程之中一定要注意選擇合理的顯示器,結合電路的工作環境與工作特點,設計出更加科學的顯示器,促進人機接口電路的順利工作。
