導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：拉壓力；傾斜角；單片機(jī)；STC90C5A60S2

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）09-0230-02

Abstract： This design is a fault detection system based on MCU. It uses modular， hierarchical design. It uses the pressure sensor to complete the acquisition of the tower stress. And it uses a tilt angle sensor to measure the tower inclination angle. The measured data contrasts with the original data through the microcontroller STC90C5A60S2. The fault pole number will be sent to the control center through the communication module. The system is simple and stable. The effect is ideal. It has the very high application value.

Key words： tension and pressure； inclination； MCU；STC90C5A60S2

桿塔頂部可用面積小，拉力采集裝置放置在桿塔和絕緣子的連接處，通過(guò)桿塔和絕緣子的拉力來(lái)判斷輸電線(xiàn)的負(fù)載。傾斜角度采集裝置放在桿塔頂端的平整位置，來(lái)確定桿塔是否傾斜（需給其一個(gè)初始角度的允許范圍）。通過(guò)簡(jiǎn)單的單片機(jī)來(lái)完成本次設(shè)計(jì)，不僅能節(jié)省成本，而且效果理想，也是我們?cè)O(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

本次設(shè)計(jì)是依靠拉壓力采集模塊與傾斜角度采集模塊及單片機(jī)最小系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)桿塔是否發(fā)生故障，一旦檢測(cè)到故障的數(shù)據(jù)單片機(jī)STC90C5A60S2會(huì)發(fā)出一個(gè)關(guān)于故障的數(shù)字信號(hào)，再傳輸給通信模塊SIM900A，發(fā)送提醒至控制中心。整個(gè)系統(tǒng)由測(cè)量部分（包括拉壓力采集模塊，傾斜角度采集模塊），控制系統(tǒng)（單片機(jī)最小系統(tǒng)），通信部分（GSM模塊）組成。設(shè)計(jì)圖如下：

1.1 電源模塊

電源電路的設(shè)計(jì)對(duì)本次設(shè)計(jì)有非常重要的作用。一般而言，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)由大量的模擬電路和大量的數(shù)字電路組成，這兩類(lèi)電路對(duì)電源的具體要求是不一樣的，往往數(shù)字電路會(huì)干擾到模擬電路的使用。因此，電源設(shè)計(jì)除了要有特定的輸入、輸出電壓和輸入、輸出電流外，還要求能夠擁有紋波小、體積小、效率高、噪聲低、可靠性高以及一定的抗干擾能力和抗電磁兼容性等特性。

本次電路設(shè)計(jì)的電源模塊選用的是12V輸出的直流穩(wěn)壓電源給整個(gè)系統(tǒng)供電，之后經(jīng)過(guò)降壓模塊給傳感器，通信設(shè)備以及單片機(jī)最小系統(tǒng)供電。

1.2拉壓力采集模塊

QLLY拉壓力傳感器能輸出桿塔的受壓力情況，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)不間斷的檢測(cè)。拉壓力傳感器又稱(chēng)作電阻應(yīng)變式傳感器，是一種能夠把物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成為可測(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。S型拉壓力傳感器通常用在指定的標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)量中，尤其在一些要求高精度的工業(yè)稱(chēng)量系統(tǒng)中使用廣泛。因?yàn)镼LLY拉壓力傳感器的高度可靠性以及密封設(shè)計(jì)，即使在惡劣環(huán)境下仍能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定的工作，所以我們?cè)诒敬蔚碾娐吩O(shè)計(jì)中選擇了這個(gè)傳感器。桿塔常年曝曬在陽(yáng)光下，要求傳感器能適應(yīng)各種氣候條件，QLLY拉壓力傳感器能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題。同時(shí)此傳感器的輸出端有屏蔽信號(hào)干擾的作用，是測(cè)量更加準(zhǔn)確。QLLY拉壓力傳感器連接到BSQ-2變送器進(jìn)行模擬信號(hào)的放大。BSQ-2變送器的工作電壓是12V，能產(chǎn)生10V的激勵(lì)電壓供給QLLY拉壓力傳感器供電，把QLLY拉壓力傳感器采集到的mV級(jí)的信號(hào)放大到V級(jí)，之后傳輸給單片機(jī)。

1.3 傾斜角度采集模塊

ADXL335傳感器是一種高精度、低功耗及單一的IC芯片加速度傳感器，其電壓在1.8V至3.6V之間，在C55°C 到125°C溫度范圍內(nèi)，采用5×5×2 mm的LCC的封裝。具有質(zhì)量輕巧的特點(diǎn)，本產(chǎn)品PCB模塊尺寸僅22mm×23mm。ADXL335傳感器能夠?qū)U塔相比于垂直情況的傾斜情況即時(shí)發(fā)送給單片機(jī)，如果傾斜角度與設(shè)定的角度偏差較大時(shí)，單片機(jī)通過(guò)通信模塊將故障桿塔編號(hào)發(fā)送至終端。

1.4 通信模塊

SIM900A模塊是一款采用SMT封裝，其體積更為小巧的GSM/GPRS模塊，采用ARM926EJ-S架構(gòu)，性能強(qiáng)大，可以?xún)?nèi)置客戶(hù)應(yīng)用程序，性能強(qiáng)大可靠。其GPRS模塊，是以移動(dòng)數(shù)據(jù)的形式完成信息的傳輸，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不好的地方，會(huì)造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖?，不能使用GPRS功能。所以我們選擇以GSM模塊來(lái)完成單片機(jī)與終端的數(shù)據(jù)傳輸，在終端會(huì)顯示具體哪個(gè)桿塔出現(xiàn)問(wèn)題，從而派工作人員前往事故現(xiàn)場(chǎng)，處理問(wèn)題。

1.5 最小系統(tǒng)

最小系統(tǒng)選用的單片機(jī)型號(hào)為：STC90C5A60S2。這款單片機(jī)本生具有高速的運(yùn)轉(zhuǎn)，高可靠的性能、功耗低、抗靜電、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)的8051的指令代碼完全適用于這款單片機(jī)，但這款的反應(yīng)速度更快，工作電壓為3.5-5.5V，工作頻率為0-35MHz，有自帶的A/D裝換，10位精度的ADC，能夠減少硬件的使用，簡(jiǎn)化電路的硬件設(shè)計(jì)，使電路的體積更加小巧，輕便。

1.6 軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)設(shè)計(jì)的完成是依靠硬件電路與軟件程序的配合，通過(guò)對(duì)硬件電路的定型使軟件程序也一并確定下來(lái)了。整個(gè)軟件程序是包括主程序和子程序兩部分。主程序是完成對(duì)硬件電路的初始化的設(shè)置，子程序來(lái)完成其他模塊的調(diào)用等功能。

我們?cè)谥鞒绦蛑校瓿闪藢?duì)QLLY拉壓力傳感器、ADXL335傳感器的初始化設(shè)置，同時(shí)通過(guò)傳感器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理通過(guò)SIM900A模塊發(fā)送至控制中心。主程序模塊框圖如下：

2 結(jié)束語(yǔ)

本此設(shè)計(jì)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)單片機(jī)來(lái)完成桿塔的故障檢測(cè)控制的設(shè)計(jì)，在檢測(cè)過(guò)程中是通過(guò)QLLY拉壓力傳感器，ADXL335傳感器采集桿塔受力和傾斜角度，以單片機(jī)STC90C5A60S2為核心控制部件，并通過(guò)SIM900A模塊實(shí)現(xiàn)和終端的數(shù)據(jù)傳輸。我們此次的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)單片機(jī)在桿塔監(jiān)控中的應(yīng)用，能夠在其他方面進(jìn)行更好的推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1] 但小容， 陳軒恕， 劉飛. 智能復(fù)合桿塔傾角監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 2011（2）.

[2] 楊洪磊， 梁仕斌， 李川， 苗雪鵬， 昌明. 基于FBG的電力桿塔傾角傳感器研究[J]. 2013（3）.

篇2

摘 要 國(guó)省干線(xiàn)一級(jí)收費(fèi)公路的建設(shè)和還貸由于主體不同，在財(cái)務(wù)核算特別是還貸資金的核算上很難對(duì)接，如果銜接不好，極易出現(xiàn)“兩張皮”現(xiàn)象，本文主要從建設(shè)單位和還貸單位（收費(fèi)站）建設(shè)期和營(yíng)運(yùn)期債務(wù)和還貸的財(cái)務(wù)核算入手，在各節(jié)點(diǎn)上建立了一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，使收費(fèi)公路的債務(wù)余額在兩個(gè)核算主體的財(cái)務(wù)賬面上都能對(duì)應(yīng)并明確地反映出來(lái)。

關(guān)鍵詞 應(yīng)收生產(chǎn)單位投資借款 債務(wù)本金 營(yíng)運(yùn)期利息

為了拉動(dòng)內(nèi)需，國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展的多項(xiàng)政策，其中對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入是重中之重，公路交通作為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有很大的比重。為了響應(yīng)國(guó)家的政策號(hào)召，山西省委省政府果斷決策提出在2012年底高速公路里程已突破5000公里的基礎(chǔ)上，2013年再新建續(xù)建高速公路685公里，完成投資230億元，續(xù)建改建國(guó)省干線(xiàn)公路500公里，完成投資40億元。這些項(xiàng)目的開(kāi)工建設(shè)，需要大量的資金，除去國(guó)家投入的資本金外，按照75%的銀行貸款比例計(jì)算僅2013年新建續(xù)建的高速公路和國(guó)省干線(xiàn)公路就需籌措銀行貸款202.5億元。為了圓滿(mǎn)完成工程建設(shè)目標(biāo)，省交通運(yùn)輸廳多渠道籌集建設(shè)資金，除去資本金外，金融機(jī)構(gòu)貸款仍是主要的資金來(lái)源。

目前，山西省高速公路建設(shè)經(jīng)營(yíng)和管理均實(shí)行公司化運(yùn)作，項(xiàng)目建設(shè)前期成立建管處，建成后由高速公路公司運(yùn)營(yíng)管理，獨(dú)立核算。而國(guó)省干線(xiàn)公路則在建設(shè)前通常由各公路建設(shè)單位成立專(zhuān)門(mén)的項(xiàng)目部對(duì)工程進(jìn)行全方位的管理，工程建設(shè)資金由項(xiàng)目部財(cái)務(wù)單獨(dú)建賬，獨(dú)立核算。如該項(xiàng)目按照收費(fèi)還貸公路建設(shè)，則項(xiàng)目竣工經(jīng)省政府批準(zhǔn)后設(shè)立收費(fèi)站收費(fèi)還貸，收費(fèi)站會(huì)計(jì)業(yè)務(wù)由各站單獨(dú)核算。由于收費(fèi)站和建設(shè)單位執(zhí)行不同的會(huì)計(jì)制度，加之不在一套財(cái)務(wù)賬中核算，如果在賬務(wù)處理中不能很好的對(duì)接，極易形成賬務(wù)與實(shí)際“兩張皮”的現(xiàn)象。筆者根據(jù)實(shí)際工作中積累的經(jīng)驗(yàn)，并參閱有關(guān)書(shū)籍，對(duì)國(guó)省干線(xiàn)公路建設(shè)單位和收費(fèi)站財(cái)務(wù)對(duì)接的會(huì)計(jì)處理談幾點(diǎn)粗淺看法。

一、建設(shè)單位的會(huì)計(jì)處理

1、當(dāng)收費(fèi)公路工程建設(shè)項(xiàng)目竣工驗(yàn)收后，及時(shí)做好竣工財(cái)務(wù)決算工作，憑社會(huì)中介機(jī)構(gòu)出具的竣工決算審計(jì)報(bào)告，做結(jié)轉(zhuǎn)“交付使用資產(chǎn)”的會(huì)計(jì)分錄：

借：交付使用資產(chǎn)

貸：建筑安裝工程投資

其他投資

待攤投資

2、根據(jù)工程項(xiàng)目資金來(lái)源，按照項(xiàng)目資本金和貸款金額，做核銷(xiāo)“交付使用資產(chǎn)”的會(huì)計(jì)分錄：

①、核銷(xiāo)資本金和基建撥款時(shí)：

借：基建撥款

項(xiàng)目資本

貸：交付使用資產(chǎn)

②、核銷(xiāo)基建投資借款時(shí)：

借：應(yīng)收生產(chǎn)單位投資借款

貸：交付使用資產(chǎn)

《建設(shè)單位會(huì)計(jì)制度》中規(guī)定，核銷(xiāo)基建投資借款時(shí)，還有一個(gè)過(guò)渡科目“待沖基建支出”，規(guī)定核銷(xiāo)基建投資借款時(shí)借：應(yīng)收生產(chǎn)單位投資借款，貸：待沖基建支出，下年初資金轉(zhuǎn)銷(xiāo)時(shí)再借：待沖基建支出，貸：交付使用資產(chǎn)。至此，基建撥款和項(xiàng)目資本等這些無(wú)償?shù)馁Y金來(lái)源已完成了建設(shè)使命，退出建設(shè)單位。

③、當(dāng)工程竣工通車(chē)，收費(fèi)站建成后，使用通行費(fèi)收入返還款撥付建設(shè)單位還貸資金時(shí)：

借：銀行存款

貸：應(yīng)收生產(chǎn)單位投資借款

④、當(dāng)建設(shè)單位用通行費(fèi)撥款償還銀行貸款時(shí)：

借：基建投資借款-本金

貸：銀行存款

⑤、當(dāng)工程竣工驗(yàn)收，建設(shè)單位根據(jù)銀行出具的營(yíng)運(yùn)期貸款利息單時(shí)：

借：應(yīng)收生產(chǎn)單位投資借款

貸：基建投資借款-利息

當(dāng)收到通行費(fèi)撥付還貸資金和建設(shè)單位償還貸款時(shí)，分別做以上第③和第④會(huì)計(jì)分錄，無(wú)特殊原因，“應(yīng)收生產(chǎn)單位投資借款”和“基建投資借款”科目記錄的金額應(yīng)當(dāng)一致，當(dāng)兩科目的余額同時(shí)轉(zhuǎn)為零時(shí)，表明該建設(shè)項(xiàng)目的所有債務(wù)已經(jīng)還清。

二、收費(fèi)站的會(huì)計(jì)處理

1、當(dāng)公路通車(chē)收費(fèi)站成立后，初始建賬時(shí)，應(yīng)按照建設(shè)單位項(xiàng)目竣工決算時(shí)銀行貸款做如下會(huì)計(jì)分錄，其金額應(yīng)和建設(shè)單位“應(yīng)收生產(chǎn)單位投資借款”相一致：

借：其他應(yīng)收款-應(yīng)收公路建設(shè)資金

貸：其他應(yīng)付款-**公路建設(shè)欠款

2、按照規(guī)定，收費(fèi)站作為收費(fèi)還貸公路的還貸主體，理應(yīng)承擔(dān)償還貸款的責(zé)任和義務(wù)，但根據(jù)目前收費(fèi)站會(huì)計(jì)處理的一貫做法，通行費(fèi)返回的還貸資金不通過(guò)收費(fèi)站而直接撥付到建設(shè)單位償還銀行貸款，但需通知收費(fèi)站列報(bào)還貸支出，當(dāng)建設(shè)單位收到上級(jí)部門(mén)返還用于償還貸款的通行費(fèi)收入時(shí)應(yīng)通知收費(fèi)站做如下會(huì)計(jì)分錄：

借：通行費(fèi)支出-還貸

貸：上級(jí)撥入通行費(fèi)

同時(shí)：

借：其他應(yīng)付款-**公路建設(shè)欠款

貸：其他應(yīng)收款-應(yīng)收公路建設(shè)資金

3、年末，依據(jù)上級(jí)部門(mén)下達(dá)的通行費(fèi)支出還貸計(jì)劃，對(duì)實(shí)際還貸金額做出調(diào)整，當(dāng)實(shí)際還貸大于計(jì)劃還貸金額時(shí)，把超支金額做掛賬處理，待以后年度核銷(xiāo)，當(dāng)實(shí)際還貸小于計(jì)劃還貸時(shí)，做預(yù)提處理。

4、收到建設(shè)單位通知支付營(yíng)運(yùn)期貸款利息時(shí)：

借：其他應(yīng)收款-應(yīng)收公路建設(shè)資金

貸：其他應(yīng)付款-**公路建設(shè)欠款

5、根據(jù)實(shí)際路況，如利用貸款資金對(duì)收費(fèi)路段進(jìn)行路面大修時(shí)，工程建設(shè)項(xiàng)目部財(cái)務(wù)根據(jù)工程竣工決算審計(jì)報(bào)告編制財(cái)務(wù)決算，并按照實(shí)際完成的投資金額通知收費(fèi)站做增加債務(wù)余額的會(huì)計(jì)處理：

借：其他應(yīng)收款-應(yīng)收公路建設(shè)資金

貸：其他應(yīng)付款-**公路路面大修建設(shè)欠款

當(dāng)收費(fèi)站賬面記錄“其他應(yīng)收款-應(yīng)收公路建設(shè)資金”與“其他應(yīng)付款-**公路建設(shè)欠款”和“其他應(yīng)付款-**公路路面大修建設(shè)欠款”科目金額同時(shí)轉(zhuǎn)為零時(shí)，表明該條公路原始債務(wù)和后續(xù)債務(wù)已全部還清，收費(fèi)站的使命已經(jīng)完成，應(yīng)予以撤銷(xiāo)。

三、其他特殊事項(xiàng)的會(huì)計(jì)處理

在實(shí)際工作當(dāng)中，為了減輕利息負(fù)擔(dān)，有的單位會(huì)用自有資金墊資提前償還貸款本息，賬面記錄的銀行貸款雖已償還完畢，但并不能減少該項(xiàng)目的債務(wù)余額，收費(fèi)站應(yīng)繼續(xù)收費(fèi)，直至通行費(fèi)收入返還款還清墊資款才能撤銷(xiāo)。還有一種情況當(dāng)收費(fèi)站通行費(fèi)收入狀況不好，未能完成上級(jí)部門(mén)下達(dá)的收入預(yù)算時(shí)，為了按照和貸款銀行簽訂的貸款合同期限按時(shí)償還貸款本息，建設(shè)單位需用其他銀行的貸款資金（或自有資金）代為償還借款，這屬于借新債還舊債，也不能減少該項(xiàng)目的債務(wù)余額，下面對(duì)這兩種情況下建設(shè)單位的會(huì)計(jì)處理說(shuō)明如下：

1、當(dāng)建設(shè)單位用借款或自有資金代為償還銀行貸款本息時(shí)：

借：基建投資借款

貸：其他應(yīng)付款-墊資還貸

篇3

關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯；VerilogHDL；FPGA；EDA；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）35-0177-02

The teaching reform and practice of digital logic taking verilogHDL as the key points

ZHAO Tian-xiang， HE Jin-zhi

（Nanyang Institute of Technology， Nanyang 473000， China）

Abstract：Aiming at the backward methods and old content in the traditional digital logic course， the reform and practice of the digital logic teaching with VerilogHDL and FPGA as the key points are carried out， and the new teaching mode of the experiment drive is discussed. Not only make the students come into contact with the latest digital circuit design method， but also make it have a wide range of application prospects of the new skills. The students in the completion of this course， can really do the design， application.

Key words： Digital logic； VerilogHDL； FPGA； EDA； teaching reform

承擔(dān)《數(shù)字邏輯》這門(mén)課兩個(gè)學(xué)期了，我發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)不適合現(xiàn)在社會(huì)的發(fā)展，并對(duì)此進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容的改革。在傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容中，邏輯表達(dá)式、真值表和波形圖等這些老舊的數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法，是教學(xué)的重點(diǎn)。而CPLD、FPGA和VHDL、VerilogHDL等現(xiàn)代化的數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。這樣的數(shù)字邏輯課程學(xué)完后，學(xué)生僅僅是對(duì)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)有所了解，至于設(shè)計(jì)是無(wú)從談起的，現(xiàn)在用邏輯表達(dá)式、真值表和波形圖等去設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路簡(jiǎn)直是可笑的。于是，我決定把基于VerilogHDL和FPGA的現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法作為教學(xué)的重點(diǎn)，這樣使學(xué)生學(xué)完這門(mén)課程后，真正能做設(shè)計(jì)，做應(yīng)用。

1 VerilogHDL簡(jiǎn)單易學(xué)

VerilogHDL是一種硬件描述語(yǔ)言，使用這種語(yǔ)言只需要把我們想設(shè)計(jì)的數(shù)字電路的功能或結(jié)構(gòu)描述出來(lái)，然后由計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)軟件綜合出實(shí)際可用的數(shù)字電路出來(lái)。完全不用像傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法那樣，用邏輯表達(dá)式或真值表那樣一個(gè)邏輯門(mén)一個(gè)邏輯門(mén)的去設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，在門(mén)數(shù)比較少的時(shí)候還可以。但在現(xiàn)在動(dòng)輒數(shù)億門(mén)的集成電路設(shè)計(jì)中幾乎是不可能的。使用計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)是時(shí)展的必然。

使用計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)件進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)就必須要用硬件描述語(yǔ)言，現(xiàn)在主流的硬件描述語(yǔ)言主要有兩種，一種是VHDL，一種是VerilogHDL。VerilogHDL的風(fēng)格非常接近計(jì)算機(jī)軟件語(yǔ)言中的C語(yǔ)言，因此VerilogHDL比前者更容易被計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生接受和理解。VerilogHDL和VHDL都是IEEE標(biāo)準(zhǔn)，功能和性能上沒(méi)有太大的差異，在國(guó)內(nèi)使用Verilog HDL的用戶(hù)也比較多，因此我決定以VerilogHDL作為這門(mén)課的編程語(yǔ)言。VerilogHDL在語(yǔ)法，數(shù)據(jù)類(lèi)型，控制語(yǔ)句等方面和C語(yǔ)言都有較多的相似性，學(xué)過(guò)C語(yǔ)言的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生很容易就可以理解和掌握這門(mén)語(yǔ)言。

VerilogHDL需要在計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)軟件中使用，現(xiàn)在這種軟件已經(jīng)非常成熟。我們使用的是Altera公司開(kāi)發(fā)的Quartus II軟件，Altera公司是世界第二大FPGA廠(chǎng)商，其產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)有廣泛應(yīng)用。FPGA是現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列，可以通過(guò)編程變成我們想要的任意電路。我們用VerilogHDL做出設(shè)計(jì)，由Quartus II綜合出電路，如圖1所示。然后下載到FPGA，由FPGA實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證，最后由半導(dǎo)體企業(yè)生產(chǎn)出來(lái)使用。也可以直接使用FPGA，使用FPGA和使用專(zhuān)用芯片幾乎沒(méi)什么差別。

圖1 Quartus II綜合VerilogHDL設(shè)計(jì)生成的電路原理圖

2 實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式

我在教學(xué)中采用實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，即通過(guò)大量可驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)，逐步把知識(shí)傳授給學(xué)生。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師往往從基本的語(yǔ)法，原理講起，等語(yǔ)法，原理講完了，再講復(fù)雜的應(yīng)用。結(jié)果，前期講理論時(shí)，學(xué)生覺(jué)得非常枯燥，后期講應(yīng)用時(shí)，前面的理論又忘得差不多了，教學(xué)效果不理想。實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式即把理論教學(xué)和應(yīng)用教學(xué)結(jié)合起來(lái)，穿插起來(lái)。前期不純講理論，而是以簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，把理論融入實(shí)驗(yàn)，一一驗(yàn)證。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都是一個(gè)較為完整的應(yīng)用，都可以通過(guò)軟硬件驗(yàn)證，這樣可以引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，每一次實(shí)驗(yàn)都會(huì)有一些收獲，跨度也不大，逐步深入，而且每一次實(shí)驗(yàn)都印證了學(xué)科的實(shí)用性，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的信心和動(dòng)力。

這些實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)軟件或硬件來(lái)驗(yàn)證，在A(yíng)ltera公司的Quartus II軟件中自帶了一個(gè)由Mentor Graphics公司為Altera定制的ModelSim-Altera軟件。ModelSim-Altera是一個(gè)仿真分析軟件。VerilogHDL包括分析測(cè)試的功能，我們寫(xiě)出的實(shí)驗(yàn)例程可以包含一個(gè)測(cè)試模塊。在測(cè)試模塊中，我們可以通過(guò)對(duì)輸入端口賦值，設(shè)置時(shí)間點(diǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行充分的測(cè)試驗(yàn)證。在ModelSim-Altera仿真過(guò)程中，可以輸出虛擬示波器波形，對(duì)這些波形進(jìn)行分析可以查找錯(cuò)誤，驗(yàn)證功能。ModelSim-Altera還提供了豐富的系統(tǒng)任務(wù)和系統(tǒng)函數(shù)幫助我們分析電路功能，可以按時(shí)間點(diǎn)輸出監(jiān)控的參數(shù)數(shù)值。

ModelSim-Altera雖然是一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的好工具，但仿真還是有一些局限性的。這時(shí)候，一塊FPGA的開(kāi)發(fā)板就非常重要了。我們寫(xiě)的VerilogHDL設(shè)計(jì)，下載到FPGA開(kāi)發(fā)板中，以硬件的方式進(jìn)行驗(yàn)證，親眼看到，非常有說(shuō)服力。使用FPGA開(kāi)發(fā)板還可以進(jìn)行非常實(shí)用的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，比如紅外遙控、視頻編碼、VGA輸出等。

3 FPGA應(yīng)用前景廣泛

使用VerilogHDL和FPGA不僅使數(shù)字電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便，而且對(duì)于小規(guī)模的應(yīng)用，我們根本就不需要把電路生產(chǎn)出來(lái)，直接把設(shè)計(jì)寫(xiě)入FPGA，直接用FPGA就行了。FPGA相對(duì)于單片機(jī)等傳統(tǒng)控制器，有很多優(yōu)點(diǎn)。例如：FPGA可以生成任何電路，大大簡(jiǎn)化了控制器周邊的復(fù)雜度，一些譯碼器、編碼器等芯片不需要了，降低了成本，提高了可靠度。FPGA純硬件運(yùn)行，沒(méi)有CPU執(zhí)行延時(shí)，響應(yīng)速度非?？?。在一些實(shí)時(shí)性要求非常高的場(chǎng)合有著傳統(tǒng)控制器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。比如：實(shí)時(shí)的視頻采集，高速運(yùn)動(dòng)裝置的控制等。

4 結(jié)束語(yǔ)

以VerilogHDL和FPGA為重點(diǎn)的數(shù)字邏輯課程教學(xué)改革，經(jīng)過(guò)我這兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，使原本邊緣化的一門(mén)傳統(tǒng)課程，煥發(fā)出新的活力。不但使學(xué)生接觸到最新的數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法，而且使學(xué)生掌握了一門(mén)有廣泛應(yīng)用前景的新技能，為其以后的發(fā)展又增添了一條新的選擇。今后我將繼續(xù)在實(shí)用化，現(xiàn)代化的教學(xué)實(shí)踐中探索前進(jìn)。

⒖嘉南祝

[1] 馬朝，李穎，楊明.用Verilog-HDL設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程，2015，26（12）：110-112.

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篇4

關(guān)鍵詞：集成電路;異步電路;petri網(wǎng);狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和Petrify

中圖分類(lèi)號(hào)：TN710 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004373X(2008)1601104

Design of Asynchronous Circuit Based on STG and Petrify

XIE Ye

(Electrical College,Jiangsu University,Zhenjiang,212013,China)

Abstract：With the advancement of design technics,the IC system will require asynchronous techniques in the future as the asynchronous method has more advantages than synchronous method.And the research of asynchronous technique is a hotspot.Asynchronous circuit design using Petri net is very effective because of the property of PN.The paper discusses the design of asynchronous circuit based on STG with the help of EDA tool petrify.

Keywords：integrated circuit;asynchronous circuit;petri net;STG and Petrify

1 引 言

隨著集成電路技術(shù)發(fā)展進(jìn)入深亞微米后，器件尺寸不斷縮小，單芯片的集成容量不斷擴(kuò)大，同步集成電路設(shè)計(jì)將面臨著在芯片中出現(xiàn)大量參數(shù)變異情況，因此不再能夠有效控制時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)中的延遲以及其他的一些全局信號(hào)。相對(duì)于同步電路，異步電路具有以下的一些優(yōu)良特性：無(wú)時(shí)鐘偏斜、平均性能代替了最差性能、消除了全局時(shí)鐘問(wèn)題、良好的移植潛力、良好的環(huán)境適應(yīng)能力以及很強(qiáng)的互斥性等。據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)委員會(huì)（International Technology Roadmap on Semiconductors）預(yù)測(cè),在未來(lái)嵌入式系統(tǒng)和片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將會(huì)越來(lái)越多的采用異步技術(shù)的設(shè)計(jì)方法［1］。

異步電路設(shè)計(jì)方法的研究一直是業(yè)界和學(xué)術(shù)界的一個(gè)熱點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)提出了多種異步電路設(shè)計(jì)方法，在這些方法中有不少是采用petri網(wǎng)設(shè)計(jì)異步電路。因?yàn)閜etri網(wǎng)的一些內(nèi)在屬性使得它非常適合用于描述和分析并發(fā)系統(tǒng)，也就異步系統(tǒng)。Petri 網(wǎng)是常用于描述并發(fā)系統(tǒng)的一種形式化語(yǔ)言，非常適合表示系統(tǒng)內(nèi)部事件之間的并發(fā)性、選擇性和因果性。Petri網(wǎng)具有以下一些特性［2］：

（1） 一種理解簡(jiǎn)單，使用方便的圖形表示法；

（2） 具有強(qiáng)大的模擬功能能夠在不同的抽象級(jí)對(duì)各種異步系統(tǒng)進(jìn)行行為級(jí)描述；

（3） 形式化的運(yùn)算語(yǔ)法能夠保證安全性及驗(yàn)證的正確性；

（4） 能夠從網(wǎng)模型直接對(duì)電路進(jìn)行綜合。Petri 網(wǎng)已經(jīng)廣泛地用于：設(shè)計(jì)和描述異步電路、操作系統(tǒng)和分布計(jì)算的資源分配、并發(fā)程序的分析、性能分析和時(shí)序驗(yàn)證以及高級(jí)電路設(shè)計(jì)中。

2 petri網(wǎng)和STG的基本定義［3］

基本Petri網(wǎng)為四元組,N={P,T,F,M0}，其中P={P1,P2,…，Pm}為庫(kù)所集，T={t1，t2，…，tn}為變遷集，F(xiàn)粒P×T）∪（T×P）為網(wǎng)的流關(guān)系，M0：P{0，1}為初始標(biāo)識(shí)。記t={pO（p，t）∈F}為變遷的前置集，t′={pO（t ，p）∈F}為變遷的后置集。PN的庫(kù)所中可能含有托肯（token），變遷在一定條件下可以激活，若t在標(biāo)識(shí)M下是授權(quán)的，則t可激活，變遷激活后產(chǎn)生新的標(biāo)識(shí)M′，記作M［t>M0′。

petri 網(wǎng)是一族相關(guān)網(wǎng)模型的總稱(chēng)，它并不是單個(gè)和已經(jīng)精確定義了的模型。通常會(huì)根據(jù)某些實(shí)際應(yīng)用情況給petri 網(wǎng)加上特定約束。信號(hào)轉(zhuǎn)移圖（Signal Transition Graph，STG）就屬于petri網(wǎng)的一種約束類(lèi),STG是常用于描述異步電路行為特性的一類(lèi)petri網(wǎng), 它是一種1有界petri 網(wǎng)，只允許簡(jiǎn)單的輸入選擇。一個(gè)STG是一個(gè)三元方程組G=（N，Y，λ），N=（P，E，F(xiàn)，m0）表示的是一個(gè)PN；Y是一個(gè)非空的二進(jìn)制信號(hào)組，λ：EY×{+，-，～}。y.+（y.-）表示信號(hào)y的上升沿（下降沿）（在4相信號(hào)中），而y.~表示y的一個(gè)信號(hào)跳變（在兩相信號(hào)中）。因此，STG就是一個(gè)由二進(jìn)制跳變標(biāo)識(shí)PN的事件集合。

STG是具有以下這些特性的一類(lèi)petri 網(wǎng):

(1) 輸入自由選擇：多個(gè)輸入的選擇必須只能由互斥輸入控制；

(2) 1有界：每個(gè)庫(kù)所中托肯數(shù)量不超過(guò)1；

(3) 活性：必須保證STG不會(huì)進(jìn)入死鎖狀態(tài)；

描述速度無(wú)關(guān)電路的一個(gè)STG必須具備以下一些特性:

(4) 一致?tīng)顟B(tài)賦值：在STG的任何執(zhí)行過(guò)程中某個(gè)信號(hào)的跳變必須嚴(yán)格的在+和-之間進(jìn)行；

(5) 持續(xù)性：如果某個(gè)信號(hào)跳變處于使能狀態(tài)，則必須保證它會(huì)激發(fā)，即這個(gè)信號(hào)跳變不會(huì)因?yàn)閯e的信號(hào)跳變而變成不使能；

要使STG能夠進(jìn)行綜合，則還必須具備以下這個(gè)特性：

(6) 完全狀態(tài)編碼（CSC）：在STG中不允許2個(gè)或2個(gè)以上的不同標(biāo)識(shí)具有相同的信號(hào)值。否則還必須引入額外的狀態(tài)變量，使不同的標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)不同的狀態(tài)。

3 STG描述電路的基本模塊

STG基本可以用于描述各種復(fù)雜度異步電路的行為特性，但這些電路一般都是由以下4個(gè)基本構(gòu)造塊（fork，join，choice和merge）按照一定的組合方式實(shí)現(xiàn)。圖1所示的是4個(gè)常用的構(gòu)造塊。圖2所示的是一些基本門(mén)電路的PN模型。

圖1 fork,join,choice和merge的Petri網(wǎng)描述常用的一些基本門(mén)電路對(duì)應(yīng)的PN模型如圖2所示［4］。

圖3所示的由fork,join,choice和merge構(gòu)成的一個(gè)PN的例子。從圖3中可知，庫(kù)所P1是一個(gè)選擇庫(kù)所（choice），它既可以通過(guò)變遷T1把托肯傳送到庫(kù)所P2，P3和P4中去也可以通過(guò)變遷T6把托肯傳送給庫(kù)所P9。當(dāng)托肯傳給庫(kù)所P2，P3和P4后，接著通過(guò)變遷T2，T3和T4在分別把其中的托肯傳給庫(kù)所P5，P6和P7,然后一個(gè)變遷T5（Join），再把托肯傳給庫(kù)所P8；當(dāng)遷T6把托肯傳送給庫(kù)所P9后經(jīng)過(guò)T7然后把托肯傳給庫(kù)所P8。再經(jīng)過(guò)一個(gè)Merge,經(jīng)過(guò)變遷T8后把P8中的托肯傳給P1。

圖2 基本門(mén)電路的PN模型圖3 由基本構(gòu)造塊構(gòu)成的一個(gè)PN模型圖3由基本構(gòu)造塊構(gòu)成的一個(gè)PN模型由這些基本模塊再加上一些其他的控制單元可以用于描述絕大部分的異步電路。用Petri網(wǎng)對(duì)電路進(jìn)行描述后則可以通過(guò)一些相應(yīng)的綜合工具把描述轉(zhuǎn)化成電路實(shí)現(xiàn)。

4 通過(guò)petrify來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)2位緩沖器電路

4.1 STG的綜合步驟

對(duì)電路的綜合是異步電路設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要也最為復(fù)雜。采用STG描述電路后通過(guò)對(duì)其進(jìn)行綜合得出電路的實(shí)現(xiàn)。綜合過(guò)程主要由以下幾個(gè)步驟構(gòu)成［5］：

（1） 采用STG準(zhǔn)確描述電路的行為特性以及它的（虛擬）外部環(huán)境。

（2） 檢驗(yàn)所得到的STG是否滿(mǎn)足以下條件：1有限、一致?tīng)顟B(tài)賦值、活性、僅輸入自由選擇且受控選擇、持續(xù)性以及完全狀態(tài)編碼（CSC）。

（3） 選擇一個(gè)實(shí)現(xiàn)模塊并且計(jì)算每個(gè)變量所對(duì)應(yīng)的布爾表達(dá)式，如果采用的是狀態(tài)保持元件則相應(yīng)的要計(jì)算置位復(fù)位功能的布爾表達(dá)式。

（4） 計(jì)算出所采用的實(shí)現(xiàn)模塊的布爾表達(dá)式。

（5） 手工修改實(shí)現(xiàn)，如通過(guò)一個(gè)確定的復(fù)位信號(hào)或初始化信號(hào)可以強(qiáng)制使電路進(jìn)入一個(gè)期望的初始狀態(tài)。

（6） 把設(shè)計(jì)輸入到CAD工具進(jìn)行仿真且對(duì)電路（或者是由電路組成的系統(tǒng)）進(jìn)行布局布線(xiàn)。

由于要得到電路狀態(tài)必須要知道電路中所有信號(hào)值大小，因此綜合過(guò)程中的計(jì)算就可能會(huì)非常復(fù)雜，即使是很小的電路其計(jì)算量也可能會(huì)很大。所以一般都需要采用專(zhuān)門(mén)的EDA工具完成這個(gè)步驟，在這采用工具Petrify來(lái)完成綜合過(guò)程。

4.2 用Petrify實(shí)現(xiàn)一個(gè)2位緩沖器

Petrify是一個(gè)用于綜合有限petri網(wǎng)和邏輯綜合異步控制器的設(shè)計(jì)工具。Petrify主要是可以對(duì)petri 網(wǎng)進(jìn)行操作以及從STGs描述得到綜合速度獨(dú)立 (speedindependent, SI)控制電路，它是一個(gè)公開(kāi)的工具。

petrify可以解釋petri網(wǎng)成一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)移圖(STG),此時(shí)事件是用數(shù)字信號(hào)的上升/下降跳變來(lái)表示。從STG開(kāi)始，Petrify通過(guò)狀態(tài)編碼、邏輯綜合、邏輯分解和工藝映射到門(mén)元件庫(kù)等幾個(gè)步驟可以綜合成一個(gè)電路。在設(shè)計(jì)過(guò)程中還可以對(duì)要進(jìn)行綜合的petri網(wǎng)加上一些所需要的特性（如自由選擇、惟一選擇、純petri 網(wǎng)和狀態(tài)機(jī)分解等）。Petrify也可以由設(shè)計(jì)者或工具自動(dòng)生成的時(shí)序假設(shè)條件對(duì)電路進(jìn)行綜合。

下面將用petrify實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，用握手協(xié)議實(shí)現(xiàn)一個(gè)2位緩沖器電路。圖4所示是這個(gè)電路的STG圖和輸入到petrify中的文本描述。

圖4 2位緩沖器電路的STG和文本輸入描述把電路的文本描述輸入到petrify工具中，對(duì)其進(jìn)行綜合。首先petrify會(huì)判斷STG描述是否滿(mǎn)足CSC的條件，即STG中不允許2個(gè)或2個(gè)以上的不同標(biāo)識(shí)具有相同的信號(hào)值。如果不滿(mǎn)足這個(gè)條件,Petrify會(huì)自動(dòng)的插入一些變量來(lái)使解決這個(gè)問(wèn)題。以下所示便是petrify運(yùn)行后的結(jié)果：

\#./petrify/usr/soft/examples_petrify/buf_2.g

State coding conflicts for signal a

State coding conflicts for signal b

The STG has no CSC.

Adding state signal:csc0

State coding conflicts for signal a

State coding conflicts for signal csc0

The STG has no CSC.

Adding state signal:csc1

State coding coflicts for signal a

State coding conflicts for signal csc0

The STG has no CSC.

Adding state signal:csc2

The STG has CSC.

由上可知，這個(gè)電路的在綜合過(guò)程中，petrify首先提示信號(hào)a和信號(hào)b中出現(xiàn)了狀態(tài)編碼沖突問(wèn)題，通過(guò)插入狀態(tài)信號(hào)變量csc0，csc1和csc2達(dá)到CSC的要求。

在綜合開(kāi)始時(shí)設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的需要選擇不同電路實(shí)現(xiàn)方式：包括使用復(fù)雜門(mén)實(shí)現(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)C元實(shí)現(xiàn)和普通C元實(shí)現(xiàn)等多種方式。一旦選擇了某種實(shí)現(xiàn)方式后，Petrify便可得出相應(yīng)變量的布爾表達(dá)式。以下將給出這個(gè)2位緩沖器的普通C元實(shí)現(xiàn)和復(fù)雜門(mén)實(shí)現(xiàn)這2種方式。

4.2.1 兩位緩沖器的普通C元實(shí)現(xiàn)方式

C元是異步電路實(shí)現(xiàn)的一個(gè)最基本的元件，廣泛用于異步電路中。它包括普通C元和標(biāo)準(zhǔn)C元等。

\# more buf_2.gcnout.eqn

#EQN file for model buf_2

#Generated by./petrify 4.2(compiled 150ct03 at 3:06 PM)

#Outputs be tween brackets"\"indicate a feedback to input "out"

#Estimated area=27.00

INORDER=a b csc0 csc1 csc2;

OUTORDER=\ \ \ \ \;

\=csc0′ csc2+csc1′;

\=csc0′;

\=csc1 csc2;

\=a csc0′ csc2;

\=b csc1′ csc2;

\=csc2(\+csc0)+csc0\;#mappable onto gC

\=a(\+csc1)+csc1\;#mappable onto gC

\=b(\+csc1)+csc2\;#mappable onto gC

從petrify中得出的結(jié)果可以看到各個(gè)變量的布爾表達(dá)式（［a］=csc0′csc2+csc1′,［b］=csc0′）以及插入的狀態(tài)變量csc0,csc1和csc2的值，同時(shí)還估計(jì)出電路的面積為27個(gè)單位

4.2.2 兩位緩沖器的復(fù)雜們實(shí)現(xiàn)

復(fù)雜門(mén)實(shí)現(xiàn)是指電路不是由基本的門(mén)元件組合來(lái)實(shí)現(xiàn)而是采用一個(gè)復(fù)雜門(mén)實(shí)現(xiàn)。

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#Outputs between brackets"\"indicate a feedback to input "out"

#Estimated ared=14.00

INORDER=a b csc0 csc1 csc2;

OUTORDER=\ \ \ \ \;

\=csc0′ csc2+csc1′;

\=csc0′;

\=csc2(csc0+csc1);

\=a(csc0′ csc2+csc1);

\=b(csc2+csc1′)

可以看出，采用不同的實(shí)現(xiàn)方式得出的結(jié)果也存在很大的不同，此時(shí)電路的中雖然變量a和b的布爾表達(dá)式是相同但實(shí)現(xiàn)過(guò)程完成不一樣，而且插入的變量csc0，csc1和csc2的值也與前面那種實(shí)現(xiàn)方式不同；還可以看出估計(jì)的實(shí)現(xiàn)電路面積為14個(gè)單位，這大大小于普通C元實(shí)現(xiàn)方式。以上所示的是2位緩沖器的2種實(shí)現(xiàn)方式，設(shè)計(jì)者還可以選擇其他的實(shí)現(xiàn)方式，或者建立自己的元件庫(kù)，而通過(guò)調(diào)用元件庫(kù)中實(shí)現(xiàn)電路。以上只是實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子,petrify還可以設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的異步電路。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著集成電路設(shè)計(jì)的發(fā)展，電路的規(guī)模越來(lái)越大，傳統(tǒng)的同步技術(shù)將不能滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，預(yù)計(jì)未來(lái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)將越來(lái)越多地采用異步技術(shù)。Petri網(wǎng)由于其內(nèi)在的特性，非常適合用于異步電路設(shè)計(jì)的多個(gè)步驟中，也必將是異步電路設(shè)計(jì)方法研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Alain J Martin,Mika Nystrom.Asynchronous Techniques for SystemonChip Design［J］.Proceeding of the IEEE,2006,94(6):1 0891 090.

［2］Yakovlev A,Semenov A.Petrinet and Asynchronous Circuit Design.The Institution of Electrical Engineers,1996.

［3］R.大衛(wèi)，H.奧蘭.佩特利網(wǎng)和邏輯控制器圖形表示工具（GRAFACE）\.黃建文，趙不賄,譯.北京:電子工業(yè)出版社,1996.

［4］司玉娟,王萬(wàn)樹(shù).時(shí)序邏輯電路的petri網(wǎng)分析方法\.計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),1996,19(7):492494.

［5］Jens Sparso,Steve Furber.Principles of Asynchronous Circuit DesignA System Perspective\.Kluwer Academic Publishers,2001.

篇5

關(guān)鍵詞：高中物理；電路設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

老師在對(duì)我們進(jìn)行物理教學(xué)過(guò)程中，讓我對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了深厚的興趣，在老師的引導(dǎo)下，我意識(shí)到了物理實(shí)驗(yàn)是整個(gè)高中物理學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)。因此，我通過(guò)自身的思考，針對(duì)一些常規(guī)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。在老師的指導(dǎo)下，我對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些改變，不僅提高了我自身的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，同時(shí)還增強(qiáng)了我對(duì)物理知識(shí)學(xué)習(xí)的信心。

一、電路補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

我在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)許多同學(xué)都會(huì)遇到電流表和電壓表只存在一種的情況。在這樣的一個(gè)情況下，有的同學(xué)就會(huì)無(wú)法直接進(jìn)行伏安法的應(yīng)用。在老師地指導(dǎo)下，我發(fā)現(xiàn)在這樣的情況下，我們可以利用并聯(lián)或者串聯(lián)電路所具有的特點(diǎn)，進(jìn)行電路補(bǔ)償設(shè)計(jì)。對(duì)于這種電路設(shè)計(jì)，我把其分為了兩種不同的形式。第一種，在只提供電壓表的情況下，我會(huì)考慮通過(guò)串聯(lián)電路的形式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后我會(huì)利用好串聯(lián)電流強(qiáng)度均等的特點(diǎn)，解決了沒(méi)有電流表所帶來(lái)的困難。比如：我現(xiàn)在擁有一只電壓表，并且我已經(jīng)知道內(nèi)阻為RV，而另一外有一個(gè)電池，明確這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)不會(huì)超過(guò)電壓表量程，這樣我就可以對(duì)內(nèi)阻進(jìn)行忽略。如果要求我利用這個(gè)電壓表和電池，通過(guò)開(kāi)關(guān)以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材來(lái)測(cè)量某個(gè)高值電阻RX。我會(huì)結(jié)合我以往的經(jīng)驗(yàn)，繪制出相應(yīng)的電路圖（如圖1所示）。并且會(huì)按照我自己的習(xí)慣對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行簡(jiǎn)單地描述，同時(shí)寫(xiě)出RX的表達(dá)式。

我在對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)只有一只電壓表，那么應(yīng)該采用串聯(lián)的形式來(lái)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。利用好K1和K2的閉合，來(lái)讀出電壓數(shù)U1。如果我把K2進(jìn)行閉合，打開(kāi)K1時(shí)，就可以從電壓表上讀出電壓數(shù)U2。那么RX的表達(dá)式應(yīng)該是RX=（U1-U2）RV/U2。

第二種情況是只有一只電流表的情況，我在這種情況下，經(jīng)常會(huì)以我的習(xí)慣來(lái)采用并聯(lián)電路來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。所利用的就是并聯(lián)電路支路電壓相等的特點(diǎn)，解決了沒(méi)有電壓表的問(wèn)題。比如：我們針對(duì)一個(gè)已知的測(cè)量電阻的電路（如圖2所示），RX為需要測(cè)量的電阻，并且在這個(gè)電路中，我們已經(jīng)明確地知識(shí)了R的阻值。R1在這個(gè)電路中是保護(hù)電阻，但是其阻值未知識(shí)。E所代表的是電源，電動(dòng)勢(shì)未知。K1和K2是兩個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)。A為電流表，不計(jì)內(nèi)阻。

同樣，按我自己的習(xí)慣，我會(huì)先對(duì)這個(gè)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。因此這個(gè)實(shí)驗(yàn)只提供了電流表，我可以利用好并聯(lián)電路的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。把K1和K2分別向a和d進(jìn)行閉合，分別讀出電流數(shù)I1和I2。這樣就可以得出I1RX=I1R，從而可以得出RX=I2R/I。

二、特殊的半偏設(shè)計(jì)方法，拓展物理思維空間

除了上面所提到的設(shè)計(jì)方法之外，我個(gè)人還特別喜歡利用一些特殊的設(shè)計(jì)方法。這樣可以有效地開(kāi)拓我的思路，并且能夠讓我對(duì)物理電路實(shí)驗(yàn)的探索性，有一個(gè)更加深入地了解。下面我就給介紹一下我自己所經(jīng)常使用的一種方法――半偏設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法，需要對(duì)電路中的某個(gè)部分的電阻進(jìn)行替換，通過(guò)替換讓第二次的電表的讀精是第一次的1/2。結(jié)合電表中所表示的讀數(shù)之間的關(guān)系，可以得出兩次電陰間的關(guān)系，就可以實(shí)現(xiàn)得出相應(yīng)的電阻。這種設(shè)計(jì)方法是一種較為另類(lèi)的設(shè)計(jì)方法。并且在一些現(xiàn)在較為主流的實(shí)驗(yàn)冊(cè)中，已經(jīng)有了其中的一種方法的介紹。同樣，半偏法也具有兩種方式。一種是電流表半偏法，另一種則是電壓表半偏法。當(dāng)前主流的實(shí)驗(yàn)冊(cè)中，只是針對(duì)電流表半偏法進(jìn)行了介紹。對(duì)于電壓表半偏法的介紹相對(duì)較少。下面我就針對(duì)我在采用半偏法進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行介紹。

比如：如圖3所示，我們要對(duì)電壓表V中的電阻RV進(jìn)行測(cè)量，并且我們已經(jīng)知道電壓表的量程為15V，內(nèi)阻為3000Ω。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們擁有的是電流表A（0-0.6A）、電阻箱R1（0-9999.9Ω）、滑動(dòng)電阻器R2、電池E。R2的最大阻值50Ω，額定電流1A。電池E的電動(dòng)勢(shì)為9V。要求寫(xiě)出RV的表達(dá)式。

我對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析，并且按照?qǐng)D4進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)。通過(guò)閉合K1和K2來(lái)對(duì)R2進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣能夠讓電壓表的指針產(chǎn)生一個(gè)很大的偏轉(zhuǎn)。并且我要在這個(gè)時(shí)候記錄下讀數(shù)U。當(dāng)我在斷開(kāi)K1時(shí)。在R2不變的情況下，對(duì)R1進(jìn)行調(diào)節(jié)，讓電壓表的讀數(shù)控制在U/2，然后記錄下變阻箱的示數(shù)R1。這時(shí)就可以得出RV=R1。在這里值得一提的是，在實(shí)現(xiàn)這個(gè)結(jié)果，需要有一個(gè)必要的條件即：R2小于RV。

通過(guò)這樣的一種特殊方式，我們就可以很容易地進(jìn)行解題。不過(guò)我自己還總結(jié)出了一個(gè)更加簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法。

我通過(guò)思考設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電路圖如圖5所示，閉合K1和K2，記錄下相應(yīng)的讀數(shù)U。當(dāng)我斷開(kāi)K1并對(duì)R1進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，保證電壓表的讀數(shù)在U/2。并記錄下相應(yīng)的變阻箱的讀數(shù)R1，則更加快捷地得出RV=R1。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，我在進(jìn)行高中物理學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)自己不斷地思考，會(huì)針對(duì)不同的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)試。并且認(rèn)真地對(duì)每一種方法進(jìn)行總結(jié)，分析出其電路設(shè)計(jì)方法的可行性。在我不斷地練習(xí)中發(fā)現(xiàn)，這樣的我的這種學(xué)習(xí)方法，能夠有效地提高我對(duì)物理知識(shí)的理解能力，同時(shí)也拓展了我自身的物理思維空間，不僅有利于物理知識(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，還能夠有效地提高電學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。（作者單位：湖南省益陽(yáng)市一中1302班）

參考文獻(xiàn)：

篇6

關(guān)鍵字:數(shù)字電路;組合邏輯電路;時(shí)序邏輯電路

中圖分類(lèi)號(hào):TN79文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-0992(2010)06A-0042-01

眾所周知,近年,科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步帶動(dòng)許多行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化,電子信息行業(yè)走在了科學(xué)發(fā)展的前列,表現(xiàn)尤為突出的是數(shù)字電子技術(shù),科學(xué)進(jìn)步的浪潮中它迅速前進(jìn),已成為當(dāng)前發(fā)展最快的學(xué)科之一,數(shù)字邏輯器件已從60年代的小規(guī)模集成電路(SSI)發(fā)展到目前的中、大規(guī)模集成電路(MSI、LSI)及超大規(guī)模集成電路(VLSI)。那么,邏輯器件的變化也會(huì)影響整個(gè)數(shù)字邏輯電路的發(fā)展。

一、數(shù)字電路的狀態(tài)

數(shù)字電路顧名思義就是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路,它只有兩個(gè)狀態(tài)就是0和1。在數(shù)字電路中,低電平用0表示,高電平用1表示,有時(shí)低電位也用字母L(Light)表示,而高電位用字母H(High)表示。另外在對(duì)0和1理解時(shí),還會(huì)有時(shí)間限制,因?yàn)閿?shù)字0、1表示電路狀態(tài),結(jié)合時(shí)間看電路時(shí),要明白電路工作時(shí)序。

二、數(shù)字邏輯電路的基本定律

數(shù)字電路的設(shè)計(jì)在生活中使用非常廣泛,但是怎樣設(shè)計(jì)出符合要求的電路,這就是一門(mén)技術(shù)活了。因此理解數(shù)字電路設(shè)計(jì),重點(diǎn)在基本概念和基本方法上。數(shù)字設(shè)計(jì)中邏輯代數(shù)基本定律、組合邏輯和時(shí)序邏輯的概念是分析和設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)的基礎(chǔ),也是設(shè)計(jì)大規(guī)模集成芯片的基礎(chǔ),所以我們?cè)谡f(shuō)數(shù)字電路設(shè)計(jì)之前就要先了解邏輯代數(shù)的基本知識(shí)定律。邏輯代數(shù)是英國(guó)數(shù)學(xué)家喬治.布爾(Geroge . Boole)于1847年首先進(jìn)行系統(tǒng)論述的,也稱(chēng)布爾代數(shù)。 所研究的是兩值變量的運(yùn)算規(guī)律,即0,1表示兩種不同的邏輯狀態(tài),稱(chēng)這種只有兩種對(duì)立邏輯狀態(tài)的邏輯關(guān)系為二值邏輯。在邏輯代數(shù)中我們最先了解的就是進(jìn)制的轉(zhuǎn)換,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中一般二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制是了解最多的,轉(zhuǎn)換這些進(jìn)制也是最容易的,掌握其中的計(jì)算方法就能得到。

三、數(shù)字電路設(shè)計(jì)―組合邏輯和時(shí)序邏輯

在做數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)主要就是組合邏輯電路設(shè)計(jì)和時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)。從一方面說(shuō),這兩種電路的設(shè)計(jì)是數(shù)字電路中的一個(gè)最基本的也是最重要的部分,只有會(huì)做這兩種電路的設(shè)計(jì)才算是對(duì)數(shù)字電路入門(mén)了。所以我們先對(duì)這兩種設(shè)計(jì)作下簡(jiǎn)單的介紹。

如果說(shuō)邏輯電路設(shè)計(jì)是數(shù)字電路的最基礎(chǔ)的組成部分,那么門(mén)電路就是帶動(dòng)這些部分運(yùn)轉(zhuǎn)的重要元素,就像是一部機(jī)器,門(mén)電路就是機(jī)器中的零件,大家都知道零件在機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)中起著不容小覷的作用,如果在某個(gè)部位因?yàn)橐粋€(gè)小零件的出錯(cuò),可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器出故障。邏輯電路中最基本的門(mén)電路通常是與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)。與門(mén)是邏輯與運(yùn)算的單元電路;或門(mén)是邏輯或運(yùn)算的單元電路;非門(mén),也叫反相器,是實(shí)現(xiàn)邏輯非運(yùn)算的電路。在實(shí)際的應(yīng)用中并不是把它們直接使用,而是將它們組合成復(fù)合邏輯運(yùn)算與非、或非、與或非、異或、同或等常用的門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。我們?cè)谌粘Ｉ钪幸?jiàn)得最多的就是交通燈的控制,就是用組合邏輯電路設(shè)計(jì)成的。在組合邏輯電路的設(shè)計(jì)中,利用門(mén)電路的組合完成的很多電路的設(shè)計(jì),編碼器、譯碼器就是組合邏輯電路中的器件,組成的液晶顯示器LCD,數(shù)碼顯示器LED。

時(shí)序邏輯電路中,主要的零件就是集成觸發(fā)器,在各種復(fù)雜的數(shù)字電路中不但需要對(duì)二值信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算,還經(jīng)常需要將這些信號(hào)和運(yùn)算結(jié)果保存起來(lái),因此需要使用記憶功能的基本邏輯單元,而這種能儲(chǔ)存信號(hào)的基本單元電路就是觸發(fā)器。迄今為止,人們已經(jīng)研制出了很多種觸發(fā)器電路,根據(jù)電路結(jié)構(gòu)形式的不同,可以分為基本RS觸發(fā)器、同步RS觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器等。這些觸發(fā)器的研制都是在前一種觸發(fā)器的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的,通俗的說(shuō)是后人在前人的研究發(fā)明中不斷提煉出的新器件。因此同步觸發(fā)器是建立在基本RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上的,基本RS觸發(fā)器輸入信號(hào)可以直接控制觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn),而在實(shí)際應(yīng)用中往往要求在約定脈沖信號(hào)到來(lái)時(shí),觸發(fā)器才能翻轉(zhuǎn),所以才有同步RS觸發(fā)器的出現(xiàn)。但是同步RS觸發(fā)器有空翻現(xiàn)象,不能正常計(jì)數(shù),因此人們又研制了主從觸發(fā)器,同樣為了克服主從觸發(fā)器的一次性變化,就有了邊沿觸發(fā)器的產(chǎn)生。

四、數(shù)字集成電路

在很多人看來(lái),數(shù)字集成電路是非?？斩吹臇|西,因?yàn)橹皇且粔K芯片,卻能實(shí)現(xiàn)如此多的功能。那在數(shù)字集成電路中主要有哪些電路呢?常用的數(shù)字集成電路一般有CMOS電路和TTL電路兩種。CMOS電路有消耗功率低,工作電壓范圍廣和噪聲容限大的特點(diǎn),雖然在CMOS電路的輸入端已經(jīng)設(shè)置了保護(hù)電路,但由于保護(hù)二極管和限流電阻的幾何尺寸有限,它們所能承受的靜電電壓和脈沖功率均有一定限度。CMOS集成電路在儲(chǔ)存運(yùn)輸、組裝和調(diào)試過(guò)程中難免會(huì)接觸到某些帶靜電高壓的物體,所以一般要對(duì)輸入的靜電進(jìn)行保護(hù),另外CMOS還會(huì)出現(xiàn)電路鎖定效應(yīng),一般為了使用安全和方便,人們一直在研究從CMOS電路本身的設(shè)計(jì)和制造上克服鎖定效應(yīng)方法。當(dāng)然,集成電路一般的要求都非常高,它需要預(yù)先對(duì)芯片進(jìn)行設(shè)計(jì),編制一定的程序,而我們往往使用現(xiàn)成的電路,對(duì)它只做了一定的分析。

通過(guò)對(duì)數(shù)字電路的基本知識(shí)的解讀,當(dāng)然這只是很淺的一方面。而數(shù)字電路涉及到的一些專(zhuān)用的集成電路。由于專(zhuān)用集成電路(ASIC)是近期迅速發(fā)展起來(lái)的新型邏輯器件,這些器件的靈活性和通用性使它們已成為研制和審計(jì)數(shù)字系統(tǒng)的最理想器件。因此數(shù)字電路的發(fā)展在今后還有很大的空間,但是在發(fā)展的同時(shí),數(shù)字電路的基礎(chǔ)的知識(shí)是不會(huì)改變的,只會(huì)在原來(lái)的基礎(chǔ)上得到更大的改進(jìn),這需要新新的電子人來(lái)改進(jìn)數(shù)字電路的不足地方,將它所存在的每一個(gè)缺點(diǎn)進(jìn)行彌補(bǔ),使各個(gè)部分它的作用發(fā)揮到最大。

數(shù)字電路在實(shí)際運(yùn)用中將越來(lái)越廣泛,現(xiàn)在在要求普及的數(shù)字電視已經(jīng)進(jìn)入了千家萬(wàn)戶(hù),數(shù)字化已經(jīng)成了必然的趨勢(shì)。但是任何技術(shù)知識(shí),基礎(chǔ)都是最根本,最主要的,數(shù)字電路的組成剛好是是基礎(chǔ)。數(shù)字化的時(shí)代已經(jīng)到來(lái),打好基礎(chǔ)知識(shí)是數(shù)字電路發(fā)展的前提條件。

篇7

實(shí)則在教學(xué)中常常是學(xué)生的弱點(diǎn),在各種考試中通過(guò)對(duì)電阻的測(cè)量的考察也可以反映出學(xué)生對(duì)電學(xué)基本知識(shí)掌握的情況,另外命題者還在不斷的推陳出新,用不同的形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考察。下面我們就對(duì)初中測(cè)量電阻的幾種常用方法進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié),希望對(duì)同學(xué)們能有所幫助。

一、初中最基本的測(cè)電阻的方法

(1)伏安法測(cè)電阻

伏安法測(cè)電阻就是用一個(gè)電壓表和一個(gè)電流表來(lái)測(cè)待測(cè)電阻,因?yàn)殡妷罕硪步蟹乇砦锢碚撐?電流表也叫安培表,因此,用電壓表和電流表測(cè)電阻的方法就叫伏安法測(cè)電阻。它的具體方法是:用電流表測(cè)量出通過(guò)待測(cè)電阻Rx的電流I,用電壓表測(cè)出待測(cè)電阻Rx兩端的電壓U,則可以根據(jù)歐姆定律的變形公式R=U/I求出待測(cè)電阻的阻值RX。最簡(jiǎn)單的伏安法測(cè)電阻電路設(shè)計(jì)如圖1所示,

用圖1的方法雖然簡(jiǎn)單,也能測(cè)出電阻,但是由于只能測(cè)一次,因此實(shí)驗(yàn)誤差較大,為了使測(cè)量更準(zhǔn)確,實(shí)驗(yàn)時(shí)我們可以把圖1進(jìn)行改進(jìn),在電路中加入滑動(dòng)變阻器,增加滑動(dòng)變阻器的目的是用滑動(dòng)變阻器來(lái)調(diào)節(jié)待測(cè)電阻兩端的電壓,這樣我們就可以進(jìn)行多次測(cè)量求出平均值以減小實(shí)驗(yàn)誤差,改進(jìn)后的電路設(shè)計(jì)如圖2所示。伏安法測(cè)電阻所遵循的測(cè)量原理是歐姆定律,在試驗(yàn)中,滑動(dòng)變阻器每改變一次位置,就要記一次對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù),計(jì)算一次待測(cè)電阻Rx的值。多次測(cè)量取平均值,一般測(cè)三次。

(2)伏阻法測(cè)電阻

伏阻法測(cè)電阻是指用電壓表和已知電阻R0測(cè)未知電阻Rx的方法。其原理是歐姆定律和串聯(lián)電路中的電流關(guān)系,如圖3就是伏歐法測(cè)電阻的電路圖,在圖3中,先把電壓表并聯(lián)接在已知電阻R0的兩端,記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U1;然后再把電壓表并聯(lián)接在未知電阻Rx的兩端,記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U2。根據(jù)串聯(lián)電路中電流處處相等以及歐姆定律的知識(shí)有:

I1=I2

即:U1/R0=U2/RX

所以:

另外,如果將單刀雙擲開(kāi)關(guān)引入試題,伏阻法測(cè)電阻的電路還有圖4、圖5的接法,和圖3比較,圖4、圖5的電路設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單物理論文,比如,我們可以采用如圖5的電路圖。當(dāng)開(kāi)關(guān)擲向1時(shí),電壓表測(cè)量的是R0兩端的電壓U0;當(dāng)開(kāi)關(guān)擲向2時(shí),電壓表測(cè)量的是RX兩端的電壓Ux。故有:。同學(xué)們可以試一試按圖4計(jì)算出Rx的值。

(3)安阻法測(cè)電阻

安阻法測(cè)電阻是指用電流表和已知電阻R0測(cè)未知電阻Rx的方法。其原理是歐姆定律和并聯(lián)電路中的電壓關(guān)系,如圖6是安阻法測(cè)電阻的電路圖,在圖6中,我們先把電流表跟已知電阻R0串聯(lián),測(cè)出通過(guò)R0的電流I1;然后再把電流表跟未知電阻Rx串聯(lián),測(cè)出通過(guò)Rx的電流I2。然后根據(jù)并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等以及歐姆定律的知識(shí)有:

U0=UX

即:I1R0=I2RX

所以:

顯然,如果按圖6的方法試驗(yàn),我們就需要采用兩次接線(xiàn),可能有的同學(xué)怕多次拆連麻煩的話(huà),那我們還可以將單刀雙擲開(kāi)關(guān)引入電路圖,這時(shí)我們可以采用如圖7的電路設(shè)計(jì)。當(dāng)開(kāi)關(guān)擲向1時(shí),電壓表測(cè)量的是R0兩端的電流I0;當(dāng)開(kāi)關(guān)擲向2時(shí),電壓表測(cè)量的是RX兩端的電流Ix。通過(guò)計(jì)算就有:。

以上三種測(cè)電阻的方法是最簡(jiǎn)單的測(cè)電阻方法,也是必須掌握的方法,大家會(huì)嗎,除此以外,還有常用的易于學(xué)生理解的測(cè)電阻的常用方法嗎?當(dāng)然還有:

二、特殊方法測(cè)電阻

(1)用電壓表和滑動(dòng)變阻器測(cè)量待測(cè)電阻的阻值

或者

用電壓表和滑動(dòng)變阻器測(cè)量待測(cè)電阻的阻值,我們也可以采取以下方法:

1.如圖8所示,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片滑至b端時(shí),用電壓表測(cè)量出Rx兩端的電壓Ux,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片滑至a端時(shí),用電壓表測(cè)量出電源的電壓U,根據(jù)串聯(lián)電路的電流關(guān)系以及分壓原理我們可以得到:。

2.如圖9所示,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片滑至b端時(shí),用電壓表測(cè)量出電源的電壓U,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片滑至a端時(shí)物理論文,用電壓表測(cè)量出Rx兩端的電壓Ux,根據(jù)串聯(lián)電路的電流關(guān)系以及分壓原理我們可以得到:

(2)用電流表和滑動(dòng)變阻器測(cè)量待測(cè)電阻的阻值

如圖10所示,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片滑至b端時(shí),用電流表測(cè)量出Rx和R滑串聯(lián)時(shí)的電流I1,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片滑至a端時(shí),用電流表測(cè)量出Rx單獨(dú)接入電路時(shí)的電流I2,因?yàn)殡娫措妷翰蛔?可以得到:,故有:。

(3)用等效法測(cè)量電阻

如圖11所示電路就是用等效法測(cè)量電阻的一種實(shí)驗(yàn)電路。其中Rx是待測(cè)電阻,R是電阻箱(其最大電阻值大于Rx)。其實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單操作如下:

篇8

關(guān)鍵詞 片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)論 集成電路設(shè)計(jì) 項(xiàng)目化教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2015）17-0010-02

隨著半導(dǎo)體工藝和集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，集成電路的規(guī)?？梢赃_(dá)上億個(gè)晶體管，已經(jīng)發(fā)展到片上系統(tǒng)SoC（System on Chip）?，F(xiàn)代片上系統(tǒng)（SoC）是利用IP核（Intellectual Property Core）復(fù)用和深亞微米技術(shù)，采用軟件和硬件結(jié)合的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證方法，在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。它廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、醫(yī)療設(shè)備、手機(jī)和其他消費(fèi)電子，其應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 2013年集成電路設(shè)計(jì)市場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)

圖2 2008-2014年集成電路行業(yè)的產(chǎn)值

2008年以來(lái)，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值從2107億元增長(zhǎng)到2915億元。2014年，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，共生產(chǎn)集成電路1015.5億塊，同比增長(zhǎng)12.4%，增幅高于上年7.1個(gè)百分點(diǎn)；集成電路行業(yè)銷(xiāo)售產(chǎn)值同比增長(zhǎng)8.7%，增幅高于上年0.1個(gè)百分點(diǎn)。集成電路行業(yè)的產(chǎn)值如圖2所示。

近年來(lái)，半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)在國(guó)家政策支持下發(fā)展迅速，因此對(duì)人才的需求在不斷增加。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)報(bào)道，2010年以來(lái)，中國(guó)IC產(chǎn)業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)工程師的需求將達(dá)到30萬(wàn)人以上，并且逐年增加，但目前國(guó)內(nèi)實(shí)際人才數(shù)量相較于需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。高校是人才培養(yǎng)的搖籃，但高校大多數(shù)教授基礎(chǔ)概念，并了解基本的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)方法，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足行業(yè)的要求。

針對(duì)這一現(xiàn)象，《片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)計(jì)導(dǎo)論》課程將結(jié)合《固體物理》《半導(dǎo)體物理》《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)》《模擬集成電路設(shè)計(jì)》《VHDL語(yǔ)言》等多門(mén)課程，以項(xiàng)目化教學(xué)的形式進(jìn)行教學(xué)，并且對(duì)其進(jìn)行探討。

一、采用項(xiàng)目化教學(xué)改善學(xué)生只會(huì)理論、不會(huì)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

（1）解決SoC設(shè)計(jì)與相關(guān)課程之間的內(nèi)部聯(lián)系，教學(xué)內(nèi)容主要涉獵到相類(lèi)似的部分，通過(guò)將一個(gè)大項(xiàng)目分解成幾個(gè)小項(xiàng)目，通過(guò)逐漸加大項(xiàng)目的難度，使學(xué)生在項(xiàng)目中逐漸加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，并且將課程的主要內(nèi)容相互銜接與融合，形成完整的SoC設(shè)計(jì)概念。例如通過(guò)對(duì)矩陣加法器的項(xiàng)目分解如下幾個(gè)小項(xiàng)目來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體項(xiàng)目如圖3所示。通過(guò)這些項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程完整地訓(xùn)練，既培養(yǎng)了較強(qiáng)的SoC設(shè)計(jì)能力，還提升了學(xué)生的擇業(yè)面。

圖3 項(xiàng)目流程圖

（2）項(xiàng)目中會(huì)先有示例，然后引導(dǎo)學(xué)生對(duì)分解的小項(xiàng)目做設(shè)計(jì)，熟悉設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)方法，而且解決了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相脫節(jié)的問(wèn)題，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的理論教學(xué)方式，達(dá)到較好的教學(xué)效果。

二、 通過(guò)PDCA戴明環(huán)的方式改善設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不能用的問(wèn)題

（1）在SoC設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)跟蹤課內(nèi)外學(xué)生設(shè)計(jì)中反應(yīng)的問(wèn)題，對(duì)項(xiàng)目難易度的進(jìn)行調(diào)整，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，逐步鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作等能力。

（2）結(jié)合新的技術(shù)或者領(lǐng)域，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在基礎(chǔ)層上讓學(xué)生邊學(xué)邊做，在單個(gè)簡(jiǎn)單的模塊中進(jìn)行訓(xùn)練，最后實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的項(xiàng)目要求的功能，達(dá)到SoC設(shè)計(jì)能力的提高。

通過(guò)PDCA戴明環(huán)的方式來(lái)持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行合理和高效的修改。PDCA戴明環(huán)如圖4所示。

圖4 PDCA循環(huán)

三、小結(jié)

教師指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)完整的項(xiàng)目，其中包括需求、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、驗(yàn)證等部分。學(xué)生不僅掌握了基本概念，也提高了設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，更提升了團(tuán)隊(duì)意識(shí)。《片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)計(jì)導(dǎo)論》課程項(xiàng)目化教學(xué)改變了傳統(tǒng)的理論課教學(xué)方式，以目標(biāo)為導(dǎo)向，以設(shè)計(jì)作為考核標(biāo)準(zhǔn)，充分發(fā)揮了學(xué)生的能動(dòng)性和協(xié)作能力，使學(xué)生理論與實(shí)踐齊頭并進(jìn)，縮短了與集成電路設(shè)計(jì)人才的距離。

參考文獻(xiàn)：

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篇9

【關(guān)鍵詞】C51單片機(jī)；電紅外傳感器；防盜報(bào)警

一、設(shè)計(jì)防盜報(bào)警系統(tǒng)的主要內(nèi)容

本設(shè)計(jì)利用熱釋電紅外傳感器和單片機(jī)控制模塊等器件，設(shè)計(jì)了基于熱釋電紅外傳感器的防盜報(bào)警系統(tǒng)。由于它利用的是人眼無(wú)法看到的人體發(fā)出的紅外線(xiàn)作為信號(hào)源，組成一個(gè)無(wú)線(xiàn)的監(jiān)控區(qū)域，所以具有極高的保密性和可靠性，只要有人非法侵入監(jiān)控區(qū)域，人體發(fā)出的紅外線(xiàn)就會(huì)被熱釋電傳感器捕抓到，然后發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)，這時(shí)電路就會(huì)給單片機(jī)控制系統(tǒng)輸入信號(hào)，使整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)工作，以引起相關(guān)人員注意，同時(shí)數(shù)碼顯示器點(diǎn)亮，顯示報(bào)警地點(diǎn)。該報(bào)警系統(tǒng)由一臺(tái)接收機(jī)和若干臺(tái)信號(hào)探測(cè)器組成，根據(jù)防盜要求，發(fā)射機(jī)可設(shè)置在不同的需要的區(qū)域，接收機(jī)設(shè)置在一個(gè)固定的地方。首先，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案劃分功能模塊。第一部分是電源模塊；第二部分是紅外探測(cè)模塊（可以有多個(gè)紅外探測(cè)器，置于多個(gè)需要的地方）；第三部分是主機(jī)模塊（包括顯示器，處理器，報(bào)警器等）。其次是確定硬件電路的設(shè)計(jì)，包括芯片選擇，具體電路的設(shè)計(jì)（如紅外探測(cè)電路，電源電路，主機(jī)電路，報(bào)警電路，顯示電路等）。最后是軟件部分的設(shè)計(jì)，軟件的設(shè)計(jì)主要是以具體芯片以及理解具體的硬件電路的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計(jì)編程。

二、防盜報(bào)警系統(tǒng)的組成

防盜報(bào)警系統(tǒng)主要是由紅外線(xiàn)人體入侵檢測(cè)電路，編碼與無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路，無(wú)線(xiàn)接收與解碼電路，單片機(jī)控制電路，顯示電路，報(bào)警電路，遙控電路和電源電路。其框圖如圖1。

圖1 防盜報(bào)警系統(tǒng)框圖

其主要的原理為：紅外線(xiàn)人體入侵檢測(cè)電路的核心就是一個(gè)探測(cè)器，用來(lái)探測(cè)是否有人體非法入侵，如果沒(méi)有人體入侵的話(huà)，就不輸出信號(hào)或者輸出的信號(hào)為0。當(dāng)有人體入侵時(shí)，此探測(cè)器會(huì)根據(jù)人體的入侵速度發(fā)出1mV左右的脈沖電壓信號(hào)（脈沖頻率由入侵的人體的速度決定，在0.1Hz在10Hz之間）。之后，該電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，濾除無(wú)用的信號(hào)和放大信號(hào)，使之能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)直接采集到。單片機(jī)采集到信號(hào)后，根據(jù)信號(hào)發(fā)出控制信號(hào)。當(dāng)采集到無(wú)人入侵時(shí)，使七段數(shù)碼顯示器顯示“----”，報(bào)警電路不工作。當(dāng)采集到誘人入侵信號(hào)時(shí)，使七段數(shù)碼顯示器顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，如“1”、“2”，而且給報(bào)警電路發(fā)送控制信號(hào)，使報(bào)警電路工作，發(fā)出報(bào)警。電源電路為上面所訴的電路提供穩(wěn)定的+5V的電壓，而且，在電源電路中有一控制按鈕，用來(lái)控制電源的通斷，同時(shí)作為布防撤防按鈕。在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)一處有報(bào)警信號(hào)時(shí)，顯示器顯示當(dāng)前報(bào)警區(qū)域，當(dāng)另外一處有報(bào)警信號(hào)時(shí)，顯示器不顯示報(bào)警區(qū)域，只有將系統(tǒng)撤防在布防后才能在此顯示另外的報(bào)警電路。

三、硬件電路設(shè)計(jì)

1．電源電路設(shè)計(jì)。電源電路設(shè)計(jì)原理:考慮采用典型的變壓器降壓，全波整流，電容濾波及集成電路穩(wěn)壓的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于單片機(jī)及其他電路等都用5V作為工作電源，所以在經(jīng)整流和濾波電路后再用三端集成穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，為后續(xù)電路提供穩(wěn)定可靠的5V直流電源，三端穩(wěn)壓集成電路采用LM7805。其中按鍵作為撤防/布防開(kāi)關(guān)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行與停止。電源通過(guò)變壓會(huì)使輸入、輸出電壓不同，從而達(dá)到升壓或降壓的目的。具體電路圖如圖2。

圖2 電源電路

2．信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)。在探測(cè)技術(shù)中，所謂的“被動(dòng)”是指探測(cè)器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠自然界的能量或者能量的變化來(lái)完成讓車(chē)目的。被動(dòng)式紅外報(bào)警器的特點(diǎn)是能夠響應(yīng)入侵者在所防范的區(qū)域能移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，并能使主控電路產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)，從而完成報(bào)警功能。圖3所示為本設(shè)計(jì)采用的信號(hào)采集電路。

圖3 信號(hào)采集電路原理圖

其工作原理為：當(dāng)人體輻射的紅外線(xiàn)通過(guò)菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測(cè)元上時(shí)，電路中的傳感器將輸出的電壓信號(hào)，然后使該信號(hào)先通過(guò)由C1、C2、R1、R2組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為16Hz，下限截止頻率為0.16Hz。猶豫熱釋電紅外傳感器輸出的探測(cè)電壓信號(hào)十分微弱（通常僅有1mV左右），而且是一個(gè)變化的信號(hào)。同時(shí)菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號(hào)電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測(cè)物體的亞?wèn)|速度決定，通常為0.1Hz~10Hz左右）。所以應(yīng)對(duì)熱釋電紅外傳感器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大。本設(shè)計(jì)運(yùn)用集成放大器LM324進(jìn)行兩級(jí)放大，以使其獲得足夠的增益。當(dāng)傳感器探測(cè)到人體輻射信號(hào)的紅外信號(hào)并通過(guò)放大后送給窗口比較器時(shí)，若信號(hào)幅度超過(guò)信號(hào)比較器的上下限，系統(tǒng)將輸出高電平信號(hào)；無(wú)異常情況時(shí)這輸出低電平信號(hào)。在該比較器中R8、R9、R10、R11用作參考電壓，即參考電壓分別為3.8V和1.2V。最后，這個(gè)信號(hào)將會(huì)傳輸給單片機(jī)P1口的相應(yīng)引腳，為單片機(jī)提供源信號(hào)，使單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)，使整個(gè)系統(tǒng)作出相應(yīng)的動(dòng)作，從而完成系統(tǒng)任務(wù)。

3．主控電路設(shè)計(jì)。主控電路由處理模塊，顯示模塊，報(bào)警模塊三部分組成。處理模塊即為單片機(jī)及其周邊電路，報(bào)警模塊即為蜂鳴器和紅色LED燈組成的電路，顯示模塊即為7段數(shù)碼顯示器構(gòu)成的顯示電路。其工作原理是處理模塊接受信號(hào)，判斷其是那路信號(hào)采集電路的信號(hào)，然后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，控制顯示器和報(bào)警器工作。本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路才用的是簡(jiǎn)單的將發(fā)光二極管、報(bào)警器于單片機(jī)的P1.7引腳相接。因?yàn)橐话闱闆r下，單片機(jī)P1口為高電平，求，故P1.7通過(guò)一個(gè)非門(mén)取反后才與報(bào)警電路相接，使之能滿(mǎn)足系統(tǒng)要。圖4為報(bào)警電路的原理圖。

圖4 報(bào)警電路的原理圖

本文簡(jiǎn)要介紹了防盜報(bào)警器的分類(lèi)及主要內(nèi)容，然后討論了防盜報(bào)警系統(tǒng)的組成。在前面兩個(gè)部分的基礎(chǔ)上，本文對(duì)部分硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。包括電源電路設(shè)計(jì)、信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)、報(bào)警電路設(shè)計(jì)。

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篇10

【關(guān)鍵詞】二線(xiàn)制；電源；TLC5615；MAX409A；功耗

1.引言

二線(xiàn)制儀表，是將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)信號(hào)，如溫度、壓力、速度、流量等參數(shù)，轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號(hào)，傳送到遠(yuǎn)距離外的控制室，以便于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。由于電流信號(hào)對(duì)噪聲不敏感，不易受寄生熱電偶和溫漂的影響，普通雙絞線(xiàn)上可以傳輸幾百米距離，利用250Ω取樣電阻就可以將4-20mA電流信號(hào)變?yōu)?-5V的電壓信號(hào)，不受傳輸線(xiàn)的電阻影響。同時(shí)，二線(xiàn)制儀表符合本安防爆的要求，即24V/20mA的電流通斷不足以引燃瓦斯爆炸，所以在化工、煤礦、石油天然氣等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。同時(shí)二線(xiàn)制變送器具有布線(xiàn)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

由于二線(xiàn)制儀表，本身由電流環(huán)路供電，所以電流環(huán)僅能提供4mA以下的電流為儀表供電，所以對(duì)儀表的功耗提出苛刻要求，不能采用常規(guī)的方法進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了困難，如何能設(shè)計(jì)出高性能、高精度的二線(xiàn)制智能儀表，是目前國(guó)內(nèi)許多廠(chǎng)家迫切需要解決的問(wèn)題。

本文對(duì)二線(xiàn)制儀表通用的電源設(shè)計(jì)和電流環(huán)電路設(shè)計(jì)，進(jìn)行了詳盡的理論分析，結(jié)合多年的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，提供了簡(jiǎn)潔實(shí)用的應(yīng)用電路，采用此電路設(shè)計(jì)生產(chǎn)的二線(xiàn)制超聲波物位計(jì)，經(jīng)多家工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證，性能穩(wěn)定，產(chǎn)品輸出電流精度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.二線(xiàn)制變送器系統(tǒng)方框圖

如圖1所示，4-20mA電流環(huán)路輸入的24V電壓，經(jīng)過(guò)電源單元轉(zhuǎn)換為5V精密電源，為整個(gè)系統(tǒng)供電。主控單元控制超聲波的發(fā)射和回波信號(hào)處理，然后將處理的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)D/A和V/I轉(zhuǎn)換單元，輸出4-20mA電流，接收端通過(guò)負(fù)載電阻（250歐姆）取出電壓信號(hào)，同時(shí)與電流環(huán)24V電源地相連構(gòu)成回路。

圖1 二線(xiàn)制超聲波測(cè)量系統(tǒng)框圖

3.二線(xiàn)制變送器電源設(shè)計(jì)理論分析

二線(xiàn)制儀表的原理是利用了4-20mA信號(hào)為自身提供電能。如果儀表自身耗電大于4mA，那么將不可能輸出下限4mA值。因此一般要求二線(xiàn)制儀表自身耗電（包括傳感器在內(nèi)的全部電路）小于4mA。

（1）電壓條件：在儀表電流環(huán)路中，一般取樣電阻R=250Ω。當(dāng)電流I=4-20mA變化時(shí)，取樣電壓為U=1-5V之間變化?？紤]到可能會(huì)串接其他儀表，以及傳輸電纜的阻抗，線(xiàn)路阻抗R的最大值可取350Ω，因此在20mA時(shí)，儀表兩端電壓為（24V-20mA×350Ω）=17V.4mA時(shí)，儀表兩端電壓為（24V-4mA×350Ω）=22.6V，所以?xún)x表的工作電壓不能大于17V。

（2）電流條件：儀表中總功耗電流要小于4mA。

（3）功率條件：

20mA時(shí)，電流環(huán)提供的功率最大：

P=20mA×17V=340mW。

4mA時(shí)，電流環(huán)提供的功率最?。?/p>

P=4mA×22.6V=90.4mW。

所以?xún)x表消耗的功率理論上不能大于90.4mw。

4.變送器電源單元設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是降低電源電壓轉(zhuǎn)換的功耗，轉(zhuǎn)換效率要高，靜態(tài)電流要小。

將電流環(huán)儀表兩端的17V-22.6V電壓，降壓處理，有兩種方法。

第一種是直接采用線(xiàn)性穩(wěn)壓芯片，將輸入電壓穩(wěn)壓到5V，這樣會(huì)造成穩(wěn)壓芯片本身功耗太大，無(wú)法滿(mǎn)足其它電路的功率要求。

第二是采用開(kāi)關(guān)型DC/DC芯片，又稱(chēng)為BUCK降壓開(kāi)關(guān)電源，電源效率一般高于85%以上，但開(kāi)關(guān)型電源芯片是利用儲(chǔ)能電感儲(chǔ)能，輸出的5V電壓是脈動(dòng)的，電壓紋波噪聲不能滿(mǎn)足D/A及CPU控制芯片的要求。

綜合考慮，本電路設(shè)計(jì)采用“開(kāi)關(guān)型DC/DC芯片+LDO線(xiàn)性穩(wěn)壓器”方式，即利用開(kāi)關(guān)型DC/DC芯片，將電流環(huán)提供的高電壓降低，然后利用低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器來(lái)提高儀表電源的紋波抑制比。同時(shí)選擇的芯片器件要少，減少能量損耗；

設(shè)計(jì)電路如圖2所示：

圖2 電源模塊電路圖

圖2中，L1為儲(chǔ)能電感33μH，D1續(xù)流二極管，F(xiàn)B=1.25V。開(kāi)關(guān)型降壓DC/DC芯片為MAX1776，是MAXIM公司的新型低功耗芯片，靜態(tài)電流為15uA電壓轉(zhuǎn)換效率為95%以上，輸入電壓范圍：Vin=4.5V～24V，輸出電壓可以通過(guò)電阻R1和R2進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出電壓可在1.25V～Vin之間變化。

Vout=1.25×（1+R1/R2）

本設(shè)計(jì)中，MAX1776輸出電壓為7V，按電源效率95%計(jì)算，可用功率=90.4mw×95%=85.8mW。

低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器，選擇為MAX603，是MAXIM公司的超低功耗器件，靜態(tài)電流15uA。MAX603輸入電壓范圍是2.7V-11.5V，將引腳SET接地時(shí)，典型的輸出電壓為5V，輸出電流200mA時(shí)，典型壓差0.5V，為保證穩(wěn)壓電路可靠工作，考慮脈動(dòng)成分，所以設(shè)定MAX1776輸出電壓為7V。

5.4-20mA電流環(huán)電路設(shè)計(jì)

4-20mA電流環(huán)輸出信號(hào)，是用4mA表示零信號(hào)，用20mA表示信號(hào)的滿(mǎn)刻度。

本部分電路由D/A和V/I變換部分組成，D/A部分選用美國(guó)德州儀器公司的具有串行接口的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC5615，它是超低功耗（1.75mW MAX）10位數(shù)據(jù)、3線(xiàn)串行接口，5V單電源工作，輸出電壓范圍是基準(zhǔn)電壓的兩倍，1.2MHZ更新速率的高精度D/A轉(zhuǎn)換芯片；

V/I變換部分采用MAX409A芯片，是美國(guó)MAXIM公司的單電源、微功耗精密單運(yùn)放，是現(xiàn)今唯一能以1.2μA供電電流工作的運(yùn)算放大器。MAX409A主要參數(shù)：?jiǎn)坞娫垂╇?.5V-10V，增益帶寬積150，穩(wěn)定增益10，工作時(shí)靜態(tài)電流1.2μA。

電流環(huán)輸出模塊原理圖如圖3所示：

圖3 4-20mA電流輸出電路

工作流程如下，主控CPU芯片將超聲波測(cè)量單元，測(cè)得的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過(guò)D/A變換為0.5V～2.5V直流電壓值，分別代表量程0和滿(mǎn)量程，然后通過(guò)V/I變換電路實(shí)現(xiàn)4-20mA電流信號(hào)輸出。

V/I變換原理：設(shè)定TLC5615輸出電壓為V，R3與R5的節(jié)點(diǎn)電壓為V1，根據(jù)運(yùn)放虛短原理及輸入阻抗為無(wú)窮大，MAX409A的輸入端電壓為零電位，有，由于V1=-I×R5當(dāng)R2=200KΩ，R5=50Ω，，通過(guò)調(diào)整R3阻值（80KΩ），將0.5V-2.5V輸出電壓轉(zhuǎn)換成4-20mA電流輸出；

經(jīng)產(chǎn)品測(cè)試，采用此電路的超聲波物位計(jì)的測(cè)量精度達(dá)到0.2%。

6.結(jié)論

二線(xiàn)制儀表的設(shè)計(jì)，是工業(yè)設(shè)計(jì)的一大難題，本文通過(guò)對(duì)二線(xiàn)制儀表的理論分析，提供了實(shí)用的電源設(shè)計(jì)方案，以及電流環(huán)的應(yīng)用電路，通過(guò)采用超低功耗新型芯片，電路簡(jiǎn)潔，器件少，極大地降低了功耗，為整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作和優(yōu)化設(shè)計(jì)，提供了保證。采用此電路的二線(xiàn)制超聲波物位計(jì)，經(jīng)過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，性能穩(wěn)定，精度達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

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