電子電路設計與調試
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電子電路設計與調試范文第1篇
關鍵詞： 工作過程課程；學習情境；學習情境設計；學習情境實施
中圖分類號：G42文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2012）07-0142-02
0引言
基于工作過程課程即行動體系課程，又稱為學習領域課程，屬于工學結合課程，是與傳統(tǒng)的學科體系課程相對應的一種課程類型，是國內(nèi)外高職教育界所公認的培養(yǎng)學生實踐能力的一種較好的課程類型。所謂工作過程教學，就是參照企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)過程，在教學實施過程中采用“資訊－計劃－決策－實施－檢查－評價”六步驟教學，同時以項目導向、任務驅動的教學模式，以學生為中心，小組合作為基礎，真實產(chǎn)品為載體，完成課程的學習性工作任務。
《電子電路安裝與調試》課程設計時，合作企業(yè)（金山電子有限公司）全程參與本課程開發(fā)，以電子企業(yè)生產(chǎn)一線操作和技術崗位（包括電子產(chǎn)品裝接工、調試工、檢驗員、維修工等）的知識和技能為目標，以電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程為主線，針對典型作業(yè)流程和作業(yè)項目，根據(jù)技能類型的層次，構建崗位技能鏈。采用工作過程導向的課程教學理念，合作企業(yè)提供電子產(chǎn)品套件和典型案例作為載體引入到教學過程中，基于工作過程構建教學過程（學習情景），進行系統(tǒng)化的課程設計，形成“教、學、做”一體化的特色課程。
2基于工作過程的學習情境設計
2.1 課程開發(fā)流程企業(yè)調研確定就業(yè)崗位群職業(yè)分析，典型任務分析確定專業(yè)課程體系、《電子電路安裝與調試》課程標準教材編寫、開發(fā)項目專家論證課程實施反饋、修改完善。
2.2 《電子電路安裝與調試》學習情境設計《電子電路安裝與調試》學習情境設計時，盡可能選擇完整的電子產(chǎn)品為學習載體，這個載體本身應能夠盡可能多地包含課程目標要求的學習性和實踐性工作任務，按照電子產(chǎn)品工作流程分解成若干單元工作任務，按照由簡單到復雜，從單一到綜合的邏輯關系排序，學生每學完一個單元就將該單元電路板與前面所學過的單元電路板拼裝在一起，當各個單元工作任務完成后，一個完整的整機項目（即綜合性學習任務）也就制作完成，從第一堂課起，學生自始至終都投入到對這個載體（實例產(chǎn)品）的學習、安裝、調試和不斷改進的實踐中，學生的知識和能力也隨著產(chǎn)品成果的形成而形成。
合作企業(yè)（金山電子有限公司）全程參與本課程開發(fā)，提供行業(yè)標準、企業(yè)規(guī)范與大量工程案例、作業(yè)指導書、檢驗規(guī)范，管理規(guī)范，企業(yè)培訓資料，設備操作手冊、設備維護手冊等技術工藝文件，構建組編教學資料。合作企業(yè)提品套件，直接作為教學項目載體。
本課程內(nèi)容分為三個部分：模擬電子技術部分，數(shù)字電子技術部分，電子工藝部分。①《電子電路安裝與調試》——模擬電路部分的情境設計。模擬電子技術部分設計的情境以音頻放大器為主分解了四個學習情境，如圖1所示。②《電子電路安裝與調試》——數(shù)字電路部分的學習情境設計。數(shù)字電子技術部分設計的學習情境以頻率計為主分解了四個情境，如圖2所示。③《電子電路安裝與調試》——電子工藝實習部分構建情境9，數(shù)字調諧收音機安裝與調試。
3教學內(nèi)容的組織與安排
3.1 教學環(huán)節(jié)設計教學環(huán)節(jié)包括企業(yè)崗位認知實習、“理實一體化”情境教學、校內(nèi)工藝實訓和校外企業(yè)頂崗實習。兩頭在外，中間在內(nèi)的模式。①企業(yè)崗位認知實習：依據(jù)課程學習需要到合作企業(yè)咸陽金山電子有限公司見習，感知各種電子產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境、崗位工作內(nèi)容和企業(yè)管理文化特點等。②理實一體化教學：以學習性工作任務為載體，通過八個學習情境，重點培養(yǎng)學生在電子電路安裝調試等方面的專業(yè)能力。③校內(nèi)綜合工藝實訓：重點培養(yǎng)學生獨立工作能力。通過綜合性學習情境，在校內(nèi)電子工藝實訓基地，學生分組輪崗，自主完成實際電子產(chǎn)品加工的全過程。
3.2 教學情境設計構建集實訓設備、理論教學設施、多媒體設備于一體的“教學做一體化”的職業(yè)情境教學場所，共構建九個學習情境，即九個完整的工作過程，完成知識傳授、小組工作、實訓操作等教學、實訓與實習功能，使教學模式中的“學生、教師、教學情境、教學內(nèi)容、教學手段”等幾大要素融為一體，實現(xiàn)職業(yè)環(huán)境中的教、學、做一體化。
3.3 學習情境實施以“任務驅動”形式，在教學實施過程中采用“資訊－計劃－決策－實施－檢查－評價”六步驟教學（情境六步法實施流程如圖3），以學生自主學習為主，使學生有計劃的學習，有目的的學習，有評價過程的學習，由簡單到復雜的完成工作任務，逐步形成職業(yè)能力。
資訊環(huán)節(jié)：首先由教師布置情境任務，下發(fā)任務書，在任務書中提出情境的各項技術指標，教師組織學生分組，推舉組長，明確職責；同時教師描述工作場景，布置工作任務，分析工作任務；下發(fā)任務單等學習資料，提供參考學習資料和引導文。學生分析工作任務，收集整理資料。
計劃環(huán)節(jié)和決策環(huán)節(jié)：每組組長組織學生討論；每個學生交流對工作任務的認識及相關知識的分析；分解學習任務難點；制定學習計劃和組員分工。各組成員按照計劃完成各個學習任務后，組織學習交流討論；確定解決方案；編寫具體實施計劃；編制檢查單。教師負責組織、答疑。
實施環(huán)節(jié)：學生決策后，確定試驗方案，并提交試驗具體實施計劃，經(jīng)過老師審核后，分組進行實施。
檢查環(huán)節(jié)和評價環(huán)節(jié)：學生組織討論實施的完成情況和完成質量；總結工作任務相關的知識、技能點；制作匯報文件。學生自評；小組互評；教師對小組、對學生評價。學生整理資料。
4課程考核評價的設計
《電子電路安裝與調試》課程教學考核評價注重職業(yè)能力考核，根據(jù)任務完成、項目實施情況等綜合評定。主要包含以下幾方面：①學生學習積極性和階段學習效果評價（考勤、課堂表現(xiàn)、單元考核成績）；②自主學習能力評價（獨立完成作品）；③表述能力評價（課堂發(fā)言、討論）；④團隊合作及協(xié)作學習能力評價（項目合作）；⑤綜合能力評價（操作考試）。
5總結
采用工作過程教學，在傳承傳統(tǒng)教學模式優(yōu)點的基礎上，同時對傳統(tǒng)教學模式進行改革、創(chuàng)新，設計出基于電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程的情境教學模式，通過情境設置、行為活動，引導學生在認知中去體驗，去實踐，使學生經(jīng)歷完整的工作過程，從“學會”到“會學”，培養(yǎng)他們的專業(yè)能力、方法能力和社會能力?；诠ぷ鬟^程經(jīng)過在我院三屆應用電子技術專業(yè)試點，學生的電子技能普遍較好。
參考文獻：
[1]姜大源.工作過程導向的高職課程開發(fā)探索與實踐—國家示范性高等職業(yè)院校課程開發(fā)案例匯編[M].北京：高等教育出版社，2008.
[2]盧慶林.模擬電子技術[M].重慶大學出版社，2008，3.
電子電路設計與調試范文第2篇
【關鍵詞】電子電路調試方法調試技巧
隨著科技水平的不斷進步,電子產(chǎn)品日新月異，各種成熟的電子電路多不勝數(shù)。任何一臺電子設備在使用前，必須要通過調試，使電路能夠滿足規(guī)定的各項技術指標要求，這樣電子設備才能正常安全的運行。這就要求調試者既要十分清楚電子電路的工作原理，又要有一定的科學實驗方法。因此，電子電路的調試占有重要地位，這也是理論聯(lián)系實際的重要環(huán)節(jié)。另外，電子設備在長期運行中，會發(fā)生故障，需要維修。這些技術工作均離不開電子電路的調試工作，因此電子電路調試技術十分重要。
一、電子電路調試原則
調試電子電路時要遵守“檢查確認、先靜后動、先分后整、由零到滿”的調試原則。
1.檢查確認：調試前不加電源的檢查過程。對照電路圖和實際線路檢查元件安裝位置是否正確、牢固；連線是否正確，有無虛接；插接件是否接觸良好；元器件引腳之間有無短路，電源極性、信號源連線是否正確；確認無誤后，可轉入靜態(tài)檢測與調試。
2. 先靜后動：電子電路先要進行靜態(tài)調試后再進行動態(tài)調試。靜態(tài)調試是電子電路接通直流電源后測量各關鍵點直流電壓是否在正常狀態(tài)下。動態(tài)調試是在靜態(tài)調試的基礎上進行的，調試的方法是在電路的輸入端加上所需的信號源，并循著信號的流向逐級檢測各有關點的波形、參數(shù)和性能指標。
3. 先分后整：先對每個單元電路進行調試，沒有問題后，在進行整體電路調試。
4. 由零到滿：先不帶負載調試，再帶輕載調試，最后帶滿載調試。
二、電子電路調試方法及技巧
電子電路的調試方法很多，目的都是為達到電路設計指標，要經(jīng)過“測試一判斷一調整一再測試” 反復進行的過程。電路測試和調試是電子設備的一個重要環(huán)節(jié)。通過調試，可以發(fā)現(xiàn)和糾正電子電路設計方案的不足、安裝的不合理，通過采取一定的改進措施，使電路達到設計技術指標的要求。在工作中積累了一些電子電路調試的方法及技巧，具體的的調試步驟如下：
1. 調試前的準備工作：調試前先要按照調試要求準備好儀器儀表及工具。調試常用的儀表儀器有萬用表、穩(wěn)壓電源、示波器、信號發(fā)生器等。
2. 接線檢查：電路安裝完成后，不能急于通電，先要認真檢查電路接線是否正確。
3. 檢查元件安裝正確性：調試前除了檢查接線的正確性之外，還要對照電路圖和實際線路檢查元件安裝正確性，用萬用表電阻檔檢查焊接和接插是否良好；元器件引腳之間有無短路，連接處有無接觸不良，二極管、三極管、集成電路和電解電容的極性是否正確；電源供電包括極性、信號源連線是否正確；電源端對地是否存在短路（用萬用表測量電阻）。若電路經(jīng)過上述檢查，確認無誤后，可轉入下一步驟靜態(tài)檢測與調試。
4. 靜態(tài)檢測與調試：通電而在不加輸入信號的狀態(tài)下，對電路進行一些數(shù)據(jù)的測量和狀態(tài)驗證。如電路中有集成電路芯片插座，首先不要插入集成電路芯片，接通電源，檢查電源電壓是否正常，電路中有無冒煙，異常氣味，元器件有無發(fā)燙等現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)異常情況，立即切斷電源，排除故障。這些都通過以后，用萬用表檢查集成電路插座的電源端，檢查該電源端電壓是否正確。這是很重要一步，因為一般集成電路芯片只要電源不接錯，內(nèi)部的自帶保護電路就可以正常工作，集成電路芯片就很不容易損壞。
如果電源正常，就可以斷開電源，將集成電路芯片插入插座，然后繼續(xù)通電，分別測量各關鍵點直流電壓，如靜態(tài)工作點、數(shù)字電路各輸入端和輸出端的高、低電平值及邏輯關系、放大電路輸入、輸出端直流電壓等是否在正常工作狀態(tài)下，如不符，則調整電路元器件參數(shù)、更換元器件等，使電路最終工作在合適的工作狀態(tài)。
5. 動態(tài)檢測與調試：動態(tài)檢測順序一般按信號流向進行，這樣可把前面調試過的輸出信號作為后一級的輸入信號，為最后聯(lián)調創(chuàng)造有利條件。動態(tài)調試是在靜態(tài)調試的基礎上進行的，在電路的輸入端加上所需的信號源，并循著信號的流向逐級檢測電路中各有關點的波形、參數(shù)和性能指標是否滿足設計要求，如有必要，就要對電路參數(shù)作進一步調整。調測試完畢后，要把靜態(tài)和動態(tài)測試結果與設計指標加以比較，經(jīng)深入分析后對電路參數(shù)進行調整，使之達標。
6. 整體電路聯(lián)調：在以上調試的過程中，因是逐步擴大調試范圍的，實際上已完成某些局部電路間的聯(lián)調工作。在整體電路聯(lián)調前，先要做好各功能塊之間接口電路的調試工作，再把全部電路連通，然后進行整體電路聯(lián)調。整體電路聯(lián)調就是檢測整個電路動態(tài)指標及各項功能。調試中，把各種測量儀器及系統(tǒng)本身顯示部分提供的信息與設計指標逐一對比，找出問題，然后進一步修改、調整電路的參數(shù)，直至完全符合設計要求和實現(xiàn)功能為止。
三、調試時應注意的事項
在調試過程中，出現(xiàn)故障時要認真查找原因，根據(jù)電路原理找出解決問題的辦法，發(fā)現(xiàn)器件或接線有問題，需更換修改，更換完畢，經(jīng)認真檢查后，排除故障，才可繼續(xù)重新通電，最終排除電路中可能存在問題的點，排除故障使電路工作正常。在信號較弱的輸入端，盡可能使用屏蔽線連線，屏蔽線的外屏蔽層要接到公共地線上。
調試過程中自始至終要有嚴謹細致的科學作風，不能存在僥幸心理，調試過程中，不但要認真觀察和測量，還要認真做好記錄，包括記錄觀察的現(xiàn)象、測量的數(shù)據(jù)、波形及相位關系，必要時在記錄中要附加說明，尤其是那些和設計不符的現(xiàn)象，更是記錄的重點。依據(jù)記錄的數(shù)據(jù)才能把實際觀察到的現(xiàn)象和理論預計的結果加以定量比較，從中發(fā)現(xiàn)設計和安裝上的問題，加以改進，以進一步完善設計方案。只有這樣才能通過調試，收集積累第一手材料，對積累豐富自己的感性認識和實踐經(jīng)驗起到的積極作用。
電子電路調試是我們電子設備使用前必不可少的過程，調試的過程是將電路中元器件工作在相互匹配的最佳狀態(tài)，使電路的各項性能指標達到要求，電子設備使用效果更好，電子設備系統(tǒng)能夠正常安全的運行。
參考文獻
[1]李杰. 電子電路設計、安裝與調試完全指導. 化學工業(yè)出版社，2013年
電子電路設計與調試范文第3篇
電子設計類實踐課程的教學目的是要學生掌握電子電路的基本設計方法、驗證方法，同時培養(yǎng)學生的實踐能力。本文以交通燈控制電路為例，介紹了電子電路的一般設計方法。設計過程中使用Multisim軟件對理論設計結果進行電路仿真，并對結果進行了分析。通過驗證，該交通燈可以實現(xiàn)現(xiàn)有道路十字路口的交通指揮功能，具有較高的可靠性和一定的實用性。使用Multisim軟件進行電路的設計和仿真，不僅省時，而且可以節(jié)約大量的實驗資源，而且可以給枯燥的課堂教學提供生動的教學演示，激發(fā)學生的學習興趣，提高教學效果。
【關鍵詞】
Multisim；交通燈；電子設計；仿真
電子設計實踐是我校開設的一系列電子技術實踐類課程，包括電子技術課程設計、電子技術綜合訓練等。課程要求學生應用電子技術課程所學理論知識進行電子電路的綜合設計，完成電路仿真、圖紙繪制與實際電路的焊接等。重視理論與實踐教學相結合是學好此類課程的一個重要方法[1]。因此，就要求學生在完成理論學習之后，要進行系統(tǒng)的實驗驗證與綜合設計，對所學知識從“系統(tǒng)”的角度進行完善，從而促進學生對動手、分析和解決問題的能力培養(yǎng)。電子技術高速發(fā)展的今天，各種新型電子器件、電子電路日新月異，僅靠現(xiàn)有實驗條件將無法滿足電子設計實踐課程中電子電路的設計和調試要求[2]，對于這樣一類學科基礎課程的教學效果而言，無疑將受到很大影響，甚至在一定程度上影響了學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[3]。NI公司的Multisim軟件具有強大的電路分析和電路仿真等基礎功能，并且界面友好、生動，將其虛擬的設計環(huán)境引入到理論與實踐教學中，對解決這一問題有著較強的實踐意義。
1Multisim軟件概述
Multisim13是美國NI公司推出的最新電路設計與仿真工具軟件，與早期版本相比，其性能提升的同時，用戶可以根據(jù)自己的需求自定義儀器；仿真時的虛擬信號可以通過計算機輸出到實際的硬件電路上；實際硬件電路的結果可通過數(shù)據(jù)線傳輸回計算機進行分析、處理。Multisim13仿真軟件主要可以完成電路原理圖設計、仿真分析等功能，可對實際模擬/數(shù)字電路及模數(shù)混合電路進行有效的設計與仿真分析。用戶可以通過其人性化的界面，使用其龐大的虛擬器件、儀表庫，進行絕大部分的電子電路設計與仿真，各種虛擬儀表非常逼真地與電路原理圖放置在同一操作界面上進行各項參數(shù)和波形的測試，以圖形化的方式消除了傳統(tǒng)電路仿真的復雜性，幫助教育工作者、學生和工程師使用先進電路分析技術。同時，該軟件可將電路原理圖轉換輸出至PCB設計界面，進行相應的電子電路制板操作[4]。因此，利用Multisim13進行電子電路設計類課程教學時，學生可在虛擬環(huán)境中完成原理圖設計，包括元件的選擇、創(chuàng)建，電路參數(shù)的調整以及仿真結果的分析等環(huán)節(jié)，仿真過程中，可以隨時對設計結果進行修正，并利用虛擬的測試儀表進行相關電路特性的測試[5,6]；完成理論設計之后，即可采購元件，進行電路的安裝、調試，優(yōu)化了電路設計過程，且可以保證達到設計要求。
2簡易交通燈信號控制電路設計
本文以一簡易交通燈信號控制電路為例，說明Multisim13在電子設計課程中應用。該交通燈電路具體功能要求如下：（1）十字路口車輛東西-南北方向交替通行，通行時間一致且可在電路中設置、修改；（2）變換通行車道前，要求當前通行車道黃燈閃爍亮燈5s，每秒一次；（3）亮燈時間均采用LED倒計時的方法顯示。
2.1主要單元電路器件的選擇
2.1.1計數(shù)單元的選擇由設計要求可知，所有亮燈時間均需要采用LED顯示器進行倒計時顯示，因此本文采用同步十進制可逆計數(shù)器74LS190N構成所需模態(tài)的減計數(shù)器。在Multisim設計界面，使用快捷鍵Ctrl+W調出放置元件對話框，在彈出的對話框中的Group欄中選擇TTL，F(xiàn)amily欄中選擇74LS系列，并在Component欄中找到“74LS190N”并選中，點擊“確定”即可放置所需的計數(shù)器元件。設計中，設置撥碼開關，可按要求改變預置數(shù)的數(shù)值。
2.1.2邏輯切換控制單元由設計要求可知，紅、黃、綠三色交通燈需要在計時過程中實現(xiàn)有規(guī)律的切換，且紅色和綠色LED燈都需要保持顯示一定的時間，黃燈則為閃爍5s，每秒一次。設計中采用雙JK觸發(fā)器“7473N”實現(xiàn)輸出狀態(tài)保持，并配合門電路實現(xiàn)三色燈轉換邏輯。在Multisim設計界面，使用快捷鍵Ctrl+W調出放置元件對話框，在彈出的對話框中的Group欄中選擇TTL，F(xiàn)amily欄中選擇74STD系列，并在Component欄中找到“7473N”并選中，點擊“確定”即可放置所需的觸發(fā)器元件。
2.2交通燈信號控制電路系統(tǒng)設計簡易交通燈信號控制電路系統(tǒng)的總體設計結果如圖1所示。在Multisim電路設計界面，放置如圖1所示所有需要的元件。電路運行仿真時，假設東西方向綠燈亮、南北方向紅燈亮，通行時間45s通過上方LED倒計時顯示。時間顯示數(shù)字“5”時，東西方向車道（當前通行車道）的綠燈切換為黃燈，每秒閃爍亮燈一次，以此提醒司機通行時間將結束，請減速緩行并停車；倒計時結束1s后，LED倒計時顯示預置的通行時間45s，通行車道切換完成。如此循環(huán)，實現(xiàn)十字路通信號燈的循環(huán)切換控制。通行時間可由用戶通過撥碼開關自行設置（范圍1~99），具體運行效果同前。為了便于快速仿真，電路中的時鐘信號頻率為1kHz，實際電路制作時，應設置相應的時鐘信號產(chǎn)生電路，以便產(chǎn)生標準的秒信號。
3結論
通過Multisim軟件實現(xiàn)此類電路的設計時，學生可以直觀的看到設計結果，并且可以隨時對設計中的問題進行修改，大大縮減電路設計周期，且避免利用實物進行實驗時的不必要浪費，節(jié)約成本。在多媒體教學演示過程中，電路的分析過程清晰、直觀、形象、生動，使教學過程中寓教于樂，激發(fā)學生的學習熱情。我們還利用該軟件對電子技術類課程進行傳統(tǒng)教學模式改革，使實踐與理論有機結合，有效提高學生在電子電路問題的分析、設計中的應變能力，提高學生的實踐興趣和創(chuàng)新精神，同時也有效提高了電子設計類課程的教學效果。
參考文獻
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電子電路設計與調試范文第4篇
關鍵詞：仿真；課程設計；效果；效率
Comprehensive application for the simulation software in the course design and the measures for some problems
Xu Junyun
South China of agriculture university, Guangzhou, 441052, China
Abstract: Introduced a method for conducting students to apply the simulation software comprehensively to do course design about the power electronics system. Through analyzing the characteristics for two kinds of simulation softwares, guided students to use Matlab/Simulink to do power electronic main circuit design, and to use Orcad/Pspice to do the power electronic control circuit design, and give a useful measure for convergence problem in the simulation. The practices show that the comprehensive application of simulation softwares can effectively help students improve the effect and efficiency of the power electronics circuit design.
Key words: emulation; course design; effect; efficiency
高校實踐教學是一項需要不斷創(chuàng)新的工作，實踐課教師有必要探索新的實踐教學方法，改進實踐教學效果。因此，筆者在本校電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)課―電力電子技術的實踐教學的指導方法上做了改進，引導學生采用一種綜合應用仿真軟件輔助電力電子電路課程設計的方法。
1 電力電子電路常用仿真軟件特點分析
目前在電力電子電路設計和分析上主要采用Matlab/Simulink和Orcad/Pspice這兩種仿真軟件。在Matlab/Simulink仿真平臺，電力電子器件模型使用的是簡化宏模型，它只要求元器件的外特性與實際元器件特性基本相符，而不考慮元器件的內(nèi)部細微結構，屬于系統(tǒng)級模型。 Orcad/Pspice是不同于Matlab/Simulink的仿真平臺，它構建的元器件模型除了要求元器件的外特性與實際元器件特性相符，還要考慮元器件內(nèi)部的細微結構，相比Matlab/Simulink的宏模型更詳細，更復雜，是屬于器件級的模型，用Pspice仿真可以細致地反映元器件的工作情況。雖然Matlab/Simulink的電力電子器件模型較為簡單，但是它占用的系統(tǒng)資源較少，因而在仿真時出現(xiàn)不收斂的幾率相比Orcad/Pspice要少。鑒于此，可以考慮將這兩種仿真軟件有機結合起來，取長補短，以提高仿真的效率。
下面以一種基于TL494控制的開關電源的設計為例，介紹在電力電子技術課程設計實踐教學中建議學生采用的綜合性設計方法。
2 基于TL494控制的開關電源設計舉例
本示例要求設計出一種以TL494為控制器件的開關電源，電源電壓范圍為0～12 V。要求該開關電源性能可靠，紋波電壓小，控制精度高。
2.1 設計步驟1―主電路的原理電路設計
主電路的原理電路設計方案利用所學知識，學生容易確定。如本設計中的主電路可采用常規(guī)的非隔離式Buck電路，開關管采用P溝道MOSFET，驅動采用“圖騰柱”電路，輸出電壓反饋電路由一個比例運放電路構成(如圖1所示)。
圖1 主電路、驅動電路及電壓反饋原理電路
2.2 設計步驟2―控制電路原理電路設計
控制電路原理電路方案參照相關資料，并利用所學自動控制理論知識，學生也較容易確定。本部分要求以TL494作為控制芯片。
TL494控制原理電路(如圖2所示)，1和2腳前接上兩相同阻值的電阻，起到限流阻隔的作用，其中1腳接主電路輸出反饋電壓Vo，2腳接設定電壓Vset，當改變Vset的值時，Vo和Vset經(jīng)誤差比較后控制PWM信號的輸出；3腳經(jīng)一個PI比例積分回路串上2腳，起到反饋的作用；4腳接地；5腳經(jīng)一個電容接地，6腳經(jīng)一個電阻接地，5，6腳共同構成振蕩回路；8，11腳與12腳共同接工作電壓；13腳接地，使9，10腳以并聯(lián)工作方式輸出。
圖2 TL494控制原理電路
2.3 設計步驟3―開關電源系統(tǒng)仿真預設計
這個環(huán)節(jié)是整個設計的重點和難點。對學生而言，設計原理電路并不難，難的就在于如何確定原理電路中具體的元器件參數(shù)，在這方面學生缺乏經(jīng)驗。
2.3.1 仿真軟件使用方案及問題對策
按常規(guī)設計方法，直接將Orcad/Pspice仿真軟件用于電力電子電路設計，對初學者特別是學生來說，往往困難較大。學生在使用該軟件的時候，很容易碰到仿真不收斂的問題，從而一籌莫展。
因此，在教學實踐中，引導學生首先利用Matlab中Simulink仿真平臺仿真快而不易出現(xiàn)收斂問題的優(yōu)勢進行主電路的仿真設計，較高效地確定出主電路中的電感、電容和電阻的最佳參數(shù)值。然后再利用Orcad/Pspice仿真軟件進行控制電路的仿真設計?？刂齐娐凡糠衷O計的難點在于PI參數(shù)的選擇，因此要引導學生采用Orcad/Pspice仿真軟件來進行。因為Orcad/Pspice是器件級仿真軟件，仿真精度高，輔助控制電路參數(shù)的確定最佳。
對Orcad/Pspice在電力電子電路整體仿真中容易遇到的收斂性問題，筆者通過和學生一起分析研究、查找資料，積累了一些解決問題的經(jīng)驗。實踐表明，這些經(jīng)驗對開關電源系統(tǒng)電路的仿真設計是有用的。下面給出一個對此問題有用的對策。
在用Orcad/Pspice進行仿真調試的時候，經(jīng)常出現(xiàn)ERROR -- Convergence problem in transient analysis at Time =？ Time step =？, minimum allowable step size =？這個問題。一個有效的解決方法就是修改參數(shù)。系統(tǒng)默認參數(shù)及參數(shù)修改的方法如圖3和圖4所示。
圖3 PSpice系統(tǒng)默認參數(shù)
圖4 參數(shù)修改圖
2.3.2 系統(tǒng)仿真輸出波形圖示例
通過對不同參數(shù)條件下仿真結果的比較，按照開關電源紋波電壓小，控制精度高等要求可確定原理電路參數(shù)。下面是利用仿真平臺方便的參數(shù)比較功能得出的主電路最佳仿真輸出波形圖及控制電路采用最佳PI參數(shù)值時系統(tǒng)的輸出電壓仿真波形(如圖5，圖6所示)。
圖5 主電路負載電壓仿真輸出波形(Simulink)
圖6 總電路負載電壓仿真輸出波形3(Pspice)
圖5是在開環(huán)狀態(tài)下選擇出的相對最優(yōu)電感、電容和電阻參數(shù)值下的負載電壓波形；圖6是在控制電路選用相對最優(yōu)比例系數(shù)和積分電容參數(shù)時的負載電壓波形。
2.4 設計步驟4―實際開關電源系統(tǒng)測試
依據(jù)仿真預定元器件參數(shù)構建出具體的電路。在實驗室調試中，要求學生利用示波器等檢測儀器分析電路中的問題，幫助進一步確定最佳元器件參數(shù)。下面是對系統(tǒng)進行實際測試的一些數(shù)據(jù)(見表1，表2)。
表1 輸入設定電壓和輸出實際電壓
表2 輸入設定電壓和輸出實際電壓
實驗測試結果表明：本電路系統(tǒng)可以穩(wěn)定地輸出0～12 V的直流電壓。
實踐表明，引導學生將不同仿真軟件綜合應用于電力電子電路的設計，不僅能有效地幫助學生提高電路設計的效率，而且對開拓學生思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力也是有益的。
參考文獻
[1] 許俊云.實驗設備的改進與使用[J].實驗室研究與探索,2010,8:337-339.
電子電路設計與調試范文第5篇
關鍵詞 Multisim仿真；電子電路設計；搶答器
中圖分類號：TP319.9 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2015）10-0035-03
Abstract Introduces the function and characteristic of Multisim simu-
lation software， and describes the use of Multisim simulation software for electronic circuit design process with a digital responder
design as an example.
Key words Multisim simulation； electronic circuit design； responder
1 前言
隨著電子電路復雜程度越來越高、更新速度越來越快、設計規(guī)模越來越大、推向市場時間越來越短，這就迫切需要實現(xiàn)設計工作的自動化。電子設計自動化（EDA）技術的出現(xiàn)，改革了傳統(tǒng)的電子電路設計方法。
2 Multisim仿真軟件的功能及特點
Multisim是一個原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，可實現(xiàn)原理圖捕獲、電路分析、電路仿真、仿真儀器測試等功能；具有如下特點：界面設計人性化、操作簡潔明了、元件庫規(guī)模龐大、儀器儀表庫種類齊全（包括函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、邏輯分析儀等）、分析功能強大（包括直流工作點分析、交流分析、噪聲分析等）。
3 應用實例
以數(shù)字搶答器的設計為例，闡述采用Multisim仿真軟件進行電子電路設計的過程。
設計任務和要求 用中、小規(guī)模集成電路設計一個數(shù)字搶答器，設計要求：
1）搶答器可同時供8名選手參加比賽，每個選手擁有一個搶答按鍵，分別用按鍵J0～J7表示，按鍵編號和選手編號相同；
2）主持人扳動控制開關J8，可控制系統(tǒng)的復位和搶答的開始；
3）搶答器具有第一搶答信息的鑒別、鎖存和顯示功能，搶答開始后，第一搶答者按動搶答按鍵時，該選手的編號立即被鎖存，并顯示在LED數(shù)碼管上，控制電路使揚聲器發(fā)出報警聲音，并對輸入電路進行封鎖，使其他選手的搶答不起作用；
4）搶答器具有定時搶答功能，主持人通過設定一次搶答時間，控制比賽的開始和結束[1]。
電路組成 搶答器由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路由主持人控制開關、搶答按鍵、控制電路、優(yōu)先編碼器、鎖存器、譯碼器、編號顯示器和報警電路構成，完成基本搶答的功能；擴展電路由秒脈沖產(chǎn)生電路、定時電路、譯碼器和定時顯示器構成，完成定時搶答的功能。
搶答器工作過程：首先，接通搶答器電源，主持人將開關J8置于復位位置，禁止搶答器工作，編號顯示器被熄滅，定時顯示器顯示定時時間；然后，主持人將開關J8置于開始位置，允許搶答器工作，計數(shù)器進行減計時；當選手在定時時間內(nèi)搶答時，計數(shù)器停止工作，編號顯示器顯示搶答選手的編號，定時顯示器顯示剩余搶答時間，并禁止其他選手隨后的搶答；當定時時間到，但無人搶答時，系統(tǒng)報警，并禁止選手超時搶答。
電路設計及仿真
1）搶答器電路。搶答器電路如圖1所示。優(yōu)先編碼器74LS148能鑒別第一搶答者的按鍵操作，并使其他選手的操作無效；RS鎖存器74LS279能鎖存第一搶答者的編號，并經(jīng)譯碼器74LS48譯碼后顯示在LED數(shù)碼管上。
搶答器電路仿真波形如圖2所示。借助于Multisim仿真軟件中的邏輯分析儀，可對搶答器電路的多路邏輯信號同步進行高速采集和時序分析。將邏輯分析儀的輸入端口相應地連接到電路的如下測試點上：開關J8，74LS279的輸出端Q4、Q3、Q2、Q1（EI、BI），按鍵J7、J6、J5、J4、
J3、J2、J1、J0。被采集的輸入信號將顯示在屏幕上。
由圖2可知，在第一個Clock脈沖的上升沿，主持人將開關J8置于復位位置時，74LS279被復位，禁止鎖存器工作，其輸出Q4Q3Q2Q1=0000。于是，74LSl48的選通輸入端EI=0，允許優(yōu)先編碼器工作；74LS48的消隱輸入端BI=0，編號顯示器被熄滅。在第一個Clock脈沖的下降沿，當主持人將開關J8置于開始位置時，允許優(yōu)先編碼器和鎖存器工作。在第二個Clock脈沖的下降沿，將J6按鍵按下時，74LSl48的輸出A2A1A0=001，GS=0，經(jīng)RS鎖存后，Q4Q3Q2Q1=1101。于是，Q1=1，使BI=1，允許74LS48工作；Q4Q3Q2=110，經(jīng)譯碼顯示為“6”。此外，Q1=1，使EI=1，禁止74LSl48工作，封鎖了其他按鍵的輸入（即在第三個Clock脈沖的上升沿J3按鍵的輸入）。在第四個Clock脈沖的上升沿，當按下的J6鍵松開后，GS=1，此時由于仍為Q1=1，使EI=1，所以仍禁止74LSl48工作，封鎖了其他按鍵的輸入（即第五個Clock脈沖的下降沿J0按鍵的輸入），從而實現(xiàn)了搶答的優(yōu)先性，保證了電路的準確性。在第六個Clock脈沖的下降沿，主持人將開關J8重新置于復位位置，以便進行下一輪的搶答。
2）定時電路。將兩片同步十進制可逆計數(shù)器74LSl92級聯(lián)，以串行進位方式構成百進制計數(shù)器；計數(shù)器的計數(shù)脈沖由555定時器構成的秒脈沖電路提供；通過預置時間電路，主持人對計數(shù)器進行一次搶答時間的預置；74LS48譯碼器和定時顯示器構成譯碼顯示電路。當主持人將開關J8置于復位位置時，計數(shù)器預置定時時間，并顯示在定時顯示器上。當主持人將開關J8置于開始位置時，74LS279的輸出Q1=0，經(jīng)非門反相后，使555定時器的時鐘輸出端CP與74LSl92的時鐘輸入端CPD相連，計數(shù)器進行減計時；在定時時間未到時，74LS192的借位輸出端BO2=1，使74LSl48的EI=0，允許74LSl48工作。當選手在定時時間內(nèi)搶答時，Q1=1，經(jīng)非門反相后，封鎖CP信號，計數(shù)器停止工作，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)復位為止；同時，EI=1，禁止74LSl48工作。當定時時間到無人搶答時，BO2=0，EI=1，禁止74LSl48工作，禁止選手超時搶答；同時，BO2=0，封鎖CP信號，計數(shù)器停止工作，定時顯示器上顯示00[2]。
3）報警電路。報警電路由555定時器、三極管推動級和揚聲器構成。由若干電阻、電容和555定時器接成多諧振蕩器，將時序電路控制信號PR接至555定時器的清零端，以控制多諧振蕩器振蕩的起停，多諧振蕩器輸出信號控制三極管的導通、截止，從而推動揚聲器發(fā)出報警聲音。
根據(jù)上述設計思路，畫出各單元電路的仿真電路圖，先對各單元電路逐個進行仿真調試，再將各單元電路連接起來進行系統(tǒng)聯(lián)調；通過Multisim仿真，觀察各部分電路之間的時序配合關系，測量電路各項性能指標，調整部分元器件參數(shù)，檢查電路各部分功能，使其滿足設計要求；最后進行電路焊接與裝配，并對實際電路進行測試。
4 結語
Multisim是電子電路計算機仿真設計與分析的基礎，在電子電路設計中應用Multisim仿真軟件，把虛擬仿真和硬件實現(xiàn)相結合，可以節(jié)約設計成本、縮短開發(fā)周期和提高設計效率，有利于培養(yǎng)學生工程實踐、綜合分析和開發(fā)創(chuàng)新能力，提高學生運用現(xiàn)代化設計工具的能力。
參考文獻
