【文章內(nèi)容簡介】 便、最直觀的仿真軟件，增加了大量的 VHDL 元件模型，可以仿真更復(fù)雜的數(shù)字元件，在保留了 EWB 形象直觀等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，大大增強(qiáng)了軟件的仿真測試和分析功能，大大擴(kuò)充了元件庫中的元件的數(shù)目，特別是增加了大量與實(shí)際元件對(duì)應(yīng)的元件模型，使得仿真設(shè)計(jì)的結(jié)果更精確、更可靠、更具有實(shí)用性。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 2 電路系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的原理 電路綜合設(shè)計(jì)的一般方法 要設(shè)計(jì)一個(gè)電子電路系統(tǒng)，首先要明確設(shè)計(jì)任務(wù)，深入了解系統(tǒng)功能、技術(shù)指標(biāo)和使用條件等，從而確定設(shè)計(jì)思想 和設(shè)計(jì)方法。下面介紹電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。 （ 1）方案論證和方案設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)者針對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)、要求和條件，通過調(diào)查研究和查閱資料擬定出幾種設(shè)計(jì)方案，畫出每種方案的原理框圖，然后逐個(gè)分析每個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并加以比較，擇優(yōu)選用。 （ 2）設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序：按總體方案設(shè)計(jì)硬件電路，首先畫出電路的功能組成框圖，明確各功能單元電路要求；然后設(shè)計(jì)各單元電路（包括電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、元器件參數(shù)及型號(hào)等），設(shè)計(jì)好單元電路后，畫出總體電路圖，總體電路圖是調(diào)試和維修的依據(jù)；最后，根據(jù)總體電路圖，設(shè)計(jì)電路的 PCB，在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)，要注意元器件的布局和走線要求，系統(tǒng)輸入和輸出接口的安排和強(qiáng)電與弱電的隔離等 [3]。 （ 3）安裝調(diào)試：安裝和調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。在進(jìn)行硬件調(diào)試時(shí)，不要急于觸電，要反復(fù)檢查，在確定電路元器件、連線、直流供電等無誤后再通電；軟件調(diào)試要先進(jìn)行單元程序調(diào)試，后進(jìn)行總體程序調(diào)試，一般要經(jīng)過調(diào)試、修改、和再調(diào)試的過程；軟硬件聯(lián)調(diào)將調(diào)試好的軟件在通過仿真器看系統(tǒng)是否滿足功能要求，若存在偏差，先確定是軟件的問題還是硬件的問題，再分別進(jìn)行調(diào)試直至滿足功能要求。 系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)步驟 確定電子線路的總體方案 認(rèn)真分析和研究課題的任務(wù)、要求和條件，查閱相關(guān)資料，利用有關(guān)的理論知識(shí)進(jìn)行方案的構(gòu)思，提出實(shí)現(xiàn)課題的原理和方法。對(duì)構(gòu)思的多個(gè)方案進(jìn)行分析比較和可行性論證，最后選取合理的方案。 控制類電子電路系統(tǒng)： 自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)能使被控對(duì)象的某些參數(shù)自動(dòng)按給定的控制規(guī)律變化。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常分為開環(huán)和閉環(huán)兩類。 開環(huán)控制系統(tǒng)的控制器具有接收輸入信號(hào)的作用，輸出控制信號(hào)通過執(zhí)行部件作用 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 于被控對(duì)象，使輸出信號(hào)和輸人信號(hào)之間建立起確定的函數(shù)關(guān)系。 由于沒有反饋，器件參數(shù)的變化、突發(fā)干擾、被控對(duì)象特性 的變化等引起的輸出變化不能反饋到控制器，控制器不能自動(dòng)糾正這種偏差，這是開環(huán)控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)。但開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，因此在對(duì)控制精度要求不高，系統(tǒng)內(nèi)外干擾校對(duì)、的情況下經(jīng)常采用。 閉環(huán)控制系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸出通過反饋網(wǎng)絡(luò)反饋到系統(tǒng)的輸入端，并和輸入信號(hào)進(jìn)行比較，其結(jié)果為凈輸入量用于控制器，當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)，控制器根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)律，發(fā)出控制信號(hào)，自動(dòng)減小偏差。閉環(huán)控制系統(tǒng)克服了開環(huán)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，通過引入反饋形成閉環(huán)，在系統(tǒng)有干擾的情況下，仍能獲得較高的控制精度。但閉環(huán)系統(tǒng)比開環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜 ，成本高，調(diào)試也比較困難。在實(shí)際操作中，要視情況選用。 控制器是系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。對(duì)于簡單的系統(tǒng)，采用硬件實(shí)現(xiàn)可獲得很高的響應(yīng)速度，其成本也較低。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)．控制參數(shù)和控制規(guī)律需要經(jīng)常改變，這時(shí)可考慮采用計(jì)算機(jī)作為控制器。這是一種硬件和軟件結(jié)合的控制器，它使許多由電路設(shè)計(jì)的問題轉(zhuǎn)化為程序設(shè)計(jì)問題，系統(tǒng)的控制規(guī)律以程序形式出現(xiàn)，通過執(zhí)行程序，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，完成對(duì)被控對(duì)象的控制。 電子電路系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) （ 1）單元電路設(shè)計(jì) 首先，結(jié)合現(xiàn)有的條件將系統(tǒng)的原理方案框圖具體化。系統(tǒng)原理框圖 只考慮從原理上如何實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求，其中每一部分只是原理功能的描述，其實(shí)現(xiàn)方法是多種多樣的。因此，要結(jié)合設(shè)計(jì)者的知識(shí)儲(chǔ)備和現(xiàn)有的器件條件，將原理框圖具體化。也就是說，確定用什么器件（通用集成電路、專用集成電路、 PLD 和單片機(jī)等）和電路（各種運(yùn)算電路、比較電路、波形發(fā)生電路、 VCO、編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、計(jì)數(shù)器、寄存器、存儲(chǔ)器 、 A／ D、 D／ A 電路等）實(shí)現(xiàn)原理框圖中的各部分功能，為設(shè)計(jì)單元電路做準(zhǔn)備。 接著進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)。根據(jù)方案要求，將任務(wù)要求和技術(shù)指標(biāo)等進(jìn)行分解和分配明確對(duì)各單元電路的要求，詳細(xì)擬訂各單 元電路的性能指標(biāo)，并注意各單元電路的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和控制信號(hào)之間的關(guān)系與相互配合。 電路設(shè)計(jì)的工作主要是選擇或設(shè)計(jì)單元電路的結(jié)構(gòu)形式，確定元器件的參數(shù)及型號(hào)等。在選擇單元電路的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，首選的方法是從已學(xué)過的或從文獻(xiàn)資料中尋找合適 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 的電路形式，修改部分元器件參數(shù)，這一般能滿足要求。需要自己設(shè)計(jì)的電路一般是各功能單元之間的接口電路、保證集成電路正常工作的外圍電路和不適合集成電路完成的功能電路（如高電壓、大電流、大功率電路等）。有了電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就可以根據(jù)電路理論計(jì)算各元器件的參數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)，一般要選用 EDA（如 Multisim 仿真軟件）工具對(duì)電路性能進(jìn)行仿真分析。確定元器件參數(shù)后，經(jīng)優(yōu)化選擇分析，選擇元器件的型號(hào)。經(jīng)過比較分析，綜合考慮擇優(yōu)選擇。 （ 2）總體電路原理圖設(shè)計(jì)。 總體電路原理圖是準(zhǔn)備元器件，是進(jìn)行 PCB（印刷電路板）設(shè)計(jì)、電路安裝和調(diào)試的依據(jù)，是最重要的設(shè)計(jì)文件之一．必須正確、規(guī)范。畫總體電路原理圖有助于找出設(shè)計(jì)中存在的問題，尤其是各單元之間的連接問題。畫原理圖時(shí)要注意合理布局，排列均勻，橫平豎直，連線清晰。 原理圖設(shè)計(jì)完成之后要進(jìn)行一次認(rèn)真、全面的審核。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過程中 有些問題難免考慮不周，甚至出錯(cuò)，且在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各單元電路實(shí)現(xiàn)的功能考慮較多，前后電路的配合可能放在次要的位置。審核的主要內(nèi)容如下： ①級(jí)間電氣性能是否匹配，如阻抗、線性范圍、負(fù)載能力和電平等。 ②時(shí)序是否能配合。尤其對(duì)時(shí)序電路，各信號(hào)之間有確定的時(shí)序關(guān)系，當(dāng)時(shí)序配合不當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)將無法正常工作。 ③信號(hào)耦合方式是否合理，如阻容耦合、直接耦合、光電耦會(huì)和變壓器耦合等 [4]。 系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題 一般而言，所設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)最終要應(yīng)用于電子產(chǎn)品，要經(jīng)受市場和實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)，電子產(chǎn)品的性能和可靠性在很大程 度上取決于內(nèi)部電路的性能和可靠性。因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，除了滿足性能指標(biāo)的要求外，還必須采取措施提高電路的穩(wěn)定性和可靠性，考慮實(shí)際應(yīng)用中的一些問題。 （ 1）工作穩(wěn)定可靠。 首先，所用的電路在原理上要正確，不能有大的欠缺。有條件的話需通過仿真來驗(yàn)證。 其次，要采取切實(shí)可行的辦法提高電路的穩(wěn)定性。例如，采取適當(dāng)?shù)姆椒?，?duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行優(yōu)化，減少器件的種類、數(shù)量和型號(hào)等；必要時(shí)設(shè)計(jì)一些輔助電路，如 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 溫度補(bǔ)償電路和過壓過流保護(hù)電路，以使產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。 最后，根據(jù)元器件在電路中的作用和對(duì)電路性能的 影響程度，合理選擇元器件。既要深入了解電路的工作原理，又要熟悉元器件的特性和參數(shù)（如容差、穩(wěn)定性、使用條件和體積大小等 ） [5]。 (2)電路簡單、合理。， 在設(shè)計(jì)電路時(shí)，在滿足性能指標(biāo)的前提下，力求電路簡單，合理實(shí)用，技術(shù)先進(jìn)，切忌導(dǎo)電路復(fù)雜，過分追求使用高檔次、貴重器件。一般來說，在用分立元件和集成電路都能實(shí)現(xiàn)所要求的功能時(shí)，優(yōu)先使用集成電路路。 （ 3）采用標(biāo)準(zhǔn)接口 采用國際標(biāo)準(zhǔn)接口易于實(shí)現(xiàn)各種儀器設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)傳輸和通信，便于功能擴(kuò)展。 （ 4）安裝、調(diào)試、維修方便 為達(dá)到這個(gè)要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)接口，同時(shí)電路的元器件的品種和數(shù)量盡可能地少 [6]。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 3 交通管理系統(tǒng)的原理 交通管理系統(tǒng)是一個(gè)城市交通管理系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的好壞直接關(guān)系到城市的現(xiàn)代化水平，我們設(shè)計(jì)的電子電路系統(tǒng)模擬十字路口的交通燈管理，管理車輛通過十字路口。在十字路口正中，面對(duì)各個(gè)方向懸掛紅、綠、黃三色信號(hào)燈和時(shí)間的數(shù)碼顯示牌。通過對(duì)紅、綠、黃三色信號(hào)燈和時(shí)間的數(shù)碼顯示牌的管理實(shí)現(xiàn)管理交通的目的。 交通管理系統(tǒng)的工作原理 分析交通管理系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，要實(shí)現(xiàn)的功能有兩個(gè)，一個(gè)是紅綠燈管理，紅綠燈管理主要是控制其 “亮 ”和 “滅 ”；另一個(gè)是時(shí)間牌管理，時(shí)間牌管理是按照設(shè)計(jì)要求控制其顯示時(shí)間。因此，交通管理系統(tǒng)屬于數(shù)字系統(tǒng)。其關(guān)鍵部分是控制器的選擇，數(shù)字系統(tǒng)中的控制器用于控制系統(tǒng)各部分協(xié)調(diào)工作，其控制器通常有移位型控制器、計(jì)數(shù)型控制器、微程序控制器以及 PLC 型控制器。 交通管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 通過對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和功能分析，系統(tǒng)要控制紅綠燈的交替、控制時(shí)間牌顯示、控制黃燈閃動(dòng)、有手動(dòng)和自動(dòng)控制。因此，該系統(tǒng)屬于控制類電子電路系統(tǒng)。根據(jù) 系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能，可設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制方案組成框圖，如圖 所示。 圖 交通管理系統(tǒng)控制方案組成框圖 如圖 所示，系統(tǒng)控制器是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，擔(dān)負(fù)著接收輸入信號(hào)，經(jīng)過運(yùn)算， D 產(chǎn)生控制輸出的功能，是交通管理系統(tǒng)的核心模塊；輸入模塊包括時(shí)間初值輸入、脈 沖的輸入和手動(dòng)／自動(dòng)選擇輸入模塊；輸出模塊包括時(shí)間顯示和信號(hào)燈顯示模塊 [7]。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 交通管理系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 考慮到本系統(tǒng)運(yùn)行在 “自動(dòng) ”時(shí)，有多個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)作與東西南北方向通行的倒計(jì)時(shí)（對(duì)時(shí)鐘脈沖作減計(jì)數(shù)）有關(guān)。例如，減計(jì)數(shù)至小干等于 5s，黃燈閃動(dòng) ；減計(jì)數(shù)至 Os，紅綠燈交替并讀入設(shè)