電路設(shè)計(jì)論文范文

前言：我們精心挑選了數(shù)篇優(yōu)質(zhì)電路設(shè)計(jì)論文文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發(fā)，助您在寫作的道路上更上一層樓。

第1篇

在學(xué)生愿意主動(dòng)來到課堂學(xué)習(xí)的前提下，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣更為重要。為了可以讓學(xué)生興趣盎然地參與到教學(xué)過程中來，教師在能講述知識(shí)的前提下，還要能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，喚起學(xué)生的求知欲望。在這方面，教師可以結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，講述一些射頻集成電路在日常生活中的應(yīng)用。比如，美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）總裁兼執(zhí)行長BrianToohey曾指出：“從物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車、智能家居等市場都可以看出，半導(dǎo)體普遍出現(xiàn)在每一種產(chǎn)品類型中，而且正變得無處不在。”僅僅在我們每天使用的智能手機(jī)中就包含RF收發(fā)器、功率放大器、天線開關(guān)模塊、前端模塊、雙工器、濾波器及合成器等關(guān)鍵射頻元件。而且有報(bào)告指出，2011年這些射頻器件的市場規(guī)模為36億美元，預(yù)計(jì)2011~2015年的年復(fù)合增長率為5.6%，到2016年主要的射頻器件市場將達(dá)47億美元。此外，目前應(yīng)用比較廣泛的WiFi及物聯(lián)網(wǎng)都與射頻集成電路有著密切的關(guān)系。這些切實(shí)應(yīng)用由于與學(xué)生的生活以及將來的就業(yè)息息相關(guān)，因此，相關(guān)內(nèi)容的講述能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

二、如何讓學(xué)生成為課堂的主人

“以教師為中心”“以灌輸為主要形式”的傳統(tǒng)教學(xué)方式已經(jīng)無法適應(yīng)新時(shí)代的需求。如果教師僅根據(jù)教材對內(nèi)容進(jìn)行枯燥的講解，無法抓住學(xué)生的注意力，學(xué)生很容易溜號(hào)，影響課堂教學(xué)質(zhì)量。因此可以通過引進(jìn)研究型教學(xué)模式、師生互動(dòng)來活躍課堂氣氛。所謂“研究型教學(xué)模式”即將教師由知識(shí)的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的指導(dǎo)者，將學(xué)生由被動(dòng)的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的學(xué)習(xí)。如何使學(xué)生成為課堂的主人，在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)是課堂教學(xué)的有效手段，教師可以通過創(chuàng)設(shè)開放的問題情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入主動(dòng)探求知識(shí)的過程，使學(xué)生圍繞某類主體調(diào)查搜索、加工、處理應(yīng)用相關(guān)信息，回答或解決現(xiàn)實(shí)問題。比如，以射頻技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用為開放課題，學(xué)生通過查資料，分析整理，更深刻體會(huì)了射頻技術(shù)在智能家居、交通物流、兒童防盜等方面的應(yīng)用，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中主動(dòng)把“自我”融入到課程中，敢于承擔(dān)責(zé)任，善于解決問題。

三、讓學(xué)生走上講臺(tái)

學(xué)生是課堂的主人，因此，可以改變以往教師在講臺(tái)上講、學(xué)生坐在下面聽的傳統(tǒng)教學(xué)模式。讓學(xué)生走上講臺(tái)可以將傳統(tǒng)的講授方式轉(zhuǎn)換為專題研討的教學(xué)模式。教師可以提前布置專題內(nèi)容，如射頻器件模型、射頻電路設(shè)計(jì)、射頻技術(shù)發(fā)展、射頻技術(shù)的應(yīng)用及未來發(fā)展趨勢等。有個(gè)專題內(nèi)容作為核心，學(xué)生可以在老師的指導(dǎo)下通過檢索資料，組織分析資料，最終走上講臺(tái)向老師和其他學(xué)生講述相關(guān)的內(nèi)容。通過幾年的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)這樣可以增加學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺性、同時(shí)也能使學(xué)生對相關(guān)的問題發(fā)表各自的觀點(diǎn)，形成對問題各抒己見、取長補(bǔ)短的研討學(xué)習(xí)方式，大大拓寬學(xué)生的知識(shí)面以及綜合表述能力。

四、通過實(shí)踐教學(xué)加深理解理論教學(xué)內(nèi)容

理論教學(xué)是掌握一門技術(shù)的基礎(chǔ)，但實(shí)踐教學(xué)也是必不可少的。學(xué)生在掌握一定的基礎(chǔ)理論的同時(shí)，須要通過設(shè)計(jì)實(shí)踐來強(qiáng)化鞏固。實(shí)踐教學(xué)的引入，不僅能夠加深學(xué)生對理論知識(shí)的深入理解，洞悉細(xì)節(jié)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維及科研能力。因此，教師可以通過設(shè)置幾個(gè)開放的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容來讓學(xué)生主動(dòng)研究探索。在本課程的教學(xué)中，本人已經(jīng)有計(jì)劃地進(jìn)行了實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，例如，在實(shí)踐教學(xué)中，曾經(jīng)給學(xué)生布置了“用于GPS的低噪放電路設(shè)計(jì)”的實(shí)踐設(shè)計(jì)。在該設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生須要深入理解多方面知識(shí)，比如明確GPS的頻段、確定低噪放的電路結(jié)構(gòu)，并有效評估電路性能等。為了課程設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，學(xué)生須要進(jìn)行查閱分析資料、軟件安裝、軟件學(xué)習(xí)、電路設(shè)計(jì)、課程論文撰寫等幾個(gè)環(huán)節(jié)的分析設(shè)計(jì)工作，并最終在實(shí)踐中系統(tǒng)深刻地理解掌握課程的理論內(nèi)容，為以后的工作及深造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

五、鼓勵(lì)學(xué)生參與科研項(xiàng)目

第2篇

采用介電潤濕機(jī)理操控微液滴技術(shù)，系統(tǒng)的功耗極低，因此微液滴操控電路的設(shè)計(jì)對電流無要求；但考慮電流過大會(huì)導(dǎo)致介電層被擊穿發(fā)生電解以及加劇微液滴的蒸發(fā)，所以要求控制電路輸出電流應(yīng)盡量小。由Young－Lippman方程可知，微液滴接觸角的余弦值與外加電壓的平方成正比［7］，為了使接觸角大范圍內(nèi)連續(xù)變化，要求電壓幅值大范圍可調(diào)；另外，微液滴輸運(yùn)與分離所需電壓幅值相差很大，也要求電壓幅值大范圍可調(diào)［8］。根據(jù)項(xiàng)目需求，使用的數(shù)字微流控芯片包含128個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，每個(gè)電極最高承受電壓為200V。因此，設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路需要滿足以下指標(biāo)：1）電路由單一5V2A直流電源供電，輸出有128路，每路可獨(dú)立輸出方波。2）每路輸出電壓幅值為0～200V，頻率為10～1000Hz，電壓幅值和頻率均可調(diào)，并且輸出電壓精度為±0．5V。3）人機(jī)界面采用計(jì)算機(jī)控制，并與驅(qū)動(dòng)電路使用USB2．0接口通信，計(jì)算機(jī)向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送各路輸出電壓幅值和頻率信息。

2設(shè)計(jì)方案

2.1總體方案根據(jù)系統(tǒng)要求，所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有將5V電壓升至200V的能力，實(shí)踐中常采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為DC－DC升壓變換器的電路以實(shí)現(xiàn)升壓［9－10］，但對于復(fù)雜的數(shù)字微流控系統(tǒng)采用該方式會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路的體積過于龐大。為縮小電路體積以節(jié)省實(shí)驗(yàn)空間，提出了使用集成芯片搭建的高度集成化驅(qū)動(dòng)電路，電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。計(jì)算機(jī)通過由軟件LabVIEW搭建的窗口界面向驅(qū)動(dòng)電路中的單片機(jī)發(fā)送128路方波輸出的電壓幅度和頻率信息，單片機(jī)對計(jì)算機(jī)發(fā)送的指令進(jìn)行解析，然后以特定時(shí)間間隔向32通道D／A芯片發(fā)送相應(yīng)的方波電壓信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)指定頻率和幅度的方波輸出。

2.2單片機(jī)設(shè)計(jì)的電路中所使用的單片機(jī)為PIC24H，該系列單片機(jī)是美國微芯科技公司推出的十六位精簡指令集微控制器，具有高速度、低工作電壓、低功耗等特點(diǎn)，以及較大的輸出驅(qū)動(dòng)能力和較強(qiáng)的計(jì)算能力。PIC24H的主要任務(wù)為：接收由計(jì)算機(jī)輸入的電壓幅值與頻率信息，根據(jù)頻率計(jì)算出方波周期，然后每半個(gè)周期時(shí)間向D／A芯片分別發(fā)送輸出方波最大和最小電壓幅值指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)特定電壓幅值和頻率的方波輸出。電路連接時(shí)，將USB芯片輸出端口D0～D7，以及RD、WR、TXE和RXF分別與單片機(jī)任意I／O口相連接，實(shí)現(xiàn)從USB芯片并行I／O接口的數(shù)據(jù)讀取；將D／A芯片輸入端口SCLK、DIN、SYNC分別與單片機(jī)其他空余I／O口相連接，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對D／A芯片輸出的控制，電路連接原理框圖如圖4所示。驅(qū)動(dòng)電路使用USB接口芯片可實(shí)現(xiàn)完成USB串行總線和8位并行FIFO接口之間的相互協(xié)議轉(zhuǎn)換。其優(yōu)點(diǎn)在于，對于開發(fā)者只需熟悉單片機(jī)編程及簡單的VC編程，而無需考慮固件設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)程序的編寫，從而能大大縮短USB外設(shè)產(chǎn)品的開發(fā)周期。

2.3USB接口芯片的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路中的USB接口芯片選用FT245R，該芯片是由FTDI公司推出的第二代USB接口芯片，與其他芯片相比，應(yīng)用FT245R芯片進(jìn)行USB外設(shè)開發(fā)，只需熟悉單片機(jī)編程及簡單的VC編程，而無需考慮固件設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)程序的編寫，從而能大大縮短USB外設(shè)產(chǎn)品的開發(fā)周期。此外，F(xiàn)T245R支持USB2．0規(guī)范，滿足項(xiàng)目需求。FT245R芯片可實(shí)現(xiàn)USB接口與并行I／O接口之間數(shù)據(jù)的傳輸。USB收發(fā)器從計(jì)算機(jī)接受USB串行數(shù)據(jù)后，由串行接口引擎將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存在FIFO接收緩沖區(qū)，當(dāng)讀取信號(hào)為低時(shí)，就將接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送到并行輸出數(shù)據(jù)線上。考慮電磁兼容性設(shè)計(jì)，在USB接口的電源端連接一個(gè)磁珠，以減少設(shè)備的噪聲和USB電纜輻射對芯片產(chǎn)生的電磁干擾。

2.4D／A的配置及電源設(shè)計(jì)電路中使用的32通道D／A芯片最高輸出電壓為200V，精度為14bit，滿足每路輸出電壓幅值和精度的要求。電路的128通道輸出可由4片A／D芯片實(shí)現(xiàn)。A／D芯片的輸出電壓由單片機(jī)控制，由于單片機(jī)PIC24H與A／D芯片都支持SPI協(xié)議，因此本電路使用SPI接口傳輸完成單片機(jī)和A／D之間的通信。A／D芯片要實(shí)現(xiàn)0～200V范圍內(nèi)的電壓輸出，需要配置－5V、4．096V、5V和200V，而電路只有5V直流供電，因此需將5V轉(zhuǎn)換為－5V、4．096V和200V。設(shè)計(jì)的電路中分別選用相應(yīng)的升壓芯片完成電壓的轉(zhuǎn)換。

3電路制作

根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案，選取合適的芯片，制作完成該驅(qū)動(dòng)電路，電路如圖5所示。向該電路輸入相應(yīng)的輸出電壓指令，測得在0～180V的范圍內(nèi)，實(shí)際輸出電壓和期望輸入電壓之間的誤差基本小于0．1V，滿足設(shè)計(jì)要求。所設(shè)計(jì)的電路在15V、50V、75V、125V、175V這5個(gè)采樣點(diǎn)上相應(yīng)的輸入－輸出數(shù)據(jù)如表1所示。在0～180V的輸出范圍內(nèi)，等間隔的選擇180個(gè)點(diǎn)，獲得輸入指令和輸出電壓之間的關(guān)系曲線如圖6所示，電路的輸出電壓在0～200V范圍內(nèi)均與輸入電壓指令相符。實(shí)驗(yàn)中的數(shù)字微流控芯片需要實(shí)現(xiàn)對液滴的基本操作，其方法為對液滴移動(dòng)路線上的電極依次通電，所加電壓為交流電壓。交流電壓可以通過在指定時(shí)刻對D／A芯片輸入相關(guān)輸出電壓信息，從而獲得所需交流電壓輸出。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所制作的電路可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)字微流控芯片上液滴的控制。液滴移動(dòng)如圖7所示。

4結(jié)論

第3篇

電路設(shè)計(jì)尤其是超聲波信號(hào)的收發(fā)處理采用諸如TX734激勵(lì)電路、MAX2038回波放大處理電路等專用IC效果固然理想，但考慮到研發(fā)專用設(shè)備僅需小批量試制的因素，故在電路方案選型設(shè)計(jì)時(shí)遵循簡單實(shí)用、器件易于采購的原則，盡量選用通用元器件實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)電路主要由超聲波發(fā)射激勵(lì)和電源變換單元、超聲波回波信號(hào)處理單元、時(shí)間差測量單元、單片機(jī)控制和數(shù)據(jù)處理單元組成。排版布線亦盡量參照IC生產(chǎn)廠商的DEMO方案，采用貼片元件的雙面PCB設(shè)計(jì)制作，以提高樣機(jī)研發(fā)的一次性成功率。

1.1超聲波收發(fā)電路由于檢測裝置工作于井下，井口只為其提供了一路＋24V直流電源，各單元電路的工作電源需要依靠DC／DC變換電路獲得。控制系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)使用的＋5V和±12V電源由LM2596－5．0承擔(dān)，其主路輸出＋5V／2A電源供單片機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)使用，將其儲(chǔ)能電感改用5026－47μH環(huán)形功率電感，并在其上增加兩個(gè)輔助繞組，經(jīng)整流、濾波和LM78（79）L12三端穩(wěn)壓IC后產(chǎn)生±12V／0．1A直流電源供信號(hào)處理系統(tǒng)使用；超聲波發(fā)射采用了高壓脈沖激勵(lì)方式，＋200～300V激勵(lì)電壓由＋24V供電電壓經(jīng)簡單的Boost升壓電路獲得，利用單片機(jī)送來的1ms周期、5μs脈寬脈沖信號(hào)控制MOSFET開關(guān)管實(shí)現(xiàn)對超聲波發(fā)射探頭的激勵(lì)，儲(chǔ)能電感選用TDK－NL565050T－822J－PF（8．2mH）貼片電感，NMOS開關(guān)管選用2N60即可。超聲波激勵(lì)及電源變換電路如圖2所示。經(jīng)實(shí)測，激勵(lì)脈沖會(huì)在接收探頭中產(chǎn)生一個(gè)較大的諧振頻率為5MHz、大約5個(gè)周期的串?dāng)_信號(hào)，為此，接收電路設(shè)計(jì)了一個(gè)對發(fā)射激勵(lì)脈沖延遲6μs、持續(xù)30μs的使能控制信號(hào)，控制接收放大處理電路僅在使能信號(hào)有效期間實(shí)現(xiàn)回波信號(hào)的放大和輸出，使之能夠在鋼管內(nèi)壁和外壁反射的一次、二次回波信號(hào)到來之前有效地消除激勵(lì)脈沖串?dāng)_的影響，使能控制信號(hào)時(shí)序關(guān)系見圖3。檢測裝置中用于時(shí)間差測量的TDC－GP2的典型應(yīng)用是作為超聲波流量計(jì)、激光測距儀的時(shí)間間隔測量、頻率和相位信號(hào)分析等高精度測試領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中輸入信號(hào)一般都較強(qiáng)，經(jīng)簡單處理后即可作為TDC－GP2的START、STOP控制信號(hào)使用，而該檢測裝置的超聲波回波信號(hào)尤其是多次反射回波信號(hào)非常微弱且雜波較大（實(shí)測回波信號(hào)大約在mV數(shù)量級），必須經(jīng)高增益寬帶放大器放大和濾波、檢波、整形處理后才能勝任。寬帶放大器由AD604承擔(dān)，可獲得6～54dB的增益并可由VGN端電壓連續(xù)控制，可較好地滿足超聲波回波信號(hào)高速高增益放大的要求［2］。考慮到僅需將回波信號(hào)放大處理后形成STOP控制脈沖即可，故電路僅利用可調(diào)電阻對2．5V基準(zhǔn)電壓（由TL431產(chǎn)生）分壓獲得的VGN電壓進(jìn)行增益設(shè)定，但設(shè)計(jì)電路亦有預(yù)留接口可用于接受經(jīng)單片機(jī)和DAC輸出的AGC控制電壓，實(shí)現(xiàn)增益的閉環(huán)控制。AD604前級放大電路如圖4所示。帶通濾波器選用由MAX4104構(gòu)成，設(shè)計(jì)中心頻率為5MHz，帶寬約為1MHz；鉗位和檢波由AD8036完成，具有卓越的鉗位性能和精度高、恢復(fù)時(shí)間短、非線性范圍小、頻帶寬的特點(diǎn)；檢波輸出信號(hào)的整形處理由MAX9141負(fù)責(zé)，這是一款具有鎖存使能和器件關(guān)斷功能的高速比較器，具有高速、低功耗、高抗共模能力和滿擺幅輸入特性等，回波信號(hào)經(jīng)其整形處理后可獲得理想的脈沖前沿，并便于與TTL邏輯電平接口，還可以方便地實(shí)現(xiàn)回波信號(hào)輸出的使能控制。信號(hào)調(diào)理電路如圖5所示。

1.2時(shí)間差測量電路回波信號(hào)時(shí)差測量選用了德國ACAM公司的高精度時(shí)間間隔測量芯片TDC－GP2。TDC－GP2采用44腳TQFP封裝，內(nèi)含TDC測量單元、16位算術(shù)邏輯單元、RLC測量單元及與8位處理器的接口單元和溫度補(bǔ)償單元等主要功能模塊，利用內(nèi)部ALU單元計(jì)算出時(shí)間間隔，并送入結(jié)果寄存器保存。TDC－GP2基于內(nèi)部的硬件電路測量“傳輸延時(shí)”，以信號(hào)通過內(nèi)部門電路的傳輸延遲來實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間間隔測量，測量分辨率可達(dá)pS數(shù)量級，可以很好滿足項(xiàng)目測量的要求。單片機(jī)在給超聲波傳感器提供發(fā)射激勵(lì)脈沖的同時(shí)給TDC－GP2提供START信號(hào)指令使之開始計(jì)時(shí)工作，超聲波接收頭接收到的反射回波信號(hào)經(jīng)放大、處理后作為STOP指令信號(hào)，由TDC－GP2完成兩次反射波時(shí)間間隔的測量。由前述可知，STOP與START信號(hào)的時(shí)間差大約在6～40μS之間，時(shí)差測量分辨率約為0．07μs，為此，設(shè)定TDC－GP2工作于“測量模式2”，在該模式下芯片僅使用通道1，可允許4個(gè)脈沖輸入，實(shí)現(xiàn)STOP1與START信號(hào)之間的時(shí)間差測量，測量范圍在60ns～200ms，然后，由TDC－GP2計(jì)算出各回波信號(hào)間的時(shí)間差Δt＝tB－tS＝tn－tn－1。測量原理如下：在輸入START信號(hào)指令后，芯片內(nèi)部測量出該信號(hào)前沿與下一時(shí)鐘上升沿的時(shí)差，標(biāo)記為Fc1；之后，計(jì)數(shù)器開始工作，得到predivider的工作周期數(shù)，并標(biāo)記為Cc；這時(shí)，重新激活芯片內(nèi)部測量單元，測量出輸入的STOP1信號(hào)的第一個(gè)脈沖（一次反射回波）前沿與下一時(shí)鐘上升沿的時(shí)差，標(biāo)記為Fc2，將STOP1信號(hào)的第二個(gè)脈沖（二次反射回波）前沿與下一時(shí)鐘上升沿的時(shí)差標(biāo)記為Fc3，……；Cal1和Cal2分別表示一個(gè)和兩個(gè)時(shí)鐘周期。

1.3單片機(jī)接口電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的單片機(jī)選擇余地較大，項(xiàng)目結(jié)合TI公司中國大學(xué)計(jì)劃選用了美國德州儀器公司生產(chǎn)的MSP43016位單片機(jī)，具有16位總線、帶FLASH的微處理器和功耗低、可靠性高、抗強(qiáng)電干擾性能好、適應(yīng)工業(yè)級運(yùn)行環(huán)境的特點(diǎn)，很適合于作現(xiàn)場測試設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)處理使用［4］。TDC－GP2其與單片機(jī)的通信方式為四線串行通信（SPI），利用MSP430的4個(gè)P2．x和P4．2I／O口實(shí)現(xiàn)GP2的選通、中斷和開始、結(jié)束使能以及復(fù)位等控制功能。MSP430除用來對GP2控制和數(shù)據(jù)處理外，還可以留出一些資源實(shí)現(xiàn)設(shè)備其他電路和動(dòng)作機(jī)構(gòu)的控制使用。單片機(jī)接口電路原理和程序流程分別如圖8和圖9所示。

2結(jié)束語