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简单的电子电路设计范文1
关键词：电池充电器；PCB设计；Protel 2004
中图分类号：TN710
1 Protel软件简介
随着电子信息技术的飞速发展，手工设计电子产品的PCB（印制电路板）已不能适应电子技术发展的需要。我们必须借助计算机来完成PCB的设计工作，它不仅速度快，准确性高，并能极大的减轻工程技术人员的劳动强度。其中涉及的软件有许多种，Protel是其中比较经典的一种。
Protel是Altium公司推出的电路辅助设计系统，它是第一个将所有的设计工具集成于一身的板卡级设计系统，包括了原理图设计、PCB设计、电路仿真、PLD设计等。它最早的版本是TANGO软件包，后来发展为Protel for DOS版、Protel for Windows版、Protel 98版、Protel 99 SE版、Protel DXP版及Protel 2004版。随着版本的不断升级，它的功能越来越强大。
和其他版本相比，Protel 2004新增的许多功能，使操作更简单、自动化程度更高，使我们可以轻松进行各种复杂的电路板设计。
2 PCB设计
PCB是英文Printed Circuit Board的缩写，译为印制电路板，简称电路板或PCB板。印制电路板是用印制的方法制成导电线路和元件封装，它的主要功能是实现电子元器件的固定安装以及管脚之间的电气连接，从而实现电器的各种特定功能。制作正确、可靠、美观的印制电路板是电路板设计的最终目的。
PCB设计的一般流程包括：制作前期准备、制作PCB元件引脚封装、新建PCB文件，规划电路板、载入元件引脚封装和网络、布局、布线、DRC设计规则检查等。
3 Ni-MH电池充电器PCB设计
Ni-MH电池充电器是我们生活中常见的一种电子产品。借助Protel 2004设计该电路的印制电路板（PCB）基本步骤如下。
3.1 创建项目文件
为方便各设计文件的管理和它们之间的无缝连接及同步设计。在Protel 2004中采用项目文件进行管理，首先要创建一个项目文件，然后在该项目文件下再新建或添加各设计文件。
3.2 创建原理图文件并完成电池充电器电路的原理图设计
Ni-MH电池充电器电路原理图如下图1所示。
3.3 创建PCB文件并进行规划
在Protel 2004中创建PCB文件有两种方法：用文件菜单创建和用向导创建，要注意的是用向导创建的PCB文件不在项目文件中，创建完成之后必须把它放入项目文件中，否则后面的步骤就没办法进行了。根据充电器电路的组成，首先规划板子的形状为长方形，根据元器件的数目确定板子的的大小为2400mil×1300mil，单层布线即设计为单面板。
3.4 载入元件引脚封装和网络并进行元件布局
本电路中全部元件采用插孔封装形式。除了电池组正极性的封装，其他元器件封装均采用Protel 2004元器件库中的标准封装，我们需要根据实际电路为电池组的正极性端设置出封装，首先创建自己的元器件封装库，在库里创建如图2中BT1—BT4所示封装，然后将此封装设置为电池组的封装即可。
元件布局可采用先自动布局然后手工调整的方法进行。注意变压器不在此板子上放置。布局时注意元器件的排列、分布要合理和均匀，力求整齐，美观，合乎电路结构工艺要求。
3.5 设置布线规则，进行布线
所谓“布线”，就是利用印制导线完成原理图中各元件的连线关系。任何一块电路板在完成元器件布局后，接下来要做的就是将元器件用导线连接起来，使其具有电气特性，从而形成一块完整的电路板。
Protel 2004中布线时首先要设置好布线规则，以满足安全原则等电气要求。根据充电器电路的实际要求，这里设置安全间距为10mil，顶层布线、普通线宽10mil、电源线20mil、地线30mil。布线采用自动布线，对不合乎要求的地方最后可以进行手工修改。布线时在满足安全原则等电气要求的前提下，导线要精简，尽可能短，尽量少拐弯，力求导线简单明了。另外，走线设计要考虑组装是否方便等。最后还要求板子美观、经济，好的PCB板布线美观，做功精细，看上去就像一件艺术品。
3.6 DRC设计规则检查和错误排除。
电路板设计完成之后，为了保证所进行的设计工作符合要求，可以由计算机自动完成检查工作，即DRC设计规则检查。检查完成后，系统会弹出Messages信息框，根据此信息提示，对设计进行修改，直至没有错误。
到这里电路的PCB设计工作就完成了，设计好的充电器PCB文件如上图2所示。最后可以打印输出图纸和报表，进行实际制板等相应后续工作。
4 总结
利用Protel 2004软件进行PCB设计，操作简单，自动化程度高。Ni-MH电池充电器PCB设计具有PCB设计的共性，也有一定的特性。要设计一块完美的充电器PCB，需要大量的经验积累。随着电子技术的发展，电子线路也越来越复杂，需要设计人员不断提高设计水平，设计出更多的PCB精品。
参考文献：
[1]王国玉，管莉.电子线路CAD与实训[M].北京：电子工业出版社，2011.
简单的电子电路设计范文2
随着Proteu的功能日益强大，Proteu已经越来越多的应用到各类电子产品的设计和设计工作中，深受电子产品开发机构的信赖和喜爱。目前很多知名电子产品公司都在使用Proteu软件设计电子产品，利用Proteu开发研制而成的应用比较广泛的电子产品主要由“微电脑防盗报警器”、“自动开盖垃圾桶”、“LED汉字显示器”等，已经广泛的应用到人们的生产及生活当中。根据电子产品设计实践证明，利用Proteu这种电子产品开发软件能够快速的完成电子线路的设计，而且能够利用设计的电子线路完成电子产品使用的模拟仿真，极大地提高了电子产品的设计效率。由于电子产品设计程序复杂，要求内容精细，一个不小心可能会导致整个设计线路必须从新开始，但是利用Proteu则大大的缩短了研发周期，有效的降低了电子产品生产企业的生产成本。随着信息化进程的不断加快，在未来的人类社会中对于电子产品的应用将会变得越来越广泛，而且电子产品也会变得越来越智能化。很多智能化的电子产品的核心机构和部件就是MUC，智能化电子产品近些年发展迅猛，正在逐步的走进人们的生活当中。笔者将主要根据Proteu在智能化电子产品的设计研发中的应用为例，对仿真技术下电子产品设计提供更加广阔的思路。
在智能化电子产品的设计过程中，传统方式主要将该设计工作氛围以下几个方面：首先就是电子产品的硬件设计，硬件设计中主要包含电子产品的原理图设计以及电路板的制作，这是构成电子产品的基础部分；其次就是电子产品的软件设计部分，主要包括电子线路的调试以及语言汇编及其调试；最后就是电子产品的整机调试，通过软硬件结合调试的方式对所设计的硬件及软件部分结合的效果进行测试。传统电子产品的开发简单来说就是以下几个步骤：首先要完成原理图设计，之后设计PCB电路板，之后就是PCB制板，然后制作实物的物理样本，完成电子产品的软件设计之后在对整机进行调试，如果调试合格则研制成功，调试不合格的将从原理图从新开始设计工作。
根据电子产品的智能化程度其设计时间也是各不相同的，比较简单的通常需要一天的时间就能够完成电路的设计部分；但是PCB制板的时间比较长，大概需要半个月的时间才能够完成制板工作；之后就是进行物理制板，这个部分时间大约需要两天；软件设计工作也需要大概一天的时间；电子产品的系统测试大概需要一天的时间。由此可见完成一个较为简单的电子产品的设计大概需要3周的时间。而且在电子产品的设计工作中，电路设计细节与软件设计细节要求都比较严格，在设计阶段不能够及时的发现其中所存在的问题，这就需要重复几次上述设计过程之后才能够达到最初的设计目的，因此传统方式下电子产品的设计周期很长，无形中也增加了电子产品的设计成本。
通过Proteu能够实现对产品设计过程的仿真，利用Proteu进行系统设计步骤主要分为以下几个步骤：原理图设计与软件设计同时展开，完成之后进行电子产品整体的系统仿真，之后就是完成PCB电路板的设计，然后在制作物理样本。利用Proteu软件进行仿真设计主要是在软件中进行电路设计，设计完成之后就能够进行实体运行仿真，不符合设计要求或不能够达到预期目的则对原理图进行修改。在Proteu软件中庞大的数据库极大地简化了设计过程，有效的降低了电子产品的生产周期，极大地节约了生产升本。利用Proteu软件进行电路板的设计工作主要是完成电子产品中的布线，也就是我们通常所说的RAES。实际产品的制作是在原理图设计完成之后进行的，由于在实物制作之前已经完成了软件调试工作，所以说在装配阶段工作精细的话必然能够有效的保证电子产品的可用性。由此可见利用Proteu是多么的高效、高质。
2Proteu在实际应用中的作用
Proteu软件的功能强大，在电子产品设计中的应用非常广泛，以下笔者将以纯水机的整个设计研发过程为例，就Proteu在电子产品设计中的应用问题进行分析，希望能够对电子产品设计人员的工作能够有所帮助，进一步提升我国电子产品研制行业的水平。
2.1原理图设计操作简便
Proteu软件的操作时极为便捷的，利用Proteu能够在同一窗口中完成电子线路的设计和仿真工作。通过Proteu软件中的编辑区完成对所设计的电子产品的线路设计，还能通过预览模式对所设计的电路进行预览和仿真。整个设计工作只要通过鼠标就能够完成，极大地简化了电子产品的设计过程。
2.2电子产品程序设计
利用Proteu中的ISIS编辑区完成软件程序的编辑工作，并且能够将编辑完成的内容进行汇编形成目标代码，这一整套的操作在Proteu软件中都有特定按钮来完成操作。对于存在问题的编程Proteu软件还能够自动生成错误报告，错误报告中也能够对错误源给出查找范围。
2.3Proteu的仿真以及调试
在上述步骤完成之后，对所要调试的内容进行加载，首先要在Proteu软件中调出“Editcomponent”对话框，然后在对话框中输入本次调试工作所要调试的目标文件，并在Proteu软件中设置好晶振频率，之后点击仿真按钮便开始进行仿真。利用Proteu软件中的仿真功能不但能够完成交互式的实验，而且能够实现实时仿真的功能。而且在仿真过程中能够根据现实中可能出现的情况对其进行调试，例如纯水机的仿真操作中，可以在满水或者强冲等多种模式下对纯水机的操作进行模拟，仿真效果极为真实。
2.4利用Proteu完成电路板的设计
在Proteu软件中具有高级布线的功能，通过ARES能够实现对电路板的布线摆放及软件更改等多种功能。Proteu电路板设计功能十分人性化，不但能够简单的实现撤销及自动布置的功能，还能够根据设计者的设计思路有设计者手动操作完成电路板中线路的布射。在电路板设计完成之后能够通过3D视图的效果对所设计的电路板进行全方位的观察，更加优化的电路板设计的过程及电路板设计的作用。
2.5制板过程
在完成上述的前期设计及仿真工作之后，就要进行电子产品设计的第五项工作，就是完成PCB的制板。
2.6物理样品的制作完成
物理样品的制作完成是电子产品设计工作完成的最后一步，安装并且将样本调试成功之后样本就能够应用在电子产品当中。通过物理样本制作完成之后的样式与Proteus的3D模拟效果进行比对我们可以发现Proteus的3D展示与设备完全一致。只要样本的制作过程中能够根据设计要求进行正确的安装，将焊接点牢固的焊接就能够顺利的完成制作过程。
3结束语
简单的电子电路设计范文3
关键词：电气控制线路设计；电气设备；方法
中图分类号：U463.6 文献标识码：A
1 电气控制线路设计的内容
生产中机械使用有效性与电气制动化有着非常紧密的联系，机电一体化已经成为现在生产企业的一种趋势。因此电气化的控制与机器设备之间的配合尤为重要，这就要求设计人员对机械的结构与原理有着深刻的认识，同时对于机械设计的工艺也要有所了解，这样才能符合电气控制的要求。
机械设备的控制系统绝大多数属于电力拖动控制系统，因此生产机械电气控制系统设计的基本内容有以下几个方面：
1.1 确定电力拖动方案
1.2 设计生产机械电力拖动自动控制线路
1.3 选择拖动电机及电器元件，制定电器元件明细表
1.4 进行生产机械电力装备施工设计
1.5 编写生产机械电气控制系统的说明书与设计文件
2 电力拖动方案确定的原则
对于生产机械电气控制的设计，首先是确定明确、选择出合理的方案。方案的确定要考虑两点。
第一是设备的工艺与设备的结构，根据生产的设备的调速来制定方案。
第二是考虑电动机的调速特性与负载的相适应。
2.1 生产机械不需要电气调速要求
通常情况下，在没有电气调速、启动的不频繁场合，鼠笼式异步电动机就应该被应用。如果在传动装置中负载转矩很大则考虑绕线式异步电动机。对于同步电动机的适合场合则是在负载平稳时，并且容量与起停的次数很少的时候，通过这种有效合理的传动机不但充分提高电动机的效率，同时也能调节励磁在过励的条件下从而让电网功率因数提高。
2.2 生产机械需要电气调速要求
这里的拖动方案的设计是根据生产机械的调速，在充分保证技术的基础上通过比较最终选择拖动方案。
速范围D＝2-3，调速级数3，调速级数≤ 2-4 时，一般采用改变磁极对数的双速或多速笼式异步电动机拖动。
调速范围D＜3，月不要求平滑调速时．采用绕线式转子感府电动机拖动们只适用于短时负载和重复短时负载的场合。
调速范围D＝3-10，且要求平滑调速时，在容量不大的情况下，可采用带滑差离合器的异步电动机拖动系统。若需长期运转在低速时，也可考虑采用品间管直流拖动系统。
调速范围D：10-100考虑使用直流拖动系统或交流调速系统。
三相异步电动机的调速，以前主要依靠改变定子绕组的极数和改变转子电路的电阻来实现。目前，变频调速和串级调速已得到广泛的应用。
2.3 确定电动机调速的性质
对于双速笼型异步电动机，当定子绕组由Δ连接改为YY接法时，转速由低速转为高速，功率都变化不大，适用于恒功率传动；当定子绕组由Y连接改为YY接法时，电动机输出转矩不变，适用于恒转矩传动、对于直流他励电动机，改变电枢电压调速为恒转矩输出；而改变励磁调速为恒功率调速。
如果采用不对应调速，恒转矩负载采用恒功率调速或者恒功率负载采用恒转矩调速，将电动机额定功率增大到D倍，（D为调速范围，）并且一部分转矩为充分利用，因此电动机调速性质是反应调速范围内转矩、功率与转速的关系。
3 电气控制方案的确定原则
明确控制方案是设计出合理适用的电力控制系统的前提保证。因此设计人员要按以下原则来进行：
3.1 拖动需要与控制方式相适应
控制方式不是越多就越好，主要看它的经济效益。当加工生产的程序变化很多时，采取编程序控制器，要是逻辑控制比较简单则可以采用稳定的生产设备即继电解除控制法。
3.2 控制方式与通用化程度相适应
通用化可以说是对不同生产对象通用程度，应该区别自动化。因此通用化程度低的但也许保持着较高的自动化，这类机床使用固定的控制电路较好。若是小的零件则采用数字程序。应为这样对于加工对象采用不同的程序提高通用与灵活性。
3.3 最大限度满足工艺要求
为了满足较高的工艺水平，确保机械的工作效率，可以在控制线路中加入自动循环、半自动循环、故障诊断等功能。
3.4 电路电源的可靠性
简单的电路采用电网式电源，相反元件多的话采用电压隔离降压的方法。如果要采用直流电源，则必须满足自动化程度高的设备，这么做也可以对空间进行节省，方便操作。在实际的生产中，最终的方案取决于设计人员经验，设计人员因此应该灵活运用方案。
4 电气控制线路的设计方法
虽然电气控制线路的设计方法有不同，但都要满足几点要求。首先应能满足生产机械的工艺要求。其次线路结构要简单，力求精简。再次操控，掌握，维修要简单。第四要具有应对安全隐患的措施，在发生事故时也能很好及时的完成任务。第五要能适应生产时所在的环境。
4.1 控制线路的设计方法简介
电气控制线路的设计方法有两种，一种是经验设计法，另一种是逻辑没汁法。
经验设计法：它是根据生产工艺的要求，按照电动机的控制方法，采用典型环节线路直接进行设计，先设计出各个独立的控制电路，然后根据设备的工艺要求决定各部分电路的联锁或联系。这种方法比较简单，但是对于比较复杂的线路，设计人员必须具有丰富的工作经验，需绘制大量的线路图，并经多次修改后才能得到符合要求的控制线路。
逻辑设计法：采用逻辑代数进行设计，按此方法设计的线路结构合理．可节省所用元件的数量。
4.2 设计控制线路时应注意的问题
设计具体线路时，为了使线路设汁得简单且准确可靠，应注意以下几个问题。
首先尽量减少连接导线，设汁控制电路时，应考虑各元器件的实际位置，尽可能减少配线时的连接导线。
其次正确连接电器的线圈。电压线圈通常不能串联使用，由于它们的阻抗不尽相同，造成两个线圈上的电压分配不等。即使是两个同型号线圈，外加电压是它们的额定电压之和，也不允许这样连接，因为电器动作总有先后，当一个接触器先动作时，其线圈阻抗增大，该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时将使线团烧毁。电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。在接通电源时可正常工作，但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继电器的误动作，解决的方法是各用一个接触器的触点来控制。
结语
通过以上分析可以得出电气控制线路设计对于电气控制的影响力之深，不能简简单单从设计的角度来认识电气线路，要在实际的设计、生产、维护中总结出经验，同时设计者应该对电气线路进行深入的研究，对设计重视起来，从实际出发，依托自身的经验，设计出合理的线路来确保电气路线的准确性。
参考文献
[1]贺哲荣.机床电气控制线路图试图技巧[M].机械工业出版社，2005.
简单的电子电路设计范文4
关键词：大学生电子设计竞赛；简易电阻测试仪；单片机
中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）07-0017-02
2011全国大学生电子设计竞赛（瑞萨杯）于2011年8月31日早8:00开始，2011年9月3日20:00结束。笔者作为指导教师参加了此次竞赛，并指导学生获得了河南赛区一等奖，下面就竞赛中的思路和经验和大家做一交流。
我们选择的是高职高专组G题。本次竞赛G题要求设计并制作一台简易自动电阻测试仪。能够对100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四个量程档进行测量，测量准确度为±（1%读数＋2 字）；3 位数字显示（最大显示数必须为 999），能自动显示小数点和单位，测量速率大于 5 次/秒；100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程具有自动量程转换功能；具有自动电阻筛选功能等任务。
一、系统方案
电阻测量的方法常用的有直流恒流源测量法、直流恒压源测量法、分压法等。多个方案比较后，学生最终选择分压法测量作为最终的方案，测量原理就是通过串联已知电阻，分压后，检测待测电阻电压来计算其阻值。基本原理如图1所示：
本测量方法的优点是测量电路简单，抗干扰能力强，可靠性高，短时间内容易搭建，另一方面可以简化程序中的算法。
本次设计要求测量量程为100Ω，1kΩ，10kΩ，10MΩ四档。即要求测量范围为：1～10MΩ，在全量程范围内测量准确度为±（1%读数+2字）。在A/D转换部分的设计中，采用PIC16F877单片机，该单片机内有10位A/D，A/D输入信号为0～5V时，转换字为D=0～1024，则分辨率为4.8mV/字。设计的量程分配和测量精度的详细情况如下表：
表1
量程 RX范围 基准电阻 输出电压 （电阻）分辨率 精度
1 0～100Ω 100Ω 0mV～2.5V 0.1～0.5Ω/字 97%
2 100～1kΩ 1kΩ 50mV～2.5V 1～5Ω/字 98%
3 1k～10kΩ 10kΩ 50mV～2.5V 10～50Ω/字 98%
4 10k～10MΩ 100kΩ 500mv～5V 0.1～0.5kΩ/字 99%
本设计自动量程转换功能主要由单片机控制继电器的通断来调节，原理为单片机根据采样来的电压数据来判断是否要切换到更大或更小的量程，因为本次设计共四个档位，前三个档位为自动切换。采用继电器可以减小回路中的不必要电阻，这样在分析电路和程序中算法的设置可以减少很多麻烦。电位器阻值变化曲线的实现主要由单片机在显示装置如12864等液晶装置中不断的写入数据和液晶屏的移屏操作来实现。因为不同的电阻反映在电路中是不同的电压，将采集到的电压信号转为数字信号，反馈到液晶屏即可，这就要求AD有更高的处理速度。
二、硬件与程序设计
本系统包括硬件设计和软件设计两部分内容：
（一）硬件设计
根据上述思路，我们以PIC16F877单片机为核心，配以量程切换电路，测量电路，显示电路等构成简易的电阻测试仪。PIC16F877是由Microchip公司所生产开发的新产品，属于PICmicro系列单片微机，具有Flash program程序内存功能，可以重复烧录程序；而其内建ICD（In Circuit Debug）功能，可以让使用者直接在单片机电路或产品上进行如暂停微处理器执行、观看缓存器内容等，快速地进行程序除错与开发。
量程切换电路主要使用了ULN2003八路NPN达林顿连接晶体管，ULN2003特别适用于低逻辑电平数字电路（诸如TTL，CMOS或PMOS/NMOS）和较高的电流/电压要求之间的接口。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，因此显示电路采用的是1602液晶显示屏而没有用数码管显示。报警电路采用一个普通三极极管加一个蜂鸣器实现，当出现故障时的报警提示功能。
（二）软件设计
程序流程图如下：
三、测试结果
经多组电阻检测，都能符合题目要求的精度，误差小于1%。
在常温下，应用电阻测试仪对高精度电阻进行测试，结果见表2。
随机抽取若干电阻，应用电阻测试仪对电阻进行筛选。在测试中我们筛选两组，用小键盘对测试仪进行调节，两组分别为100Ω～500Ω和2KΩ～5KΩ。测试结束后，和标准结果予以对比。测试结果见表3。
本系统采用PIC单片机实现了一个简易电阻测试仪，达到了系统基本要求，而且系统稳定，测量精度较高，相对误差小于1%，操作简单，具有较强的实用性。当然本系统还存在着许多需要改进的地方，比如还可以继续提高测量精度，加大测量范围。因为是采用单片机实现的，利用其可以编程的特性，使测量的值结合一些数据处理方法使测量更加接近真实值。在后续完善过程中还有许多工作要做。
由于竞赛要求参赛学生在四天三晚的时间内完成题目要求的系统方案设计、硬件制作、软件调试及论文撰写工作，时间还是比较紧迫，全面检验了参赛学生的理论素养、实践动手能力和工作能力。按照这次竞赛的经验来看，三名学生最好来自不同专业，有各自擅长的领域，在分工协作上比较有优势。这次获得一等奖的这组学生就分别来自应用电子、电气自动化和机电一体化专业，分别负责电路设计、软件设计和硬件设计。近几届竞赛的每道试题基本上都直接或间接地利用了单片机、可编程逻辑器件、EDA技术、嵌入式技术等，而且特别注重动手能力和创新能力，这对我们的课程设置、教学改革都有很好地促进，在培训中除了基础知识外也要加强这方面的内容。最后的答辩环节也要引起足够的重视，在答辩问题和演示器材上提前多做准备对最终的名次很有帮助。
参考文献
简单的电子电路设计范文5
关键词：复杂可编程逻辑器件（CPLD）；电子技术；课程设计
中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）07-0200-02
一、引言
数字电路已广泛的应用于工业和生活中，数字电路的设计方法也发生了改变。因此对数字电路课程的基本要求、教学的组织方式等有必要进行研究与探讨。基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的设计已经成为现代数字电子系统设计的主流。复杂可编程逻辑器件数字系统的设计是一种以计算机为工作平台，在EDA软件开发环境下，用硬件描述语言和数字电路图形对系统功能进行编程设计、仿真分析并下载到可编程逻辑器件中的高效电子设计方法。该方法实现的数字系统具有高集成度、高速度、高可靠性、设计周期短、成本低、容易升级和移植等显著优点，从而在工程中得到广泛应用。对电气信息类本科生，有的学校开设了有关CPLD设计方法的选修课程，有些学校还没有在本科阶段开设相关课程，对于没有开设这门课程的学生，如果在数字电路课程设计中给学生简单介绍相关EDA软件的使用方法，并指导学生查阅资料完成基于CPLD的课程设计任务，将是对培养学生自学能力、实践能力和创新能力的有力探索。因此本文通过将CPLD应用于学生的电子技术课程设计，在指导学生掌握MAX+PLUS II基本设计方法的基础上，要求学生查阅资料并应用数字电子技术基本理论完成了简易电子琴设计和仿真。
二、CPLD在本科课程设计中的应用
在数字电子技术课程设计中，选择难度适中的设计任务——简易电子琴的设计，要求学生在对音阶发生的原理、音调及节拍控制方法等研究的基础上，完成了基于CPLD的简易电子琴设计，达到本科毕业设计的目的。课程设计开始时，由于学生不了解CPLD的设计方法，先给学生讲解MAX+PLUS II的安装及使用方法，然后如何应用MAX+PLUS II来进行简单的数字电路设计、仿真分析。基于CPLD数字系统的设计实质是编写一系列描述系统行为或结构的设计文件。设计文件常用两种格式：图形（xxx.gdf）和文本（xxx.vhd）格式。特殊单元功能模块一般用文本描述（VHDL语言）。单元模块设计并调试后可打包生成图形模块供系统设计调用。而系统总体电路设计采用图形描述，向下调用生成特殊图形模块或设计库中图形模块，这样电路结构清晰直观，利于仿真调试。在整个课程设计的过程中要求学生以自学为主，通过查阅资料熟练掌握CPLD的设计方法并完成课程设计任务。设计原理图如图1所显示，即通过键盘的弹奏，将输入键盘信号转换成含有音符信号的代码以及产生分频预置数，采用数控分频的方法输出不同音符的频率，最后通过扬声器发出声音，同时用LED显示正在演奏的音符。原理图中的各功能模块均采用文本输入方式，CLK-GEN，KEYSCN，KEYDECODER-DEB三个功能模块采用VHDL语言设计，分别对这三个功能模块编辑、仿真后生成特殊的功能模块，三个功能模块一起实现按键扫描电路功能，体现CPLD中自底向上的设计思想。TONE_ROM为音符查表以及对应简谱频率产生电路，完成音符查表和简谱码产生，SPEAKER为扬声器驱动电路，DISPLAY显示控制及驱动电路，这三个模块也采用文本输入方式进行设计、编辑并进行仿真。而在整体电路设计中采用图形描述，向下调用生成的功能模块，体现了自顶向下的设计思想。
三、经验与体会
通过一个具体的设计课题，指导学生在学习的过程中掌握了CPLD的设计方法以及进行课题研究的一般方法，调动学生的积极主动性，加深了学生对设计方法的理解。有以下几点体会：（1）通过结合实际设计任务的学习方式有利于学生对知识的理解和掌握，比如自底向上和自顶向下的设计方法，如果采用课堂授课方式，学生一般很难理解，即使理解了也不会有太深的印象，而通过这样一个简单的例子，指导学生在设计的过程中分别应用这两种设计方法来完成任务，学生接受起来不仅自然而且有体会，这是课堂教学无法收到的效果。（2）通过查阅手册和参考书籍、文献等资料，培养了学生自学能力独立分析和解决实际问题的能力。（3）在指导学生撰写规范设计报告过程中，培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。（4）整个设计课题虽然简单，但设计过程涉及到了工程课题研究的各个方面，通过完成设计任务为今后毕业设计和从事产品的开发研制奠定了基础。
CPLD是一门实践性很强的课程，已经应用到各种电类产品中，电气信息类学生应通过不同的渠道掌握这门技术。而高校要培养出高素质的工程应用型人才，应在学生课程设计、工程实践等方面进行改革与尝试。采用灵活多变的教学方式，培养学生的学习兴趣、激发学生的求知欲，从而达到启迪思维、拓展视野的目的，培养学生自学能力、独立解决问题的能力、严肃认真的工作作风和严谨的科学态度，为社会培养出具有工程创新能力的卓越工程师。
参考文献：
[1]康雪梅.《数字电路》改革初探[J].电子技术，2009，46（5）.
[2]王彩君，黄智进，周开邻.基于CPLD的毕业设计指导方法研究[J].2009，7（2）：21-22.
简单的电子电路设计范文6
关键词：电子琴；AT89C51
中图分类号：TN709文献标识码：A文章编号：1009-3044(2010)20-5626-02
Design Simple Electronic Organ Based on AT89C51 Single Computer
SUN Wan-lin
(The Department of Physics, Changji College, Changji 831100, China)
Abstract: This paper designs a simple electronic organ system,which is mainly controlled by AT89C51 single computer and used one-tone electric circuit to prompt loudspeaker to pronounce.Through software design and hardware debug show that this system not only brings out playing musical composition basic function,but also its design is concise and is apt to understand.Thus,it has certain practical and reference value and very fits electronicto make.
Key words: electronic organ; AT89C51
电子琴已为人们所熟知，她可以演奏出非常动听的乐曲。在许多专用的电子琴电路中，都采用了特殊的集成电路来完成电子琴电路的设计，利用专用电路产生的声音信号驱动扬声器发音，通过演奏者不同的操作，弹奏出美妙的乐曲。
AT89C51[1]是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k字节的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案,可为您提供许多高性价比的应用场介，可灵活应用于各种控制领域。本文利用AT89C51单片机的强大功能，通过软件产生不同频率的声音信号，经相应的放大电路后，在扬声器中发出8个音节，可以弹奏出不同的曲子。
1 系统原理
用电子琴可以演奏出各种美妙的音乐，而音乐是由音符组成。不同的音符是由相应频率的振动产生不同频率的声音电信号经扬声器发音后，人耳所听到的便是不同的声音，换而言之，只要向扬声器中输入不同频率的电信号，就可以产生不同的声音。若将不同的音节与一定的节拍组合在一起便形成一定的曲调，因此只要一个单片机I/O口，通过软件，控制其输出不同频率的信号，就可以产生8个基本音节，将音节以一定的节拍进行组合，便可以产生歌曲。乐曲中每一音符对应着确定的频率，表1给出 C调时各音符频率[2-3]。如果单片机某个口线输出“高”“低”电平的频率和某个音符的频率一样，那么将此口线接上喇叭就可以发出此音符。
2 系统结构框图及电路图
本文电子琴系统以AT89C51单片机为核心，融合常见电路模块：查询式键盘( 1-7和休止符，其中休止符表示停顿、不发音)接口电路模块和喇叭驱动电路模块。ATMEL公司的生产的8051单片机内部除CPU外，还包括128字节RAM，21个SFR，4个8位并行I／O口，1个全双工串行口，2个16位定时／计数器，片内集成4K字节ROM，具有低功耗、速度快等优点，完全满足本系统设计需要，而且所用器件都具有通用性。
图1为其系统结构图，图2为硬件电路图，单片机最小应用系统的 P1口接查询式键盘，用P3.0口接音频驱动电路，发出音频脉冲，驱动喇叭，发出音乐。
3 软件设计及调试
本系统采用 MCS―51汇编语言编程，经过keil C编译通过，程序编写采取模块化、结构化设计，本软件设计包括主程序流程图（图3）和定时中断服务程序流程图（图4）。
本调试程序具备四种性能：跟踪、断点、查看变量、更改数值。整个程序是一个主程序调用各个子程序实现功能的过程，要使主程序和整个程序都能平稳运行，各个模块的子程序的正确与平稳运行必不可少，所以在软件调试的最初阶段就是把各个子程序模块进行分别调试。
乐谱的编码规则：对于每个音符，定义用8位二进制数表示。其中，最高位为1的字符为结束符，当读到最高位为1时，停止播放；低3位存储音阶码，即音阶表的列数，可为000B～111B (1～7和休止符)，休止符表示停顿，不发音，只有时间长短属性；第3位和第4位存储音高码，即音阶表的行数，可为00B～10B；第5位和第6位存储音长码，即中断次数，可为00B～10B。
运行程序后，按照电子琴的弹法操作，具体对应的键的功能为：使数字键8（休止符）及1、2、3、4、5、6、7作为电子琴按键，每次音阶键按下时，通过调用键盘扫描子程序判断是否有键按下，获得键值，查询音阶表，获取定时器的计时初值，向喇叭输入相应频率的驱动脉冲，它们依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI，达到发出相应的音调的目的[4-6]。若按键没有松开，则一直发声；若按键松开，则停止发声。
4 结束语
该文主要利用MCS-51系列的8051单片机的强大功能，以简单的硬件电路和相对复杂的软件来模拟电子琴的基本功能，该电子琴系统大部分软硬件可以被软件程序柔化取代，电路简洁、操作方便、性能良好，而且其设计简练、易懂，所用器件常见，电路模块具有通用性，对于初学者掌握单片机技术应用是一个非常有效的实践题材[7-9]。
参考文献：
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