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电路设计的一般步骤范文1
1.电子技术课程设计的重点与要求
本课程的重点是电路设计，内容侧重综合应用所学知识，设计制作较为复杂的功能电路或小型电子系统。一般给出实验任务和设计要求，通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力，培养学生创新实践的能力。电子技术课程设计一般要求学生根据题目要求，通过查阅资料、调查研究等，独立完成方案设计、元器件选择、电路设计、仿真分析、电路的安装调试及指标测试，并独立写出严谨的、文理通顺的实验报告。
具体地说，学生通过课程设计教学实践，应达到以下基本要求：建立电子系统的概念，综合运用电子技术课程中所学习到的理论知识完成一个电子系统的设计；掌握电子系统设计的基本方法，了解电子系统设计中的关键技术；进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用器件的原则；掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法；掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统的基本方法；进一步熟悉电子仪器的正确使用方法；学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
2.电子技术课程设计的教学过程
电子技术课程设计是在教师指导下，学生独立完成课题，达到对学生理论与实践相结合的综合性训练，要求本课程设计涵盖模拟电路知识和数字电路知识，因此课程设计的选题要求包含数字电子技术和模拟电子技术。教学环节可以分为以下四个部分。
2.1课堂讲授。
课程设计开始前，需要确定指导老师。由指导老师通过两学时的教学，明确课程设计的要求，主要内容包括课程介绍、教学安排、成绩评定方法等。在课堂教学环节中，指导老师介绍课题的基本情况与要求，要求学生从多个课题中选择一个。
2.2设计与调试环节。
2.2.1前期准备、方案及电路设计。
前期准备包括选择题目、查找资料、确定方案、电路设计、电路仿真等。在确定方案时要求学生认真阅读教材，根据技术指标，进行方案分析、论证和计算，独立完成设计。设计工作内容如下：题目分析、系统结构设计、具体电路设计。学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算，称为预设计阶段，包括元器件的选用和电路参数的计算。最后画出总体电路图（原理图和布线图），此阶段约占课程设计总学时的30％。
2.2.2在实验室进行电路安装、调试，指标测试等。
在安装与调试这个阶段，要求学生运用所学的知识进行安装和调试，达到任务书的各项技术指标。预设计经指导教师审查通过后，学生即可购买所需元器件等材料，并在实验箱上或试验板上组装电路。运用测试仪表调试电路、排除电路故障、调整元器件、修改电路（并制作相应电路板），使之达到设计指标要求。此阶段往往是课程设计的重点与难点，所需时间约占总学时的50％。
2.3撰写总结报告，总结交流与讨论。
撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。学生写报告，不仅要对设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且要把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下方面：系统任务与分析、方案选择与可行性论证、单元电路的设计、参数计算及元器件选择、元件清单和参考资料目录。除此之外，还应对以下几部分进行说明：设计进程记录，设计方案说明、比较，实际电路图，功能与指标测试结果，存在的问题及改进意见，等等。总结报告具体内容如下：课题名称、内容摘要、设计内容及要求、比较和选择设计的系统方案、画出系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择。画出完整的电路图，并说明电路的工作原理。组装调试的内容，包括使用的主要仪器和仪表；调试电路的方法和技巧；测试的数据和波形并与计算结果比较分析；调试中出现的故障、原因及排除方法。总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，列出系统需要的元器件清单，列出参考文献，收获、体会，并对本次设计提出建议。
2.4成绩评定。
课程的实践性不仅体现实际操作能力，而且体现独立完成设计和分析的能力。因此，课程设计的考核分为以下部分：设计方案的正确性与合理性。设计成品：观察实验现象，是否达到技术要求。（安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力）实验报告：实验报告应具有设计题目、技术指标、实现方案、测试数据、出现的问题与解决方法、收获体会等。课程设计答辩：考查学生实际掌握的能力和表达能力，设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神及创新精神，等等。
3.电子技术课程设计的步骤
在“电子技术基础”理论课程教学中，通常只介绍单元电路的设计。然而，一个实用的电子电路通常是由若干个单元电路组成的。通常将规模较小、功能单一的电子电路称为单元电路。因此，一个电子系统的设计不仅包括单元电路的设计，还包括总体电路的系统设计（总体电路由哪些单元电路构成，以及单元电路之间如何连接，等等）。随着微电子技术的发展，各种通用和专用的模拟和数字集成电路大量涌现，电子系统的设计除了单元电路的设计外，还包括集成电路的合理选用。电子电路的系统设计越来越重要，不过从教学训练角度出发，课程设计仍应保留一定的单元电路内容。电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。虽然模拟电路和数字电路设计的方法有所不同（尤其单元电路的设计），但总体电路的设计步骤是基本相同的。电子电路的一般设计方法与步骤包括：总体方案的设计与方案论证、单元电路的设计、单元电路间的连接方法、绘制总体电路草图、关键电路试验、EDA仿真、绘制正式的总体电路图等。
电路设计的一般步骤范文2
关键词：直流稳压电源；电路设计；工作原理
1 电路设计背景和目的
通过多年的教学经验和对中职院校的学生进行的调研情况来看，中职院校的学生普遍文化基础薄弱，对文化课、理论课不感兴趣，但是大部分中职学生对实训课程感兴趣，喜欢动手操作，能够尝试动手去做一些实验，有的甚至能独立完成一些电子产品的安装与调试。例如，简单的门铃电路，流水灯电路等。因此，针对中职院校学生的实际情况，结合我学院电气工程系的学生学习情况，今年，我系领导决定对学生的课程安排进行了大胆改革，去掉纯粹的理论课，所有专业课程都变为一体化课程，让学生通过动手操作掌握理论知识，真正做到在做中学，在学中做，在这样的背景下，我尝试了将所担任学科《电子技术基础》这门理论课程融入到《电子电路的安装与调试》这门实训课程中去，变理论课实训课程为一体化课程。依托这样的改革前提，我尝试对直流稳压电源的电路进行了以下设计，目的就是为了更好的适应电气工程系的改革实践，同时也能够使学生在实际动手操作过程中深刻理解相应的电子专业理论知识，能够培养学生掌握理论知识的能力，激发学生热爱电子专业的热情，提高了学生学习的积极性，最重要的是让学生学会了技能，一技在手，更好地走上工作岗位，尽快地适应社会。
2 电路设计实验设备及器件
所谓巧妇难为无米之炊，电路设计同样需要必要的实验设施和工具，而实验条件的好坏和选择工具的正确与否是设计的关键和前提。下面我来具体阐释我的设计思路中所需要的实验条件、实验工具和必要的原材料：
2.1 电路所需实验设施和工具
本次设计的完成需要在专业的电子试验台上进行，需要的工具如下：示波器、万用表、变压器（12v）、电烙铁、钳子和镊子等，另外需要必要的焊锡和连接线。
2.2 电路所需元器件清单
元器件清单如下：
1A二极管IN4007，V1、V2、V3、V4，4只；发光二极管V5，1只；熔断丝FU 参数为1A1只；100uF 50 V电容C1，1只；10uF25V电容C2，1只；500uF 16V电容C3，1只；2200uF电容C4，1只；开关SW，1只；2.7KΩ电阻R1，1只；190Ω电阻R2，1只；280Ω电阻R3，1只；1KΩ电位器R4，1只；三端集成稳器CW7812 U（可调范围1.25V～12V），一只；可调电阻RW，1只。
3 电路设计思路
直流稳压电源又称为直流稳压器，其作用就是将交流电转化成相应用电器所需要的稳定电压的直流电。其关键是输出直流电压的稳定性，所以我们设计电路的着眼点就是电路转化的稳定性。
3.1 直流稳压电源的工作原理
直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成，其组成框图如图1：
直流稳压电源各部分的作用
（1）电源变压器：主要是降压器，用于把220V的交流电转换成整流电路所需要的交流电压Ui。（2）整流电路：利用整流二极管单向导电性，把交流电U2转变为脉动的直流电。（3）滤波电路：利用滤波电容将脉动直流电中的交流电压成分过滤掉，滤波电路主要有桥式整流电容滤波电路和全波整流滤波电感滤波电路。（4）稳压电路：利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的，用于将不稳定的直流电压转换成较稳定的直流电压。
3.2 直流稳压电源的设计方法
直流稳压电源的设计，是根据其输出电压UO、输出电流IO等性能指标的要求，确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的相关性能参数，选择出这些元器件。
具体设计方法分为三个步骤：第一步：根据直流稳压电源的输出电压UO、最大输出电流IOMAX，确定出稳压器的型号及电路形式。第二步：根据稳压器的输入电压Ui，确定出电源变压器二次侧电压U2；根据稳压电源的最大输出电流IOMAX，确定出流过电源变压器二次线圈的电流I2和电源变压器二次线圈的功率P2；再根据P2，确定出电源变压器一次线圈的功率P1。然后根据所确定的参数，选择合适的电源变压器，一般为12v。第三步：确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压URM和滤波电容的容量值以及耐压值。根据所确定的参数，选择合适的整流二极管和滤波电容。
4 电路设计步骤
电路设计思路想出后，考虑实际电路具体设计步骤，完整的设计步骤是整个电路的核心部分，因此在设计过程中实际设计步骤显得尤为重要，具体步骤为以下几步：
4.1 电路图设计方法
电路图设计使用PCB制图软件制作
4.2 电路原理图的设计
电路原理设计使用Protel2000制图软件设计电路原理图如图2。
4.3 直流稳压电源实物设计
如图3所示安装直流稳压电源电路的前半部分整流滤波电路，然后从稳压器的输入端加入直流电压UI？燮12V，调节RW，如果输出电压也跟着发生变化，说明稳压电路工作正常。用万用表测量整流二极管的正、反向电阻，正确判断出二极管的极性后，先在变压器的二次测线圈接上额定电流为1A的保险丝，然后安装整流滤波电路。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不能接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用示波器或万用表检查整流后输出电压UI的极性，若UI的极性为正，则说明整流电路连接正确，然后断开电源，将整流滤波电路与稳压电路连接起来。然后接通电源，调节RW的值，如果输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作。
5 电路设计总结
通过论述直流稳压电源电路的设计过程，强化了本人所教学科《电子技术基础》中模拟电路部分知识和《电子电路的安装与调试》实验部分知识。所设计的直流稳压电源电路，广泛运用于生活中，例如手机的充电电源、冰箱的稳压电源等。同时，也通过查阅参考书，网上资料等拓宽了自己专业方面的知识面。论述过程中，通过边教学边调研边实践的方式使本人对直流稳压电源电路设计过程有了一些新的认识，特别是强化了自己的教学能力，增强了所教专业学生掌握理论知识的能力，提高了其动手操作的能力。通过一段时间的教学效果来看，我所教授专业的学生对学院的此种教学改革适应快，容易接受，对教师所设计的教学模块感兴趣，并且激发了继续探究这一教学模块的动力，这也充分证明了学院提出的此种教学改革是可行的。
参考文献
[1]郭S.电子技术基础（第四版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社.
[2]王建.维修电工技能训练（第四版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社.
电路设计的一般步骤范文3
关键词：学分制；“数字电子技术”；项目式；教学研究
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）45-0194-04
一、引言
内蒙古农业大学积极推动本科教学，提出本科生的完全学分制教育，将“数字电子技术”课程的学时压缩至54学时，留出更多的时间让学生来主动学习和增强动手能力。笔者试图在“数字电子技术”课程的基础教学中增加一个项目式教学环节，它使学生自己通过设计和搭建一个实用电子产品雏形，巩固和加深在“数字电子技术”课程中的理论基础和实验中的基本技能，训练电子产品制作时的动手能力。这需要研究出适合学生动手实践的项目，学生根据项目要求设计出符合要求的电路，从而掌握数字电路的一般设计方法和步骤，训练并提高学生在文献检索、资料利用、方案比较和元器件选择等方面的综合能力，同时为毕业设计和毕业以后从事电子技术方面的科研和开发打下一定的基础[1]。
二、项目式教学的目的
通过数字电子技术项目式教学，使学生能够较全面地巩固和应用“数字电子技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型数字系统设计的基本方法，能合理、灵活地应用各种标准集成电路（SSI、MSI、LSI等）器件实现规定的数字系统[2]。培养学生独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力，培养学生独立进行实验，包括电路布局、安装、调试和排除故障的能力，培养学生书写综合设计实验报告的能力[3]。
三、项目式教学的步骤
学生根据设计教师步骤的项目任务，从选择设计方案开始，进行电路设计[4]；选择合适的器件，画出设计电路图；通过安装、调试，直至实现任务要求的全部功能，对电路要求布局合理，走线清晰，工作可靠，经验收合格后，写出完整的课程设计报告[5]。
1.总体方案选择。设计电路的第一步就是选择总体方案，就是根据提出的设计任务要求及性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现设计任务提出的各项要求和技术指标[6]。设计过程中，往往有多种方案可以选择，应针对任务要求，查阅资料，权衡各方案的优缺点，从中选优。
2.单元电路的设计。（1）设计单元电路的一般方法和步骤：①根据设计要求和选定的总体方案原理图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标。②拟定出各单元电路的要求后，对它们进行设计。③单元电路设计应采用符合的电平标准。（2）元器件的选择。针对数字电路的课程设计，在搭建单元电路时，对于特定功能单元选择主要集成块的余地较小。比如时钟电路选555，转换电路选0809，译码及显示驱动电路也都相对固定。但由于电路参数要求不同，还需要通过选择参数来确定集成块型号。一个电路设计，单用数字电路课程内容是不够的，往往同时掺有线性电路元件和集成块，因此还需熟悉相应内容，比如运算放大器的种类和基本用法、集成比较器和集成稳压电路的特性和用法。总之，构建单元电路时，选择器件的电平标准和电流特性很重要。普通的门电路、时序逻辑电路、组合逻辑电路、脉冲产生电路、数模和模数转换电路、采样和存储电路等，参数选择恰当可以发挥其性能并节约设计成本。
单元电路设计过程中，阻容元件的选择也很关键。它们的种类繁多，性能各异。优选的电阻和电容辅助于数字电路的设计可以使其功能多样化、完整化。
3.单元电路调整与连调。数字电路设计以逻辑关系为主体，因此各单元电路的输入输出逻辑关系与它们之间的正确传递决定了设计内容的成败。具体步骤要求每一个单元电路都须经过调整，有条件的情况下可应用逻辑分析仪进行测试，确保单元正确。各单元之间的匹配连接是设计的最后步骤，主要包含两方面，分别是电平匹配和驱动电流匹配。它也是整个设计成功的关键一步。
4.衡量设计的标准。工作稳定可靠；能达到预定的性能指标，并留有适当的余量；电路简单，成本低，功耗低；器件数目少，集成体积小，便于生产和维护。
5.课程设计报告要求。课程设计报告应包括以下内容：对设计课题进行简要阐述；设计任务及其具体要求；总体设计方案方框图及各部分电路设计（含各部分电路功能、输入信号、输出信号、电路设计原理图及其功能阐述、所选用的集成电路器件等）；整机电路图（电路图应用标准逻辑符号绘制，电路图中应标明接线引出端名称、元件编号等）；器件清单；调试结果记录；课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐、数据翔实。
四、项目式教学实例
1.实例简述。为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制器的系统框图如图1所示。
2.设计任务和要求。设计一个十字路通信号灯控制器，其要求如下。
（1）满足如图2的顺序工作流程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。
（2）应满足两个方向的工作时序，即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图见图3所示，假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮的时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。其中红灯亮的时间为绿、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。
（3）十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。
（4）可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。
（5）在完成上述任务后，可以对电路进行以下几方面的电路改进或扩展。①在某一方向（如南北）为十字路口主干道，另一方向（如东西）为次干道，主干道由于车辆、行人多，而次干道的车辆、行人少，所以主干道绿灯亮的时间可以选定为次干道绿灯亮的时间的2倍或3倍。②用LED发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶）。
3.可选用器材。①通用实验底板；②直流稳压电源；③交通信号灯及汽车模拟装置；④集成电路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及门电路；⑤显示：LC5011-11，发光二极管；⑥电阻；⑦开关。
4.设计方案提示。根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路，设计方案可以从以下几部分进行考虑。
（1）秒脉冲和分频器。因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5∶1∶6，所以，若选4秒（也可以3秒）为一个单位时间，则计数器每计4秒输出一个脉冲，这一电路就很容易实现。逻辑电路参考前面有关课题。
（2）交通灯控制器。计数器每次工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。扭环形计数器的状态表如表1所示。
由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标1s和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。
（3）显示控制部分。显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。译码显示可用74LS248 BCD码七段译码器，显示器用LC5011-11共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS168、74LS193等。
（4）手动/自动控制、夜间控制。这可以用一个选择开关进行。置开关在手动位置，输入单次脉冲，可使交通灯在某一位置上，开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。夜间时，将夜间开关接通，黄灯闪亮。
（5）汽车模拟运行控制。用移位寄存器组成汽车模拟控制系统，即当某一方向绿灯亮时，则绿灯亮“G”信号使该路方向的移位通路打开，而当黄、红灯亮时，则使该方向的移位停止。如图4所示，为南北方向汽车模拟控制电路。
五、结语
项目教学法主张先练后讲、先学后教，强调学生的自主学习，主动参与，从尝试入手，从练习开始，调动学生学习的主动性、创造性、积极性等，学生唱“主角”，而教师转为“配角”，实现了教师角色的换位，有利于加强对学生自学能力、创新能力的培养。笔者就多个方面对项目教学法进行了尝试性的研究与实践，也取得了非常好的效果。
参考文献：
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[6]郑洁.“数字电子技术”课程实施研究性教学的探索[J].电气电子教学学报，2007，（06）：94-96.
电路设计的一般步骤范文4
计算机系统所要求解决的问题日趋复杂，与此同时，计算机系统本身的结构也越来越复杂。而复杂性的提高就意味着可靠性的降低，实践经验表明，要想使如此复杂的实时系统实现零出错率几乎是不可能的，因此人们寄希望于系统的容错性能：即系统在出现错误的情况下的适应能力。对于如何同时实现系统的复杂性和可靠性，大自然给了我们近乎完美的蓝本。人体是迄今为止我们所知道的最复杂的生物系统，通过千万年基因进化，使得人体可以在某些细胞发生病变的情况下，不断地进行自我诊断，并最终自愈。因此借用这一机理，科学家们研究出可进化硬件（EHW,EvolvableHardWare），理想的可进化硬件不但同样具有自我诊断能力，能够通过自我重构消除错误，而且可以在设计要求或系统工作环境发生变化的情况下，通过自我重构来使电路适应这种变化而继续正常工作。严格地说，EHW具有两个方面的目的，一方面是把进化算法应用于电子电路的设计中；另一方面是硬件具有通过动态地、自主地重构自己实现在线适应变化的能力。前者强调的是进化算法在电子设计中可替代传统基于规范的设计方法；后者强调的是硬件的可适应机理。当然二者的区别也是很模糊的。本文主要讨论的是EHW在第一个方面的问题。
对EHW的研究主要采用了进化理论中的进化计算（EvolutionaryComputing）算法,特别是遗传算法（GA）为设计算法，在数字电路中以现场可编程门阵列（FPGA）为媒介，在模拟电路设计中以现场可编程模拟阵列（FPAA）为媒介来进行的。此外还有建立在晶体管级的现场可编程晶体管阵列（FPTA），它为同时设计数字电路和和模拟电路提供了一个可靠的平台。下面主要介绍一下遗传算法和现场可编程门阵列的相关知识，并以数字电路为例介绍可进化硬件设计方法。
1．1遗传算法
遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程的一种自适应全局优化算法，它借鉴了物种进化的思想，将欲求解问题编码，把可行解表示成字符串形式，称为染色体或个体。先通过初始化随机产生一群个体，称为种群，它们都是假设解。然后把这些假设解置于问题的“环境”中，根据适应值或某种竞争机制选择个体（适应值就是解的满意程度），使用各种遗传操作算子（包括选择，变异，交叉等等）产生下一代（下一代可以完全替代原种群，即非重叠种群；也可以部分替代原种群中一些较差的个体，即重叠种群），如此进化下去，直到满足期望的终止条件，得到问题的最优解为止。
1．2现场可编程逻辑阵列(FPGA)
现场可编程逻辑阵列是一种基于查找表(LUT,LookupTable)结构的可在线编程的逻辑电路。它由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态，工作时需要对片内的RAM进行编程。当用户通过原理图或硬件描述语言（HDL）描述了一个逻辑电路以后，FPGA开发软件会把设计方案通过编译形成数据流，并将数据流下载至RAM中。这些RAM中的数据流决定电路的逻辑关系。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用，灌入不同的数据流就会获得不同的硬件系统，这就是可编程特性。这一特性是实现EHW的重要特性。目前在可进化电子电路的设计中，用得最多得是Xilinx公司的Virtex系列FPGA芯片。
2进化电子电路设计架构
本节以设计高容错性的数字电路设计为例来阐述EHW的设计架构及主要设计步骤。对于通过进化理论的遗传算法来产生容错性，所设计的电路系统可以看作一个具有持续性地、实时地适应变化的硬件系统。对于电子电路来说，所谓的变化的来源很多，如硬件故障导致的错误，设计要求和规则的改变，环境的改变（各种干扰的出现）等。
从进化论的角度来看，当这些变化发生时，个体的适应度会作相应的改变。当进化进行时，个体会适应这些变化重新获得高的适应度。基于进化论的电子电路设计就是利用这种原理,通过对设计结果进行多次地进化来提高其适应变化的能力。
电子电路进化设计架构如图1所示。图中给出了电子电路的设计的两种进化，分别是内部进化和外部进化。其中内部进化是指硬件内部结构的进化，而外部进化是指软件模拟的电路的进化。这两种进化是相互独立的，当然通过外部进化得到的最终设计结果还是要由硬件结构的变化来实际体现。从图中可以看出，进化过程是一个循环往复的过程，其中是根据进化算法（遗传算法）的计算结果来进行的。整个进化设计包括以下步骤：
（1）根据设计的目的，产生初步的方案，并把初步方案用一组染色体（一组“0”和“1”表示的数据串）来表示，其中每个个体表示的是设计的一部分。染色体转化成控制数据流下载到FPGA上，用来定义FPGA的开关状态，从而确定可重构硬件内部各单元的联结，形成了初步的硬件系统。用来设计进化硬件的FPGA器件可以接受任意组合的数据流下载，而不会导致器件的损害。
（2）将设计结果与目标要求进行比较，并用某种误差表示作为描述系统适应度的衡量准则。这需要一定的检测手段和评估软件的支持。对不同的个体，根据适应度进行排序，下一代的个体将由最优的个体来产生。
（3）根据适应度再对新的个体组进行统计，并根据统计结果挑选一些个体。一
部分被选个体保持原样，另一部分个体根据遗传算法进行修改，如进行交叉和变异，而这种交叉和变异的目的是为了产生更具适应性的下一代。把新一代染色体转化成控制数据流下载到FPGA中对硬件进行进化。
（4）重复上述步骤，产生新的数代个体，直到新的个体表示的设计方案表现出接近要求的适应能力为止。
一般来说通过遗传算法最后会得到一个或数个设计结果，最后设计方案具有对设计要求和系统工作环境的最佳适应性。这一过程又叫内部进化或硬件进化。
图中的右边展示了另一种设计可进化电路的方法，即用模拟软件来代替可重构器件，染色体每一位确定的是软件模拟电路的连接方式，而不是可重构器件各单元的连接方式。这一方法叫外部进化或软件进化。这种方法中进化过程完全模拟进行，只有最后的结果才在器件上实施。
进化电子电路设计中，最关键的是遗传算法的应用。在遗传算法的应用过程中，变异因子的确定是需要慎重考虑的，它的大小既关系到个体变异的程度，也关系到个体对环境变化做出反应的能力，而这两个因素相互抵触。变异因子越大，个体更容易适应环境变化，对系统出现的错误做出快速反应，但个体更容易发生突变。而变异因子较小时，系统的反应力变差，但系统一旦获得高适应度的设计方案时可以保持稳定。
对于可进化数字电路的设计，可以在两个层面上进行。一个是在基本的“与”、“或”、“非”门的基础上进行进化设计，一个是在功能块如触发器、加法器和多路选择器的基础上进行。前一种方法更为灵活，而后一种更适于工业应用。有人提出了一种基于进化细胞机（CellularAutomaton）的神经网络模块设计架构。采用这一结构设计时，只需要定义整个模块的适应度，而对于每一模块如何实现它复杂的功能可以不予理睬，对于超大规模线路的设计可以采用这一方法来将电路进行整体优化设计。
3可进化电路设计环境
上面描述的软硬件进化电子电路设计可在图2所示的设计系统环境下进行。这一设计系统环境对于测试可重构硬件的构架及展示在FPGA可重构硬件上的进化设计很有用处。该设计系统环境包括遗传算法软件包、FPGA开发系统板、数据采集软硬件、适应度评估软件、用户接口程序及电路模拟仿真软件。
遗传算法由计算机上运行的一个程序包实现。由它来实现进化计算并产生染色体组。表示硬件描述的染色体通过通信电缆由计算机下载到有FPGA器件的实验板上。然后通过接口将布线结果传回计算机。适应度评估建立在仪器数据采集硬件及软件上，一个接口码将GA与硬件连接起来，可能的设计方案在此得到评估。同时还有一个图形用户接口以便于设计结果的可视化和将问题形式化。通过执行遗传算法在每一代染色体组都会产生新的染色体群组，并被转化为数据流传入实验板上。至于通过软件进化的电子电路设计，可采用Spice软件作为线路模拟仿真软件，把染色体变成模拟电路并通过仿真软件来仿真电路的运行情况，通过相应软件来评估设计结果。
4结论与展望
进化过程广义上可以看作是一个复杂的动态系统的状态变化。在这个意义上，可以将“可进化”这一特性运用到无数的人工系统中，只要这些系统的性能会受到环境的影响。不仅是遗传算法，神经网络、人工智能工程以及胚胎学都可以应用到可进化系统中。虽然目前设计出的可进化硬件还存在着许多需要解决的问题，如系统的鲁棒性等。但在未来的发展中，电子电路可进化的设计方法将不可避免的取代传统的自顶向下设计方法，系统的复杂性将不再成为系统设计的障碍。另一方面，硬件本身的自我重构能力对于那些在复杂多变的环境，特别是人不能直接参与的环境工作的系统来说将带来极大的影响。因此可进化硬件的研究将会进一步深入并会得到广泛的应用而造福人类。
电路设计的一般步骤范文5
关键词:专用集成电路;寄存器传输级;门级网表;可靠性;手工综合
中图分类号:TN402.22文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)20-004-03
Research on Manual Synthesis Based on ASIC Design
WANG Xiaohua,LUO Xiaoshu,YIN Yangang
(College of Physics and Electronic Engineering,Guangxi Normal University,Guilin,541004,China)
Abstract:With the development of ASIC design rapidly,it is key technology of the front-end IC design that the register transfer level description is manually synthesized the register transfer level.Through artificial participation,behave-level code by some of the most basic logic gates(such as nand-door,non-door,nor-door,etc.) gets the corresponding gate-level circuit according to the corresponding synthesized circuit model.Such methods used in ASIC design not only can optimize the circuit structure,but also can guarantee the correct logic function.At the same time,it can reduce the transmission delay and improve the reliability of chip design.Therefore,research on the ASCI design by manual synthesis is of practical value.
Keywords:application specific integrated circuit;register transfer level;register transfer level;reliability;manual synthesis
0 引 言
随着专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit)设计的迅速发展,将寄存器传输级(RTL)描述的手工综合成门级网表,是IC前端设计中的关键技术[1]。在当前IC设计中,通常在行为级功能验证后,采用软件进行自动综合的方式。这种方式虽然缩短了ASIC设计的周期,但是利用软件综合的门级电路存在很大的冗余,从而影响到整个芯片的版图面积和延时。如果采用手工综合,则会得到最简的电路结构和最少的线路延时。在总体上,手工逻辑综合可分为时序逻辑综合和组合逻辑综合[2]。
在此,以成功开发的无线发码遥控编码芯片为实例,详细介绍手工综合RTL级代码的理论依据和实用方法,重点介绍时序逻辑综合的实现方法,将时序逻辑综合的实现方法归纳出各种描述的一般特征,将用户多种多样的描述归整为五种形式,避免了综合过程中的盲目性,使得整个综合过程有据可依,从而提高综合的效率和准确性[3],并对手工综合进行深入的研究。
1 组合逻辑综合
组合逻辑综合的功能是对组合逻辑函数的描述形式进行一系列转换和优化,求取实现该逻辑函数性能最佳的组合逻辑结构形式,并生成与逻辑功能描述相等价的优化的逻辑级结构描述。由于行为级描述或寄存器传输级描述经转换后所得到的逻辑级的逻辑函数表示通常都是非优化的表示,因此就需要使用逻辑优化工具对其进行综合和优化。
组合逻辑综合的目标通常有:其一是为了在满足延迟的约束下将面积最小化;其二是为了提高电路的可测试性[4]。
组合逻辑电路设计是数字电路设计的基础。相对时序逻辑电路而言其综合过程要简单,可参考上面的手工综合步骤,在这里设计了两个电路对ASIC的手工综合进行具体研究。
1.1 单增量加法器(4位)
所谓单增量加法器,就是在二进制计算中,行使代码换算的任务,即二进制计算中若输出有N值存在,接下来的数值就是N+1,为了把输出值从N变为N+1就必须做一个电路。若其Verilog HDL描述语言为:
counter_disp
则综合步骤为:
(1)列出真值表(略);
(2) 从真值表可以得出其逻辑表达式为:
sum[0]=NOT disp[0]sum[1]= disp[0] XOR disp[1]
sum[2]= disp[2] XOR (disp[0] AND disp[1])
sum[3]= disp[3] XOR (disp[0] ANDdisp[1]AND disp[2])
(3) 综合后的电路图如图1所示。
图1 单增量加法器手工综合后电路
1.2 数值比较器(4位)
完成A
对应的描述语言为:
if(counter disp
(1) 列出真值表(见表1)。其中“X”表示任意值。
(2) 从真值表写出比较结果的逻辑表达式,再通过化简得到最简表达式为:
A_small_B =A3n•B3+(B2B2)A2n•B2+(A3B3)(A2B2)A1n•B1+(A3B3)(A2B2)(A1B1)•A0n•B0
(3) 画出综合后的电路图(见图2)。
表1 真值表
输入输出
A3B3A2B2A1B1A0B0A
A3>B3XXX0
A3
A3=B3A2>B2XX0
A3=B3A2
A3=B3A2=B2A1>B1X0
A3=B3A2=B2A1
A3=B3A2=B2A1=B1A0>B00
A3=B3A2=B2A1=B1A0
A3=B3A2=B2A1=B1A0=B00
图2 数值比较器手工综合后电路
2 时序逻辑综合
时序逻辑综合的主要研究集中于同步时序电路的设计综合。异步时序电路由于其设计和控制过程的复杂性,自动综合十分困难。同步时序电路逻辑综合研究的内容主要有:同步时序电路的综合方法(即有限状态机的综合)、时序的优化以及时钟系统的设计优化等。
有限状态机综合的主要任务是根据给定的逻辑功能,选取触发器和锁存器等时序元件,寻求优化的时序状态激励函数。同步时序电路综合的目标是获得芯片面积优化的高性能电路结构形式,其中包括时序重构和时序逻辑优化等方面。时序优化与时钟系统的优化通过分析时序电路的数据传输行为,设置合理的参数,提高系统的效率,消除时序错误,解决时序冲突[6]。优化电路,得到最终的门级电路网表。
在进行了格式判别,确定采用何种时序元件后,就可以从相应的目标库中提取相应的元件,组织成符合最终输出形式的网表格式。在提取元件时应当根据用户的输入描述取得最优化的结果,当然,这种优化问题也可以在得到最终的数据通道之后进行。对于同步/异步复位及上升/下降沿触发的问题,在一般的目标库中,都有各种不同类型的时序逻辑电路元件,同步/异步复位元件为其中之一[7]。同步/异步复位触发器的综合与其他元件的综合有所不同,综合时考虑的不仅是某一条赋值语句,而是将用户的描述作为一个整体来考虑。在提取赋值语句时,同时分析相互有关联的语句以及这些语句的相关条件,根据上下文语义得出最终的结论。
下面针对上述理论用一实例来说明:在采用上面的综合步骤预处理和综合实现算法后,得到输出信号outA的赋值情况如下:
条件X1成立时outA≤0;条件X2成立时outA≤0;条件Y1成立时outA≤1;条件Y2成立时outA≤in1;其他条件下outA保持。
其处理过程如下:
(1) 将所有使输出信号为0的条件标识为A1,A2等A类(A1=X1,A2=X2);
(2) 将所有使输出信号为1的条件标识为B1,B2等B类(B1=Y1);
(3) 将所有使输出信号为某个输入信号或中间信号值的条件标识为C1,C2等C类(C1=Y2);
(4) 写出其逻辑表达式:
outA=(A1+A2+in1_not C1)(B1+in1•C1+outA)
=(X1+X2+in1_not Y2)(Y1+in1•Y2+outA)
(5) 将目标信号的逻辑表达式进行画简(这里设定已为最简式);
(6) 画出对应的逻辑电路图(见图3):(其中in1_not表示为in1的非,其余类同。)
图3 综合后电路
具有数据通道的有限状态机是描述数字系统的最常用的模型。有限状态机分为两个部分:数据通道部分和控制部件部分。数据通道部分包括数据的处理部件、存储部件、传输部件及其互连[8]。控制部分主要完成数据通道的时序控制,以及根据当前状态、外部控制输入和数据通道内部状态产生外部控制输出和数据通道控制信号等。逻辑综合接受算法级行为描述,通过将其编译转换成为内部表示形式,然后经过操作调度和硬件资源分配等处理过程,最终产生表示数据通道的寄存器传输级网表,并根据调度的需要提取控制信息产生控制部件的行为描述(即有限状态机的描述,一般为状态转换表/图)[9]。控制流综合对行为描述的有限状态机进行分解、化简、分配等处理,选取时序元件,导出状态转换函数和控制输出函数。
下面以一个实例来介绍控制部分的逻辑综合过程和方法。
按照前面的步骤,分析Verilog HDL代码,已得出该控制流部分的状态转换图(见图4),在这里只列出用符号代替的状态转移条件,未写出各输出端信号。
图4 状态转移图
这是LED驱动控制芯片核心模块(显示和键扫控制模块)的状态转换图,下面以DISPLAY状态为目标求其状态转移电路图,如图5所示。
图5 状态DISPLAY 综合后电路
(1) 根据状态转移图列出与DISPLAY状态相关的状态转换条件:
当A=1,DISPLAY=1 D=1时,DISPLAY=1;
当B=1,DISPLAY=0 C=1时,DISPLAY=0
(2) 推断出DISPLAY状态保持的条件,设为E:
E=(B && DISPLAY) ||(C&& DISPLAY)+H=
BC&& DISPLAY+H=BC&& DISPLAY
(3) 化简并得出DISPLAY的逻辑表达式:
DISPLAY≤A+D+E (4) 画出其逻辑电路图(状态机采用独热码编码方式)。
3 结 语
在此归纳出一套手工逻辑综合的方法和综合步骤,该方法适用于中小规模和超大规模中的核心电路部分的电路综合。同时手工综合后的效果与自动综合软件相比,其电路可靠且使用的门电路规模减少,功耗降低,延时达到最小。
参考文献
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[2]刘丽华,辛德禄,李本俊.专用集成电路设计方法[M].北京:北京邮电大学出版社,2001.
[3]汪庆宝,宿昌厚.超大规模规模集成电路设计技术从电路到芯片[M].北京:电子工业出版社,1996.
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[5]Christopher Saint,Judy Saint.IC Layout Basic[M].北京:清华大学出版社,2003.
[6]Michael John Sebastian Smith.Application-specific Integrated Circuits[M].北京:清华大学出版社,2006.
[7]R Jccob Baker,Harry W Li,David E Boyce.CMOS Circuit Design,Layoutand Simulation[M].北京:机械工业出版社,2005.
电路设计的一般步骤范文6
1电路设计和仪器选择的基本理论依据
1.1电路的选择
（1）测量电路――电流表内、外接电路的选择.
由于电压表的分流作用和电流表的分压作用，造成表的示数与通过负载的电压或电流真实值之间产生误差，为减小此系统误差，当待测电阻阻值Rx为小电阻时，有RVRx或RVRx>RxRA，电压表分流很小时，选择电流表外接电路；
当待测电阻阻值Rx为大电阻时，有RARx或RVRx
（2）控制电路――滑动变阻器限流与分压接法电路的选择：
①当负载电压要求从零开始调节，采用分压
电路.
②当滑动变阻器阻值小于负载电阻时，一般采用分压电路；当滑动变阻器阻值大于负载电阻时，一般采用限流电路.
③当电源电动势较大、滑动变阻器阻值较小，不能满足限流要求时，采用分压电路.
1.2电路实验器材和量程的选择，应考虑以下几点
（1）电路工作的安全性，即不会出现电表和其它实验器材因过载毁坏现象.
（2）能否满足实验要求（常常要考虑便于多次测量求平均值）.
（3）选择器材的一般思路是：首先确定实验条件，然后按电源―电压表―电流表―滑动变阻器顺序依次选择.
①电源的选择：在不超过待测器材所允许的最大电压值的情况下，选择电动势较大的电源（以获得更多的测量数据）.在相同电动势情况下，通常选择内电阻较小的电源（以获得较稳定的路端电压）.
②电表的选择：在不超过电表量程的条件下，选择量程较小的电表（以便测量时示数能在满刻度的2/3左右）.
2测量电阻的电路设计和仪器选择
2.1伏安法即用电流表测出流过Rx的电流I，用电压表测出Rx两端电压U，再根据欧姆定律（Rx =U/I）求出Rx
根据这一原理，在设计测量电路时，必须有电压表和电流表，同时还要满足三个条件：第一，选好电压表、电流表的量程，量程太大或太小，都会违反读数原则；第二，正确选择好电流表的内、外接法；第三，确定滑动变阻器的限流式接法或分压式接法.此外，在选择各种仪器时，还要考虑仪器所能承受的最大电压、电流及电功率，这一点最容易忽视.
例1用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下 ：
待测电阻Rx （阻值约为25 kΩ）
电流表A1：（量程100 μA，内阻2 kΩ）
电流表A2：（量程500 μA，内阻300 Ω）
电压表V1：（量程10 V，内阻100 kΩ）
电流表V2：（量程50 V，内阻500 kΩ）
电源E：（电动势15 V，允许最大电流1 A）
滑动变阻器R：（最大阻值1 kΩ）
电键S，导线若干
为了尽量减小实验误差，要求测多组数据.
（1）电流表应选，电压表应选.
（2）画出实验电路图.
解析（1）器材选择（测量电路）
从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑，两电表及电表与电源间的配置要合理.注意到电源电动势远小于电压表V2的量程，而跟电压表V1的量程较接近，若选用电压表V2来测量电压，其最大偏转量达不到量程的13，读数时偶然误差太大，所以选用V1较恰当；而此时通过电流表的最大电流
Im=UmRx=102.5×104 A=400 μA，
因此，电流表A2与V1配置较好.
（2）电路选择（控制电路）
电路选择主要从滑动变阻器对电路的控制和调节的角度考虑.若采用限流电路控制，注意到测量部分的总电阻约为20 kΩ，远大于滑动变阻器的总电阻（1 kΩ），要保证电表安全，变阻器分得的电压至少为5 V，阻值应调到10 kΩ，显然，限流不能起到保证电表安全的作用，更不能进行有效调节，所以，只能采用分压电路控制，实验电路如图1所示.
点评 伏安法测电阻是测电阻实验的物理模型，其他方法是这一物理实验模型的转换和迁移.因此，理解伏安法测电阻的实验原理、电路设计和仪器选择的依据、实验步骤、数据处理方法、误差分析、电路的连接也是电学实验的基础和前提.
2.2“安安”法是利用两块电流表测电阻的一种方法，这一方法的创新思维是运用电流表测电压（或算电压），此方法适用于电压表不能用或没有电压表等情形
设计电路时除考虑电流表的量程外，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式.
例2用以下器材测量一待测电阻的阻值.器材（代号）与规格如下：
电流表A1（量程250 mA，内阻r1为5 Ω）；
标准电流表A2（量程300 mA，内阻r2约为5 Ω）；
待测电阻R1（阻值约为100 Ω）；
滑动变阻器R2（最大阻值10 Ω）；
电源E（电动势约为10 V，内阻r约为1 Ω）；
单刀单掷开关S，导线若干.
（1）要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号.
A.1 kΩB.5 kΩC.10 kΩD.25 kΩ
解析（1）实物连线如图8所示.
（2）电阻箱的阻值
R1=0×100 Ω+8×10 Ω+6×1 Ω+3×0.1 Ω
=86.3 Ω.
本题测量电流表的内阻的方法是“替代法”.即用电阻箱的阻值替代电流表A1的内阻值，其条件是：开关S2分别扳到a处和b处时，保持滑动变阻器R2不变，且使电流表A2读数相同.所以，待测电流表A1的内阻.
RA=R1=86.3 Ω.
（3）当R2调为零时，要使电路中的电流I不超过电流表A2的量程，根据闭合电路欧姆定律可知，电路总电阻R总至少为：
R总=EIA2=4200×10-6=2×104 Ω=20 kΩ.
由于电流表A1、A2的内阻（约为100 Ω）远小于R总，故保护电阻R3应选用20 kΩ的电阻，但若选用200 kΩ的电阻，则电路中电流太小，电流表A1、A2指针偏转量太小，读数不明显，实验误差太大.所以，正确的选项为B.
（4）由于R3=20 kΩ，调整滑动变阻器R2时，要使电流表A2的读数为150 μA，则
R2≈EI-R3=4150×10-6 Ω-2×104 Ω≈7 kΩ.
若选用1 kΩ或5 kΩ滑动变阻器，则不能满足实验要求（A2读数为150 μA）；若选用25 kΩ的滑动变阻器，则调节范围太小（不方便调节），所以，选用10 kΩ的滑动变阻器较合适，正确的选项为C.
注：对于直接等效替代法，除电流等效替代外，也可采用电压等效替代（如图9所示），其实质是相同的.
2.5.2间接等效法测电流表或电压表的内阻，这种方法又称半偏法.
测电流表的内阻
①电路图如图10所示：
a.如图连接，R1为电阻箱，可以是滑动变阻器，R2为电阻箱.b.闭合S1，调节R1，使电流表指针满偏.c.闭合S2，保持R1不变，调节R2，使电流表指针半偏d.从电阻箱上读出R2的电阻值R2，认为rg =R2′
②误差分析
满偏时：Ig=ER1+Rg
半偏时：Ig2=ER1+RgR2Rg+R2×RgR2Rg+R2×1Rg，
故R2′=RgR1R1+Rg
当R1Rg时，测量值R2接近Rg，要减小误差，应使R1Rg.
此时认为流过电源的总电流仍为Ig，这是因为R1的电阻远大于表头的电阻.S2合上与否，对整个电路的总电阻的影响是极小的.此时，由于流过表头的电流为Ig/2，则流过R2的电流也为Ig/2，即流过表头与R2的电流相等，则表头与R2的阻值肯定也相等，所以，只要读出R2的阻值，即为表头的阻值.实际上，当S2合上时，总电阻变小，总电流变大，即流过R2的电流大于Ig/2，根据并联电阻的分流原理，可知R2小于表头的阻值，测量结果偏小.
测电压表的内阻
①电路如图11所示，原理：在R触头不变的前提下认为上图中支路两端电压不变，当R′=0时，电压表满偏，调节R，使电压表半偏，则
RV = R′.
②误差：当调节R时，支路电阻变大，电压实际上变大，即大于电压表的满偏电压，而电压表半偏，R′上的电压大于电压表的电压，因此R′>RV，即测量值偏大.
③条件：只有RRV（或R′）时，调R′时，才能近似认为支路电压不变.
例6为了较准确地测定一只量程为3 V，内阻约3 kΩ的电压表的内阻值，在手头没有电流表可用的情况下，某同学设计了如图12所示的实验电路.其中R1是最大阻值为9999 Ω的电阻箱，R2是最大阻值为20 Ω的滑动变阻器.电源是电动势为6 V的蓄电池.
①试用笔画线代替导线，将如图13所示实验器材连接成实验电路.（有两根线已经接好，不得改动）
②在接通电路前，应将滑动变阻器的滑动触头置于端（填A或B），将电阻箱阻值调到（填最大或最小）.
③根据实验电路，按合理的顺序写出本实验的主要步骤，包括须记录的数据，并用这些数据写出测量结果的表达式.
解析①图略 ②A，最大 ③按电路图接好电路；闭合S1、S2，调节R2的滑动触头，使电压表满偏；断开电键S2，保持滑动触头的位置不变，调节R1的阻值，使电压表半满偏；记录这时电阻箱的阻值R；电压表内阻RV=R.
点评利用直接等效法时，应保持其他部分电路不变，只更换待测电阻和电阻箱并使电表的示数相同，此种方法无系统误差；利用间接等效法时，应先使电表满偏，再保持其他部分电路不变，在并入电阻箱后使电表的示数为半偏，认为电流或电压相等，从而认为电阻相等，此种方法存在系统误差，且只能测电表的内阻.
2.6“ 阻值相减法”即利用测出的待测电阻和其他电阻的总阻值然后减去其他电阻阻值的方法
例7如图14所示，选取合适的器材，按电路图连接好电路后，该实验操作过程的第一步是：闭合电键S1，将电键S2接2，调节滑动变阻器R1和R2 ，使电压表和电流表的示数尽量大些，读出这时电压表和电流表的示数U1、I1.（1） 请你写出该实验操作过程的第二步，并说明需要记录的数据：.（2） 请你写出由以上记录的数据计算被测电阻Rx的表达式：.
解析（1） 由该实验操作过程的第一步，闭合电键S1，将电键S2接2，调节滑动变阻器R1和R2 ，读出这时电压表和电流表的示数U1、I1.再由部分电路欧姆定律得（Rx+R1 +RA ）=U1/ I1.为了消除（R1+RA）所带来的误差， 实验操作过程的第二步是：闭合电键S1，将电键S2接1，调节滑动变阻器R1和R2 ，使电压表和电流表的示数尽量大些，读出这时电压表和电流表的示数U2、I2，并记录示数U2、I2.
（2）实验操作过程的第一步，得
Rx+R1+RA=U1I1（1）
实验操作过程的第二步，得
R1+RA=U2I2（2）
联立（1）、（2）得
Rx=U1I1-U2I2=U2I2-U2I1I1I2，
测电阻Rx，表达式是Rx=U1I1-U2I2.
