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电子设计论文范文1
知识面广，内容涵盖多个专业领域新技术的应用，学生在连续四天三夜内完成赛题的设计、制作及调试，并写出设计报告。竞赛考察学生的设计能力、实践动手能力，对学生的心理素质及团队精神是一个极大的挑战。在竞赛的过程中，学生应用各种资源，不断提升自己的学习能力、发展创新能力。通过对连年来竞赛作品、设计报告的分析，发现在参赛学生中，以下问题较为普遍。（1）对专业前沿知识了解不足，缺乏对新器件、新技术的应用；（2）知识面较窄，综合分析、设计运用能力不够，创新能力较差；（3）实践动手及调试能力不足。
2.依托电子设计竞赛推动电子信息工程专业教学改革
学生在竞赛中出现的问题，充分说明了在现行的教学过程中，缺乏对学生能力的培养，教学内容没有跟上当代科技的发展，必须进行教学改革。
2.1依托竞赛充实教学内容，更新教学体系
随着科技的高速发展，学科之间相互交叉渗透，电子设计竞赛的题目正朝着新器件、新技术及新应用方面发展，赛题综合性强，设计指标要求高。传统的教学内容和课程体系已不能满足科技的发展，这就需要我们更新教育理念，扩充教学内容。对学生的专业知识结构进行有效的整合，构建新的课程体系，在新课程体系中增设一些综合性课程设计，在毕业设计和课程设计中鼓励学生制作电子实物，以加强学生的工程实践能力。在信息和电子技术飞速发展的今天，相关专业课程内容更新快，课程的内容不仅要有基础知识和专业知识部分，同时还应该注重学科前沿知识，把新技术、新应用充实到教学中。要在有限的学时里增加新知识，我们必须对授课内容做相应调整，在基础课中减少基本公式推导等理论性论证过程。在专业基础课中增加实用性电路设计的实例，而在专业课的教学过程中则需扩充一些综合性电路系统设计的案例。通过相应案例的分析、设计过程来加强学生分析问题、解决问题的能力，强化学生综合运用知识的能力。教学方法上应采用多样化的教学手段，激发学生自主性学习热情，培养学生创新性思维，改变传统的“满堂灌”，以及教学过程中只注重知识的传授，忽视对学生综合应用能力的培养，尤其是创新能力培养的现象。适当地采用启发式、讨论式以及案例教学方法，有意识地把实际工程案例中的某些问题留给学生，引导学生通过思考、讨论、自学等方法解决实际问题，增强学生的成就感，提高学习兴趣，培养他们的自主学习能力、解决问题能力和创新能力。
2.2依托竞赛促进实验教学改革
实验教学的宗旨是促进学生对理论知识的理解，培养学生动手实践能力、提升学生创新能力的发展。目前，我国还有相当数量的高校在教学过程中没有摆脱传统教育理念和模式，存在着偏重知识轻视能力、偏重继承轻视创新、偏重理论轻视实践的教育观[2]。在这种教育思想的指导下，实验教学过程中验证性实验占主导地位，综合性、设计性实验分量不足。这种实验教学模式培养的学生只满足于对书本知识的理解，动手能力不强、创新思维不足、难于将书本知识融合到实践中，解决不了实际问题，很难满足当今社会发展的需求。因此，势必要对实验教学进行改革。针对目前实验教学中存在的问题，借助电子设计竞赛的推动，按照训练层次，重新整合原有的实验，划分为以下三个部分。
2.2.1验证性实验
验证性实验的教学目的是训练学生对常用基础性仪器及基本电子器件的正确使用，验证课堂教学中的基本理论。通过验证性实验加深对理论知识的理解，培养学生正确纪录实验数据，并能够对数据的正确性做出分析、处理。实验内容要尽可能多地涉及理论教学中的重要知识点，实验过程中要对电路的测量和调试方法做重点训练。完成验证性实验后，学生应该掌握信号源、示波器等常用仪器的使用方法，同时应具备测量和调试简单电路的技能。为后面的综合、设计性实验奠定基础。
2.2.2综合性实验
综合性实验的目的是训练学生对多种仪器综合使用的技能及对综合性电路的组建、调试的能力。实验采用模块化结构，将基本的单元电路组合成具有一定功能的小系统电路，实现电路系统的设计。通过综合性实验，学生应具备小系统电路的构建、安装、调试的能力，查阅器件手册及网络查询资料的能力，初步具备现场处理问题的能力。
2.2.3设计性实验
设计性实验的目的是培养学生自主学习能力、设计动手能力、组织管理能力及创新能力。可以是老师出题，也可以学生自拟题目，针对题目，学生首先查阅资料，拟定实验方案，设计出实验电路。然后自己进实验室，通过实验器件、仪器和设备完成实验课题。在设计性实验的全部过程中学生是实验的主体，老师只扮演启发和点拨的角色。设计性实验赋予学生很大的空间，在这种模式下，学生可以独立思考，大胆实验，使自己的创新思维得以体现，通过设计性实验学生应基本具备应用综合知识解决实际问题的能力。
2.3以竞赛促进大学生科技创新活动的开展，培养创新能力
科技创新活动是培养大学生创新能力的不可或缺的手段，是教学工作的延伸。培养学生的创新能力是社会赋予高校的职责，也是当代大学生所应具备的潜质。为了把科技创新活动开展得更好，须从以下几方面入手。
2.3.1学校应加强制度建设，提高管理水平。学校要建立起对学生科技创新活动进行组织和管理的规章制度。设立科技创新活动基金，用于奖励在此项活动中表现突出的学生和指导教师，调动师生的积极性，推动科技创新活动长期有效的开展。另外，可以通过成立电子协会、电子兴趣小组、创新活动小组等多样化的形式，吸引学生参与到课外科技活动中来。
2.3.2采取有效措施，调动老师和学生的积极性。在学校科技创新活动中教师发挥着非常重要的作用。为调动教师积极性，保证学生创新活动的层次和质量，学校应认可指导教师的付出，拨专项经费，建立、开放创新实验室，配备有实践经验的教师指导学生科技创新活动。学校还可以通过制定指导教师工作量，成立科技创新活动指导小组，落实指导教师职责，开展评奖评优等方法促进教师在学生科技创新活动中的积极性。对于学生，学校则可以通过学分对换、设立创新基金等形式，奖励在活动中成绩显著的学生。在创新活动中指导教师要切实起到引领和点拨的作用，首先应保证对学生的指导时间，定期给学生开办讲座，使学生了解专业发展的前沿，组织学生参与到项目研究中来，以提高学生科技创新素质和科研水平，促进科技创新活动的深入开展。
2.3.3建立创新实验室，加大开放力度。无论科技创新活动，还是学科竞赛都离不开实验室。学校应建立专门用于此类活动的创新实验室，添置活动所需的实验设备。更新实验室管理办法，设置实验室开放经费，增加实验室开放时间，安排开放性实验教学，把开放性实验教学纳入学分中，有意识地使开放性实验和科技创新活动相融合，为学生参加学科竞赛搭建良好的平台，为课外科技创新活动奠定重要的基础。
3.结束语
电子设计论文范文2
汽车电子设计已成为汽车系统设计中的重点和难点。传统方式下的汽车设计者不得不借助各种机械的、液压的、电子的汽车零部件以验证汽车各子系统的功能，开发周期长，成本居高不下。为了缩短开发周期、降低开发成本，人们引入了SABER仿真技术进行汽车系统技术的验证和开发。SABER仿真技术通过对整个汽车系统进行有效的建模和分析，能够节约大量的试验设备和试验时间。国际上几大跨国汽车公司都已使用SABER仿真技术进行设计，如美国通用、大众、克莱斯勒等。目前，国内有泛亚技术中心能够运用此项技术与通用（北美）进行同步开发。
1SABER软件仿真技术
SABER软件是一个在数学模拟及硬件设计方面功能卓著的仿真工具。对于复杂的混合信号设计和验证问题，SABER软件为设计工程师提供了一种功能强大的混合信号行为仿真器。由于混合信号硬件描述语言——MAST的支持，SABER软件实现了单一内核混合信号及混合技术的仿真，完全改变了模拟电路仿真的现状。SABER软件在混合技术领域具有多个仿真引擎，可以分别处理不同领域的设计单元，且遵循相应的守恒定律，支持电力系统、机电一体化、机械系统、电子系统、光电控制系统、液压系统等系统单元。现在，SABER软件在汽车和飞机制造领域已得到广泛的应用。尤其是在汽车制造领域，许多欧美公司已将它定为行业标准，并投资SABER软件的发展以不断满足新的设计需要。
SABER软件具有明显的优势：分析从SOC到大型系统之间的设计，包括模拟电路、数字电路及混合电路；通过单一的混合信号仿真内核就可以提供精确有效的仿真结果；通过对稳态、时域、频域、统计、可靠性及控制等方面的分析来检验系统性能。
SABER仿真器能够让设计人员对从汽车的最初设计方案（方框图）到由实际电路和机械实现的完整系统进行仿真。这种能力对于复杂运动控制系统的设计（如ABS系统、安全气囊系统、发动机控制系统、车身控制系统等）尤为重要。
2汽车电子仿真技术的应用
汽车在投产之前要经过大量的测试试验，对原设计不断地进行修正往往会耗费大量的物力和时间。在设计阶段，对各种状况进行模拟仿真、修正、完善设计，能够提高效率、缩短开发周期。使用SABER软件进行仿真，主要分为3个阶段：建立数学模型、对系统原理进行仿真和对仿真模型进行修改检验。
2.1建立数学模型
所谓计算机仿真就是将实际系统的运行规律用数学形式表达出来，它们通常是一组微分方程或差分方程，然后通过计算机采用数值求解法求解这些方程。
在仿真之前，首先对系统原理图中的所有零部件进行抽象化，建立数学模型，绘制系统的数学模型。为了对电路或系统进行计算机仿真，经常需要开发一个或一组模型。要研究电路的详细特性，可能要求对物理器件建模，有时还需要对大型电路或系统建模。系统模型可能无需和器件模型一样详尽，但作为大系统仿真的一部分，系统模型仍然非常有用。零部件数学模型的质量直接关系到仿真结果的准确性。通过对数学模型各种参数属性的设置来模拟零部件的功能，同时，经过大量计算和试验，不断修正、完善数模。对于同一类零部件可以共用一个（或一类）模型，通过调整数模参数值来实现零部件的更迭。这对于缩短开发周期、节省开发成本，起着至关重要的作用。
在一定外界条件（即输人或激励，包括外加控制与外加干扰）的作用下，从系统的一定初始状态出发，所经历的由其内部的固有特性（即由系统的结构与参数所决定的特性）决定了整个动态过程。研究系统及其输人、输出三者之间的动态关系，即可确定其性能的属性。图1是汽车音响系统中扬声器的物理模型，其中In_pfUIn_m作为输人信号、由电磁学可知，可以进一步将其简化为力f（t）输人。
于是可将其进一步简化为质量-阻尼-弹簧系统，如图2所示，图2中m、c、k分别表示质量、粘性阻尼系数、弹簧刚度。对系统而言，质量受外力f（t）的作用，质量位移为y（t）（实际扬声器衔铁的振幅），系统的动力学方程为my"（t）cy''''''''（t）ky（t）=f（t），y（o）=yo，y''''''''（o）=y''''''''。
其中，y（0）与y''''''''（0）分别为质量的初位移与初速度，这就是在输人作用于系统之前系统的初始状态。显然，此系统在任何瞬间的状态完全可以由质量的,y（t）与y''''''''（t）这两个变动着的状态（即状态变量）在此瞬间的取值来刻画。因为y（t）在此瞬间的取值代表了位移的情况，y''''''''（t）在此瞬间的取值代表了y（t）在此瞬间的变化趋势（速度）的情况。
还有一种更直接的建立数学模型的方法，就是模拟硬件描述语言（AHDL）的含义。MAST就是一种AHDL,Saber仿真器可以仿真用MASTAHDL描述的网表。
零部件的模型是建立在大量计算和试验基础上的，SABER软件提供了大量的零部件库文件，对于类似的零件只需修改其属性参数值即可。
2.2对系统原理进行仿真
在仿真过程中，将数学模型转变成为计算机上运行的仿真模型，是由SABER软件系统来完成的，并同时根据仿真模型编制出仿真程序。通过对系统的仿真，可以随时得出各个子系统或零部件的瞬时工作状态及性能参数变化，如电压、电流、功率、转矩等各参数的波形。通过对这些波形与实际试验的结果进行对比分析，找出两者的差别，从而修正原设计。
如先前所提及的，安全性和舒适性的需求导致了新的、高能耗的负载。这些负载可能随着汽车产品的进一步电子化，汽车电子控制装置得到更多的应用，所消耗的电能也将大幅度地增加。现有的12V动力电源已满足不了汽车上所有电气系统的需要，今后将采用集成的42V起动机-发电机供电系统，发电机最大输出功率将由目前的1.4kW提高到8kw左右，发电效率将会达到80以上。伺时，电压等级的提升还将同时带来许多新的问题。12V/42V汽车双电压系统原理图如图3所示。
在双电压系统中，把用电设备分成两部分：中小功率负载由14V电压供电，如室内灯、中控锁、收音机、仪表、车载导航系统等主要为车身电子设备；大功率负载，如电控机械制动装置、电控机械气门正时装置、三元催化转换加热器、电控悬架等，主要为发动机、底盘系统电子设备，由42V电压供电。此双电压供电系统有两个关键器件，一个是DC/DC变换器，它能把交流发电机输出的42V高电压转变为14V的电压。另一个，是装在发动机和变速器之间的起动-发电机，借助一个半导体整流-逆变功率变换器，它不仅充当交流发电机，发出42V的高电压，而且在发动机起动时还作为起动机用。由于它是直接起动发动机，起动时间仅为0.5s，所以噪声很小。
2.2.2起动机／发电机系统
大功率起动机与发电机（IntegratedStarter/Alternator，ISA）的转矩特性一致，因此，集成两种设备于一体在技术上是可行的，在经济上的效益也显而易见。如图4所示的输出功率与内燃机曲轴转速的关系曲线，ISA让内燃机的速度达到600v/min的起动速度，然后切换到发电模式。由于42V系统能够提供足够的电能，发动机在极短的时间内起动且在点火前达到更高的转速，这样可以降低低转速下的排放，换句话说，使得汽车重起动变得更加容易。
2.2.3双电压系统中42V供电系统
在运行中，双电压系统的电压随着转速变化而变化，电压峰值对电器元件的影响是非常明显的。图5所示的是双电庄系统中42V供电系统的变化曲线，非常清晰地显示了在转速急剧变化时电压的瞬时值，此脉冲电压峰值在电气系统设计和选择电子电器元件时有着非常重要的参考价值。
在仿真过程中，主要分两种类型进行。为了描述简单，这里将42V与14V分开进行讨论。第一种方法，全部打开所有的电子设备，可以观察到整个系统及各个电子器件的电压、电流波形，以及各个电子电器设备互相切换或同时打开时的电压、电流波形。同时，很方便地观察到在抛载状况时的峰值电压波形，局部抛载或全部抛载对系统的影响。
2.2.414V供电系统
14V电压系统主要用于各控制单元，对波形要求甚高。若峰值电压及电流产生严重的脉动，使蓄电池两端电压产生脉动干扰，控制单元搭铁（蓄电池负极）电位也将随之产生脉动干扰。如果这个干扰脉冲幅值过大，就会造成原有信号的丢失，引起控制失灵。观察峰值电压的波形，判定是否符合系统要求。14V线路上的电压波形如图6所示。
2.3对仿真模型进行修改、检验
通过对系统的仿真，得出的初步结果往往不能与理想的目标相一致，还需要通过分析研究，以及与试验进行对比，对系统原理或数学模型进行修改。SABER提供多种仿真分析，如：直流工作点分析、交流小信号分析、顺态分析、蒙特卡罗分析（在模型参数值浮动范围内随机取样，对所取的参数进行分析，检验器件参数在一定范围内浮动对输出的影响）、零极点分析等。结合多种分析，加以对仿真模型的完善。
电子设计论文范文3
创新开放实验室的建设目的就是为学生提供一个平台，让学生在理论学习的同时，还能得到实践能力的锻炼，同时，通过将课堂所学知识运用到实际之中，使学生能更好的理解书本所传颂的理论知识，可以避免传统填鸭式教学而造成的“高分低能”现象。创新开放实验室绝不仅仅是课堂教学的辅助或从属，而是理论学习的开拓和升华，是现代化教育培养高素质人才的至关重要的一环。电子设计创新开放实验室主要针对电子技术、信息工程技术、自动化技术和数字控制技术等实践性和应用性较强的专业，面向企业需求提供满足行业实际需要的技术型和专业型人才，其特点就是理论知识和实践能力结合紧密，在教学、管理、实践的过程中，重视学生的动手能力，培养学生的创新意识。近几年，有部分高校开始探索新的教育方法。广泛开展各种创新科技活动和电子设计比赛，不仅充分利用实验室资源，发挥了电子设计创新实验室的重要作用，还加强了学校与学生、学校与企业、企业与学生之间的交流，让学生得到了更好的锻炼，真正体现了素质教育的理念。
2创新开放实验室存在的主要问题
2.1实验设备落后
电子设计实验室对培养学生动手能力、应用知识能力、开发设计能力和实际操作能力具有非常重要的作用，而实验设备是发挥实验室教学功能的基本保障。然而，有部分高校对实验设备的重视不足，导致实验室中仪器设备没能得到及时的更换，仪器陈旧、落后，部分甚至损坏却没有专人来维修。落后的仪器设备根本无法满足教学的需要，延误实验进程，大大影响了实验室发挥其本来价值。此外，电子设计的有关实验存在一定危险性，陈旧落后的实验设备也是安全隐患之一，可能会威胁到教师和学生的人身安全。
2.2缺乏有效的管理
目前，创新开放实验室正处在边探索边建设的阶段，很多高校都存在着实验室管理不到位的问题。根据调查，有部分高校的实验室平均使用率不足60%，而大型电子仪器设备的利用率更低。这就说明我们的实验室资源没有得到有效的利用。究其根本，仪器设备的购置计划不合理、教学和科研实验的安排脱节、及其仪器设备的管理模式与方法落后是主要原因。此外，实验室和相应院系之间的工作不连贯也是常见问题之一。不到位的管理工作会导致各实验室不能进行有效的动态化管理，工作缺乏条理，还会出现人员编制混乱，资金周转出现纰漏等一系列失误，最终将影响实验室发挥其的本来功能。
3有效的建设措施
3.1加强硬件建设
要想学生能够快速提升实践能力，除了学生努力学习之外，实验室的硬件条件也是必须配备齐全的。为了让学生能够有更好的学习环境，应专门划分出一处建筑作为实验室，室内学习用具齐全，网络等多媒体设备完整。同时，根据电子设计的专业要求，应购置常用电子仪器等专业设备。另外，为了保证各实验室能够正常运行，实验设备要有专人定期维护和管理，从而保证各仪器设备能够正常的运行，提高其有效利用率。在实际的工作中，为了有效的开展对电子仪器设备的维修工作，并避免在维修中造成不必要的损失和时间的浪费，要求维修人员要熟悉相关电子仪器设备的基本工作原理，并掌握一定的维修技巧。教师在教学过程中也应该要求学生仔细了解、分析仪器设备发生故障时的现象和使用情况。只有这样，才能保证实验室能够充分发挥其价值，为学生提供锻炼的平台，也减少因实验操作错误而造成的人身伤害。
3.2严格管理制度
为了实现实验室制度的有效落实与监督，必须组建创新实验室管理队伍，保障创新实验室的开放时间及学生日常管理。为了让学生得到充分的锻炼，可以在开放创新实验室的学生中选拔具有优秀组织能力和领导能力的高年级学生作为实验室主管，低年级学生作为助管，共同对实验室进行日常管理。不仅避免了实验室和相应院系之间的工作脱节，还提高了学生的综合水平。
4建设创新开放实验室的重要意义
电子设计创新开放实验室是电子信息专业重要的教学内容和学生组织，对于培养学生的实践能力和创新能力具有重大作用，设立实验室的核心环节是实践教学，致力于培养具有较强社会适应能力和竞争能力的高端技术技能型人才，是探索新的教育方法，真正实现素质教育的重要一步。
5结语
电子设计论文范文4
(1)学生掌握的专业知识参差不齐，而电子设计所用的集成芯片种类型号繁多，学生必须学会自己查阅资料，尤其要会查阅英文资料。
(2)学生虽有一定的动手能力，但容易仅凭经验拿到元器件直接在电路板上进行焊接，往往导致功能测试时纠错困难。随着计算机技术的飞速发展，学生利用计算机仿真软件进行硬件原理图的设计是发展的必然趋势。
(3)学生制作出的电子作品外观布局多样，如何将设计好的电路进行科学PCB制板能力制板，才能方便焊接，且减少相互干扰，是设计最终成功的关键。
(4)学生在焊接技术不够娴熟，使得电子作品调试不能完全达到要求，焊接的好坏，直接关系到电子产品或制作的质量。为了取得好的赛绩，必须着力培养学生电子设计制作的综合能力，即查阅资料、硬件原理图的设计、电路板的布线与制作、焊接功能测试能力。其中硬件原理图的设计能力的培养是教学中的突出难点。
二、Proteus硬件仿真技术改革电子设计大赛教学内容
电子设计大赛采取理论教学与制作训练结合的集训思路对学生进行指导。理论部分进行模块化分解包括:基本元件;传感器;集成芯片部分。教师按此分类进行模块化理论教学，学生通过模块来构建自己的知识结构，形成个体独特的知识体系。制作训练部分包括:电子仪器和Proteus仿真软件的使用;常用的基本单元模块的设计和制作;综合电子制作训练。理论教学和制作训练在时间安排上遵循交替进行原则，并增加了Proteus硬件仿真技术的应用。Proteus是英国Lab-centerelectronics公司于1989年开发的一款电路仿真软件，拥有丰富的元器件、各种虚拟仪器、图形化的分析功能，现已在全球50多个国家得到应用，广泛应用于高校的大学生或研究生电子学教学与实验以及公司实际电路设计与生产。Proteus主要由两部分组成:ISIS原理图设计仿真系统;ARES印制电路板设计系统。硬件原理图的设计能力是困扰学生的突出难题，也是保障电子设计制作成功的重要前提。因此，在电子设计大赛中将主要应用Proteus软件的ISIS原理图设计仿真系统辅助教学。Proteus软件硬件原理图设计及仿真的具体步骤为:新建设计文件并设置图纸参数和相关信息;放置元器件;对原理图进行布线;利用ISIS提供的电气规则检查命令检查原理图，调整原理图布局;电路运行调试。
三、Proteus硬件仿真技术在电子设计大赛中的教学实施
Proteus硬件仿真技术作为一种先进的教学手段，贯穿应用于电子设计大赛的理论教学和制作训练教学全过程。
1．Proteus硬件仿真技术在理论教学中应用Proteus软件提供了很多种类的虚拟仿真工具，包括探针、虚拟仪器、信号发生器、仿真图表等。Proteus软件的虚拟仿真模式包括交互式动态仿真和基于图表的静态仿真。采用虚拟演示实验的方法，将Proteus仿真技术引入电子设计大赛理论教学环节，教师可以通过多媒体展示电路的仿真情况，形象地讲解电路理论及原理，使学生清晰观察到电路运行的现象、信号波形以及各种参数曲线，从感性上加深对电路原理与性能的理解，直观地掌握教学内容，提高教学的效果与效率。以非门电路组成非对称型振荡电路为例，电路的基本工作原理是利用电容器的充放电。当输入电压达到非门的阀值电压Vth时，非门的输出状态发生变化。因此，电路输出地脉冲波形参数直接取决于电路中阻容元件的数值。通过Proteus软件的交互式动态仿真方式，采用虚拟示波器输出电路中的四处节点波形，从波形结果发现:非对称型多谐振荡器的输出波形是不对称的，输出脉冲宽度tw1=RC，tw2=1．2RC，T=2．2RC。通过调节R和C值，可改变输出信号的振荡频率，改变C实现输出频率的粗调，改变R实现输出频率的细调。
2．Proteus硬件仿真技术在制作训练中应用
制作训练采用循序渐进的方式进行，制作训练初期主要是电子仪器和Proteus软件的使用;从制作训练中期开始，需针对常用的基本单元模块进行设计与制作;制作训练后期，以往届赛题和模拟赛题为训练内容进行综合电子制作。通过分析往届赛题发现，计数显示电路的设计训练是赛前培训的重点之一。现以一款数字显示倒计时定时基本单元电路的设计为例，该电路适用于各种需要定时的场合，如电话定时、路灯定时、某一种状态或过程控制定时等。按照Proteus硬件原理图设计步骤，电路主要由计数脉冲产生电路、减法计数与数字显示电路组成。其中计数脉冲产生电路可以由NE555芯片按照多谐振荡电路进行接线，也可以由简单的门电路产生，还可以由运放电路产生，此处简要地用矩形波信号源表示计数脉冲输入信号。减法计数与数字显示电路主要由可预置4位二进制可逆计数器U1(74HC193)、U2(译码/驱动CD4511)、U3共阴极七段数码管组成。R2与C1组成预置数电路，在通电瞬间对U1(74HC193)进行预置数9。之后，U1的4脚每接收到一个负脉冲，U1计数一次并减一，数码显示由9变成8，当定时时间一到，显示器显示0，并且U1的13脚TCD输出一负脉冲，由该信号驱动各种执行元件，如晶体管、晶闸管、继电器、光耦合器等。本电路作为一款通用基本电路，只需稍作改动就可实现多种功能，例如需要进行两位数显示，只需改用两片74HC193分别对个位和十位进行计数，再用两片CD4511驱动两位数字显示即可;如果需要实现倒计时定时报警功能，只需利用U1(74HC193)的13脚TCD作为触发信号连接驱动蜂鸣器的执行电路即可。采用Proteus硬件仿真技术，在原理图设计阶段就可以进行评估，验证所设计的电路是否达到要求的技术指标，还可以通过改变元器件参数使整个电路的性能最优化，大大节省了设计时间与经费，提高了设计效果和质量。
四、Proteus硬件仿真技术在电子设计大赛中实施的效果评价
1．Proteus为电子设计大赛提供了多媒体教学平台
Proteus软件为理论教学提供了先进的实验、演示和电路分析。教师可以在多媒体教室中深入浅出地分析各种电路的特性，讲解各种参数改变对电路的影响，帮助学生突破抽象的难点知识的理解，形成扎实系统的知识体系。
2．Proteus为电子设计大赛提供了虚拟实训平台
Proteus软件所提供的一系列元件库，既能实现实验箱固定模块的验证功能，还能根据教学内容进行调整，整个过程不受时间、空间限制，突破了传统实训室的局限性，克服了学校经费不足和仪器设备不足对教学指导的困扰。
3．Proteus为电子设计大赛提供了创新平台
Proteus软件提供的硬件仿真功能，为电子设计大赛注入了活力，培养了学生科学的电子设计方法，有效地提高了学生针对实际问题进行电子设计制作的能力以及创新发挥的能力。
五、结语
电子设计论文范文5
1.1品牌价值要求
对许多公司而言，对外宣传本公司产品的环保性能其实是一把双刃剑。如果环保性能宣传是基于坚实的科学依据，或者能够被第三方机构所认证，或者能够解决消费者、分析师及非政府组织所关心的环境问题，就有很大机会提升产品销售量、公司股票价格和品牌价值。但是，如果环保性能宣传未能达到上述三个标准之一，该公司的环保性能宣传就会有可能被指责为“滥用绿色”，即做出一些没有坚实依据的环保性能宣传或者利用环保营销策略来掩盖产品的其他问题。最简单的解决办法似乎是不做任何的环保性能宣传，但由于投资者对产品的期望不断上升、非政府组织对产品的审查越来越严格、竞争对手造成的压力持续增加，不做任何环保性能宣传行为本身就会损坏公司的品牌价值。
1.2能耗、有害物质相关法规要求
环境立法的引入或许是让各大公司启动生态设计最直接的驱动因素，北美、欧洲和亚洲地区的部分环境立法情况。与此同时，行业协会和非政府组织也在引入一些标准、政策等，用以影响政府机构的立法框架。
1.3成本及供应链管理要求
通过立法可以迫使各大公司开始重视生态设计，但若生态设计被采纳的话，也会给公司带来明显的成本优势。因为从生态设计的角度来看，减少材料和能源的使用可以降低产品的制造成本。当产品的环境影响涉及到由供应商设计和制造的子系统时，就提供了使供应商也参与生态设计的良好机会，产生一个更为精简、更具成本效益的供应链。例如，创维集团召集国内500多家零部件供应商，要求签订“绿色供应链协定”，推行零铅工程，确保出口欧洲的产品达到要求。同时，创维集团针对内销的产品也积极实行生态设计理念，研制和生产“绿色电视”，满足和优于国家标准，为国内消费者和环境提供绿色保护。最终效果是导致供应商也不得不参与生态设计，降低创维集团产品制造成本。
1.4产品技术创新要求
当公司在考虑产品对环境造成的影响时，经常会发现很多创新的机遇。如Dyson公司开发的电子干手器采用高效电子泵迫使空气通过特殊设计的小孔，当顾客慢慢将手从干燥腔移出来的时候，手上的水就会被通过特殊设计小孔的空气切断，通过用这种方法吹掉顾客手上的水分而不是通过传统的蒸干手段，Dyson公司开发的干手器可以缩短约77%的干手时间和约80%的干手能耗。
2生态设计实施面临的挑战
迄今为止，很多公司仅仅专注于报告产品的环保性能和评估产品是否符合相关的环境保护法规，而将生态设计作为常规设计过程的有机组成部分还面临很多挑战，主要有：有限的产品开发时间、与产品设计较差的融合度、日益复杂与快速发展的法规和产品开发人员的要求未被考虑。
2.1有限的产品开发时间
产品对环境的影响只是设计者在产品开发过程中考虑的诸多因素之一。设计者不断努力平衡各种相互冲突的项目，如性能、成本、与相关法规的符合度和交货时间等，若考虑生态设计就增加了设计者需要平衡的因素，导致仅有一小部分时间和精力花能够在生态设计上。
2.2与产品开发较差的融合度
虽然很多公司聘请环保专家来评估产品的环境性能，但如果环保专家不和设计团队经常接触的话，他们的分析结果就会被忽略，一是因为环保专家的分析结果不能转换为被设计者理解且对设计者有用的信息，二是公司很少会跟踪环保专家的分析结果是否能带来设计的改进。
2.3日益复杂与快速发展的法规
产品相关的法规、标准日益复杂，而且更新速度越来越快，如欧盟《用能产品生态设计框架指令（ErP）》指令。欧盟ErP指令设置了产品生态设计目标框架，但是受影响的产品范围在不断扩大，且每一类产品的实施措施设置的时间越来越苛刻。
2.4产品开发人员的要求未被考虑
提升产品的环境性能需要首先理解产品在整个生命周期中何时何地会对环境造成何种影响，然而大部分设计者不具备这方面的知识，导致生态设计无法执行。而且因为无法获取产品生产和使用的相关信息而导致在产品开发的初期阶段无法进行详细的生态设计分析。
3电子产品生态设计的要素分析
五个可以帮助电子产品设计师、产品开发管理人员及环境专家实施生态设计的要素。
3.1在设计过程的早期考虑产品对环境的影响
大约80%的产品整体环境影响已经在早期概念设计阶段结束时确定下来。因为此时设计者通常选择了材料和制造工艺，并定义了产品生命周期，这些约束不仅解决了最后的经济成本，同时也解决了许多环境成本，如电子产品若采用无铅焊锡制程，产品内印制电路板大约可削减90%以上含铅零件。在早期的概念设计阶段评估产品的环境性能，确定不同项目的相对环境成本，使得在重大项目经费花销前变更设计，并且可以避免昂贵且费时的重新设计。
3.2不精确的数据可以指导正确的决策
很多工程师和设计者由于习惯了通过物理测量获取精确的数据，对具有10%或者更大误差范围的生态设计数据感到无法下手，然而，重要的是要意识到不精确的生态设计数据并不影响良好的决策，尤其是当一个特定的生命阶段对产品环境影响占主导地位的时候。例如，当选择电子产品外壳封装材料时，含有较大能源和含有较小能源的物质之间的差异因子往往会达到或者超过1000，但这仍然可以得出明确的区别。当材料所含能源对比差异很小时，其他阶段如材料的再循环、材料的耐用性等因素在做决策时的分量就越重。
3.3考虑产品整个生命周期
产品的环境性能往往与用户与产品的交互方式、产品的维护方式、产品的使用环境等有关，文献提到的思想可以指导设计者优化产品的生态设计。体现该思想的一个方法是，在产品设计过程中考虑产品生命周期所有阶段对环境造成的影响，如材料、制造、运输、使用和处理等阶段，这会使得设计者尽最大的努力改善能源需求最大或者二氧化碳排放量最大阶段的环境可持续性。
3.4材料和工艺选择对环境影响和生态设计至关重要
材料和工艺的选择在产品整个生命周期对环境的影响至关重要，原因主要有：提取和加工原材料会造成重大环境影响；材料的选择将决定可行的制造工艺和相关的能源和材料效率；材料的质量将严重影响产品在运输和使用阶段消耗的能源和排放的二氧化碳量；材料的可回收/可重复利用特性将决定产品有毒物质含量和产品寿命终结时对环境的影响。很多都是直接和材料的特性有关，然而，不能仅仅根据产品所用材料的生态特性来选择所谓的生态材料，需要综合考虑材料的机械特性、物理特性、热特性和电气特性。
3.5设置生态设计目标、建立生态设计信息支撑系统
设置生态设计目标有两个作用，一是对外体现公司致力于长期改善产品的环境性能，二是建立了一个环保目标可设置在项目工程级别的框架。例如，在2010年飞利浦公司设置了一系列到2015年要完成的企业级环境目标，包括与2009年本公司电子产品相比能源利用效率提高50％等。然而，要实现所建立的目标需要公司实时跟踪与本公司产品相关的法律、法规和标准，所以公司管理人员不仅仅要关注所设置的环境目标，还需要关注是否已经建立了相关信息系统来支持材料、工艺等决策的决定。
4总结
电子设计论文范文6
关键词：雷击雷电波形SPD
近年来，电子信息设备和计算机系统已深入各行各业，由于这类设备的工作电压和耐冲击电压水平低，极易受到雷电电磁脉冲的危害，从而使雷电灾害由电力和建筑物这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特别是通讯、信息技术数据中心，计算机中心以及微电子生产行业等由于雷电造成的危害尤为重要。另一方面，因为雷击是机率事件，这种影响尚未引起人们的注意，很多人认为只要按照国家的建筑物防雷设计规范做好避雷针(带)、引下线和接地装置等建筑物内外的防雷工作就“万事大吉”了。但实际上，当雷击现象发生时，建筑物的外部防雷装置确实有效地抵御了雷击对建筑物的破坏，同时均匀的避雷引下线与建筑物接地的均压环也起到法拉第网笼的作用，保证建筑物内的人员不致因跨步电压升高而导致触电事故。
但这时当雷电击中建筑物防雷装置或击中附近其他建筑物的避雷针(带)并由引下线导人大地时，瞬间内在引下线自上而下的产生一个很强的变化磁场。处在这个电磁场作用下的导体，便会感应产生电压，其数值也可达数十千伏，处在这个磁场作用范围的电气、信号、电源及它们的传输线路都因相对地切割了这个变化的磁场磁力线而产生出感应高压，从而将用电设备击坏。如图1所示，如果导体的形状是开口环形感应电压，便会把几厘米长的空气间隙a、b击穿发生火花放电。如果导体是一个闭合回路，感应电压会造成一个电流通过，假如回路上有接触不良的接点，这些地方就会局部发热。再有，由于雷电冲击波的能量集中在工频附近几十赫兹到几百赫兹的低端，雷电冲击波能量就容易与工频回路发生耦合、谐振，于是雷电冲击波从电源线路进入电子设备的机率要比从信号线中进入的机率要高很多，据统计，约有8％的雷击损坏电子设备的事故是由电源引入的，因此应特别加强系统中设备电源的防雷措施。
l雷击电子设备的途径及损坏机理
雷击过电压损坏设备可分为两种情况，一种是受雷电直击，另一种受感应雷影响所致。据统计电子设备受雷电直击而损坏的机率很小，而绝大多数损坏为感应雷造成，雷电行波通过传输信息的电路线传至电子设备使其某些电子元件受损。
还有一种情况值得重视的是电子设备附近的大地或其他设备的接地体，因受直击雷引起的电位升高，会使电子设备造成反击，使之对地绝缘击穿。根据传统经验电子设备的地线与电源设备的地线分开设置是减少这种雷电侵入途径的有效措施之一。所以凡联结有输人或输出线路的电子设备应考虑以上三条侵入途径。不论那种途径侵入的雷击过电压加在电子设备上冲击引起两种过电压，一种是：使平衡电路某点出现超过允许的对地过电压，称为纵向过电压，地电位上升引起的反击也属于从地系统侵入的纵向过电压；另一种是平衡电路线间或不平衡电路线对地出现的过电压称为横向过电压。使用对称传输线的设备，横向过电压是因线路两线间存在不同的纵向过电压；或因纵向防护元件放电性能的分散性(如动作时间有快慢的差别)是造成横向过电压的原因，如果在平衡线路上的两个纵向防护元件，其中一路故障或失效这就造成了横向过电压的极限情况。对不平衡电路如对连接同轴电缆的电子设备其纵向过电压即横向过电压。雷电冲击过电压可导致绝缘击穿，也可产生过电流。进行纵向雷击试验的目的，在于检验设备在纵向过电压下元器件对地的绝缘。横向雷击试验则是检验两线间出现冲击过电压时设备耐受冲击的能力。
在电子设备中，易受雷击过电压损坏的元部件，大多数是靠近设备的入口端，如纵向过电压会击穿线路和设备间起匹配作用的变压器匝间、层间、或线对地绝缘等。横向过电压可随信息同时传至设备内部，损坏设备内的阻容元件及固体元件。设备中元器件受损的程度，取决于元器件绝缘水平，即耐受冲击的强度，对具有白复能力的绝缘，击穿只是暂时的，一旦过压消失，即可恢复。有些非自复性的绝缘介质，冲击时只有小电流流过，一次冲击不会立即中断设备，但经过多次冲击，随着多次冲击的累积可能会使元件逐渐受损最终导致毁坏，这就是为什么在试验时要试验冲击次数，极性和间隔的原因所在。
电子元件受雷击损坏的情况，概括起来不外下列三种：(1)受过电压损坏的，如电容器、变压器及电子元件的反向耐压。(2)受过电压冲击能量损坏的，如二极管PN结正向损坏，冲击危险程度在于流过元器件的过电流大小和持续时间，即能量大小。(3)易受冲击功率损坏的，对元件的危害决定于冲击电压峰值和由此而产生的过电流。
2雷电波形
有关雷电冲击波的描述是用波形参数说明，它有峰值波前时间和下降半峰值时间。如图2所示。观测的数据和波形均具有统计特．硅，服从某种分布规律，从而统计出雷电流幅值，波头、波尾、陡度、能量等概率分布。多年来，国内外在对线路结构上或进人电子设备的雷电冲击波形进行了很多观测工作，获得了大量的观测资料。
一些国家通过现场观测发表了很多测试结果。因观测的地理环境和条件的不同。即使在同样条件下，观测得到的数据也不尽相同。早先，有些国家观测得到的几百个波形中，对主放电波形的叙述，当不区另别第一次放电或随后各次闪电时，一般认为雷电流在1—4微秒上升到幅值，然后在40一50微秒内下降到幅值的一半。这就是所谓传统的雷电流波形。正极性闪电的电流波形一般较负极性闪电的波形平坦一些，持续时间较长，上升到幅值的时间约数十微秒，下降到半值时间约为数百微秒。
图2雷击参数定义
在对雷电的研究中，需要在千千万万的实波形中找出典型波形并转化为用数学式表示曲线。比较流行的代表曲线有两种：
1．波头部分用两个指数曲线之差表示，其公式为：
用这公式表示的波形如图3a，当i=0时，电流上升速度di/dt最大；而当电流逐渐增大时，di/dt逐渐减小；到了i=Im时，di/dt变为零。
2．波头部分用余弦曲线表示其公式为：
用这公式表示的波形如图3b，当i=0时，di/dt=0；随着电流上升，di/dt也上升；当I=Im/2时，di/dt到达最大值；然后di/dt减小；当i=Im时，di/dt降为零。
一般习惯于用两个指数曲线之差的形式来表示雷电流波形，并且认为这种表示方式和大多数实际测得的波形比较相似。但是经过近年的观测得到大多数的第一次主放电电流波形在其上升到幅值之前时比较缓慢，然后再转入陡的部分，其波头接近于用余弦来表示的波形。用余弦曲线表示时，因为雷电流最大陡度出现在Im/2处，以此进行雷击的电位计算时可以得到较高的结果而偏于可靠。但是，余弦曲线计算较为繁琐，因而往往简化为直线，也就是用斜角波来表示，通过最大陡度和平均陡度的转化，可以使采用斜角波的计算结果和采用余弦波的计算结果基本一致。
对于雷电流波形的各个量的标志方法各国也不是统一的。典型的雷电流波形是以IEC规定的如图4所示，在幅值Im以前叫波头部分，幅值Im以后叫波尾部分。早先规定由O点到幅值的时间叫波头长度，由0点到波尾半幅值的时间叫全部波长。但是在实际测量中发现，0点及幅值这两点的时间很难精确测定的。为了避免测量中出现的含混，IEC建议测量脉冲电流的实测值按下列方法定义：实效波头时间T1：脉冲电流的实效波头时间，是指脉冲电流在10％幅值及90~／6幅值两个瞬间之间的间隔时间再乘以1．25倍(两个瞬间点A和B见图4（a)。实效半幅值时间T2：脉冲电流的实效半幅值时间T2，是指实效原点O-与波形下降到半幅值的瞬间之间的间隔时间。
测量脉冲电压的方法与脉冲电流相似，所不同的只是选择参考点A的方法不一样。脉冲电压的实效波头时间T1是指从脉冲电压在30~／6幅值及90~／6幅值两瞬间之间的间隔时间乘以1．67倍。实效原点O。是指A点之前0.3T1的一点，如图4b。一般以分式符号表示波头时间及半值时间(又称波尾)，例如1．5／40便是指波头时间为1．5微秒，半值时间为40微秒的波形。通常将雷电流由零增长到幅值这一部分称为波头，只有几个微秒；电流值下降的部分称为波尾，长达数十微秒到几百微秒。
在1995年的EIC61312—1中的典型10／350us和8720us雷电流波形。10／35us波是直接雷的电流波形，其能量远大于8／20us波，用这种波型来确定接闪器的大小尺寸。8／20us波是感应雷和传导雷电的电流波形，用这种波形来检验防雷器件耐雷击能力的一种通用标准。它代表雷电电流经过分流、衰减的电流波，又是线路静电感应电压波和防雷导体通过雷电流时对其附近电气导线的电磁感应过电压波。例如防雷的引下线，建筑物LPZI区及其内部计算雷电流的波。
由于雷电参数值随地理环境不同，传输线的结构不同，关于国际标准所规定的波形只是推荐，容许各国根据本国实际情况加以引用或制订。由于我国尚无这方面的资料，故直接引用了IEC和ITU的推荐波形。对于架空明线的波形采用了我国邮电部门的观测资料制订。
建筑物防雷设计规范(GB50057-94)规定了防雷保护区的概念，便于设计者利用系统的层次分析各防雷保护区界面处的金属导体等电位联接和装设过电压保护器去分流和限压的措施，使侵入波干扰信号不断减少。这同我们过去的多道防雷的保护是一致的，在不同防雷保护区的界面上有不同层次的结合，就是要求注意各个介面处内外系统的相互关系与相互作用，即要根据流过电压保护器的电流波形，残压特性和大小，过电压保护器的伏秒特性以及雷电流通过后产生的工频续流大小等选择过电压保护器才是合理的。
3防雷元件性能
防雷元件的冲击特性与试验方法的关系甚为密切，它是规定防雷元件技术参数标准的基础之一。但试验方法又与雷电波形有联系。因为电子设备大都在一定的频率范围内工作，不同频率范围的通路，对冲击波有着不同的响应。因此，对雷电冲击波形进行频谱分析，无论对电子设备的防雷设计和试验都是有意义的。
防雷元件种类繁多，概括起来可分间隙式的(如放电间隙、阀型避雷器、放电管等)和非间隙式的(如压繁电阻、齐纳二极管)，再推广一下像扼流线圈、电阻、电容……也可归人这一类，从动作时间来说有快慢的区别。
使用在电涌保护器(sPD)中几类元件的有关参数，虽然有厂家产品说明，但在选用时有的参数还须注意了解。例如放电管的伏秒特性：表征放电管点火电压与时间的关系。它反映了各种不同上升速度的电压波作用在放电管上其点火电压和延迟时间的关系。由伏秒特性曲线可以判断放电管的防护能力。放电管属间隙式，有空气间隙、气体放电管等。再如氧化锌压敏电阻，是一种对电压敏感的元件，是一种陶瓷非线性电阻器，有氧化锌、氧化硅。这种元件，其电压非线性系数高、容量大、残压低、漏电流小、无续流、伏安特性对称、电压范围宽、响应速度快、电压温度系数小等特点。并且有结构简单，成本低等优点，是目前广泛应用的过电压保护器件。适用于交流电压浪涌吸收和各种线圈，接点间过电压的吸收和灭弧，在电子器件过电压保护中广为应用。在选用时关注的是通流容量；按规定的电流波形，在一定的试验条件下施加的冲击电流值，压敏电阻所能承受冲击电流的能力。我国对压敏电阻的考核一般以8／20us波形，在室温条件下，间隔5分钟单方向冲击两次后，5分钟内测试压敏电阻的起始动作电压Vlma值的变化率在百分之十以内时，冲击电流的最大幅值定为通流容量。压敏电阻的残压(LJres)：压敏电阻通过电流时，在其两端的电压降谓之残压。通常均以规定的波形，通过不同的电流幅值进行残压测试。目前采用8／20us电流波形，以100A、1000A、3000A、5000A及该元件的满通容量进行残压
试验。另外还有半导体浪涌抑制器件：如瞬间二极管，它是一种过箝压器件，简单TKS，利用大面积硅园锥P-N结的雪崩效应实现过箝位，TRS响应速度快、漏电流小，是极佳的过电压吸收器件。齐纳二极管较为常用，其无极性，正反向具有相同的保护特性，但器件的工作电压至少要为联端的工作电压三倍。其适用于交直流回路，常应用于自动化控制装置的输出回路，即继电器线圈或电磁间线圈两端并联应用。
以上各类间隙式，非间隙式和抑制式器件都是通过浪涌电压产生非线性元件瞬时短路的方式实现防雷保护。
4对电子系统及电子设备的防雷看法
由于电子信息设备是集电脑技术与集成微电子技术的产品，它的信号电压只有5~10伏，这种产品的电磁兼容能力较差，很容易感受脉冲过电压的袭击，它受雷击的概率又比较高，受雷电损坏的可能性就大。但是，电子信息系统是由信号采集、传输、存储、检索等多环节组成。鉴于系统环节多、接口多、线路长等原因，给雷电的耦合提供了条件。系统的电源进线接口，信号输入输出接口，接口的线路较长等是感应脉冲过电压容易侵人的原因，也是过电压波侵入的主要通道。
基于以上原因。电子系统及电子设备的防雷保护重点是感应雷。防雷的方法和措施，是按照现行的防雷规范规定的各个防雷分区的交界处安装SPD设备。将整个系统的雷电防护看成是一个系统工程，综合考虑，全方位保护，力求将雷击灾害降低到最低。为此，规范里阐述了三级网络防雷概念。在线路上三级网络防护是逐步减少瞬态浪涌电流幅值的。最后一级将浪涌过电压限制在设备能安全承受的范围内。一般元件可承受两倍其额定电压以上之瞬间电压，约700V左右的峰值过电压。700V的耐压值在欧洲防雷方面被广泛引用。当然，浪涌电压被限制得越低，则设备越安全。因此，我们在工程设计时分别将第一级SPD尽量靠近建筑物的电源进线处，第二、三级SPD尽量靠近被保护设备。第一级过电压限制在1．5-1．8kV，第二级将残压限制在0．9~1．2kV，第三级将残压限制在0．4~0．TkV。通过这三级限压和对浪涌电流的泄放，最后加载到设备上的过电压通常都不会对设备和系统产生影响。现在防雷防电磁脉冲的保护器件还比较贵，技术性能都有差别，有些防雷产品通过保险只是为了促销，设计者不能盲目地认为是可靠的产品，而应按防雷规范的要求进行设计。
参考文献：
