電路設計開發流程精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的電路設計開發流程主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：電路設計開發流程范文

關鍵詞：數字電子電路；VHDL；EDA技術；可編程芯片

中圖分類號：TN702 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）19-0051-02

大規模集成電路的出現以及計算機技術的不斷更新換代與廣泛應用，促使數字電子電路的設計已經發展到了一個更新的領域，用以下四方面便足以顯示：（1）硬件電路的設計越來越趨向軟件化；（2）數字電路發展愈加芯片化；（3）電子器件以及與其相關的技術研發越來越多地朝著服務于EDA的方向；（4）電路設計技術的發展趨勢朝著更加規范化、標準化的HDL硬件描述語言及EDA工具的推廣使用上。當今的技術發展趨勢要求從業人員在進行數字電子電路設計過程中，必須具備運用電子計算機以及操作超大規模的可編程邏輯器件的能力。本文通過對以EDA與VHDL為基礎的數字電子電路開發設計過程進行簡要敘述，為該技術的推廣運用，做出必要的文獻研究支撐。

1 EDA技術概述以及其開發設計流程

1.1 EDA技術的基本知識

EDA技術指的是以計算機為工作平臺，將應用信息處理、計算機技術、智能化技術及電子技術進行融合的最新成果，進行電子產品的自動設計。20世紀60年代中葉，隨著技術水平的不斷進步逐漸，該技術結合了CAM、CAT、CAD以及CAE的綜合優勢被逐步發展出來。

與其前身相比，EDA在以下五方面擁有著十分明顯的優勢：（1）EDA技術能夠對目標進行現場編程，并即時地實現在線升級。（2）硬件電路設計過程中采用軟件設計的方式，通過輸入波形、原理圖、編程語言等指令，可以在進行硬件設計、修改、檢測中，不涉及任何硬件工具進行特定作業。（3）產品直面設計自動化。EDA技術能夠自動地根據設計輸入的電路原理圖或者HDL進行邏輯編譯、適配、布局、優化等一系列工序調整并生成符合要求的目標系統。換句話說，就是運用電路功能完成對電子產品的測試、仿真、優化全程操作。（4）EDA技術的經濟實用性更加科學、合理，不僅設計成本保持在較低水平，設計的靈活性也大大提高，同時新技術的開發周期也明顯縮短。（5）集成化程度更加完善。EDA設計方法，還有另外一種稱呼：利用芯片進行設計的方法，在集成芯片日益大規模的發展背景下，利用EDA技術，可以實現在芯片上構建系統的目的。

1.2 EDA技術的開發設計流程

EDA技術在設計方法上，通過對以往的“電路設計硬件搭試調試”模式進行革命化的轉變，代之以計算機自動化完成的模式（如圖1），完成了數字電子電路設計的巨大飛躍。

筆者將EDA技術設計過程中兩個最基本的組成部分設計載體：可編程邏輯器件PLD以及設計輸入：硬件描述語言VHDL進行具體介紹。

2 可編程邏輯器件PLD

可編程邏輯器件（Programmable Logic Device，PLD）是一種電子零件、電子組件，簡而言之也是一種集成電路、芯片。PLD芯片屬于數字型態的電路芯片，而非模擬或混訊（同時具有數字電路與模擬電路）芯片。PLD與一般數字芯片不同的是：PLD內部的數字電路可以在出廠后才規劃決定，有些類型的PLD也允許在規劃決定后再次進行變更、改變，而一般數字芯片在出廠前就已經決定其內部電路，無法在出廠后再次改變。

3 硬件描述語言VHDL

3.1 VHDL的基本知識

VHDL全名Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，在電子工程領域，已成為事實上的通用硬件描述語言。具有以下特點與優勢：（1）更強大的行為描述能力。有效避免具體的器件結構，為實現超大規模的電子系統設計與描述打下堅實基礎。（2）適用范圍多樣，且易于操作修改。VHDL采用國際通用的編程語言，能夠很好地適用于不同版本的EDA工具，為操作者進行使用和修改提供了極大的便利。（3）設計描述過程獨為一體。編程人員能夠在對設計最終目標以及其他設計領域不甚了解的情況下，完成自身的編程操作工序。（4）使用EDA工具可以十分方便地對VHDL語言進行進一步的優化提升，由于EDA工具對其的可識別性，EDA可以實現對VHDL的設計語言重新進行整合、升級，并用門級網表將其表示出來。

3.2 基于VHDL的設計實例

用一個簡單的狀態機舉例說明

4 結語

通過使用精簡描述語言VHDL進行數字電子電路設計，不僅能夠完成各種邏輯復雜、規模龐大的數據運算，更可以有效地將設計周期大大縮短，提高整個系統的可靠性以及集成度。

參考文獻

[1] 于玲.EDA應用課程教學改革分析[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2012，（1）：136-138.

[2] 王彩鳳，胡波，李衛兵，杜玉杰.EDA技術在數字電子技術實驗中的應用[J].實驗科學與技術，2011，（1）：782-783.

[3] 李曉敏，徐濤.EDA技術在“數字電子技術”課程中的應用[J].中國科技信息，2011，（9）：167-169.

第2篇：電路設計開發流程范文

關鍵詞：掃頻信號；發生器；研究

一、引言

在電子技術領域，常需要波形、頻率、幅度都可調節的電信號，用于產生這種電信號的電子測量儀器稱作信號發生器。

信號發生器是一種常用的信號源，廣泛應用于電子電路、自動控制和科學實驗等領域。作為一種為電子測量和計量提供電信號的設備，它和萬用表、示波器、頻率計等儀器一樣，是最普通、最基本，也是應用最廣泛的電子儀器之一，幾乎所有電參量的測量都需要用到信號發生器。從本質上看，測量是一個將客觀物理量轉換成測試信息量的變換過程。當測試對象為系統性能參數時，通常采用如下測量方法：在測試系統中，系統參數的測量基于輸入激勵和輸出響應的對應關系，這種方法被稱作“激勵―響應”法，如圖1所示。

隨著科學實驗研究需求的不斷發展，傳統的信號發生器在一些特定的場合已經不能滿足要求，由此可以再我們研究的基礎上進行任意信號的函數信號發生器的設計。

二、設計意義及設計總體方案

正弦信號發生器是在電子電路設計、自動控制系統和儀表測量校正調試中應用很多的一種信號發生裝置和信號源，屬于數字信號發生器。而正弦信號是一種頻率成分最為單一的常見信號源，任何復雜信號（例如聲音信號）都可以通過傅里葉變換分解為許多頻率不同、幅度不等的正弦信號的疊加，它的應用領域很廣范。

本文結合不同正弦信號發生器的工作原理，最終決定采用這種方案進行設計，即先由8位計數器構成的地址發生器產生地址進而使正弦波數據存儲ROM輸出相應地址中的波信號數據，再進行相應的數模轉換，從而達到輸出正弦波信號的目的。

三、VHDL語言介紹

VHDL全名Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，誕生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美國國防部確認為標準硬件描述語言 。VHDL和Verilog作為IEEE的工業標準硬件描述語言，得到眾多EDA公司支持，在電子工程領域，已成為事實上的通用硬件描述語言。

VHDL語言是一種用于電路設計的高級語言。它在80年代的后期出現。最初是由美國國防部開發出來供美軍用來提高設計的可靠性和縮減開發周期的一種使用范圍較小的設計語言 。

VHDL主要用于描述數字系統的結構，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外，VHDL的語言形式、描述風格以及語法是十分類似于一般的計算機高級語言。VHDL的程序結構特點是將一項工程設計，或稱設計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統）分成外部（或稱可視部分，及端口）和內部（或稱不可視部分），既涉及實體的內部功能和算法完成部分。在對一個設計實體定義了外部界面后，一旦其內部開發完成后，其他的設計就可以直接調用這個實體。這種將設計實體分成內外部分的概念是VHDL系統設計的基本點。

四、QuartusⅡ軟件

Quartus II 是Altera公司的綜合性PLD/FPGA開發軟件，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多種設計輸入形式，內嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設計輸入到硬件配置的完整PLD設計流程。

Quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl腳本完成設計流程外，提供了完善的用戶圖形界面設計方式。具有運行速度快，界面統一，功能集中，易學易用等特點。

Quartus II支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模塊庫，使用戶可以充分利用成熟的模塊，簡化了設計的復雜性、加快了設計速度。對第三方EDA工具的良好支持也使用戶可以在設計流程的各個階段使用熟悉的第三方EDA工具。

Altera Quartus II 作為一種可編程邏輯的設計環境， 由于其強大的設計能力和直觀易用的接口，越來越受到數字系統設計者的歡迎。

基于Quartus II進行EDA設計開發的流程包括以下步驟。

設計輸入：包括原理圖輸入、HDL文本輸入、EDIF網表輸入及波形輸入等幾種方式。

編譯：先根據設計要求設定編譯方式和編譯策略，如器件的選擇、邏輯綜合方式的選擇等。然后根據設定的參數和策略對設計項目進行網表提取、邏輯綜合、器件適配，并產生報告文件、延時信息文件，供分析、仿真和編程使用。

仿真：包括功能仿真、時序仿真和定時分析，可以利用軟件的仿真功能來驗證設計項目的邏輯功能和時序關系是否正確。

編程與驗證：用得到的編程文件通過編程電纜配置PLD，加入實際激勵，進行在線測試。

五、正弦函數信號發生器的設計

本文結合不同正弦信號發生器的工作原理，最終決定采用如下設計方案：

即先由8位計數器構成的地址發生器產生地址進而使正弦波數據存儲ROM輸出相應地址中的波信號數據，再進行相應的數模轉換，從而達到輸出正弦波信號的目的。

（一）設計方案概括

（1）正弦波的產生原理是利用不斷掃描讀取給定編程數據需來實現的，那么就需要定制LPM_ROM出來，從而將波形數據存所定制的ROM中；

（2）波形數據存儲好后，就需要一地址信號發生器，由計數器構成，來選擇已經定制好的ROM中的相應地址位；

（3）波形輸出需要一個8位DA轉換裝置，可以選擇DAC0832

簡而言之，就是利用已經定制好的LPM_ROM，再結合相應的由計數器構成的地址信號發生器來掃描讀取相應的波形數據，從而進行波形顯示。

（二）課程設計解決方案的原理框圖

第3篇：電路設計開發流程范文

論文關鍵詞：模塊教學，制作，電子鐘

 

單片機技術作為現代電子技術的重要基礎，廣泛應用于工業過程控制，機電一體化產品，智能儀器，家用電器、計算機網絡及通信等方面，是各類控制系統的核心。《單片機控制技術》是在前面所學《單片機基礎1》和《單片機基礎2》教學模塊的基礎上，進行小型單片機電子產品軟硬件設計和制作的教學模塊。通過本模塊的學習，培養學生掌握單片機技術在日常生活中的應用，鍛煉學生動手實踐能力、創新能力和新產品設計開發能力，為將來從事單片機新產品設計開發、檢測和維護等工作奠定堅實的基礎。

一、教學實施設想

依據單片機系統的開發研制過程，模塊《單片機控制技術》可分為單片機系統硬件電路設計與調試和單片機程序設計與調試兩個部分，在綜合應用階段將二者融為一體。通過本模塊的學習，使學生掌握單片機硬件設計和程序設計的相關知識，熟悉單片機應用系統的組成和開發方法，懂得單片機系統調試與維護技術，并在實際制作的基礎上制作，了解單片機控制的電子產品生產工藝和生產管理方法。

在“教、學、做”一體的教學過程中，通過分組實施，提高學生的溝通能力、團隊合作及協調能力，提高學生嚴謹的邏輯思路，縝密的工作方式和強烈的責任意識。教學實施按照3個階段逐級深入：①基礎知識復習講解；②基本應用訓練；③綜合實際制作。

二、教學內容設計

曾經有人這樣說過，如果用數碼管和按鍵，做一個可以調整時間的電子鐘出來，那么你的單片機就算入門了60%了。我認為這句話是有道理的。基于單片機技術的實時時鐘能夠涵蓋單片機課程的大部份知識點，對單片機知識的應用，其綜合度是相當高的。

本模塊以4位數碼管實時時鐘的硬件電路和程序設計為載體，以8位數碼管實時時鐘的設計和制作為任務驅動，將單片機有關知識點融入“教、學、做”一體，采用分組實施，逐級深入的方式，重點培養學生應用單片機知識進行小型電子產品的設計、調試和制作能力。

本模塊按照教學計劃，可以分為5個學習情境：

1）單片機最小系統軟硬件設計

以4位數碼管實時時鐘為例，講授單片機最小系統的軟硬件設計方法核心期刊目錄。

2）單片機定時與中斷功能的應用

以含四個按鍵和4位數碼管的可以調整時間的實時時鐘為例，講授單片機定時與中斷功能的實現方法。

3）單片機與數碼管顯示器接口的設計

以4位數碼管實時時鐘為例，講授單片機與數碼管顯示器的接口設計方法。

4）單片機與LCD顯示器1602接口的設計

以一片1602作為單片機實時時鐘顯示屏為例，講授單片機與LCD顯示器1602接口的設計方法。

5）制作單片機電子鐘

在教師指導下，應用單片機中斷、定時技術，通過調整鍵、加1鍵、減1鍵、確定鍵四個按鍵，用8位數碼管（或用一片1602）制作一個可以調整時間的電子時鐘，顯示格式為：時-分-秒 XX-XX-XX。

通過以上5個學習情境的訓練，學生最終完成1臺具有調時功能的單片機電子鐘作品，并以作品的完成情況和完成過程進行考核評價。

三、思考與展望

1、模塊《單片機控制技術》 以單片機控制的電子鐘的設計制作為載體，將單片機多個知識點串連到一起，按照由淺到深逐級深入，培養學生團結協作、細致耐心、動腦動手等能力，全方位地將知識性、趣味性、實用性融為一體，引導學生自主學習，理論聯系實際，制作實用的單片機電子小產品。

2、“單片機工作室”是我系單片機開發應用的“第二課堂”制作，對于已不能滿足模塊課程教學內容的優秀學生，要依托“單片機工作室”，注重單片機優秀人才的培養，提高他們參與創新實踐的能力，特別是在參加市、省各項課外科技競賽活動和技師班課程設計及畢業論文設計中，為學生采用單片機技術，設計開發作品提供有力的支持。

3、今后要不斷延伸教學模塊。要與合作企業共同制定教學實訓項目，按照企業標準將“教室與實訓室”、“教師與師傅”、“學生與學徒”、“作業與作品”四者合一的開展單片機教學。在與企業共建校外實習基地的基礎上，依據企業標準將單片機實用項目的開發設計過程融入教學，實現仿真企業環境條件下的教學，突出技術應用的職業性。

4、要積極整合校內技術優勢，積極開展對外技術服務，強化課外“產學研”與課內“教學做”的相互滲透。由單片機課程專任教師、企業技術人員與部分學生共同組成項目組，開發研制科技含量高、低成本、測量數據準確、使用簡單、實用的單片機產品，使學生不斷積累單片機產品的開發經驗，熟悉企業生產開發流程，深刻理解企業對人才的具體要求，直接接觸社會流行技術，實現學校教育與社會需求之間的無縫對接。

第4篇：電路設計開發流程范文

“電子技術基礎”包括模擬電子技術和數字電子技術兩門主要課程，是理工科相關專業的技術基礎課程，也是生物醫學工程專業的重要專業基礎課和技術基礎課。生物醫學工程專業開設“電子電路課程設計”課程，對提高學生的電路設計能力、硬件制作能力和系統調試能力，以及培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力具有非常重要的意義。如何利用科學的選題在較短的時間內訓練和提高學生的這些能力，并有意識地培養學生的創新意識和科研能力，是該課程在教學過程中重要的教學研究課題。[4-6]

一、生物醫學工程專業“電子電路課程設計”教學中存在的問題

由于生物醫學工程專業的特殊性，目前在生物醫學工程專業的“電子電路課程設計”教學過程中，普遍存在以下幾個問題：

1.課程設計的選題沒有考慮專業特點，實施的目的性不強，與專業的整體發展建設結合較差，達不到課程設計要求

一個突出的問題是，課程設計的選題大部分是沿用電子信息類專業的傳統選題，如多級低頻阻容耦合放大器、功率放大器、語音放大器、函數發生器、交直流放大器、數字電子鐘、定時器、智力競賽搶答器、簡易數字電容測試儀等選題，這些題目與生物醫學工程專業的聯系較少。這樣既不能體現專業特點，也不能提高學生的興趣，從而使得學生對所學理論知識不能很好地運用于實際，造成與實踐的脫節。

2.課程設計內容不完善，所設計的內容不能充分體現課程設計的目標

“電子技術課程設計”課程應該是由許多關鍵環節構成的一個整體，從多個方面訓練和提高學生的能力和素質。但原有的教學過程中，往往會忽略其中的一些重要環節。這些問題表現在：只要求學生完成電路制作，對于任務分析、方案選擇、分析計算要求較少，把課程設計簡化成操作實訓；不重視測試和數據分析，不能充分鍛煉學生分析問題和解決問題的能力；不注重使用設計軟件和選擇流行器件，只使用過時的器件，甚至老舊的分立元件，制作的電路達不到任務要求。這些對于提高課程設計的效果都有不利的影響，導致學生實際動手能力練習不夠、電路設計能力偏低、綜合調試能力不高。

3.評價方法和標準簡單，隨意性大

教學過程中沒有嚴格的評價標準，課程成績評定基本上流于形式，從而造成課程設計質量下降。

在這種情況下，培養出來的學生普遍存在電路設計能力和系統調試能力不足，發現問題、分析問題、解決問題的能力偏低，這樣培養出來的學生難以在工程設計領域中發揮獨當一面的作用，不能快速適應社會要求。

二、“電子電路課程設計”的改革思路和實踐

幾年來，在“電子電路課程設計”教學過程中進行了幾點改革嘗試，取得了較好的教學效果。

1.明確專業培養目標，構建課程設計選題庫

“電子電路課程設計”是電子信息類專業的傳統課程，有大量的課程設計選題，但這些選題中，大部分與生物醫學工程專業和生物醫學電子技術課程的教學內容和要求有較大的區別。為此，學院組織教師從眾多的課程設計選題中，選出若干與專業相關的訓練內容，進行加工改造，并對每一個設計選題提出具體的訓練要求和目標，構成課程設計選題庫。題庫中題目所涉及到的課程內容和設計內容的統計分析見表1。從表中可以看出，與生物醫學工程專業的教學內容密切相關的選題占總選題的72%，這樣就形成了有專業特色的電子電路課程設計內容和要求。

另外還結合專業的特色，對與醫療儀器密切相關的設計，如測量心電、腦電、心音、血氧飽和度、脈搏波等信號的電子系統的采集電路部分，要求學生做成完整的模塊，作為以后系統課程設計的子模塊。

2.以學生為主體，改革傳統課程設計指導方式

改變過去教師全程指導，有問必答，甚至直接給出參考電路的指導方式。教師在給出選題和要求后，將學生分成若干小組，每個小組在選題范圍內選定設計題目。學生自己查閱資料，提出方案，獨立設計，最終完成設計并進行完整的調試和測試。在整個課程設計過程中，教師每周留出固定或靈活的課堂答疑時間，回答學生提出的問題或啟發學生提出問題，直至課程設計結束。

3.充分發揮學生潛能，加深加寬課程設計的訓練內容并提高要求

在課程設計過程中，教師提出設計的目的和要求后，實驗室只負責提供材料及儀器，其他工作全部由學生自己完成。為了更多地訓練學生的綜合素質，學生需要獨立完成實踐步驟確定、任務分析、方案選擇、電路設計、元件選擇、電路布線、印刷板設計及制造、元件測試、電路焊接、系統調試、測試方案設計、電路測試等訓練步驟，并將這些步驟作為課程考核的訓練點（見表2）。通過這種完整的訓練過程，學生不僅能夠初步掌握電子產品的設計開發流程，還能較好地鍛煉自己的專業素養。

4.重視現代電子技術的發展和應用，鼓勵學生掌握和使用工具軟件和最新芯片

做到軟件和硬件結合，學生除了完成電路設計以及硬件的焊接、安裝、調試外，還需要至少掌握一種印刷電路板設計軟件和一種電路仿真軟件，有條件的學生還應掌握一種數字電路設計軟件（如EDA軟件）。學生既要熟練掌握電阻、電容、電感、二極管、三極管等分立元件的選擇和使用外，還應盡量掌握和使用最新的集成芯片，以進一步訓練工程設計能力。這樣，電子電路課程設計可以達到更好的教學效果。

5.培養學生興趣，將課程設計與創新課題訓練相結合

鼓勵教師將本科創新課題、教師科研課題等進行簡化、分割，形成適合課程設計的課題，供學生選擇。鼓勵學生進行電子產品整機設計、開發、組裝、調試，并且組織學生共同交流，互相學習，不斷提高。

三、結束語

“電子技術”課程的理論性和實踐性都很強，而“電子電路課程設計”作為教學過程中的重要一環，體現出了越來越重要的作用。對該課程進行的一系列教學改革實踐，取得了良好的效果。按照改革后的教學模式，“電子電路課程設計”不斷能夠鞏固課堂上所學的理論知識，加深學生對課堂抽象概念的理解，提高了學生的設計能力和創新能力，還能使學生對生物醫學工程專業的認識更加明確具體，這些都有利于培養出理論基礎扎實、實際工作能力強的高素質生物醫學工程專業人才。

參考文獻：

[1]John D.Enderle.生物醫學工程學概論[M].封洲燕，譯.北京：機械工業出版社，2010.

[2]李剛，張旭.生物醫學電子學[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3]余學飛.現代醫學電子儀器原理與設計[M].第二版.華南理工大學出版社，2007.

[4]劉劍，楊立才，劉常春.“生物醫學傳感器與測量”課程教學改革探索[J].電氣電子教學學報，2011，（1）：15-17.

第5篇：電路設計開發流程范文

[關鍵詞]自適應前照燈系統；主控單元；數據采集

中圖分類號：U463.651 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）20-0282-02

1.引言

中國的汽車產業在飛速的發展，同時帶來的也有交通事故的頻繁發生，而由于駕駛員視線問題造成的事故比重占了一大半。前照燈是為駕駛員在夜間或者特殊環境下提供照明的，照明的好壞直接影響了駕駛員的安全。我國現有的傳統照明系統存在諸多問題。在彎道和特殊環境下不能提供充足的照明，而AFS系統可以實現。現如今很多高檔車如奧迪A4，寶馬5系等已經安裝此系統。所以，AFS系統的研發是汽車工業的發展方向。

2. 總體方案設計及分析

本汽車前照燈自適應系統是由車速傳感器、轉角傳感器、LIN總線、主控單元（MSP430F149）、步進電機和前照燈所組成的。在汽車行駛過程當中，通過轉角傳感器進行方向盤轉角的數據采集，和車速傳感器進行汽車速度的數據采集，將所得數據通過多輸入輸出通道傳遞到主控單元（MSP430F149）中，在其內部進行控制策略的精確計算，控制步進電機左右方向轉動，從而完成對汽車前照燈左右方向的控制[1]。AFS系統原理框圖如圖1所示。

3.燈水平轉角與方向盤轉角量、車速關系

汽車的安全制動距離是汽車轉彎時前照燈轉動角度的重要依據，因此在汽車轉彎時，應先計算出制動距離，而車燈轉動多少角度是由車速和轉角弧度所決定的。車速傳感器可提供車速，弧度既是彎道的半徑，通過轉角傳感器和前后輪的轉動角度，依據阿克曼原理可計算出其實際的轉彎半徑。本文以此建立的汽車轉彎時的模型[2]。

a）阿克曼原理：

阿克曼汽車轉動原理是指汽車前后輪的軸心垂直延長線必交于一點（Z點），如圖2所示，圖中線段ZX為轉彎半徑，其值為彎道的半徑R，車輛的前后軸間距為D，外側前輪轉向的角度為B[2]。

通過以上彎道半徑、汽車速度和車燈轉角的幾何關系，可以表明汽車在行駛的過程中，方向盤的轉角與車燈轉角是成正比關系。車速在方向盤轉角為定值時，車速和車燈轉角也成正比的關系。將以上關系帶入AFS系統的設計當中，使理論和實踐更好的結合，更精確地確定的轉動的狀態，從而確定車輛轉向模式，更加安全、智能化。

4.硬件電路設計

4.1 單片機最小系統設計

整個系統的核心控制部分為單片機電路，通過單片進控制來實現電機驅動從而帶動前照燈調節。本文的主要控制單元選用的是MSP430F149型的單片機，體積很小且結構簡單，性價比較高，生產和調試都較為方便，具有16位RISC結構，有低速和高速兩種振蕩器，其正常工作電壓，可以在1.8V-3.6V間工作，如圖4所示。由于電源的輸入的不定向紋波會影響到單片機，所以我們設計進行濾波。而且我們應考慮到抗干擾等問題。因此，本系統中受到的干擾會比較小，在單片機的模擬電源輸入端增加一個濾波電容用來減小干擾。所以，我們讓模擬地和數字地接到一起共地。

4.2 轉角傳感器

轉角傳感器有很多種，基于不同原理有光電式，電阻式，電磁式等，各有其優點及缺點。在本系統中，轉角傳感器選用的是基于光電式的編碼器（EPC-755A），而其中鑒相電路則是由與非門與觸發器所構成的，同時應用了3片74LS193相連接而構成了計數電路[1]，在光電編碼器工作過程當中，通過輸出通道波形的前后判斷其工作在順時針還是逆時針，如通道A波形信號超前，則其在順時針轉動，如通道A波形信號滯后，則其在逆時針轉動，同時觸發器的輸出信號出現兩種不同的高低電平，計數脈沖將通過上、下的與非門輸送數據到計數電路當中。最后傳送到處理電路中，其電路原理圖如圖5所示[3]。

4.3 車速信號處理電路

從汽車的里程表里引出汽車的電壓信號，該設計的電壓為12V。由于單片機可以處理在5V信號電平，所以速度信號電路主要完成信號的電平匹配設計，信號轉換成數字信號的5V，12V，利用光電藕合器將輸出信號送入控制單元并進行計數。本系統的車速信號處理電路原理如圖6所示[7]。

4.4 驅動電路的設計

LIN總線將傳感器采集的數據信號傳入到控制單元當中，通過內部的精確計算，從而實現控制步進電機轉動，它會通過定位指令，正確啟動或停止步進馬達，將其設定在最短的時間點。也會將出現的問題反饋給管理和內部行動和決定的報告到LIN接口。此AMIS-30623包括以下內容：為LIN協議處理程序，內部振蕩器，以及控制邏輯和控制所需的PWM。內部參考電壓進行精確修剪源，一個保護塊具有熱關機電路。5V穩壓器（從電池供電）提供的內部邏輯電路。本系統的步進電機驅動電路如圖7所示[1]。

5.系統主程序設計

硬件電路的正常運行必須有軟件的配合，在軟件程序設計開發工作中，主要是搭建硬件電路板，使其結構合理、減小面積，硬件結構搭建完成后，需要軟件程序去支撐完成功能，所以軟件程序，軟件功能的完善關系到硬件系統的可靠穩定性。通過系統初始化、編程、中斷定時進行判斷，如不符合條件，將初始化系統，再次進行判斷，直至判斷符合條件為止等一系列的運作，來控制步進電機的轉動，主程序流程如圖9所示[1]。

6.結束語

本文通過總體方案的設計、控制策略建模、硬件電路設計、軟件電路流程設計、實現了汽車前照燈自適應系統的設計，通過信號的采集、傳送、處理，完成汽車前照燈的智能轉動。但仍有很多地方如傳感器的增加，總線的選擇，單片機的工作效率，光線的變換等需要改進。能夠在不同的行駛環境中做到燈光的自由變換，是我們的研究目標，同時為給駕駛員提供一個更加安全可靠的駕駛環境，也會降低交通事故發生率，所以汽車前照燈自適應系統的研究將是今后汽車電子工業的重要研究課題。

參考文獻

[1] 束華明，高明煜，王園園. 基于單片機控制的汽車前照燈自適應系統[J].電子測量與儀器學報，2008（增刊）：318-321.

[2] 朱麗.基于PSoC的汽車前照燈智能控制系統研究[D]：[碩士學位論文].長春理工大學，2013 .

[3] 徐科軍.傳感器與檢測技術[M].北京；電子工業出版社，2008.2.

[4] 崔濤，劉剛.故障樹分析法在汽車故障診斷中的應用[J].長春工業大學學報，2009：661-664.

[5] 侯天偉， 盛立峰， 史國計， 楊玉春.基于虛擬儀器的汽車電子設備測試系統[J].長春工業大學學報，2008，32（5）：546-549.

[6] 勒偉，廖延彪，導波光學傳感器原理與技術[M].北京：科學出版社，1998

[7] 楊財，周艷霞.方向盤轉角傳感器研究進展[J].傳感器與微系統，2007，26（11）：1-4.

第6篇：電路設計開發流程范文

1電子產品開發概述

電子產品的開發離不開企業這個實體，開發項目管理理念需要結合企業的自身實際情況，如企業的行政組織架構，開發項目團隊的組織架構等來制定最適合企業的一套產品開發項目管理流程。本文以圖1所示的開發項目團隊組織架構框來闡述電子產品開發項目管理流程。產品開發整體流程實際上包含一系列階段步驟，把一組需求和思想轉化為市場上成功產品的流程。本文介紹的電子產品開發項目整體流程框圖如圖2所示。由圖2所述，電子產品開發首先要進行市場調研階段對產品作出準確的市場定位，項目管理者需要進行產品評估設計階段仔細分析產品功能指標、性能指標、技術參數、系統規格確定準確的項目開發文檔作為產品開發的輸入，需要對整體設計進行開發計劃的制定，系統規格等進行產品開發目標的確定，同時組織設計開發項目團隊成員分配，設計開發人員項目責任分配，制定團隊各成員的詳細準確的設計參數任務書，設置各個階段時間節點，進行產品成本、時間的控制目標和措施，生產過程中文件控制的實施，產品標準化制定計劃等。隨后進行產品設計實施階段，進行設計評審、開發執行，接著進入制作ES樣機階段制作樣機進行測試，測試成功隨后進行產品小批量生產階段進行生產小批量樣機測試，產品大批量生產階段，產品更新維護階段直至產品全生命周期結束。

2電子產品開發技術的詳細流程

2.1硬件設計流程

產品硬件設計流程如圖3所示，硬件項目組根據產品的技術定義，準確的系統技術參數規格、功能指標、電氣性能指標等，進行硬件電路實現方案的設計工作，方案的設計可以提出幾套實現方案，最好能引用原有生產產品上的經典的電路模塊從而更有力保證產品的設計的穩定可靠性，項目協調員組織相關責任人進行硬件電路設計的評審，評審的原則是以最低的成本最可靠的方案為原則進行方案選定。選定后由硬件工程師進行原理圖的設計，設計完成后需要進行原理圖的評審工作，評審合格后再進行PCBlayout設計，在進行PCB設計的同時硬件工程師需要與結構工程師一同協調確定產品的開口，孔位，接口位置等信息進行PCB設計。PCB設計完成后需要進行PCB圖的評審，PCB評審成功后再進行BOM表的整理，進行元器件的采購，焊接PCB后與軟件設計人員進行硬件單板功能調試工作，與結構設計人員進行裝配組裝調試，發現問題填寫問題報告，反饋協調到具體的相關設計人員進行整改工作。最后輸出的原理圖、PCB、BOM表等資料歸檔作為下一階段產品ES樣機資料發放的輸入。

2.2軟件設計流程

產品軟件設計流程圖如圖4所示，軟件項目組軟件系統需求分析得出的系統需求說明按軟件設計流程進行軟件方面的設計工作，設計的方案首先根據具體的硬件設計電路模塊進行各個模塊的軟件設計驅動及測試工作，如發現問題及時反饋給硬件設計人員進行協商修改，如果沒問題則提出系統軟件框架的設計方案，項目協調員組織相關責任人進行軟件方案評審，評審的時候需要仔細根據需求實現的技術細節來核實軟件是否能達到相應的技術指標。評審成功后則根據具體的功能實現模塊逐個進行軟件設計，每個功能模塊設計完成后，再進行軟件整體模塊代碼兼容軟件集成設計調試工作，調試成功后需要在幾套硬件上進行反復的測試，測試完成各方面達到系統要求指標后進行程序整理歸檔及初次發放版本管理。最后輸出的軟件說明文件、源程序、燒錄程序等作為下一階段ES樣機資料發放的輸入。

2.3結構設計流程

根據產品的技術定義，提出的準確的系統參數規格，結構項目組進行結構設計工作，根據產品的外觀要求，整體尺寸大小、開孔位置、按鍵、LED燈、屏的位置、端子開孔、電氣要求等，選擇合適的殼體，進行結構圖紙的繪制，繪制的過程中需要與硬件設計人員一同確定產品的一些細節問題，繪制完成后通過軟件模擬，模擬成功項目協調員協調相關責任人進行結構設計方案的評審，評審成功后進行結構圖紙的釋放進行快速成型制作一套結構結合PCB板、結構開孔、按鍵、屏、端子等進行組裝測試。測試沒有問題后進行結構圖紙的歸檔工作，最后輸出的結構裝配圖、部裝總裝文件等作為下一階段ES樣機資料發放的輸入。

2.4產品ES樣機流程

產品ES樣機流程如圖6所示，技術工程部在產品開發設計實施階段完成了硬件、軟件、結構設計之后，將硬件設計的輸出、軟件設計的輸出、結構設計的輸出作為產品ES樣機的輸入文件，相關技術設計工程師完成ES樣機的測試、調試、組裝、裝配工作，同時將遇到的問題記錄到樣機問題反饋表中，隨后進行產品功能測試、產品電氣測試、產品整機測試，測試過程中如發現問題及時反饋給相關責任技術設計人員進行修改，如果沒問題則將產品設計文件，ES樣機反饋問題，功能測試報告，電氣測試報告，ES樣機整機檢驗報告等進行歸檔工作，同時將ES樣機進行拍照錄像存檔工作作為下一階段小批量生產的輸入，完成產品ES樣機流程。

2.5產品的小批量生產

產品ES樣機階段結束后，接下來的階段就是進行產品的小批量生產試制階段，工藝部門與技術工程部門進行輸入輸出文件交接工作，工藝部門根據產品ES樣機流程階段的輸出得到的各種歸檔資料作為產品小批量生產的輸入。產品小批量生產試制其流程如圖7所示。工藝部門獨立按計劃按流程制作小批量樣機，完成后質檢部門QC對小批量樣機進行整機全檢，并公布遇到的所以問題，工藝部門完成解決相關問題無法解決的問題反饋到技術部門相關設計人員解決相關問題，解決完成后公布處理結果，工藝、質檢進行協調測試直至一致通過，接著進行修改完善相關資料，最后進行工藝、質檢、技術三部門共同認證小批量生產的樣機是否合格，合格則完成產品的小批量生產流程。

2.6產品的大批量生產

電子產品經過工藝部門小批量生產后完善了產品的配套的工藝生產指導文件，但是有時在大批量生產會暴露出批量的相同的問題如電子元器件采購出錯，芯片批次不同造成性能不同，結構件的加工誤差無法組裝等等，所以在大批量生產之前除了需要根據工程樣機及配套的工程樣機文件來指導大批量生產之外，在大批量生產進行頭幾臺生產時仍然需要仔細進行整機制造后進行整機全檢，持續修改完善工藝資料后，接著就將完善后的工藝資料正式轉為生產指導資料指導流水線進行大批量生產進程。大批量生產的流程圖如圖8所示。

2.7產品維護階段

產品開發大批量生產階段結束后，整個項目并未結束，此后由于客戶需求，技術更新，降低成本等因素進行產品修改更新，都會在原產品基礎上提出些設計的更新變更方案，這個階段就是項目產品維護更新階段，需要對項目設計更新，設計人員修改設計文檔，在ES樣機上進行測試，測試合格是否正式，正式發放升級通知及更新套件處理等，以及進行產品更新升級批次的管理工作等一系列跟蹤直到項目生命周期的結束。其中產品修改更新流程如圖9所示。

3結束語

第7篇：電路設計開發流程范文

[關鍵詞] 就業；教學改革；電子技術

[中圖分類號] G646 [文獻標識碼] A

1 引言

電子技術無疑是當今應用領域最有發展前途的技術之一，現已被廣泛應用于工業控制系統、信息家電、通信設備、醫療儀器等眾多領域。而隨著社會的快速發展，整個行業對電子技術人才的需求日益旺盛。正基于此，國內眾多高校、職業技術學院和培訓機構紛紛開展電子技術系統的教學和培訓工作。但是，相對于旺盛的人才需求，行業內人才的供給狀況，卻不容樂觀。據不完全統計，電信業電子技術人才的需求將會在今后一段時間內繼續上揚。

2 適應高校電子技術方向的就業崗位調查

總體上電子技術系統可劃分硬件和軟件兩部分，硬件一般由高性能的微處理器和的接口電路組成，軟件一般由硬件抽象層、電子技術操作系統、軟件應用平臺和應用程序等組成：

硬件層：硬件是整個電子技術操作系統和應用程序運行的平臺，包括輸入輸出接口/驅動電路、處理器、存儲器、定時器、串口、中斷控制器、外設器件、圖形控制器及相關系統電路等部分。對于硬件層的設計開發要有較深的硬件開發經驗，這些崗位一般都需要資深的硬件工程師，不太適合剛畢業的本科學生，對于在校期間有過研發經歷的研究生比較合適。

中間層：硬件抽象層（HAL）或板級支持包（BSP），負責對各種硬件功能提供軟件接口，包括硬件初始化、時鐘管理、定時器管理、中斷處理、總線管理、內存地址的映射，等。它位于底層硬件和操作系統之間，是二者之間的橋梁。這個層次的設計開發不僅要精通底層硬件結構，還要熟悉上層的操作系統，主要工作是開發設備驅動程序。這部分工作需要有豐富的軟硬件研發經驗才可以勝任，崗位主要針對有經驗的本科生和研究生。

軟件層：主要包括操作系統和軟件應用平臺。操作系統主要是實現資源的訪問和管理，完成任務調度，支持應用軟件的運行及開發。軟件應用平臺則是為了提高開發速度與軟件質量，一些應用提供商開發了一些可重用的應用平臺，封裝了一些常用的功能，同時提供API接口，可以在此基礎上進行二次開發。對于操作系統級的開發比較適合學過電子技術專業課程的研究生和本科學生。對于軟件應用平臺上的開發比較適合學過電子技術專業課程的本科生和高職學生。

功能層：主要指的是應用軟件層，位于電子技術系統層次結構的最頂層，直接與最終用戶交互。針對各種特定功能來編寫應用程序，實現系統的功能應用。主要是進行大量的C、C++或Java語言編程，不需要更多涉及底層硬件，大都是基于操作系統之上的編程。非常適合學過電子技術專業課程的本科生和高職生。

對于從事電子技術的企業最基本的部門劃分有研發、生產、銷售、技術支持部門，當然還會有行政部、財務部、采購部等其他輔助部門，在這我們主要針對的是和電子技術相關的部門。但是各企業會根據各自的規模大小、產品類型不同、研發結構不同等因素進一步細化部門[2]。所以每個企業招聘人才時都會根據具體工作來確定工作崗位。

銷售部和技術支持部：銷售部門一般需要大量的銷售人員，這部分人員必須懂得營銷的基本知識，外貿銷售工程師還必須有扎實的英文功底，還必須了解電子技術產品的基本結構、組成，產品各的技術指標，以及產品的開發流程，這部分職位適合高職生和本科生。技術支持部技術支持工程師必須熟悉整個產品的開發流程，對產品的研發的各個環節都必須要有清楚的了解，對硬件原理、操作系統，應用程序都要有系統的了解，對硬件軟件調試技術要比較全面，在職能部門中，這個是屬于技術要求比較高的，適合高職生和本科生。

生產部：產品研發成功之后將進入生產階段，生產部門是一個龐大的部門，需要大量的貼片工程師，焊接工程師，還有生產管理人員，這些崗位需要比較扎實的硬件基礎，動手能力要比較強，這部分職位適合中專中職學生和高職生。

有接近78%以上調查對象認為以下崗位適合高校學生[2]：銷售、技術支持工程師、軟件測試工程師、硬件測試工程師、系統功能測試工程師，貼片焊接工程師、硬件維修工程師；有40%-60%的調查對象認為軟件工程師（linux，C/C++）、軟件工程師（wince .net電子技術）、軟件工程師（java方向、電路圖原理工程師、PCB設計工程師適合高校學生，剩下的系統研發類只有不到30%的人選擇。

3 適應就業形勢的崗位能力

從以上分析我們可以看出，高校學生適合的崗位主要集中在軟件研發和職能部門，重點對適合高校學畢業生的崗位進行分析，通過對企業人事部門的走訪，我們得知研發部對研發的產品定型后會把PCB設計圖、元器件清單等資料交付采購部和生產部，進行元器件采購和制板。大多企業一般都不會設立加工廠，產品的制板和焊接都會采取外包。在加工廠將焊接好芯片的主板取回后在生產部進行硬件測試和部件組裝、軟件測試、整體功能測試。

生產部的工作按照流程可分為焊接工程師、硬件測試工程師、軟件測試工程師、系統功能測試工程師、硬件維修工程師。這些工作崗位對學歷的要求都不高，工作難度不大。主要針對的就是專科生和高校學生。在課程設計和教學方面必須從這三個方面知識點來綜合考慮：

基礎部分：能閱讀簡單的英文資料，熟悉和掌握C/C++語言。

硬件部分，焊接結構設計基礎、制造、管理，熟悉或者掌握模擬電子線路、數字電路、單片機等基本硬件電子電路設計知識；接口電路程序設計；熟悉基本的EDA工具，如SPICE、ORCAD、VIEWDRAW、MODELSIM、MAXPLUS，至少熟悉1到2種，熟悉SDL；對于32位電子技術處理器和8位單片機，熟悉其應用設計和調試方法。

系統部分，熟悉電子技術處理器體系結構， 電子技術芯片定義；了解Linux、Wince、uC/OS-II、Vxworks、RTOS操作系統知識， 電子技術操作系統工作原理，內核定制與裁剪；了解設備驅動、內存管理和文件系統；熟悉腳本程序編程（python或perl）；精通C語言，對電子技術工程實踐中常用的庫函數有較為透徹的理解；掌握代碼運行時的內存處理情況，KGDB等內核調試工具的使用；軟件部分， 熟悉Linux、Wince、Ucos、Vxworks等操作系統的各種軟件開發環境之一；熟悉C語言編程、匯編語言、C++語言、JAVA語言、.NET語言之一；熟悉GUI開發過程，熟悉網絡編程，多任務編程；熟悉電子技術系統的程序設計過程，熟悉軟件工程，熟悉各類文檔的編寫；掌握白盒測試、黑盒測試、回歸測試；掌握單元測試、集成測試、系統測試過程，測試的誤區和經驗。

4 結語

高校對各類教育應給予更多的重視，高職教育的學術性不如本科教育強，而職業性又比高職教育弱，在勞動力市場競爭中難以形成自己的特點，這也許是高職生就業落實率下降的原因之一。因此，高校要明確教育的培養目標，調整培養內容，提高教育質量，創出高職特色。根據電子技術的教學內容和課程建設的需求，教學方法與教學手段做了適當的改進。教學方法多樣化，能夠滿足各種專業和不同學習習慣的學生學習本課程；教學手段多類型，包括課堂講授、軟件實踐操作和交流型學習。尤其是交流型學習，打破了以往單一的授課和上機實習模式，能夠提高學生的積極性和主動性。主要概括為以下幾個方面：1.課堂講授方式的改進，在課堂教學中不僅采用多媒體課件的形式展示教學內容.也要注意利用現代聲光技術對實踐知識進行信息蘑現。如上課時播放現場錄像。可讓學生足不出教室。也能感受置身于施工現場，體會施工流程；2.作業方式的改進，在教學中可用課題報告、實訓、實習等環節取代傳統的平時作業；3.考試方式改進。

參考文獻：

[1]陳渝，李明等.源碼開放的電子技術系統軟件分析與實踐——基于SKYEYE和ARM開發平臺[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004：3-5.

[2]閡維方，丁小浩，文東茅.2005年高校畢業生就業狀況的調查分析[J].高等教育研究，25（l）：31-38.

[3]岳昌君，鞏見閩，黃潞.高校畢業生就業特點及其變化趨勢平[J].北京教育發展研究，2008（7）：25-26.

第8篇：電路設計開發流程范文

關鍵詞 嵌入式系統；單片機；計算機系統

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）08-0085-02

Content Setting of Embedded System Curriculum//XU Jinglei

Abstract The MCU Course is combined with embedded system courses， taking the 51 as one of the most simple embedded processor

to learn， while learning a more advanced embedded processor STM32.

Key words embedded system； single-chip； computer system

1 嵌入式系統的定位

目前對于嵌入式系統的理解各有不同，這種情況直接導致嵌入式課程在內容設置方面的區別。通過分析不同觀點，可以得到合適的指導原則。

一種觀點認為，嵌入式系統是非PC系統，有計算機功能，但不能稱之為計算機設備或設備。它是一種以軟件和硬件為中心的專用計算機系統，可應用于功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面有嚴格要求的場合。簡單地說，嵌入式系統的硬件和軟件聯合使用，仿照BIOS的工作方式，具有自動化程度高、軟件代碼小、響應速度快的特點，特別是具有實時多任務的功能[1]。嵌入式系統主要由嵌入式處理器、相關支持硬件、嵌入式操作系統和應用軟件系統組成。

這種觀點看似面面俱到，實則主次不分，沒有指出嵌入式系統的本質，其中把嵌入式系統稱為專用計算機系統更是錯誤的，因為事實上，嵌入式系統也可以作為通用計算機系統。

另一種觀點認為，嵌入式系統就是ARM體系結構、ARM指令系統、S3C2410嵌入式微控制器及嵌入式系統分析和設計等內容[2-3]。要了解嵌入式操作系統的進程、進程調度、進程間通信機制及嵌入式操作系統的其他功能，掌握嵌入式操作系統LINUX的基本命令，LINUX操作系統下應用程序的開發與調試，LINUX操作系統驅動程序的調試。

這種觀點混淆了嵌入式系統和嵌入式操作系統的區別，實質是在講如何使用LINUX嵌入式操作系統，而這只是嵌入式系統的一小部分。

綜合以上觀點，可以看到對于嵌入式系統的定位比較混亂，正確的定位該以計算機系統的核心單元處理器為準，以處理器的最小尺寸為依據，把整個計算機系統分為三大類：服務式、桌面式、嵌入式。

1）服務式指的是服務式計算機系統，提供高等的計算性能，采用服務式處理器，如網站服務器、超級計算機；

2）桌面式指的是桌面式計算機系統，提供中等的計算性能，采用桌面式處理器，如臺式機、筆記本；

3）嵌入式指的是嵌入式計算機系統，提供低等的計算性能，采用嵌入式處理器，如手機、平板。

這種分類方法只以處理器的最小尺寸為依據，標準客觀清晰，尺寸越小性能越低。處理器的最小尺寸指的是同型號前提下的最小封裝。事實上，嵌入式的詞義本身也意味著尺寸小，以便嵌入到其他設備。

至于每類計算機系統要做成通用還是專用，要根據實際需求而定。如手機這個嵌入式系統，發展初期是專用的，到智能手機時期，已經是通用系統了。

簡單說，嵌入式系統是采用嵌入式處理器的計算機系統。嵌入式處理器又稱為單片機、微控制器、微處理器。嵌入式處理器包含一切小尺寸的處理器，如51、61、AVR、PIC、ARM、DSP、FPGA等。

2 單片機和嵌入式系統的統一

單片機是一種集成電路芯片，包含大規模集成電路技術的CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能，有的還包含顯示驅動電路、脈寬調制電路。單片機是一個小而完善的計算機系統，廣泛應用于工業控制領域，從8位單片機發展到目前32位MCU。

單片機，毫無疑問，也是一種小尺寸的嵌入式處理器。采用單片機構成的計算機系統，也是一種嵌入式系統。單片機的詞義本身也意味著在單個硅片上集成了盡可能多的部件，以便實現尺寸小的目標，這個特征也是所有嵌入式處理器的特征。因此，單片機和嵌入式可以統一化，或者說，單片機是嵌入式處理器的一個別稱。

目前，單片機課程普遍以51為主，這容易造成一種錯誤認識：單片機就是51。事實上，單片機的內涵要大得多。為了理清關系，可以把單片機課程合并到嵌入式系統課程，把51作為一種最簡單的嵌入式處理器進行學習，同時學習一種較高級的嵌入式處理器STM32，相互對照，以便樹立正確的嵌入式系統的概念。

3 嵌入式系統的教學方向

嵌入式系統學習的內容很多，需要設定若干教學方向。首先，要明確的是學習嵌入式系統的目的是如何使用，而不是制造。具體說就是不制造嵌入式處理器，不制造嵌入式操作系統，而是利用現有嵌入式處理器設計電路，或利用現有嵌入式操作系統編制程序。其次，要明確有無操作系統，這是設定教學方向的依據。

如果沒有操作系統，則需要在程序設計中直接操作各個硬件寄存器，和硬件直接打交道，程序和硬件直接相關，稱為嵌入式系統的硬方向。一個嵌入式處理器是否具有操作系統不是隨意的，因為操作系統屬于額外代碼，對嵌入式處理器的性能是有要求的。若嵌入式處理器的性能較低，勉強運行操作系統，也是沒有意義的，不如裸機運行快。這方面的嵌入式處理器有51、61、STM32等，學習的重點在于處理器本身。嵌入式系統的硬方向，其課程名仍稱為嵌入式系統。

如果有操作系統，則程序設計中無須直接操作各個硬件寄存器，不和硬件直接打交道，直接操作硬件的工作由操作系統（含驅動程序）完成，程序可以做到和硬件無關，只需和操作系統（含驅動程序）軟件接口，稱為嵌入式系統的軟方向。一個嵌入式處理器是否具有操作系統不是隨意的，性能較高的嵌入式處理器，如主頻400 MHz以上的S3C2410，其內部結構已經復雜到讓直接操作硬件變得不現實，必須采用嵌入式操作系統進行開發，如Linux、Android、iOS，學習的重點在于操作系統，而不是處理器本身。嵌入式系統的軟方向，其課程名可以稱為嵌入式操作系統。

4 嵌入式系統的內容設置

嵌入式系統，作為嵌入式系統的硬方向，課程內容應該是學習不帶操作系統的嵌入式處理器，學習的重點在于處理器本身的細節，為進一步學習嵌入式操作系統建立一個扎實的硬件基礎。沒有這個環節，就難以理解操作系統的一些硬件概念。

嵌入式系統課程主要培養學生了解有關嵌入式系統的基本原理、設計方法以及嵌入式系統的最新發展，初步掌握嵌入式系統開發的過程和常用方法。通過本課程的學習，要求學生掌握嵌入式系統的基礎概念、基本原理、開發流程和步驟、嵌入式應用系統工程設計和解決技術問題的基本方法，具備一個合格的高新技術工程研發人員綜合運用所學各種知識和技能，從分析嵌入式系統應用項目需求，到確立設計開發方案，到方案實施和解決基本問題的能力。

課程基本內容：了解嵌入式系統的特性、基本原理及其發展趨勢；建立嵌入式系統的概念；掌握51體系結構、STM32嵌入式微控制器及嵌入式系統分析和設計等內容。該課程是一門實踐與理論結合性很強的課程，以電子技術、微機原理與接口技術、C語言等課程為基礎，主要介紹基于51和STM32微處理器的硬件基礎和編程。

課程重點與難點：嵌入式系統的概念，嵌入式系統的硬件系統，包括IO、中斷、DMA、SPI的工作原理，嵌入式系統的C語言編程方法。

課程章節主要內容總體分為51和STM32兩大部分。

第一部分

第2章 AT89s51單片機硬件結構：AT89S51單片機的硬件組成，引腳功能，電源及時鐘引腳等。

第3章 C51語言編程基礎：Keil C51簡介，Keil C51的開發工具，C51語言程序設計基礎，C51語言中的數據類型與存儲類型等。

第4章 AT89s51片內并行端口的原理及編程：AT89S51

的并行I/0端口的結構及工作原理，并行I/O端口的C51編程舉例。

第5章 AT89s51單片機的中斷系統：AT89S51中斷技術概述，中斷允許與中斷優先級的控制，響應中斷請求的條件，中斷函數。

第6章 AT89s51單片機的定時器/計數器：工作方式控制寄存器TMOD，定時器/計數器的4種工作方式，定時器/計數器的編程和應用。

第7章 AT89S51單片機的串行口：串行口的結構，串行口控制寄存器SCON，特殊功能寄存器PCON，串行口的4種工作方式。

第12章 單片機的串行擴展技術。

第二部分

第1章 STM32基本原理：STM32性能和結構，Cortex M3處理器，Cortex M3寄存器，STM32儲存地址映射，復位和時鐘控制。

第2章 硬件設計：STM32主板設計，MCU及其周圍電路設計，USB轉串口電路設計，TTL轉RS232電路設計，網絡端口路。

第3章 STM32軟件開發：STM32軟件開發環境，MDKKeil開發環境，獲得和理解固件庫，操作GPIO和管理中斷，嵌套向量中斷控制器NVIC庫函數，串口通信和DMA編程，SPI與I2C編程，TF卡編程，液晶屏及觸摸屏編程。

參考文獻

[1]王奕翔.《嵌入式系統原理與應用》課程教學改革與實踐[J].教育現代化，2016（25）：51-52.

第9篇：電路設計開發流程范文

中圖分類號:TN919-34文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)19-0172-04

Design of Evoked Potential System Based on FPGA

XIE Hong, LI Gang, YAO Nan, XIA Bin

(Institute of Information Engineering, Shanghai Maritime University, Shanghai 200135, China)

Abstract: A FPGA-based evoked potential system is designed. The overall design of the evoked potential instrument is given. The integrated design of each module which takes FPGA as the main chip is discussed. On the basis of the integrated design, the characteristic of analog-to-digital conversion chip ADS1258 is discoursed and the circuit design of the interface connecting the chip with FPGA is presented. The design of the evoked potential system possesses the advantages of high reliability, versatility and scalability, and has a great application value and good market prospect.Keywords: evoked potential; FPGA; ADS1258; interface circuit

0 引 言

誘發電位是指對神經系統某一特定部位給予特定刺激后在大腦皮層所產生的特定電活動,對于神經系統功能性異常的疾病有獨特的檢測診斷能力,也是大腦認知和腦機接口研究常用的技術手段。誘發電位儀通常包括視覺誘發電位、聽覺誘發電位[1]和體感誘發電位┤種檢測功能,其硬件系統核心組成部分包括:刺激信號源、腦電信號放大和數據采集。刺激信號源包括視覺刺激信號(如棋盤格、黑白閃光等)、聽覺刺激信號和神經刺激信號,一般采用分離設計[2]。

腦電信號數據采集一般包括模/數轉換、數據預處理和數據傳輸等部分,而模/數轉換芯片和主控微處理器芯片的選擇主導了整個數據采集系統的性能。在目前的采集系統中,基于單片機的中低端控制芯片功能較弱,逐漸被DSP和ARM或增強型單片機[3]所取代。DSP芯片采用哈佛結構的流水線工作方式,能實現復雜信號處理算法,如文獻[4]采用DSP實現復雜的腦電信號采集系統;而ARM適合做事務處理或者中低端應用,如文獻[5]中通過ARM處理器建立操作系統實現任務調度。盡管采用DSP和ARM芯片可使系統的運算能力和管理事務的能力得到很大增強,但是構成完整的數據采集系統通常還需要外部邏輯控制器件,尤其不能將數據采集和刺激信號源在單片上集成實現。

由于現代電子技術的飛速發展,可編程邏輯芯片FPGA的集成度越來越高,受到很多廠家和研究機構的關注,利用它的可編程性和可擴展,可將絕大部分的功能集成到FPGA芯片中。如文獻[6]采用FPGA實現了腦電信號采集;文獻[7]則將盲分離算法ICA在FPGA上實現,能同時對腦電信號進行采集和獨立分量分解。

本文針對誘發電位儀的硬件系統設計,提出將信號采集控制、處理、傳輸、刺激信號產生等功能集成在一塊FPGA芯片上的設計方案,并結合ADS1258[8]模/數轉換芯片,使得系統具有16通道,每個通道24位采樣精度和400 kHz采樣率的高性能,而且電路結構簡單。

1 系統總體設計

本文提出的誘發電位儀包括了刺激信號源、數據采集和數據傳輸三大部分。其中核心控制芯片采用Altera公司的FPGA,產生刺激誘發信號源包括聽覺刺激、神經傳導刺激和視覺誘發刺激,以及實現對電路如A/D,USB等模塊的控制并在芯片內部集成濾波算法模塊;數據采集采用高精度多通道的模/數轉換芯片ADS1258將通過放大器放大后的誘發電位信號進行模/數轉換并輸入FPGA內進行前置處理;數據傳輸通過USB控制器Cypress 68013A[9]將誘發電位數據傳輸至PC上位機,由上位機應用程序實現誘發腦電信號的后期處理、顯示、存儲等功能。系統總體框圖見圖1。

圖1 系統總體框圖

2 FPGA軟件模塊設計

2.1 FPGA的優勢

FPGA即現場可編程門陣列,是在CPLD的基礎上發展起來的新型高性能可編程邏輯器件,它既繼承了ASIC的大規模、高集成度、高可靠性的優點,又克服了普通ASIC設計周期長、投資大、靈活性差的缺點,逐步成為復雜數字硬件電路設計的理想選擇[10]。不同于傳統的誘發電位儀設計,本文將大部分分立元件實現的功能集成到了FPGA芯片中,實現多種刺激模式和濾波模塊以及實現對器件的控制,不僅提高了集成度使儀器小型化、便攜化成為可能,而且片內模塊可反復修改,提高了設計開發效率降低了成本,也可以方便地實現各模塊之間的同步。

2.2 軟件模塊整體設計

本設計中,FPGA芯片軟件模塊包括了誘發電位刺激模塊、信號傳輸控制模塊和數字信號處理模塊三大部分;由共同的同步信號協同合作,完成誘發電位儀的誘發刺激、信號的傳輸、數字濾波等核心控制處理功能。FPGA內軟件模塊框圖如圖2所示。

圖2 FPGA內部功能結構模塊

2.3 誘發電位刺激模塊

在FPGA芯片中設計了誘發電位刺激模塊,主要功能包括:聽覺誘發電位刺激、神經傳導刺激和視覺誘發電位刺激。刺激信號主要由脈沖信號進行控制[11],通過FPGA芯片可以直接輸出脈沖信號和VGA控制信號。聽覺誘發刺激信號和神經傳導刺激信號可由FPGA輸出的脈沖信號經功率放大后產生,在此聽覺誘發電位刺激信號為雙通道,一路信號產生脈沖信號如PWM(脈寬調制)波,另一路由FPGA芯片內部模塊通過DA轉換器產生白噪聲,而神經傳導刺激信號可直接由FPGA輸出PWM脈沖直接驅動電壓放大器生成。通過Verilog硬件描述語言,在FPGA中實現誘發電位刺激源信號,并通過FPGA端口輸出,例如在芯片中使用以下代碼可產生一個占空比為PWM_WIDTH∶1的PWM波形:

always @(posedge clk or negedge clr_set)begin

if (clr_set==0)pwm_out

else

if (counter>=PWM_WIDTH)

pwm_out

else

if (counter==0)

pwm_out

else

pwm_out

end

視覺誘發刺激信號由在FPGA芯片中存儲的刺激圖像數據直接產生VGA時序控制信號,控制VGA顯示器顯示棋盤格或彩條刺激圖像[12] 給予人體視覺刺激。

誘發電位刺激信號主要參數包括刺激脈寬、刺激頻率、刺激強度、刺激類型和刺激模式[13],USB芯片從上位機接收到參數配置信號,傳遞給誘發刺激信號生成模塊發出脈沖。例如,生成聽覺誘發電位刺激信號如圖3所示,它的刺激脈寬為0.2 ms,刺激頻率為12 Hz,設置某一刺激強度(由分貝進行度量);而生成視覺誘發電位刺激信號,刺激頻率為2 Hz,刺激類型為棋盤格模式,刺激模式為16×16。

圖3 刺激信號脈寬和周期

2.4 信號傳輸控制模塊

在FPGA內部將完成誘發電位儀同步信號發生模塊、A/D轉換器的控制、USB傳輸控制端口和上位機命令解析模塊,從而形成一整個誘發電位儀核心處理控制模塊,可以方便地使用各個模塊來完成器件的初始化、工作模式配置和系統的數據傳輸。圖4為信號傳輸控制流程圖。

2.5 數字信號處理模塊

圖4 信號傳輸控制流程圖

數字信號處理模塊集成到FPGA中,可以將算法拆分,形成大規模的數字信號處理并行結構,將極大地提高處理速度,且性能不會下降,如模式識別算法、盲源分離算法等,均比較適合集成到FPGA中實現。在前置模擬電路放大之前,腦電信號為微弱混雜的信號,需要做一些濾波處理,而此處可以將前段部分的帶通濾波電路轉化為數字濾波器,設置到FPGA芯片中去,可簡化電路結構,使系統整體體積大大減小。本設計在FPGA芯片中搭建了四階無限脈沖數字濾波器,其系統傳遞函數H(z)如下:

H(z)=b0+b1z-1+…+b4z-41+a1z-1+…+a4z-4

=∑4k=0bkz-k1+∑4k=1akz-k

將誘發電位信號放大模/數轉換之后的數據實時經過濾波,實現信號的前置處理[14],經測試效果良好。利用FPGA的并行性,在每個通道設置一個數字濾波器,大大增強了系統實時性,而且可探索自適應、小波數字濾波器等設計,在硬件層次提高系統的處理能力。

3 高精度多通道模/數轉換器ADS1258

在誘發電位儀采集系統中,模/數轉換模塊芯片的選取對整個采集系統的結構和性能影響非常大,本文模/數轉換芯片選用ADS1258器件,使得本系統達到多通道高分辨率的要求。

3.1 ADS1258的主要特點

ADS1258是16通道24位分辨率的低噪聲模/數轉換芯片,全量程5 V的單端輸入范圍或者±2.5 V的真雙極輸入,每個通道采樣速率最高23.7 KSPS(16通道同時采樣),單個通道采樣最高可達400 KSPS,通過SPI兼容接口進行工作模式配置和串行數字通信,使用方便。選用此芯片,電壓分辨率即可達到1 μV,因此信號放大和調理預處理電路的放大倍數只要100倍就可滿足誘發電位儀的技術要求,大大簡化了前級電路。

3.2 ADS1258與FPGA接口電路

ADS1258通過一個SPI兼容串行接口將數據寫入配置寄存器,使用命令控制轉換器以此來控制A/D芯片的工作模式,并最終讀取通道數據。接口包含CS,SCLK,DIN和DOUT四個信號。對ADS1258的所有操作都得先向其寫入命令,然后由AD根據寫入的命令做相應的操作。經過FPGA的A/D配置模塊啟動之后,ADS1258將處于固定通道掃描模式下或者自動通道掃描模式下, ADS1258將可轉換16路共模輸入信號或8路差分輸入信號。模擬信號由AIN口輸入,輸入范圍0～+5 V。控制端口接駁到FPGA,由FPGA控制模塊控制A/D采樣,由CS進行選通,START啟動ADC開始工作,通過DIN輸入命令之后由DOUT輸出轉換結果,共使用8個端口與FPGA芯片的端口相連接[15]。具體接口電路的實現如圖5所示。

圖5 ADS1258與FPGA芯片的接口電路

4 結 語

利用FPGA芯片豐富的資源,將誘發電位儀的刺激信號源、模/數轉換控制邏輯和USB接口控制與數據傳輸以及數字信號處理等模塊設計在單個芯片上,可最大限度地簡化誘發電位儀的硬件電路復雜度,利用其可編程性極大地方便了硬件設計,結合ADS1258的高分辨率的優勢,可以使系統既具有優異的性能又具有很高的集成度,而且本設計尚余很多FPGA的I/O口,如需更多通道則僅需要加入多塊A/D芯片,具有較高的應用價值。

參考文獻

[1]趙仕波,羅耀華,趙文華.聽覺誘發電位儀的設計與實現方案[J].儀器儀表學報,2008,29(3):394-398.

[2]HU Yong, LUK K D K, CUI Hong-yan, et al. Surface somatosensory evoked potential detection by FPGA based multi-adaptive filter[C]//4th International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering. USA: IEEE/EMBS, 2009: 673-676.

[3]李長旺.基于單片機的ECG數據采集與預處理[D].合肥:安徽大學,2007.

[4]張建利,李文豐.基于TMS320LF2407A的腦電信號采集系統的設計[J].世界電子元器件,2004(11):37-39.

[5]鐘文華.基于ARM的腦電信號采集系統[J].國外電子元器件,2008(2):13-15.

[6]侯俊欽.基于FPGA的腦電信號采集系統的設計[D].合肥:安徽大學,2007.

[7]SHYU Kuo-kai, LEE Ming-huan, WU Yu-te, et al. Implementation of pipelined fast ICA on FPGA for real-time blind source separation[J]. IEEE Transactions on Neural Networks, 2008, 19(6): 958-970.

[8]Texas Instruments. ADS1258 data sheet[M]. USA: Texas Instruments, 2008.

[9]Cypres Semiconductor Co.. EZ-USB FX2 technical reference manual. [M]. Version 2.0. [S.l.]: Cypress Semiconductor Corporation, 2001.

[10]王誠,吳繼華,范麗珍,等.Altem FPGA/CPLD設計(基礎篇)[M].北京:人民郵電出版社,2005.

[11]梁清華,張群峰,趙錦.一種新型肌電誘發電位儀的研制[J].遼寧工學院學報,2005(1):134-136.

[12]于芳.人體視覺誘發電位檢測系統的開發與研制[D].上海:上海海事大學,2008.

[13]李源.聽覺腦干誘發電位儀[D].北京:北京交通大學,2008.