時間：2023-03-21 17:14:16
引言：易發(fā)表網(wǎng)憑借豐富的文秘實踐，為您精心挑選了九篇電路設計論文范例。如需獲取更多原創(chuàng)內(nèi)容，可隨時聯(lián)系我們的客服老師。
在學生愿意主動來到課堂學習的前提下，吸引學生的學習興趣更為重要。為了可以讓學生興趣盎然地參與到教學過程中來，教師在能講述知識的前提下，還要能激發(fā)學生的學習動機，喚起學生的求知欲望。在這方面，教師可以結(jié)合實際應用，講述一些射頻集成電路在日常生活中的應用。比如，美國半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（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?！眱H僅在我們每天使用的智能手機中就包含RF收發(fā)器、功率放大器、天線開關模塊、前端模塊、雙工器、濾波器及合成器等關鍵射頻元件。而且有報告指出，2011年這些射頻器件的市場規(guī)模為36億美元，預計2011~2015年的年復合增長率為5.6%，到2016年主要的射頻器件市場將達47億美元。此外，目前應用比較廣泛的WiFi及物聯(lián)網(wǎng)都與射頻集成電路有著密切的關系。這些切實應用由于與學生的生活以及將來的就業(yè)息息相關，因此，相關內(nèi)容的講述能夠有效地激發(fā)學生的學習熱情。
二、如何讓學生成為課堂的主人
“以教師為中心”“以灌輸為主要形式”的傳統(tǒng)教學方式已經(jīng)無法適應新時代的需求。如果教師僅根據(jù)教材對內(nèi)容進行枯燥的講解，無法抓住學生的注意力，學生很容易溜號，影響課堂教學質(zhì)量。因此可以通過引進研究型教學模式、師生互動來活躍課堂氣氛。所謂“研究型教學模式”即將教師由知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W習的指導者，將學生由被動的學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥膶W習。如何使學生成為課堂的主人，在教學實踐中發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)學生的問題意識是課堂教學的有效手段，教師可以通過創(chuàng)設開放的問題情景，引導學生進入主動探求知識的過程，使學生圍繞某類主體調(diào)查搜索、加工、處理應用相關信息，回答或解決現(xiàn)實問題。比如，以射頻技術在物聯(lián)網(wǎng)中的應用為開放課題，學生通過查資料，分析整理，更深刻體會了射頻技術在智能家居、交通物流、兒童防盜等方面的應用，使學生在學習過程中主動把“自我”融入到課程中，敢于承擔責任，善于解決問題。
三、讓學生走上講臺
學生是課堂的主人，因此，可以改變以往教師在講臺上講、學生坐在下面聽的傳統(tǒng)教學模式。讓學生走上講臺可以將傳統(tǒng)的講授方式轉(zhuǎn)換為專題研討的教學模式。教師可以提前布置專題內(nèi)容，如射頻器件模型、射頻電路設計、射頻技術發(fā)展、射頻技術的應用及未來發(fā)展趨勢等。有個專題內(nèi)容作為核心，學生可以在老師的指導下通過檢索資料，組織分析資料，最終走上講臺向老師和其他學生講述相關的內(nèi)容。通過幾年的實踐，發(fā)現(xiàn)這樣可以增加學生學習的主動性和自覺性、同時也能使學生對相關的問題發(fā)表各自的觀點，形成對問題各抒己見、取長補短的研討學習方式，大大拓寬學生的知識面以及綜合表述能力。
四、通過實踐教學加深理解理論教學內(nèi)容
理論教學是掌握一門技術的基礎，但實踐教學也是必不可少的。學生在掌握一定的基礎理論的同時，須要通過設計實踐來強化鞏固。實踐教學的引入，不僅能夠加深學生對理論知識的深入理解，洞悉細節(jié)，提高學生的動手能力，還可以培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維及科研能力。因此，教師可以通過設置幾個開放的課程設計內(nèi)容來讓學生主動研究探索。在本課程的教學中，本人已經(jīng)有計劃地進行了實踐教學活動，例如，在實踐教學中，曾經(jīng)給學生布置了“用于GPS的低噪放電路設計”的實踐設計。在該設計過程中，學生須要深入理解多方面知識，比如明確GPS的頻段、確定低噪放的電路結(jié)構，并有效評估電路性能等。為了課程設計的順利進行，學生須要進行查閱分析資料、軟件安裝、軟件學習、電路設計、課程論文撰寫等幾個環(huán)節(jié)的分析設計工作，并最終在實踐中系統(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實的基礎。
五、鼓勵學生參與科研項目
由于CRT顯示器和液晶屏具有不同的顯示特性,兩者的顯示信號參數(shù)也不同,因此在計算機(或MCU)和液晶屏之間設計液晶顯示器的驅(qū)動電路是必需的,其主要功能是通過調(diào)制輸出到LCD電極上的電位信號、峰值、頻率等參數(shù)來建立交流驅(qū)動電場。
本文實現(xiàn)了將VGA接口信號轉(zhuǎn)換到模擬液晶屏上顯示的驅(qū)動電路,采用ADI公司的高性能DSP芯片ADSP—21160來實現(xiàn)驅(qū)動電路的主要功能。
硬件電路設計
AD9883A是高性能的三通道視頻ADC可以同時實現(xiàn)對RGB三色信號的實時采樣。系統(tǒng)采用32位浮點芯片ADSP-21160來處理數(shù)據(jù),能實時完成伽瑪校正、時基校正,圖像優(yōu)化等處理,且滿足了系統(tǒng)的各項性能需求。ADSP-21160有6個獨立的高速8位并行鏈路口,分別連接ADSP-21160前端的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9883A和后端的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADV7125。ADSP-21160具有超級哈佛結(jié)構,支持單指令多操作數(shù)(SIMD)模式,采用高效的匯編語言編程能實現(xiàn)對視頻信號的實時處理,不會因為處理數(shù)據(jù)時間長而出現(xiàn)延遲。
系統(tǒng)硬件原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)采用不同的鏈路口完成輸入和輸出,可以避免采用總線可能產(chǎn)生的通道沖突。模擬視頻信號由AD9883A完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。AD9883A是個三通道的ADC,因此系統(tǒng)可以完成單色的視頻信號處理,也可以完成彩色的視頻信號處理。采樣所得視頻數(shù)字信號經(jīng)鏈路口輸入到ADSP-21160,完成處理后由不同的鏈路口輸出到ADV7125,完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。ADV7125是三通道的DAC,同樣也可以用于處理彩色信號。輸出視頻信號到灰度電壓產(chǎn)生電路,得到驅(qū)動液晶屏所需要的驅(qū)動電壓。ADSP-21160還有通用可編程I/O標志腳,可用于接受外部控制信號,給系統(tǒng)及其模塊發(fā)送控制信息,以使整個系統(tǒng)穩(wěn)定有序地工作。例如,ADSP-21160為灰度電壓產(chǎn)生電路和液晶屏提供必要的控制信號。另外,系統(tǒng)還設置了一些LED燈,用于直觀的指示系統(tǒng)硬件及DSP內(nèi)部程序各模塊的工作狀態(tài)。
本設計采用從閃存引導的方式加載DSP的程序文件,閃存具有很高的性價比,體積小,功耗低。由于本系統(tǒng)中的閃
存既要存儲DSP程序,又要保存對應于不同的伽瑪值的查找表數(shù)據(jù)以及部分預設的顯示數(shù)據(jù),故選擇ST公司的容量較大的M29W641DL,既能保存程序代碼,又能保存必要的數(shù)據(jù)信息。
圖2為DSP與閃存的接口電路。因為采用8位閃存引導方式,所以ADSP-21160地址線應使用A20-A0,數(shù)據(jù)線為D39—32,讀、寫和片選信號分別接到閃存相應引腳上。
系統(tǒng)功能及實現(xiàn)
本設計采用ADSP-21160完成伽瑪校正、時基校正、時鐘發(fā)生2S、圖像優(yōu)化和控制信號的產(chǎn)生等功能。
1伽瑪校正原理
在LCD中,驅(qū)動IC/LSI的DAC圖像數(shù)據(jù)信號線性變化,而液晶的電光特性是非線性,所以要調(diào)節(jié)對液晶所加的外加電壓,使其滿足液晶顯示亮度的線性,即伽瑪(Y)校正。Y校正是一個實現(xiàn)圖像能夠盡可能真實地反映原物體或原圖像視覺信息的重要過程。利用查找表來補償液晶電光特性的Y校正方法能使液晶顯示系統(tǒng)具有理想的傳輸函數(shù)。未校正時液晶顯示系統(tǒng)的輸入輸出曲線呈S形。伽瑪表的作用就是通過對ADC進來的信號進行反S形的非線性變換,最終使液晶顯示系統(tǒng)的輸入輸出曲線滿足實際要求。
LCD的Y校正圖形如圖3所示,左圖是LCD的電光特性曲線圖,右圖是LCD亮度特性曲線和電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換圖。
2伽瑪校正的實現(xiàn)
本文采用較科學的Y校正處理技術,對數(shù)字三基信號分別進行數(shù)字Y校正(也可以對模擬三基信號分別進行Y校正)。在完成v校正的同時,并不損失灰度層次,使全彩色顯示屏圖像更鮮艷,更逼真,更清晰。
某單色光Y調(diào)整過程如圖4所示,其他二色與此相同。以單色光v調(diào)整為例:ADSP-21160首先根據(jù)外部提供的一組控制信號,進行第一次查表,得到Y(jié)調(diào)整系數(shù)(Y值)。然后根據(jù)該Y值和輸入的顯示數(shù)據(jù)進行第二次查表,得到經(jīng)校正后的顯示數(shù)據(jù)。第一次查表的Y值是通過外部的控制信號輸入到控制模塊進行第一次查表得到的。8位顯示數(shù)據(jù)信號可查表數(shù)字0～255種灰度級顯示數(shù)據(jù)(Y校正后)。
3圖像優(yōu)化
為了提高圖像質(zhì)量,ADSP-21160內(nèi)部還設計了圖像效果優(yōu)化及特技模塊,許多在模擬處理中無法進行的工作可以在數(shù)字處理中進行,例如,二維數(shù)字濾波、輪廓校正,細節(jié)補償頻率微調(diào)、準確的彩色矩陣(線性矩陣電路),黑斑校正、g校正、孔闌校正、增益調(diào)整、黑電平控制及雜散光補償、對比度調(diào)節(jié)等,這些處理都提高了圖像質(zhì)量。
數(shù)字特技是對視頻信號本身進行尺寸、位置變化和亮,色信號變化的數(shù)字化處理,它能使圖像變成各種形狀,在屏幕上任意放縮,旋轉(zhuǎn)等,這些是模擬特技無法實現(xiàn)的。還可以設計濾波器來濾除一些干擾信號和噪聲信號等,使圖像的清晰度更高,更好地再現(xiàn)原始圖像。所有的信號和數(shù)據(jù)都是存儲在DSP內(nèi)部,由它內(nèi)部產(chǎn)生的時鐘模塊和控制模塊實現(xiàn)的。
4時基校正及系統(tǒng)控制
由于ADSP-21160內(nèi)部各個模塊的功能和處理時間不同,各模塊之間存在一定延時,故需要進行數(shù)字時基校正,使存儲器最終輸出的數(shù)據(jù)能嚴格對齊,而不會出現(xiàn)信息的重疊或不連續(xù)。數(shù)字時基校正主要用于校正視頻信號中的行,場同步信號的時基誤差。首先,將被校正的信號以它的時基信號為基準寫入存儲器,然后,以TFT-LCD的時基信號為基準讀出,即可得到時基誤差較小的視頻信號。同時它還附加了其他功能,可以對視頻信號的色度、亮度、飽和度進行調(diào)節(jié),同時對行、場相位、負載波相位進行調(diào)節(jié),并具有時鐘臺標的功能。
控制模塊主要負責控制時序驅(qū)動邏輯電路以管理和操作各功能模塊,如顯示數(shù)據(jù)存儲器的管理和操作,負責將顯示數(shù)據(jù)和指令參數(shù)傳輸?shù)轿?負責將參數(shù)寄存器的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成相應的顯示功能邏輯。內(nèi)部的信號發(fā)生器產(chǎn)生控制信號及地址,根據(jù)水平和垂直顯示及消隱計數(shù)器的值產(chǎn)生控制信號。此外,它還可以接收外部控制信號,以實現(xiàn)人機交互,從而使該電路的功能更加強大,更加靈活。
此外,ADSP21160的內(nèi)部還設計了I2C總線控制模塊,模擬FC總線的工作,為外部的具有I2C接口的器件提供SCLK(串行時鐘信號)和SDA(雙向串行數(shù)據(jù)信號)。模擬I2C工作狀態(tài)如圖5和圖6所示。
系統(tǒng)軟件實現(xiàn)
在軟件設計如圖7所示,采用Matlab軟件計算出校正值,并以查找表的文件形式存儲,供時序的調(diào)用。系統(tǒng)上電
開始,首先要完成ADSP-21160的一系列寄存器的設置,以使DSP能正確有效地工作。當ADSP-21160接收到有效的視頻信號以后,根據(jù)外部控制信息確定Y值。為適應不同TFT-LCD屏對視頻信號的顯示,系統(tǒng)可以通過調(diào)整Y值,以調(diào)節(jié)顯示效果到最佳。再如圖4所示,對先前預存的文件進行查表,得到所需的矯正后的值,然后暫存等待下一步處理。系統(tǒng)還可以根據(jù)視頻信號特點和用戶需要完成一些圖像的優(yōu)化和特技,如二維數(shù)字濾波、輪廓校正、增益調(diào)整、對比度調(diào)節(jié)等。這些操作可由用戶需求選擇性使用。利用ADSP-21160還可以實現(xiàn)圖像翻轉(zhuǎn)、停滯等特技。最后進行數(shù)字時基校正,主要用于校正視頻信號中的行、場同步信號的時基誤差,使存儲器最終輸出的數(shù)據(jù)能嚴格對齊,而不會出現(xiàn)信息的重疊或不連續(xù)。除了以上所述的主要功能以外,ADSP-21160還根據(jù)時序控制信號,為灰度電壓產(chǎn)生電路和TFT-LCD屏提供必要的控制信號。另外,ADSP-21160還能設置驅(qū)動通用I/O腳配置的LED燈,顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)。
通過參考成熟的CAN/LIN總線設計電路，經(jīng)過基礎測試及單元電路測試，應用電路設計軟件Alti-umDesigner10．0設計了電路原理圖，如圖1所示．本設計采用SiliconLaboratories公司生產(chǎn)的汽車級控制芯片C8051F500Q作為整個硬件系統(tǒng)核心控制芯片;恩智浦半導體(NXP)公司生產(chǎn)的TJA1040、TJA1020收發(fā)器分別作為控制局域網(wǎng)CAN物理總線與協(xié)議控制器之間的硬件接口，LIN主機從機協(xié)議控制器和LIN傳輸媒體之間的接口;采用AT24C04作為存儲擴展，并結(jié)合JTAG調(diào)試燒寫電路和12V轉(zhuǎn)5V轉(zhuǎn)壓電路共同構成一個獨立完整的工作電路［3－4］．
2中央控制器硬件
電路中央控制電路如圖2所示，由于數(shù)字電路的頻率高、模擬電路的敏感度強的特點，針對通信信號線，高頻的信號線要盡可能遠離敏感的模擬電路器件，因此，本設計將模擬地與數(shù)字地進行隔離．C8051F500芯片內(nèi)部提供了穩(wěn)定的24M內(nèi)部晶振，因而電路中未設置外部晶振電路．SiliconLabs公司C8051F500芯片內(nèi)部集成博世CAN控制器，采用CAN協(xié)議進行串行通信．CAN控制器包含一個CAN核、控制寄存器、消息RAM及消息處理狀態(tài)機．控制器符合博世2．0A基本CAN標準和2．0B全功能CAN標準，方便在CAN網(wǎng)絡上的通信．
3電源電路設計
采用了LM2937IMP－5．0的12V轉(zhuǎn)5V轉(zhuǎn)壓芯片;為保護轉(zhuǎn)壓電路的安全性，防止回流，采用二極管N5817;輸入及輸出兩端的電容起到穩(wěn)定兩端電壓的作用．CAN/LIN總線接口芯片電路設計CAN總線接口電路如圖4所示，其中P0口的P0．6和P0．7分別為CAN總線收發(fā)器TJA1040與主控制器C8051F500Q的發(fā)送接口和接收接口．TJA1040作為CAN物理總線和控制器之間的硬件接口，能提高對CAN總線的差動發(fā)送與差動接收能力［5］．LIN總線接口電路如圖5所示，LIN總線通信需要12V外部供電，P1口的P1．0和P1．1分別作為LIN總線收發(fā)器TJA1020與主控制器C8051F500Q的發(fā)送接口和接收接口，P1．2作為LIN的啟動引腳．TJA1020是LIN物理總線和主———從協(xié)議控制器之間的硬件接口，工作波特率在2．4kbits/s～20kbits/s之間．TXD管腳輸入的發(fā)送數(shù)據(jù)通過LIN收發(fā)器轉(zhuǎn)換成LIN總線信號，通過收發(fā)器控制轉(zhuǎn)換速率與波形，這樣能夠減少EME．通過一個內(nèi)部終端電阻LIN總線的輸出管腳被拉成高電平．通過LIN總線的輸入管腳，收發(fā)器檢測到的數(shù)據(jù)流通過RXD管腳發(fā)送至微控制器［6－7］．
4系統(tǒng)調(diào)試
1.1基本原理LVDS驅(qū)動線路可以有多種結(jié)構，常見的包括單電源模式、雙電流電源和電壓模式。單電流源模式需要較大的電阻，如果采用傳輸邏輯實現(xiàn)電壓驅(qū)動，需要復雜的電路對電壓進行修正。因此在設計中可以選擇雙電流源模式進行驅(qū)動。電路如圖：雙電流源模式的電阻需求較小，可以方便的提供恒定電流，相對穩(wěn)定。雙電流源模式，對PMOS管以及NMOS管進行分別設置，形成兩個電流鏡（M1、M2、M3、M4）。通過適當?shù)恼{(diào)節(jié)可以保證電流輸出穩(wěn)定在3.5mA。M2和M4、R組成偏置電路產(chǎn)生偏置電流，然后通過電流鏡映射到M1和M3端，為驅(qū)動電路提供電流。如果in1是高電平則M5、M8導通，M6、M7阻斷。電流從M5通過，從out1輸出，經(jīng)過電阻控制后再從out2輸入，進入M8后經(jīng)過M3，形成一個回路。這樣驅(qū)動電路輸出端out1和out2上的電流相反，形成一個差分信號。
1.2電路模型構建和分析按照前面的分析，M2和M4提供偏置電流，如果要保證電流經(jīng)過電阻R的電流與偏置電流一致，并控制其參數(shù)，根據(jù)電流鏡的原理，只需要對M1的寬度進行調(diào)整，設置為M2的3.5倍。如果此時Ir=1則驅(qū)動電路工作電流為3.5mA。同時設定電阻R=200Ω，并確定M2和M4寬長比一致，設定二者漏極電流就可獲得其相對應的電壓。為了獲得穩(wěn)定的工作電流3.5mA，設計要求M1和M3的漏極電流為3.5mA。根據(jù)電流鏡的工作原理，可以得到各個關鍵位置的基本參數(shù)。獲得相關的M2和M4的比值。在電路輸出后，為了保證反轉(zhuǎn)時性能的穩(wěn)定，M5-M8管應保持參數(shù)一致。所以計算其中一個即可獲得其他的參數(shù)。在電流導通的時候M5是非飽和狀態(tài)，因此在輸出時LVDS的高電壓為1.25V，同時電流源的電流為3.5mA，所以MOS開關啟動的時候，漏流為3.5mA，而Vds則很小，為100mA。經(jīng)過計算可以得到M5的寬長比。實際中往往取值較大，因為這樣可以減少溝道電阻，加快電平的轉(zhuǎn)換速度。通過仿真可以對LVDS的驅(qū)動器進行修正，最終獲得各個MOS管的尺寸、電阻和電容等，提高電路的性能。
2LVDS接受設計
在設計中電路的核心部分是接受電路，電路圖如下，in1和in2為LVDS輸入信號，經(jīng)過運算和放大后，經(jīng)由反向器輸出。按照電流鏡的基本原理其中M3和M4的參數(shù)一致。此時Id3為主導，Id4隨其發(fā)生改變，且二者相等。如果in1和in2相同，此時Id1=Id2；Id3=Id4.從而Id4=Id1=Id2，Iout為零。如果輸入的差分信號為共模則電流為零。如果輸入信號中in1大于in2則PMOS將發(fā)揮作用，此時電流只能從out端流出，而Iout大于零。相反則出現(xiàn)Iout小于零的情況，輸入的LVDS信號直接會導致Iout的改變。按照差分放大器的各種性能要求，利用相關公式即可獲得相關技術參數(shù)，各個點位的電壓和電流，如圖2中所示。
3結(jié)束語
同步擾碼的實質(zhì)是讓輸入比特與隨機數(shù)產(chǎn)生器所產(chǎn)生的一位隨機比特進行異或來產(chǎn)生擾碼的輸出比特，其原理如圖1所示。JESD204B協(xié)議規(guī)定的擾碼方式需采用自同步擾碼方式，自同步的擾碼與解擾電路結(jié)構如圖2所示?？梢?，對于自同步串行擾碼，每次擾碼輸出都是由移位寄存器第13位和第14位比特進行異或，得到的結(jié)果再與輸入比特值進行異或而得到的。由于傳輸層數(shù)據(jù)成幀之后，往往是以8位或16位數(shù)據(jù)進行并行傳輸?shù)?，所以必須在串行擾碼的基礎上，設計8位并行或16位并行的擾碼與解擾電路。下面將在串行擾碼表達式的基礎上推導并行擾碼的邏輯表達式。串行擾碼每次只處理一個比特。在每個時鐘周期，移位寄存器只移一位［3］。對于串行擾碼，假設此刻輸入比特是bn，輸出比特是an，則移位寄存器s0中存儲的比特是an－1，依此類推移位寄存器s14中存儲的比特是an－15，因此an=bn+an－14+an－15。則下一個時刻的輸入比特是bn+1，輸出比特是an+1，此時移位寄存器s14中存儲的比特是an－14，因此an+1=bn+1+an－13+an－14。由上面兩組公式可以看出，只要保證擾碼器和解擾器中對應的各個移位寄存器中的值相同即可，即擾碼器的移位寄存器狀態(tài)與解擾器的移位寄存器狀態(tài)必須達到同步。由于協(xié)議中并沒有規(guī)定移位寄存器的初始值，所以要解決解擾器輸出與移位寄存器初始狀態(tài)值有關的問題。為了不讓解擾電路的輸出與初始狀態(tài)值有關，便于收發(fā)兩端的同步，下面給出一種改進的并行擾碼與解擾電路結(jié)構。
2改進的并行擾碼與解擾電路
前面已經(jīng)提到，協(xié)議規(guī)定的擾碼與解擾模塊位于數(shù)據(jù)傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，在傳輸層數(shù)據(jù)成幀的過程中，發(fā)射器為了與接收器之間達到同步會在用戶數(shù)據(jù)前發(fā)送編碼數(shù)據(jù)同步序列和初始通道校準序列，協(xié)議要求在這兩種序列發(fā)送的過程中是不能進行擾碼的，在此過程中擾碼器和解擾器處于非工作狀態(tài)。另一方面，在用戶數(shù)據(jù)到達后，擾碼器和解擾器要開始工作，如果此時擾碼器與解擾器中移位寄存器的初始狀態(tài)值不同，會導致接收端不能正確恢復用戶數(shù)據(jù)前兩個字節(jié)值［4］。為了避免前兩個字節(jié)值的丟失，在擾碼器與解擾器的移位寄存器同步之前，用戶數(shù)據(jù)前兩個字節(jié)可以在無擾碼操作的情況下傳輸，兩個字節(jié)之后，擾碼器與解擾器移位寄存器的狀態(tài)就會由用戶數(shù)據(jù)的前兩個字節(jié)所確定，這時能夠保證達到同步狀態(tài)?；谝陨峡紤]，提出一種帶使能信號的改進擾碼與解擾電路結(jié)構［4］，如圖3所示。此時擾碼器和解擾器都加入了一個使能控制信號。當en信號為低電平時，輸入不經(jīng)擾碼直接輸出;同理在接收端也不用解擾。兩個字節(jié)之后，擾碼器和解擾器移位寄存器中的狀態(tài)都是由輸入決定的確定值，此時可將en信號電平拉高，進行正常的擾碼與解擾操作。
3仿真結(jié)果
用MODELSIM軟件對設計的并行擾碼和解擾電路進行了功能仿真。把擾碼電路和解擾電路串聯(lián)起來進行了仿真，仿真結(jié)果如圖4和圖5所示。由仿真結(jié)果看出，無論是8位并行擾碼還是16位并行擾碼，前兩個字節(jié)都沒有被擾碼，當然也沒有被解擾，此時擾碼器的輸出和解擾器的輸出是相同的。從第3個字節(jié)開始，擾碼器和解擾器就進行了正常的擾碼與解擾。這樣的輸出結(jié)果正是協(xié)議的規(guī)范和要求。而解擾器的輸出與擾碼器的輸入是完全相同的，從而證明了電路擾碼和解擾功能的正確性。用DesignCompiler軟件對設計進行綜合，得到電路在面積、動態(tài)功耗、弛豫時間等方面的結(jié)果，如表1所示。由以上綜合結(jié)果可以看出，該電路功耗很低，至少可以運行于較高頻率，滿足協(xié)議對加擾電路的速度要求。
4總結(jié)
古人云“活到老，學到老”。學習伴隨人的一生，一個學習者具備的基本素質(zhì)是其自主學習能力。最早引入“自主學習”的Holec將其定義為“負責自己學習的能力”[1]。通俗講，自主學習能力是由學習者自覺確定學習目標，制訂學習計劃，選擇學習方法，調(diào)控學習過程，評價學習結(jié)果的過程或能力[2]。自主學習需要做到“四學”，即“想學”“能學”“會學”“恒學”。基于信息化條件的自主學習是指借助現(xiàn)代化技術及工具完成自主學習。信息化條件包括互聯(lián)網(wǎng)、電子圖書館、學習軟件(如Multisim，EWB，CAD)、音頻視頻、Flash等。信息化條件下的自主學習改變了以往的師生學習模式，學員成為學習的主體，教員主要以問題引導、知識顧問、技術支持、效果評價為主要任務，引導學員充分利用和開發(fā)信息化資源，將先進的信息技術和學習過程優(yōu)化整合，開展自主性學習，提高教育的質(zhì)和量，更好地適應新時代的要求。
2信息化條件
2.1互聯(lián)網(wǎng)
隨著信息技術的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代生活中越來越普及?；ヂ?lián)網(wǎng)具有信息資源海量、不受時間和空間限制的特點，因此它為自主學習提供了便捷條件。利用互聯(lián)網(wǎng)強大的搜索引擎功能，搜索學習內(nèi)容、疑難問題、模擬考題等。計算機網(wǎng)絡平臺提供了一個友好的交互界面，圖文并茂，靜動結(jié)合，生動有趣。由于院校的特殊性，我院學員除了可以在特定地點及方便時間上互聯(lián)網(wǎng)外，還可以查閱軍網(wǎng)內(nèi)部豐富資源?；ヂ?lián)網(wǎng)改變了傳統(tǒng)的學習方式，提高了學習興趣，提高了學員發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，使學習成為一種主動、積極的過程，自主學習意識進一步加強，學員真正成為學習的主人。
2.2電子圖書館
電子圖書館以互聯(lián)網(wǎng)為平臺，主要由實地圖書館和虛擬圖書館兩部分構成。實地圖書館是與傳統(tǒng)圖書館具有一樣的館藏圖書功能，資源歸本單位共享；虛擬圖書館是指本館沒有收藏但是從網(wǎng)絡系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫中可以獲得信息的圖書館，例如維普、萬方、CNKI等電子期刊，超星、國圖、阿帕比、中國軍事等數(shù)字圖書以及碩博論文、外文數(shù)據(jù)庫等等。學習者在相應數(shù)據(jù)庫進行文獻搜索、下載需要的論文、書籍完成知識的自主學習與深化，多角度、多維度的學習理論，廣范圍、廣視角的了解應用。我院電子圖書館館藏豐富，既有實地圖書館又有虛擬數(shù)據(jù)庫，為學員學習提供了資源保障。
2.3軟件工具
軟件工具是指能夠輔助學習的工具軟件，例如繪圖工具AutoCAD，ProE，3DMAX等，仿真工具simulink，EWB，Multisim，ansys等，不同領域選擇不同的軟件工具。以數(shù)字電子技術中常用的Multisim和EWB為例(如圖1和2所示)，它具有豐富的元器件庫和儀表庫，當學完電路理論之后，學員大部分直觀認識不深入，對電路是否能夠?qū)崿F(xiàn)所講述的功能持懷疑態(tài)度，仿真軟件恰好解決了這個問題。利用仿真軟件構建虛擬的電路，通過儀表及指示裝置，直觀形象地看到電路現(xiàn)象，加深對理論的理解。同時，在實際搭建電路時，為了避免資源浪費及煩瑣的調(diào)試，可利用仿真軟件先驗證設計電路的正確性，之后再去實際搭建。目前學員具有電腦使用條件，只需安裝軟件即可使用，軟件工具的出現(xiàn)為自學提供了又一個有力的條件。
2.4自主學習平臺
自主學習平臺可以是遠程教育學習平臺，也可以是根據(jù)不同科目搭建的學習平臺。其作用是學員在教員的輔導和幫助下，自主使用網(wǎng)絡學習平臺，有針對性地選擇各種學習資源，調(diào)整學習時間，控制學習過程，以達到學習目標。自主學習平臺具有輔、開放性、自主性、重復性、交互性的特點[3]。為方便學員數(shù)字電子技術課程學習，教研室設計了數(shù)字電子技術網(wǎng)絡課程(如圖3所示)。主要包含教案、視頻、教案、習題、作業(yè)、答疑、測驗以及參考資料等內(nèi)容。
3以組合電路設計為例，借助信息化條件培養(yǎng)學員自主學習能力
3.1組織流程
組合電路設計內(nèi)容豐富，方法多樣。課本中講述多以分立元件設計為例講述，為拓展學員思路，本課程安排時筆者并未加以限定，只布置了任務，學員自行完成。教員布置任務，學員以小組形式開展學習。各小組實行組長負責制，針對任務組織學員討論、確定方案，針對不同的方案安排組員提前查閱互聯(lián)網(wǎng)、電子圖書館、網(wǎng)絡課程等資料；課上分工協(xié)作，不同學員按照不同方案設計實現(xiàn)；學員自學仿真軟件Multisim或者EWB，并借助軟件仿真驗證設計的正確性；設計報告由專人撰寫，匯總各種方案及方法并進行描述；由于時間限制，并非所有奇思妙想都能一一設計實現(xiàn)，因此附加了拓展環(huán)節(jié)，集思廣益，學員只需描述出新思路新創(chuàng)意即可；最后為檢驗學習效果，加入答辯環(huán)節(jié)，從小組中任意抽取一名組員，回答其他學員和教員提出的問題。
3.1.1設計任務
1個主評委和3個副評委共4人鑒定某項目，當主評委不贊同，但3個副評委全部贊同項目時，裁定項目通過鑒定；當主評委贊同并且3個副評委中多數(shù)贊同項目時，也裁定項目通過鑒定。試設計滿足要求的邏輯電路。你還能想到哪些器件設計方法？
3.1.2小組分配
本教學班次共計43人，4～5人為一小組。組長負責分工，一般2人設計方案，1人學習仿真軟件，1人撰寫設計報告，最終集思廣益，拓展創(chuàng)新方法。
3.1.3豐富的設計方案，多樣化的仿真實現(xiàn)
借助分立元件實現(xiàn)電路設計組合電路是課本中主要講述的方法，其他方法課本中并沒有專門提及。另外，仿真軟件使用方法，如何仿真電路都需要學員自行摸索。但從效果分析，學員都能夠通過自學或者小組互助學習方式解決上述問題。現(xiàn)列舉幾種學員的設計方案及仿真電路。
3.1.4答辯環(huán)節(jié)
為保障學習效果，筆者設計了答辯形式的督促機制。要求在設計完成后，小組內(nèi)每位成員都要掌握本組設計的電路方案，隨機抽取某位學員上臺講解，一旦答辯不順利，將會影響本組學員的整體成績。在這種指導思想下，每位學員都參與其中，組內(nèi)互助，使得方案形成時，每位學員也都掌握了知識。本次課程筆者提問了第一組的一位學員，答辯過程中每當出現(xiàn)思路斷檔，整組學員的精神都跟著緊張起來，但經(jīng)過思考他順利完成此環(huán)節(jié)，并且將創(chuàng)新性的設計思路也一同與大家分享。從答辯過程可以看出，第一組學員的團結(jié)與協(xié)作，看到了傳統(tǒng)課堂上無法發(fā)現(xiàn)的閃光點。
3.1.5設計報告
第一項設計任務，第二項設計方案，第三項拓展及心得體會。前兩項旨在對整個知識的梳理，第三項作用有兩點，一是學員方面，總結(jié)收獲及不足，創(chuàng)新新思路，例如第九組寫到“電路設計注意布局，圖紙與虛擬實驗有著本質(zhì)差距”，第一組寫到“一個好的團隊不光有一個好的帶頭人，還要有一群踏實肯干認真聽話、積極進言的成員”。二是教員方面，便于發(fā)現(xiàn)學員學習中存在的問題，調(diào)查學員對教學實施的滿意度，為后續(xù)教學提供寶貴經(jīng)驗。例如第五組寫到”開關的選擇開始由單刀開關接入不工作，后經(jīng)小組討論和教員指導換為單刀雙擲開關完成電路仿真”。第二組寫到“課程使我們認識到數(shù)電并非純粹的理論學習，而是課堂發(fā)揮、試驗動手等綜合能力的培養(yǎng)”“增強了我們的發(fā)散性思維，是一種能力的提升”。
4效果分析
按照傳統(tǒng)講授組合邏輯電路設計方法，一般學員比較容易想到教員或者課本上講述的方法，思路禁錮到此無法跳出。時序電路設計與組合電路設計課程形成了鮮明的對比，時序電路設計任務是課后習題，教員只講授了一種設計方法，因此學員在設計過程中多數(shù)應用了這種方法，很難擴展思路，開拓創(chuàng)新。而此次組合電路設計是學員沒有見過的任務，教員對其沒有過多的限制，因此設計方案多種多樣，學員自學的潛力此刻淋漓盡致地表現(xiàn)出來。在網(wǎng)絡、仿真軟件等信息化條件下，學員順利完成了本講內(nèi)容的學習。學員不僅掌握了組合邏輯電路設計的多種方法和仿真軟件的使用方法，還提升了自身的綜合能力。從期末考試成績上分析，平均分79.44，其中良好及以上24人。通過設計報告的心得體會及期末成績分析采取自主學習模式學員多數(shù)比較贊同，收獲頗豐。上述事實證明只要給予適合的條件，學員有能力并且能夠出色完成自主學習，同時鍛煉了學員的提出問題、分析問題、解決問題、語言表達等多種能力，強化了團隊協(xié)作意識，激發(fā)了創(chuàng)新思維。
5結(jié)束語
信號處理電路本身也存在于低電壓手持心電的前置信號放大結(jié)構中，其主要為手持心電的電極拾取飾件發(fā)出的信號進行接受以及處理和分辨等工作，同時有效的對心臟跳動的信號進行增益，對相關雜亂信號進行降噪處理。具體來講，信號處理電路首先需要針對自身的抗極化電壓進行設計，保證抗極化電壓能夠有效滿足信號放大的要求，保證信號處理電路能夠在滿足信號增益的過程中滿足低電壓手持心電的正常工作情況，其具體的抗極化電壓以及電路設置的增益情況應該根據(jù)實際情況進行選擇和調(diào)整。一般抗極化電壓設置為500mV；其次信號處理電路的設計需要保證電路的頻率不會對心臟跳動信號的頻率采集工作造成一定的影響，具有相應的雜頻降噪功能，使用輸入緩沖電路中的高精度運算放大器就能夠有效的完成這一工作。同時注意好信號處理電路的失調(diào)電壓設置工作，保證失調(diào)電壓不會出現(xiàn)飽和情況，常規(guī)下信號處理電路的失調(diào)電壓設置的最大線路為0.55mV。
2右腿驅(qū)動電路設計工作
右腿驅(qū)動電路的作用更多的是在低電壓手持心電的運轉(zhuǎn)過程中消除手持心電自身工作頻率對心臟頻率信號采集工作的干擾，使低電壓手持心電在運轉(zhuǎn)過程中能夠提供更小的電能消耗以及擁有更小的輸出擺幅。具體來講，右腿驅(qū)動電路的設計應該保證手持心電電壓最大的輸出范圍部隊對手持心電的功能發(fā)揮造成影響，保證其在60uA的靜態(tài)工作電流下仍然能夠有效的發(fā)揮手持心電的具體功能作用。
3起搏脈沖檢測電路設計工作
起搏脈沖檢測電路的功能主要是對低電壓手持心電中起搏脈沖信號的收集以及檢測再到最終與A/D轉(zhuǎn)換器的信號交換工作提供相應的電能，因此起搏脈沖檢測電路的設計工作對于低電壓手持心電的具體工作沒有較大影響，只要注意到發(fā)揮其降低手持心電的功率消耗以及電能成本的優(yōu)點就行。
4電源電路的設計工作
水上接收部分主要有主控模塊、電源管理模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)管理模塊4部分組成，水上接收部分的主控芯片為意法半導體公司的低功耗MCU（STM32F103VE），通過3.2寸觸摸顯示屏上的鋰離子電池充電開關命令，控制鋰離子電池充電并將充電狀態(tài)回顯到顯示屏上，觸摸無線傳輸開關命令，控制無線傳輸命令控制數(shù)據(jù)傳輸并將數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)顯示到顯示屏上，觸摸采樣間隔設置命令，設置水下探測器的采樣時間。
2硬件電路設計
硬件電路設計分為水下和水上兩部分。水下和水上都是以STM32F103VE芯片為核心，通過各自電路以實現(xiàn)各自功能。STM32系列是專門為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用設計的ARMCortex內(nèi)核，本設計所用芯片主頻為72MHz,從閃存執(zhí)行代碼，功耗27mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品之一，相當于0.375mA/MHz。
2.1水下電路設計
水下部分電路主要有主控電路、流速測量電路、姿態(tài)解算電路、鋰離子電池充放電及其保護電路、數(shù)據(jù)存儲及傳輸電路，壓力、溫度采集電路5部分組成。
2.1.1流速測量
流速是本設計最重要數(shù)據(jù)，因此本設計選用低功耗、高溫度穩(wěn)定性霍爾器件A1220作為機械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速測量傳感器。A1220內(nèi)部集成動態(tài)補償電路，低通濾波電路，施密特觸發(fā)器，電壓比較器等，我們可以看到霍爾器件輸出為規(guī)則方波，因此我們可直接由STM芯片采集這些方波信號就能達到我們的需求。
2.1.2姿態(tài)解算電路
本設計采用InvenSense公司的整合性6軸（3軸陀螺儀、3軸加速度計）運動處理組件MPU-6050和Honeywell公司的3軸數(shù)字羅盤HMC5883L來采集探測器角加速度W、線加速度A、磁場強度Η，用四元數(shù)的方法進行數(shù)據(jù)融合，計算探測器姿態(tài)角。
2.1.3電源電路
電源作為海流計運行的動力，其電路設計的優(yōu)劣不僅決定設備能否正常運行而且還決定了設備是否安全運行。本設計采用摩米士三星GalaxyNote3高容量鋰離子電池作為電源，采用LINEAR公司的可編程充電電流的單節(jié)鋰離子充電管理芯片LTC4054，自動檢測鋰離子電池電壓及充電電流變化使鋰離子電池充電過程自動在涓流充電、恒流充電、恒壓充電、充電終止這四個充電過程切換，避免了處理器的參與，減少處理器的負擔；采用TexasInstruments公司的單節(jié)鋰離子電池電量檢測和保護芯片BQ28Z560-R1，該芯片使用德州儀器ImpedanceTrackTM精確電量計算算法來報告電池狀態(tài)，同時提供續(xù)航時間（分鐘），充電所需時間（分鐘）、電池電壓和電池溫度等信息,此外該芯片還提供短路、過流充電和放電、過度充電和放電保護功能；采用LINEAR公司的寬輸入電壓同步降壓-升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，該芯片可由動態(tài)輸入電壓（1.8~5.5V）獲得穩(wěn)壓輸出，特別適合于鋰離子電池放電特點，改變了傳統(tǒng)先升壓再降壓的電路設計，降低了功耗。
2.1.4壓力、溫度采集電路設計
探測器所處的深度及該深度下的溫度同樣是海流計所需的數(shù)據(jù)，本設計采用MeasurementSpeclalties公司的工作深度0~3000m，高精度壓力傳感器89-03KA-4R，為了降低功耗每隔一段時間T單片機置位一次，BOOST管腳STM32采集Li_PRESSURE管腳上電壓，經(jīng)轉(zhuǎn)化得到深度H。溫度傳感器采用pt100經(jīng)24位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7714轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，STM32采集數(shù)字信號，再轉(zhuǎn)化為溫度數(shù)據(jù)。為了提高精度，本設計采用高性能穩(wěn)壓芯片壓力提供參考電壓，采用耦合電路避免處理器數(shù)字信號干擾。壓力采集電路如圖7所示。
2.2水上電路設計
水上電路主要有主控電路、無線數(shù)據(jù)傳輸電路、無線充電電路、顯示觸摸電路4部分組成。無線數(shù)據(jù)傳輸電路采用GFSK單片式收發(fā)芯片NRF24L01。水上和水下電路各連接一塊NRF24L01模塊，將水下探測器數(shù)據(jù)傳輸給水上接收電路。
3軟件設計
本設計軟件以Keil4為編譯平臺，采用模塊化編程思想，分別為水下探測部分和水上數(shù)據(jù)接收部分編寫了代碼，增加了代碼的可讀性，使設備易于升級維護。
3.1水下探測電路軟件設計
水下探測電路主要任務是采集機械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、探測器姿態(tài)、壓力、溫度等信息，并將數(shù)據(jù)增加時間戳后存儲到SD卡中，其程序圖如圖9所示。
3.2水上接收電路軟件設計
水上接收電路主要功能是接收水下探測器測量的數(shù)據(jù)，此外還有控制鋰離子電池充電，控制數(shù)據(jù)傳輸，設置水下探測器采樣間隔，指示充電狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)的功能。
4結(jié)果與討論
建設集成電路設計相關課程的視頻教學資源，包括集成電路設計基礎理論課程講授視頻、典型案例設計講解視頻、集成電路制造工藝視頻等；構建集教師、博士研究生、碩士研究生和本科生于一體的設計數(shù)據(jù)共享平臺。集成電路設計是一項知識密集的復雜工作，隨著該行業(yè)技術的不斷進步，傳統(tǒng)教學模式在內(nèi)容上沒法完全展示集成電路的設計過程和設計方法，尤其不能展示基于EDA軟件進行的設計仿真分析，這勢必會嚴重影響教學效果。另外，由于課時量有限，學生在課堂上只能形成對集成電路的初步了解，若在其業(yè)余時間能夠通過視頻教程系統(tǒng)地學習集成電路設計的相關知識，在進行設計時能夠借鑒共享平臺中的相關方案，將能很好地激發(fā)學生學習的積極性，顯著提高教學效果。
二、優(yōu)化課程教學方式方法
以多媒體教學為主，輔以必要的板書，力求給學生創(chuàng)造生動的課堂氛圍；以充分調(diào)動學生學習積極性和提升學生設計能力的目標為導向[3]，重點探索啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式、翻轉(zhuǎn)課堂等教學模式，激勵學生自主學習；在教學講義的各章節(jié)中添加最新知識，期末開展前沿專題討論，幫助學生掌握學科前沿動態(tài)。傳統(tǒng)教學模式以板書為主，不能滿足集成電路設計課程信息量大的需求，借助多媒體手段可將大量前沿資訊和設計實例等信息展現(xiàn)給學生。由于集成電路設計理論基礎課程較為枯燥乏味，傳統(tǒng)的“老師講、學生聽”的教學模式容易激起學生的厭學情緒，課堂教學中應注意結(jié)合生產(chǎn)和生活實際進行講解，多列舉一些生動的實例，充分調(diào)動學生的積極性。另外，關于集成電路設計的書籍雖然很多，但是在深度和廣度方面都較適合作為本科生教材的卻很少，即便有也是出版時間較為久遠，跟不上集成電路行業(yè)的快速發(fā)展節(jié)奏，選擇一些較新的設計作為案例講解、鼓勵學生瀏覽一些行業(yè)資訊網(wǎng)站和論壇、開展前沿專題講座等可彌補教材和行業(yè)情況的脫節(jié)。
三、改革課程考核方式
改革課程考核、評價模式，一方面通過習題考核學生對基礎知識和基本理論的掌握情況；另一方面，通過項目實踐考核學生的基本技能，加大對學生的學習過程考核，突出對學生分析問題和解決問題能力、動手能力的考察；再者，在項目實踐中鼓勵學生勇于打破常規(guī)，充分發(fā)揮自己的主觀能動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。傳統(tǒng)“一張試卷”的考核方式太過死板、內(nèi)容局限，不能充分體現(xiàn)學生的學習水平。集成電路設計牽涉到物理、數(shù)學、計算機、工程技術等多個學科的知識，要求學生既要有扎實的基礎知識和理論基礎，又要有很好的靈活性。因此，集成電路設計課程的考核應該是理論考試和項目實踐考核相結(jié)合，另外，考核是評價學生學習情況的一種手段，也應該是幫助學生總結(jié)和完善課程學習內(nèi)容的一個途徑，課程考核不僅要看學生的學習成果，也要看學生應用所學知識的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。
四、加強實踐教學
在理論課程講解到集成電路的最小單元電路時就要求學生首先進行模擬仿真實驗，然后隨著課程的推進進行設計性實驗，倡導自選性、協(xié)作性實驗。理論課程講授完后，在暑期學期集中進行綜合性、更深層次的設計性實驗。集成電路設計是一門實踐性很強的課程，必須通過大量的項目實踐夯實學生的基礎知識水平、鍛煉學生分析和解決問題的能力。另外，“設計”要求具備自主創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作能力，應在實踐教學中鼓勵學生打破常規(guī)、靈活運用基礎知識、充分發(fā)揮自身特點并和團隊成員形成優(yōu)勢互補，鍛煉和提升創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力。
五、總結(jié)
