集成電路及應用精選(九篇)

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第1篇：集成電路及應用范文

【關鍵詞】集成電路；應用

一、引言

集成電路技術作為微電子技術的一個重要門類和組成部分，其技術發(fā)展遵循著著名的摩爾定律，僅僅需要1.5年的時間就能夠將相同性能的電路壓縮到原有體積的一半，而進40年來，集成電路的體積幾乎縮小了30000倍。當前，頂尖的集成電路研發(fā)技術掌握在少數(shù)幾個發(fā)達國家的研究機構手中，而與集成電路息息相關的IC產(chǎn)業(yè)已經(jīng)被高度整合，從設計，到制造，到封裝再到測試，已經(jīng)形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈，集成電路的廣泛應用不斷地推動著科技的進步，也不斷地改變著人類的生活。本文將討論集成電路的原理，分析集成電路的發(fā)展，最后討論集成電路的應用。

二、集成電路概述

微電子學是一種結合了電子學以及材料物理學的綜合學科，該學科的主要研究認為是將半導體材料進行適當處理，制造出微型電子電路、微型電子系統(tǒng)以滿足各種應用需要。基于微電子技術發(fā)展起來的集成電路技術主要囊括了材料技術、電路技術、集成封裝技術等幾個門類，主要通過將晶體管器件、電阻器件、電容器件等按照電路原理高度集成在一起，從而實現(xiàn)電路的某種功能，從集成電路輸入輸出關系來看，集成電路一般可以分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩種。

三、常見集成電路舉例

1.74LS138譯碼器

74LS139集成電路是常見的兩個2線－4線譯碼器，共有54/74S139和54/74LS139兩種線路結構型式，當選通端（G1）為高電平，可將地址端（A、B）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。若將選通端（G1）作為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS139還可作數(shù)據(jù)分配器。A、B譯碼地址輸入端，高電平觸發(fā)；芯片的G1、G2為選通端，低電平觸發(fā)有效；Y0～Y3為譯碼輸出端。

2.74ls244緩沖器

74LS244是一種3態(tài)8位緩沖器，一般用作總線驅動器。74LS244芯片沒有鎖存的功能，地址鎖存器就是一個暫存器，74LS244根據(jù)控制信號的狀態(tài)，將總線上地址代碼暫存起來。8086/8088數(shù)據(jù)和地址總線采用分時復用操作方法，即用同一總線既傳輸數(shù)據(jù)又傳輸?shù)刂贰?/p>

當微處理器與存儲器交換信號時，首先由CPU發(fā)出存儲器地址，同時發(fā)出允許鎖存信號ALE給鎖存器，當鎖存器接到該信號后將地址/數(shù)據(jù)總線上的地址鎖存在總線上，隨后才能傳輸數(shù)據(jù)。

3.555定時器

555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件，是最常見的定時器集成電路。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器556/7556。555定時器的電源電壓范圍寬，可在4.5V～16V工作，7555可在3～18V工作，輸出驅動電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。一般來說，555定時器的功能實現(xiàn)由比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當5腳懸空時，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時TR端的電壓大于VCC/3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。

555的應用：

（1）構成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路等；

（2）構成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路，振蕩周期：T=0.7（R1+2R2）C；

（3）構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關中。

555應用電路采用以上三種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路，如定時器、分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。

四、集成電路發(fā)展

電路工藝是集成電路技術中最為基礎的部分，主要涉及到擴散技術、氧化技術、光刻腐蝕技術以及薄膜再生技術等方面。上世紀六十年代末，微電子研究人員充分研究了氧化二硅系統(tǒng)的電性質，完成了界面物理研究的理論儲備，緊接著科學家通過控制鈉離子玷污的手法，配合使用高純度的材料，成功實現(xiàn)了MOS集成電路的生產(chǎn)，由于MOS電路在工藝上易于控制、功耗很低、集成度高、可裁剪性強等優(yōu)點，當前半導體工業(yè)中，絕大多數(shù)的集成電路有使用MOS或者CMOS結構。

制版技術方面的關鍵技術的光刻技術，光刻技術最初被使用在照相術上面，上世紀五十年代末被應用到半導體技術中，仙童公司巧妙地使用光刻技術實現(xiàn)了集成電路的圖形結構。使用光刻技術制造的器件相互連接時可以不使用手工焊接技術，而是采用真空金屬蒸發(fā)技術，使用光刻技術實現(xiàn)電路的繪制。近年來，隨著光刻技術的發(fā)展，光刻技術的加工精度已經(jīng)達到超深亞微米數(shù)量級。

電路設計方面。1971年，Intel公司第一臺微處理器的發(fā)明是集成電路技術對人類做出的最大貢獻之一，微處理器的發(fā)明開辟了計算機時代的新紀元。微處理器的發(fā)明帶動了以CMOS為基礎的超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)的發(fā)展，也帶動了智能化電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，是信息技術的基礎原件和實物載體。近年來，隨著集成電路技術的發(fā)展，科學家將量子隧穿效應技術應用到集成電路領域，推動了信息化社會的進程。

工藝材料方面。隨著材料科學的不斷發(fā)展，很多新材料技術和新物力技術不斷地被應用到集成電路領域當中，鐵電存儲器和磁阻隨機存儲器就是其中的代表。當前集成電路技術的發(fā)展突顯出一些新的特征，主要表現(xiàn)在從一維向多維發(fā)展，向材料技術、微電子技術、器件技術以及物理技術提出了更高的要求，集成電路的發(fā)展也正因為如此遭遇瓶頸，物理規(guī)律的限制、材料科學的限制、技術手法的限制。不過與此同時，寬禁帶的SiC、GaN以及AIN等材料擊穿電壓值高、禁帶值高、抗輻射性能好，應經(jīng)被廣泛應用，所制造器件在高頻工作狀態(tài)、高溫狀態(tài)以及大功率狀態(tài)下性能優(yōu)異，是集成電路的發(fā)展方向。

五、結語

集成電路是上世紀人類社會最偉大的發(fā)明之一，集成電路的廣泛應用不斷地推動著科技的進步，也不斷地改變著人類的生活。本文系統(tǒng)分析了集成電路的原理，列舉了幾種常見集成電路，并對集成電路的發(fā)展進行了討論和研究。

參考文獻

[1]張允炆.半導體技術[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社,2004.

[2]李祁鎮(zhèn).集成電路概述[M].北京:清華大學出版社,2003.

[3]韓周子.數(shù)字集成電路概述[M].西安:西安電子科技大學出版社,2004.

[4]方寒.淺談集成電路的發(fā)展[M].中國科技縱橫,2003.

第2篇：集成電路及應用范文

【關鍵詞】集成電路 理論教學 改革探索

【基金項目】湖南省自然科學基金項目（14JJ6040）;湖南工程學院博士啟動基金。

【中圖分類號】G642.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0255-01

隨著科學技術的不斷進步，電子產(chǎn)品向著智能化、小型化和低功耗發(fā)展。集成電路技術的不斷進步，推動著計算機等電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，同時也推動著整個信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。因此，對集成電路相關人才的需求也日益增加。目前國內不僅僅985、211等重點院校開設了集成電路相關課程，一些普通本科院校也開設了相關課程。課程的教學內容由單純的器件物理轉變?yōu)榘M集成電路、數(shù)字集成電路、集成電路工藝、集成電路封裝與測試等[2]。隨著本科畢業(yè)生就業(yè)壓力的不斷增加，培養(yǎng)應用型、創(chuàng)新型以及可發(fā)展型的本科人才顯得日益重要。然而，從目前我國各普通院校對集成電路的課程設置來看，存在著重傳統(tǒng)輕前沿、不因校施教、不因材施教等問題，進而導致學生對集成電路敬而遠之，退避三舍，學習積極性不高，繼而導致學生的可發(fā)展性不好，不能適應企業(yè)的要求。

本文結合湖南工程學院電氣信息學院電子科學與技術專業(yè)的實際，詳細闡述了本校當前“集成電路原理與應用”課程理論教學中存在的問題，介紹了該課程的教學改革措施，旨在提高本校及各兄弟院校電子科學與技術專業(yè)學生的專業(yè)興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。

1.“集成電路原理與應用”課程理論教學存在的主要問題

1.1理論性強，課時較少

對于集成電路來說，在講解之前，學生應該已經(jīng)學習了以下課程，如：“固體物理”、“半導體物理”、“晶體管原理”等。但是，由于這些課程的理論性較強，公式較多，要求學生的數(shù)學功底要好。這對于數(shù)學不是很好的學生來說，就直接導致了其學習興趣降低。由于目前嵌入式就業(yè)前景比較好，在我們學校，電子科學與技術專業(yè)的學生更喜歡嵌入式方面的相關課程。而集成電路相關企業(yè)更喜歡研究生或者實驗條件更好的985、211高校的畢業(yè)生，使得我校集成電路方向的本科畢業(yè)生找到相關的較好工作比較困難。因此，目前我校電子科學與技術專業(yè)的發(fā)展方向定位為嵌入式，這就導致一些跟集成電路相關的課程，如“微電子工藝”、“晶體管原理”、“半導體物理”等課程都取消掉了，而僅僅保留了“模擬電子技術”和“數(shù)字電子技術”這兩門基礎課程。這對于集成電路課程的講授更增加了難度。“集成電路原理與應用”課程只有56課時，理論課46課時，實驗課10課時。只講授教材上的內容，沒有基礎知識的積累，就像空中架房，沒有根基。在教材的基礎上額外再講授基礎知識的話，課時又遠遠不夠。這就導致老師講不透，學生聽不懂，效果很不好。

1.2重傳統(tǒng)知識，輕科技前沿

利用經(jīng)典案例來進行課程教學是夯實集成電路基礎的有效手段。但是對于集成電路來說，由于其更新?lián)Q代的速度非常快，故在進行教學時，除了采用經(jīng)典案例來夯實基礎外，還需緊扣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前沿。只有這樣才能保證人才培養(yǎng)不過時，學校培養(yǎng)的學生與社會需求不脫節(jié)。但目前在授課內容上還只是注重傳統(tǒng)知識的講授，對于集成電路的發(fā)展動態(tài)和科技前沿則很少涉及。

1.3不因校施教，因材施教

教材作為教師教和學生學的主要憑借，是教師搞好教書育人的具體依據(jù)，是學生獲得知識的重要工具。然而，我校目前“集成電路原理與應用”課程采用的教材還沒有選定。如：2012年采用葉以正、來逢昌編寫，清華大學出版社出版的《集成電路設計》;2013年采用畢查德?拉扎維編寫，西安交通大學出版社出版的《模擬CMOS集成電路設計》;2014年采用余寧梅、楊媛、潘銀松編著，科學出版社出版的《半導體集成電路》。教材一直不固定的原因是還沒有找到適合我校電子科學與技術專業(yè)學生實際情況的教材，這就導致教師不能因校施教、因材施教。

2.“集成電路原理與應用”課程理論教學改革

2.1選優(yōu)選新課程內容，夯實基礎

由于我校電子科學與技術專業(yè)的學生，沒有開設“半導體物理”、“晶體管原理”、“微電子工藝”等相關基礎課程，因此理想的、適用于我校學生實際的教材應該包括半導體器件原理、模擬集成電路設計、雙極型數(shù)字集成電路設計、CMOS數(shù)字集成電路設計、集成電路的設計方法、集成電路的制作工藝、集成電路的版圖設計等內容，如表1所示。因此，在教學實踐中，本著“基礎、夠用”的原則，采取選優(yōu)選新的思路，盡量選擇適合我校專業(yè)實際的教材。目前，使用筆者編寫的適合于我校學生實際的理論教學講義，理順了理論教學，實現(xiàn)了因校施教，因材施教。

表1 “集成電路原理與應用”課程教學內容

2.2提取科技前沿作為教學內容，激發(fā)專業(yè)興趣

為了提高學生的專業(yè)興趣，讓他們了解“集成電路原理與應用”課程的價值所在，在授課的過程中穿插介紹集成電路設計的前沿動態(tài)。如：從IEEE國際固體電路會議的論文集中提取模塊、電路、仿真、工藝等最新的內容，并將這些內容按照門類進行分類和總結，穿插至傳統(tǒng)的理論知識講授中，讓學生及時了解當前集成電路設計的核心問題。這樣不但可以激發(fā)學生的好奇心和學習興趣，還可以提高學生的創(chuàng)新能力。

2.3開展雙語教學互動，提高綜合能力

目前，我國的集成電路產(chǎn)業(yè)相對于國外來說，還存在著相當?shù)牟罹唷Ｒ_展雙語教學的原因有三：一是集成電路課程的一些基本專業(yè)術語都是由英文翻譯過來的;二是集成電路的研究前沿都是以英文發(fā)表在期刊上的;三是世界上主流的EDA軟件供應商都集中在歐美國家，軟件的操作語言與使用說明書都是英文的。因此，集成電路課程對學生的英語能力要求很高，在課堂上適當開展雙語教學互動，無論是對于學生繼續(xù)深造，還是就業(yè)都是非常必要的。

3.結語

集成電路自二十世紀五十年代被提出以來，經(jīng)歷了小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、超大規(guī)模、甚大規(guī)模，目前已經(jīng)進入到了片上系統(tǒng)階段。雖然集成電路的發(fā)展日新月異，但目前集成電路相關人才的學校培養(yǎng)與社會需求存在很大的差距。因此，對集成電路相關課程的教學改革刻不容緩。基于此，本文從“集成電路原理與應用”課程理論教學出發(fā)，詳細闡述了“集成電路原理與應用”課程教學所存在的主要問題，并有針對性的提出了該課程教學內容和教學方法的改革措施，這對培養(yǎng)應用型、創(chuàng)新型的集成電路相關專業(yè)的本科畢業(yè)生具有積極的指導意義。

參考文獻：

第3篇：集成電路及應用范文

關鍵詞：集成電路 SUPREM-III 擴散工藝模擬

1.引言

隨著超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，集成電路技術領域的計算機輔助設計技術，已經(jīng)成為優(yōu)化半導體器件結構，提高各種集成電路性能，設計開發(fā)和研制半導器件的特性必不可少的技術手段。我在這個領域里做了一些技術工作，深深地體會到從事集成電路技術研究的技術人員必須盡快掌握這一技術，才能解決工藝中的技術問題，提高開發(fā)研制新品的能力，從而提高占領及開拓集成電路產(chǎn)品市場的技術實力。

SUPREM系統(tǒng)是用于通用集成電路及分力半導體器件工藝的計算機模擬系統(tǒng)。當今國際上廣泛應用的是SUPREM-Ⅳ版，是開發(fā)較為完善的一種工藝模擬器。就集成電路工藝模擬的模擬功能來說，集成電路工藝模擬系統(tǒng)可對集成平面工藝進行全工序、全參數(shù)的順序模擬，同時也可進行單項工藝參數(shù)的模擬，現(xiàn)代集成電路技術中，工藝模擬無論對于工藝的研究與開發(fā)還是對于集成電路產(chǎn)品的工藝設計都具有重要的意義。計算機上采用SUPREM-III完成離子注入工藝初始條件的編輯和離子注入工藝模擬，并對模擬結果曲線進行比較，并在VC6.0環(huán)境下編程模擬N＋源、漏區(qū)的典型SUPREM運行程序。本系統(tǒng)預先采用SUPREM-III進行擴散工藝模擬，將晶向、方塊電阻、氧化時間、氧化厚度、氧化溫度、擴散結深等多組數(shù)據(jù)一一對應地存儲于Foxpro數(shù)據(jù)庫表中，用ODBC技術實現(xiàn)Authorware和Foxpro數(shù)據(jù)庫開放式連接。實驗中通過相關查詢，在Authorware內部再利用插值方式，對操作者給出的晶向、氧化溫度、氧化時間、氧化厚度、擴散結深、方塊電阻等進行計算后，并給出模擬結果。考慮到系統(tǒng)應用于教學而非工程計算，因此采用了數(shù)據(jù)庫查詢加差值數(shù)據(jù)擬合而非實時計算完成模擬，避免了較長時間的工程計算。系統(tǒng)提供了實際擴散爐設備操作面板，在計算機上完成擴散工藝控制程序的編輯以及擴散爐的操作，并得到相應操作的模擬結果。從而對擴散工藝操作過程有了更深刻的了解［1］。

2.擴散工藝模擬軟件

我采用SUPREM軟件來進行擴散工藝的模擬。大多數(shù)的雜質是通過離子注入來實現(xiàn)摻雜的，雜質的激活、注入，擴散工藝都可以進行模擬，同時可以和實際擴散工藝分布相比較。SUPREM軟件包含大多數(shù)常用摻雜劑的注入?yún)?shù)。正常條件下，該程序可通過簡單的雙邊高斯分布和高斯分布。還可以通過雙Pearson Ⅳ型earson Ⅳ型分布來預測雜質分布情況。高版本的程序還可根據(jù)蒙特卡羅方法或者波耳茲曼傳輸方程來預測雜質分布情況。

3.SUPREM軟件在擴散工藝中的應用

擴散工藝模擬的操作步驟同氧化工藝基本一致，只是兩處略有不同：第一處，在進片過程中，在主界面操作臺下選中擴散工藝按鈕，雙擊設備，從而出現(xiàn)擴散工藝界面，界面的左側為各種擴散方法，而右側區(qū)域則是進入擴散設備的模擬系統(tǒng)。第二處，輸入晶片位置號（1－12）如1號及硅片晶向如110后按鍵，然后點擊進入工藝模擬窗口。把此處修改為輸入晶片位置號（1－12），如2號及雜質類型（b或p）后按鍵，再進入工藝模擬窗口。

從上面的數(shù)據(jù)可以得到擴散工藝模擬結果，分析如下：在擴散溫度和晶片類型相同的情況下，結深的數(shù)值隨擴散工藝時間的增加而增加，擴散工藝的時間越長，結深的數(shù)值就越大。在擴散溫度和擴散溫度時間的情況下，p型晶片的結深的數(shù)值比b型晶片要大，在擴散時間和晶片類型相同的情況下，結深的數(shù)值會隨擴散工藝溫度的增加而增加，溫度越高，結深的數(shù)值越大。結深與晶片號無關，方塊電阻的阻值與晶片號無關，在擴散溫度和擴散時間相同的情況下，p型晶片比b型晶片的方塊電阻阻值要小得多，在擴散溫度和類型相同的情況下，方塊電阻的阻值會隨擴散工藝時間的增加而減小，擴散時間越長，方塊電阻的阻值就越小，在擴散時間和晶片類型相同的條件下，同時方塊電阻阻值不為0，方塊電阻的阻值會隨擴散溫度的增加而減小，擴散溫度越高，方塊電阻的阻值越小。

4.結語

從上面的擴散工藝模擬結果，可以得出SUPREM-III是一種可以用作集成電路工藝計算機輔助設計和模擬的有力的工具，它同器件模擬軟件S2P ISCES的聯(lián)用，可以對MOS場效應管和雙極型晶體管特性的進行快速分析設計。在應用的過程中得到SUPREM-III中所用擴散等主要工藝的模型有多種模型可以選擇，這樣在工藝模擬中就可以靈活的應用。本實驗結果表明本次擴散工藝模擬系統(tǒng)可以達到十分理想的模擬精度。是在集成電路工藝研究領域中技術人員的有利技術輔助手段之一。

第4篇：集成電路及應用范文

關鍵詞： 任務驅動； 電路與數(shù)字邏輯； 任務型教學； 傳統(tǒng)教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）06-61-03

The application of task driven teaching method in the course of circuit and digital logic

Xue Yuli， Sun Yan， Tang Yan

（School of Information Engineering， Shandong Youth University of Political Science， Key Laboratory of Information Security

and Intelligent Control in Universities of Shandong， Jinan， Shandong 250103， China）

Abstract： Aiming at the characteristics of strong practicality of the circuit and digital logic course， the task driven teaching method is adopted. Teachers design the task of real life closely related， and with the driving of task， guide students to analyze the function of task and divide the function modules， guide students to search for information， analysis and design， select components， fabricate and debug； by solving the practical problem， cultivate students' practical ability and stimulate their interest in learning. This education method of openness and innovation overcomes the disadvantages of traditional teaching methods， contributes to the cultivation of the application ability of students， improve students' ability to analyze and solve problems， and cultivate team spirit of cooperation.

Key words： task driven； circuit and digital logic； task driven teaching； traditional teaching

0 引言

“路與數(shù)字邏輯”是計算機科學與技術專業(yè)的一門學科基礎課，在整個課程體系中占有重要地位[1]。該課程理論知識點多，涉及到的邏輯門電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路、脈沖波形的產(chǎn)生與整形等內容較難理解，初學者無法實現(xiàn)思維的轉變，從而在做實驗時一籌莫展。傳統(tǒng)的教學一般由教師循序漸進地講授知識點，以小型簡單的例子來加深學生的理解，這種教學方法的不足之處在于：學生在學習過程中只是掌握一些零散知識點的應用，沒有建立起系統(tǒng)的思維方式，因此，在應用知識時缺乏整體感[2-3]。

本文探討在“電路與數(shù)字邏輯”課程中應用任務驅動教學法，在教學過程中，教師設計與實際生活聯(lián)系緊密的任務，在該任務的驅動下，指導學生分析任務的功能，劃分功能模塊，引導學生查找資料、分析并設計方案、選擇元器件、制作調試，在這一系列的實際工程體驗活動中增強對所學知識的理解，獲得較強的動手能力和設計制作電路的能力。

整個教學過程由任務驅動，以學生為主體，注重學生實踐能力的培養(yǎng)，同時注重團隊協(xié)作、小組間有效溝通等綜合職業(yè)索質的培養(yǎng)。學生在教師指導下完成一個任務的分析、設計、實現(xiàn)全過程。這種開放性、創(chuàng)新性的教育方法，克服了傳統(tǒng)教學法的弊端，有助于培養(yǎng)學生的工程應用能力，提高分析問題、解決問題的能力，同時培養(yǎng)了團隊合作精神。

1 任務驅動式教學法的特點

1.1 教學內容的重組

在教學中使用任務型教學法，首先要把理論知識進行模塊化分解，合理劃分成若干知識單元，以滿足任務實施的需要[4-5]。“電路與數(shù)字邏輯”課程在開始的章節(jié)主要講述了數(shù)字邏輯基礎，其中一部分內容學生在之前的“計算機文化基礎”課程中已經(jīng)學過，所以可以將這部分內容適當簡化。邏輯代數(shù)的基本概念、公式和定理，邏輯函數(shù)的各種表示方法和化簡，半導體二極管門電路和CMOS、TTL門電路，這一部分中公式化簡和分立元器件門電路在實際應用中已趨于淘汰，可以根據(jù)組合電路的設計需求重點學習邏輯代數(shù)的基本概念、卡諾圖化簡、各種表達方式的相互轉換，并將其作為一個任務，引導學生掌握電路的各種表示方法之間的轉換，通過電路仿真軟件Multisim的使用，讓學生對電路的軟件仿真有一定的理解。組合邏輯電路的分析與設計，包含多種集成芯片的功能分析、使用與設計，可以分解為若干個任務，利用編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器和數(shù)值比較器等多種中規(guī)模芯片完成實際組合電路的設計與制作。觸發(fā)器和時序邏輯電路的分析與設計，可以分解為多個任務，利用觸發(fā)器、計數(shù)器和移位寄存器等集成芯片完成實用時序邏輯電路的設計與制作。脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路和模數(shù)數(shù)模轉換電路，可以分解為若干個綜合設計型任務，切實提高學生解決問題的能力。

1.2 教師角色的轉換

任務型教學法強調學生在教學過程中的主體地位，教師由知識傳授者轉變成一名向導，引導學生搜集資料、自主學習、小組討論，激發(fā)他們學習的主動性和創(chuàng)新的設計思維[6]。集成電路種類繁多，在電子設計中不可避免的會用到不曾接觸過的集成電路，因此需要培養(yǎng)學生閱讀集成電路數(shù)據(jù)手冊的能力。教師以某個集成電路芯片為例，引導學生學會查看集成電路的功能表，理解集成電路完成的功能，注意不同型號集成電路性能指標的區(qū)別，進而選擇合適的芯片完成設計。

1.3 理論與實踐相結合。

在日常生活中尋找設計任務，比如交通燈的控制、流動文字顯示、數(shù)字顯示溫度計等，從身邊有趣的題目入手，可以增強學生對所學知識的興趣，提高其學習積極性，不會產(chǎn)生所學知識與生活脫節(jié)的感受。對于較難理解的知識點，鼓勵學生搭建驗證性電路，觀察電路的運行狀態(tài)，思考為什么會出現(xiàn)這種結果，加強對知識點的理解。

1.4 被動學習轉變?yōu)橹鲃訉W習

在任務型教學法中， 為了完成任務，學生必須主動查找資料，主動思考解決問題的辦法，與小組成員討論完成電路設計。在教師的指導下，學生自主完成電路的制作與調試，遇到電路故障，需獨立思考問題，觀察實驗現(xiàn)象，運用儀器儀表來檢查出現(xiàn)某種現(xiàn)象的原因以及解決辦法。這種任務式教學方法，大大提高了學生的學習興趣，使得學生由過去的被動學習轉變?yōu)橹鲃訉W習，提高了該課程的學習效果。

這樣，學生在明確目標的任務驅動下，將所學理論知識與生活實際問題聯(lián)系起來，對所學知識點能夠靈活運用，通過分析、設計、制作、調試電路，這個過程中，學生通過小組成員合作，共同完成一個綜合任務，過程中可以互相討論、有效溝通，既學到知識，又學會獨立思考、與人溝通、分析策劃、動手操作，不但可以⑺學零散的知識點串聯(lián)起來，還可以提高團隊協(xié)作、溝通能力、創(chuàng)新能力、解決復雜問題的能力，學生可以逐漸成長為應用技術型人才。

2 任務驅動式教學法的實施

任務驅動式教學法需要對課程的基礎性實驗、綜合設計性實驗和提高發(fā)揮性實驗，分別分配一定比例的課時，教學過程包括任務分析、設計制作、成果展示幾個階段。

首先對全班學生進行分組，根據(jù)學生自愿的原則，每組3人，盡量使各個小組的總體能力相當，每個成員輪流擔任組長，負責電路總體設計、小組成員之間任務分配、與教師溝通和成果展示等。

⑴ 分析任務。任務來源于實際生活，教師負責指導學生分析任務，明確需要哪幾個功能模塊實現(xiàn)該任務，針對涉及的知識點，引導學生查閱資料自學。教師可以將本任務的實物教具示范給學生，讓學生對任務的基本功能有直觀的了解。

⑵ 設計制作。根據(jù)所作的任務分析，小組成員查閱資料、制定方案、設計電路。首先使用電路仿真軟件進行電路功能仿真；然后組長對成員分配功能任務，在實驗室小組成員自主完成電路制作和調試，教師在旁邊進行指導。遇到電路問題時，應充分利用儀器儀表，耐心檢查，可尋求教師幫助，還可以上網(wǎng)查閱解決問題的方法，這樣能鍛煉學生的動手能力和解決電路故障的能力，進而提高學生的專業(yè)技能。

⑶ 成果展示。任務完成后，由小組長負責成果展示，將電路設計過程、制作中遇到的問題及解決方法與同學分享，在查閱資料過程中學習了哪些新的知識，實現(xiàn)結果與設計期望有哪些不同的地方。這個過程可以讓學生加深對理論知識的理解，同時鍛煉了表達能力，學生之間可以取長補短，對設計進行改進，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。針對每個小組的實際電路設計和成果展示，教師和其他小組共同給作品打分，作為一次實驗成績。

成立電子協(xié)會，開展第二課堂作為該課程的有力支撐。電子協(xié)會可以組織學生走進電子市場，了解市場上不同功能芯片的價格，然后查看它們的性能，對芯片的性價比做到心中有數(shù)，在實際設計電路時才能選擇最適合的芯片去完成設計。以協(xié)會為載體，教師帶領學生開展實用的設計項目，鼓勵部分優(yōu)秀的學生設計、制作和調試實用的電子產(chǎn)品，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新精神，增強學生理論聯(lián)系實踐的能力。通過校級電子設計競賽，篩選出優(yōu)秀的學生，參加國家級的電子設計競賽，充分發(fā)揮學生的自主學習能力和創(chuàng)新性，讓高一屆的學生帶動低一屆學生，能力強的帶動能力弱的，形成互幫互助、共同成長的氛圍，增強學生的專業(yè)興趣，提高專業(yè)技能。

3 結束語

通過在計算機專業(yè)學科基礎課“電路與數(shù)字邏輯”中引入任務驅動式的教學改革，從生活中的實例入手，帶動理論的學習和電路的設計制作，大大提高了學生的學習效率和興趣，培養(yǎng)其獨立探索、勇于開拓進取的自學能力。通過對一個完整任務的分析、設計和實現(xiàn)，學生獲得了滿足感和成就感，從而激發(fā)了他們的求知欲望，形成一個學習的良性循環(huán)。通過小組討論和分工合作，增強了學生的團隊合作意識。這種開放性、創(chuàng)新性的教育方法，克服了傳統(tǒng)教學法"只見樹木，不見森林"的弊端，有助于培養(yǎng)學生的工程應用能力，提高學生分析問題、解決問題的能力。

實踐證明，任務驅動型教學法把理論教學和實踐教學有機地結合起來，其實質是追求探究式學習，學生處于積極的學習狀態(tài)，每位學生根據(jù)個人對任務的理解，查閱資料，將所學知識和自學知識融合提出方案、解決問題，課堂教學過程充滿了民主和個性，課堂氛圍真正活躍起來。學生在學習過程中提高了學習興趣，從被動學習轉變?yōu)橹鲃訉W習，學生提出問題、分析問題和解決問題的能力得到提高，專業(yè)技能也迅速提高。

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現(xiàn)代計算機，2015.5：26-29

第5篇：集成電路及應用范文

關鍵詞:EDA仿真;負載能力;擴流設計;仿真對比驗證

中圖分類號:TN702文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)19-199-02

Research and Application of IC Test Instrument Power Circuit Simulation Design

SUN Chengting,ZHU Chunjiang

(Lianyungang Technical College,Lianyungang,222006,China)

Abstract:According to the problems of certain lab IC test instrument not being perfect on power circuit design and the system halted or restoration not being unusual on lower load capacity,the power circuit design and current-amplification circuit are being improved based on the original circuit,the contrastive verificafion is used for improving circuit with EDA simulation technique,and the problem in practical application is also solved.

Keywords:EDA simulation;load capacity;current-amplification design;simulation contrast verification

0 引 言

集成電路測試儀可用來測量集成電路的好壞,在電子實驗室中應用廣泛。在實際使用中,發(fā)現(xiàn)部分廠家生產(chǎn)的測試儀存在一些問題,如電網(wǎng)電壓波動或負載加重后容易出現(xiàn)死機或復位不正常現(xiàn)象,這對實驗進程和實驗室管理有很大影響,也是困擾實驗指導老師的常見問題,必須予以解決。本文通過某一種測試儀電源電路的改進的試驗,會給實驗室管理者以借鑒。

在電路設計中用到EDA(Electronics Design Automation,電子設計自動化)技術。在進行電路改進前,從電路參數(shù)設計,電路功能仿真驗證等都在計算機上先用EDA軟件完成,不但縮短了電路設計時間,而且大大地節(jié)約了成本。

EDA 技術是隨著集成電路和計算機技術的飛速發(fā)展應運而生的一種高級、快速、有效的電子設計自動化工具。它經(jīng)歷了計算機輔助設計(Computer Assist Design,CAD)、計算機輔助工程設計(Computer Assist Engineering Design,CAE)和電子設計自動化(Electronic Design Automation,EDA)三個發(fā)展階段[1]。利用EDA技術進行電子系統(tǒng)的設計,具有以下幾個特點[2]:用軟件的方式設計硬件;用軟件方式設計的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉換是由有關的開發(fā)軟件自動完成的;對設計電路功能是否正確可進行仿真分析。

目前流行的EDA軟件有Protel 99 SE,EWB,Multisim,PSpice等幾種[3]。本文運用Protell 99 SE 中的Advanced SIM 99仿真功能對所改進的電路進行仿真和應用。

1 EDA仿真在測試儀電源電路設計中的應用

學校電工電子實驗室有多臺LM-800C數(shù)字集成電路測試儀,在使用中有時會出現(xiàn)死機,復位不正常現(xiàn)象。通過研究,發(fā)現(xiàn)電源電路存在問題:電源擴展能力差,帶負載能力弱。筆者根據(jù)其PCB(Printed Circuit Board,印制電路板)繪制出其電源電路原理圖,如圖1所示。

圖1 LM-800C數(shù)字集成電路測試儀電源電路圖

圖1中,78M05為5 V三端穩(wěn)壓器[4],RL為測試儀負載,實際上是待測集成電路。

限于篇幅,只繪制主要部分,電源線路濾波器在圖中未畫出。通過研究,發(fā)現(xiàn)電源電路存在問題:電源擴展能力差,帶負載能力不強,有時會出現(xiàn)死機、無法復位現(xiàn)象。通過對其電源電路的改進,增加了擴流電路,從而解決了實際使用中存在的問題。

1.1測試儀電源電路的擴流設計

為了節(jié)約成本,不能對原來電路進行全新設計,只能在原來電源電路基礎上,通過增加部分電路來增強其帶負載能力。

改進中需要考慮的問題[5]:

(1) 選擇合適的濾波電容。電源輸出直流電壓要穩(wěn)定,紋波小。

(2) 增加了擴流電路,當電源電壓不穩(wěn)定或測試系統(tǒng)負載增大時,電源帶負載能力強,輸出電壓穩(wěn)定。

圖2為經(jīng)過改進的帶擴流功能的電路,帶負載能力較強,能擴大電路的輸出電流。Q1為外接擴流功率三極管,R1為Q1的偏置電阻。該電路帶負載能力與Q1的參數(shù)有關。C1,C4為濾波電容,C2為0.33 μF,可抵消輸入接線的電感效應,C3可防止高頻自激,消除高頻噪聲,改善負載的瞬態(tài)響應[6,7]。

圖2 帶擴流功能的電路

電源電路擴展輸出電流的工作原理:

二極管D1用于消除三極管Q1的發(fā)射結Ube對輸出電壓的影響(相當于發(fā)射結的導通電壓0.7 V),并提供電容C4的放電回路。設三端穩(wěn)壓器78M05的最大輸出電流為Imax,則晶體管的最大基極電流Ib=Imax-IRL,因而負載RL上電流的最大值I可表示為:

I=(1+β)(Imax- IRL)

一般三極管的基極電流Ib很小,與Imax相比可忽略不計,I比Imax大許多,可見輸出電流提高了,從而可提高電源的帶負載能力。

1.2 兩種電路帶負載能力的仿真對比驗證

可用Protell 99 Advanced SIM 99[6,7]對原電路(圖1)和改進后的電路(圖2)進行仿真分析,以驗證二者的帶負載能力。

(1) 仿真參數(shù)設置

首先進行仿真參數(shù)設置,進行瞬態(tài)分析與傅里葉分析[8,9],仿真參數(shù)設置對話框如圖3所示。

圖3 仿真參數(shù)設置對話框

為了突出顯示,顯示器上只顯示兩個波形,其中in為輸入端,out為輸出端。

(2) 仿真波形對比分析

用Protell 99 Advanced SIM 99對圖1所示電路進行仿真,發(fā)現(xiàn)當負載變重,超過78M05最大輸出電流(0.7 A)時[10],將使輸出電壓的紋波增大,輸出電壓(out)下降且不穩(wěn)定,out波形有明顯的波動,5 V下降為4 V左右,且輸出(out)波形不平滑,紋波大。負載變重后的仿真波形如圖4所示。

圖4 負載變重后的波形

為了增大電源的帶負載能力,在原電路的基礎上加擴展電流三極管Q1后,帶同樣的負載,輸出電壓很穩(wěn)定(5 V),仿真波形如圖5所示。

圖5 加擴流三極管后仿真波形

從輸出波形(out)可以看出,電壓很穩(wěn)定,沒有紋波。

1.3 設計電路的應用效果

經(jīng)改進后的電源電路,在實驗室的實際使用中,再未發(fā)現(xiàn)死機或不能正常復位現(xiàn)象,證明通過EDA仿真所設計的電路在使用中獲得成功。

2 結 語

用EDA仿真技術能方便電路設計,并可驗證電路

設計的正確性。通過對兩種電路的仿真對比,說明改進后電源電路帶負載能力強,這在實際使用中得到驗證。

參考文獻

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第6篇：集成電路及應用范文

關鍵詞：城市道路；交叉口；規(guī)劃；應用

Abstract: Long-term since, our country majority area city road intersection planning to follow the old ideas, ideas and methods, resulting in intersection capacity is low, bottleneck effect. Therefore, planning, design of City Road intersection is essential.

Key words: city road; intersection; planning; application

中圖分類號：[TU997]文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）

改革開放以來，我國城市面積已經(jīng)翻了一番。城市建設必然包含道路網(wǎng)和交叉口的建設。城市道路交叉口是城市道路系統(tǒng)中的關鍵點。而我國在此之前還沒有一本國家標準來指導交叉口的規(guī)劃工作，大量新開發(fā)區(qū)道路偏寬，導致土地使用的浪費。另一方面，在交叉口優(yōu)化設計時，卻往往因為交叉口用地的局促而無法實現(xiàn)優(yōu)化設計方案。

我作為一名從事市政道路工程設計人員，以多年積累的設計經(jīng)驗，貫徹“以人為本”、“公交優(yōu)先”、節(jié)約型、可持續(xù)發(fā)展的理念，充分考慮各地的特殊情況以及一般性原則，及城市發(fā)展的現(xiàn)狀，參考《城市道路交叉口規(guī)劃規(guī)范》淺析一下城市道路交叉口規(guī)劃的要點及應用。

一、城市道路交叉口規(guī)劃與設計特點

1.突出強調了以人為本、公交優(yōu)先以及保障安全、保證效率，保護環(huán)境、節(jié)約土地資源的理念；

2.明確提出了城市規(guī)劃各階段對交叉口規(guī)劃的要求深度、具體內容以及開展交通工程規(guī)劃工作的要求、內容和方法；

3.突出強化了各類交叉口功能中公共交通優(yōu)先運行和行人過街安全的保障條件，制定了嚴格的交叉口內行人和非機動車安全保障措施，明確提出了干道交叉口進口道展寬、在一定的寬度條件下設置行人過街安全島等的要求；

4.提高了城市主干路立體交叉口的建設門檻；

5.首次規(guī)定了平面交叉口的整體規(guī)劃范圍。

二、交叉口選型

在《城市道路交叉口規(guī)劃規(guī)范》中規(guī)定：當通過主-主交叉口的預測總交通量不超過信號控制交叉口的通行能力（約12000pcu/h）時，不宜采用立體交叉。

這一條提出了設置城市道路立體交叉的門檻為12000pcu/h，不到這個量，基本上不應考慮建立交，可以采用優(yōu)化設計的信號控制交叉口的形式；即使達到這個量，也應該首先考慮簡易立交方式。另外還應注意交叉口規(guī)劃應分別滿足城市總體規(guī)劃、城市分區(qū)規(guī)劃、控制性詳細規(guī)劃、交通工程規(guī)劃四個階段的內容規(guī)定。

三、交叉口規(guī)劃范圍

平面交叉口規(guī)劃范圍應包括：構成該平面交叉口各條道路的相交部分及其進口道、出口道和向外延伸10～20m的路段(包括進出口道展寬段和漸變段以及行人、非機動車過街設施、公交車站)所共同圍成的空間。新、改建交通工程規(guī)劃中的平面交叉口規(guī)劃，必須對交叉口范圍內規(guī)劃道路及相交道路的進出口道各組成部分作整體規(guī)劃，不得只做規(guī)劃道路進出口道組成部分的規(guī)劃而不顧相交道路進出口道的規(guī)劃。

四、平面交叉口紅線規(guī)劃

平面交叉口進口道紅線規(guī)劃，應根據(jù)進口道通行能力與路段通行能力相匹配的原則，按下列規(guī)定展寬：

除支-支交叉口之外，其它新建平面交叉口進口道規(guī)劃紅線寬度，

應根據(jù)下式確定其比路段紅線寬度應予展寬的寬度：

W1 －進口道規(guī)劃紅線的展寬寬度；

W2 －路段平均一條車道規(guī)劃寬度；

r － 進口道展寬系數(shù)，按表3.5.2-1取值；

n －路段車道數(shù)。

進口道展寬系數(shù)：

路段平均一條車道規(guī)劃寬度(m) 3.00 3.25 3.50 3.75

展寬系數(shù)r 10.85 0.71 0.60

由于交叉口各向交通流的交叉和交匯，需由信號燈或讓行規(guī)則組織沖突交通流分時通行，形成了所謂交叉口的“間斷流”。因這個效應，簡言之，如果一條車道的通行能力是1500 pcu/h，則到了交叉口，可能會不足750pcu/h。這導致路段通行能力和交叉口通行能力的嚴重不匹配！換言之，如果交叉口進口道有四條車道，實際上路段上只要兩條車道就可以滿足通行能力的需要。現(xiàn)在各地在道路規(guī)劃設計中，或者說是在劃道路紅線時，往往不考慮交叉口通行能力上的這個效應，簡單化地從頭至尾劃兩條平行線。

五、平面交叉口進口道寬度及車道數(shù)的規(guī)定

1.按進口道與路段通行能力相匹配的原則，新建交叉口進口道車道數(shù)應為上游路段規(guī)劃車道數(shù)的兩倍，進口道規(guī)劃總寬度應按進口道車道數(shù)確定。

2.改建交叉口宜滿足本條第1款規(guī)定，并用預測或根據(jù)實測各交通流向的交通量驗算所需的車道數(shù)；無交通量資料時，可按公式W1=r×W2×n計算確定。

3.治理交叉口進口道展寬段的寬度，應根據(jù)實測各交通流向的交通量及可實施的治理條件確定。

4.新建交叉口進口道每條機動車道的寬度不應小于3.0m。

5.改建與治理交叉口，在用地受到限制的地方，每條機動車進口車道的最小寬度不宜小于2.8 m，公交及大型車輛進口道最小寬度不宜小于3.0 m。交叉口范圍內可不設路緣帶。

這里給出了交叉口進口道車道數(shù)和車道寬度的規(guī)劃設計指導性意見，目的是保證交叉口進口道通行能力的匹配；第4項和第5項詳細規(guī)定了進口道車道的寬度要求，主要試圖避免車道設計過寬和過窄的問題。不少城市的交叉口進口道車道設計過寬，反而不利于車輛通行，會導致車輛擁擠，不按車道行駛，引起交通秩序混亂，降低通行能力。當然過窄的車道會造成駕駛員行駛過度緊張，特別是有大車通過時。因此交叉口進口道車道的最佳寬度是3.00 米到3.25米，在基本上沒有大車通過情況下，可以下降到2.80米。

六、信號控制交叉口進口道規(guī)劃的規(guī)定

交叉口進口道展寬段最小長度應不小于：支路30～40m，次干路50～70m，主干路70～90m，與支路相交取下限，與干路相交取上限。這里規(guī)定了交叉口進口道展寬段的長度的一般要求。這個長度與交叉口進口道的渠化和信號控制密切相關，特別是與信號周期的關系緊密：信號周期時間與達到的轉向車輛數(shù)成正比，即周期時間增加一倍，則轉向車輛數(shù)也會增加一倍。因此為了避免轉向車輛在展寬段的排隊溢出，影響直行車輛的行駛，也必須限制信號周期時間。

七、行人過街安全島的設置及要求

人行過街橫道長度達16m時(不包括非機動車道)，應在人行橫道中央規(guī)劃設置行人過街安全島，行人過街安全島的寬度應不小于2.0m，困難情況不小于1.5m。城市道路交叉口為了提高通行能力，普遍增加了車道數(shù)，導致行人過街距離的增加。由于現(xiàn)階段行人過街信號的不夠完善，行人往往被來往車流阻隔在道路中間，腹背受到車流的威脅，極不安全！

八、結束語

在我國城市建設的發(fā)展中城市道路建設成為了重要角色，城市道路交叉口又為其中的重中之重，是城市交通擁堵與事故的多發(fā)地，如何改善道路交叉口的擁堵與事故的頻發(fā)，通過對城市道路交叉口規(guī)范的了解與學習，我們得知需要對城市道路交叉口的規(guī)劃與設計，包括交叉口進口道的展寬、合理的設置交叉口信號燈、布設行人過街設施燈一系列措施，才能有效的解決道路交叉口問題，進而使城市道路建設更好、更迅速的發(fā)展。

第7篇：集成電路及應用范文

關鍵詞：電路；MATLAB；教學改革；仿真設計

作者簡介：謝迎娟（1976-），女，江蘇常州人，河海大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院，講師；鄧立華（1977-），女，江西宜春人，河海大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院，講師。（江蘇 常州 213022）

基金項目：本文系河海大學常州校區(qū)2013年教育教學改革項目的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0073-03

“電路”是電類各專業(yè)重要的基礎課，在專業(yè)培養(yǎng)中起著重要作用，課程本身也有著廣闊的工程實踐背景。“電路”課程的教學重點是電路的基本理論知識和各種分析方法，理解概念和方法的推導過程，但由于分析結果要進行大量的矩陣運算、數(shù)值計算和繪圖，既不容易求解又容易出錯，有時甚至得不到解析解，[1]用FORTRAN、C等語言分析電路，計算問題又轉化成復雜的編程問題，對于不具備編程能力的低年級學生來說，仍難以獲得計算結果，[2]計算問題成為了學生學習的障礙。很多學生因為求解不出結果，導致對理論不能理解，影響了課程的學習效果，造成了理論與實際的脫節(jié)。

在教學中引入仿真技術，可以幫助學生解決計算、繪圖等問題，讓學生把注意力放到對基本概念和各種分析方法的理解與掌握上，克服理論教學的抽象性。用具體、直接、生動的仿真結果來演示電路分析過程、比較各種分析方法的特點以及電路的特性和技術指標，不僅可以改善教師的教學手段，提高學生的學習興趣，同時也可以在電路分析過程中幫助學生掌握工具軟件，為后續(xù)的課程學習和工程實踐打下基礎。國內外高校和一些優(yōu)秀教材都把電路的仿真分析作為不可或缺的教學內容，[3-5]仿真軟件的應用已成為教學研究與工程應用不可缺少的助手，也是未來電路教學的必然趨勢。

常用的電路分析仿真工具有PSpecie、MATLAB、EWB、Multisim、Protel、OrCAD等，[6]這也是工程實踐中經(jīng)常使用的工具軟件。本文結合教學實踐，重點介紹了MATLAB在電路教學中的具體應用。

一、MATLAB命令輸入法的教學應用

MATLAB擁有高效的數(shù)值計算、符號計算以及完備的圖形處理功能，學生可以根據(jù)電路理論列寫方程，而將計算、求解和作圖交由計算機來處理，同時還可以編制友好的分析界面或建立模型，實現(xiàn)自由探索性的研究。[7]

動態(tài)電路的分析包括對一階電路、二階電路、狀態(tài)方程等問題的分析，因為涉及微分方程的建立和求解以及繪圖，一直是學生學習的難點。采用MATLAB命令輸入法進行計算，命令簡單，容易實現(xiàn)，幾個簡單的命令就可以將學生從繁瑣的數(shù)學計算中解脫出來，迅速完成作業(yè)中的計算和繪圖。動態(tài)電路的求解可以采用以下三種方法：一是根據(jù)電路理論列些方程，然后計算；二是用dsolve函數(shù)求解微分方程；三是寫成狀態(tài)方程的形式，用數(shù)值計算法（龍格―庫塔法）求解。

根據(jù)電路理論，因為，所以放電過程是非振蕩的。

按照前面介紹的三種求解方法，該二階電路的求解結果為：

第一種方法：根據(jù)電路理論，該電路的特征根為：，為不等實根。因此，根據(jù)電路公式，可以計算出電容電壓、電感電流和電感電壓分別為：

可以看到參數(shù)變化對電路響應結果的影響。與命令輸入方法觀察到的電路特性是完全一樣的。

三、Simulink仿真教學設計

Simulink是MATLAB中的重要模型功能，可以實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型建模和仿真分析，具有可視化、模塊化的特點。[8]模型建好后，可以實時改變模塊參數(shù)，研究不同參數(shù)對系統(tǒng)的影響，整個過程形象、直觀、交互性強。利用MATLAB/Simulink提供的基本模塊，創(chuàng)建用于電路分析的模塊，在課堂教學中進行建模和演示，成為增強啟發(fā)式、互動式的教學手段，也作為課后自由探索性實驗，促進學生的研究和創(chuàng)新意識。

單相和三相正弦交流電路一直是電路教學中的重點與難點，對復數(shù)運算的不理解和不熟悉導致學生難以理解正弦電路的基本概念。簡化正弦電路的計算，讓學生專注于理論和分析方法的學習是該部分教學內容的難點。在教學實踐中，采用MATLAB來進行復數(shù)運算，簡化了計算復雜度，也可以在GUI界面中修改參數(shù)或進行Simulink仿真，實時觀察參數(shù)變化對波形變化的影響。圖5（a）是一個采用Simulink設計的正弦交流電路，測量電路的有功功率、無功功率、復功率和功率因數(shù)等參數(shù)的仿真模型。

設置電路的參數(shù)為：頻率為50Hz，電壓有效值為220V，RL串聯(lián)支路：，RC串聯(lián)支路：

。在Simulation/Configuration Parameter中將Stop time設為0.1s（5個周期），求解方式設為Variable-step（變步長），ode23tb求解器。在powergui中可以計算出電路中u的有效值為220V，相位0°，i的有效值為1.537A，相位-23.51°。由此可以根據(jù)電路定理計算出電路的復功率為。圖5（a）電路的仿真運行結果與理論值一致，有功功率和無功功率的結果可以用Active & Reactive Power模塊測得。另外，也可以根據(jù)功率公式和自定義測量模塊組合測得。可以將自定義測量模塊組合創(chuàng)建成子模塊如圖5（b）所示，作為新的模塊應用在其他仿真電路中。

四、結束語

本文介紹了MATLAB在電路教學中的一些具體設計與應用，其M文件命令、GUI設計、Simulink仿真在電路教學中應用方法靈活多變、形式多樣。由此設計了一套“MATLAB電路教學仿真平臺”，用于課堂教學演示，以供學生課后自由研究，從而彌補傳統(tǒng)教學模式中的不足，使其成為更新教學觀念、完善教學手段的新模式。利用仿真技術，可以在課堂上和課下創(chuàng)建一種探索式、討論式、參與式的教學方法，充分調動學生學習的積極性，提高學生的綜合實踐創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學習和解決實際問題打下了堅實的基礎。

參考文獻：

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[6]王群，耿云玲.電路教學中常用的分析和仿真軟件[J].高教論壇，2009，（10）：50-54.

第8篇：集成電路及應用范文

[關鍵詞]LiDAR 輸電線路 航空攝影測量 巡線

[中圖分類號]TN958.98 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-7-318-1

1前言

LiDAR（Light Detection And Rang，激光雷達）技術是上世紀末遙感領域、攝影測量領域中具有革命性意義的一項技術成就，是迄今為止最先進的一項三維航空遙感技術。LiDAR技術比傳統(tǒng)攝影測量技術的精度和自動化處理程度更高，作業(yè)成本更低。LiDAR在西方發(fā)達國家的應用歷史已有10年，它的應用范圍十分廣泛，包括基礎測繪、線路設計、電力巡線、林業(yè)、數(shù)字城市等領域。

2 LiDAR技術的工作原理

機載激光雷達系統(tǒng)（LiDAR），是集GPS（全球定位系統(tǒng)）、INS（慣性導航系統(tǒng)）、激光掃描等技術于一體的三維遙感系統(tǒng)。其具體組成部分通常包括飛行平臺、控制單元、慣性測量與定位單元、激光掃描儀、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。激光掃描儀可對地面采樣點到掃描儀中心之間的距離進行測定。飛行平臺一般包括直升飛機和固定翼飛機。慣性測量與定位單元包括DGPS（差分全球定位系統(tǒng)）、INS兩部分。DGPS與GPS可對激光掃描儀中心位置進行精確測定，INS可對掃描儀的姿態(tài)進行測定。控制單元包括控制、同步、記錄三部分。

LiDAR系統(tǒng)利用掃描儀發(fā)射激光脈沖到地面，再根據(jù)發(fā)射脈沖至脈沖返回掃描儀的時間，來計算出地面激光光斑與定掃描儀中心之間的距離（d）。通過DGPS測定掃描儀中心的三維坐標（X0，Y0，Z0），再通過INS確定掃描儀的姿態(tài)參數(shù)（航偏角κ、ω旁向傾角ω、航向傾角φ）。通過獲得的空間幾何關系及幾何參數(shù)，就可確定地面測樣點的坐標（X，Y，Z），關系式如下：

3 LiDAR技術與傳統(tǒng)航空攝影測量的區(qū)別

LiDAR技術可視作一種新型的航空攝影測量技術，它與傳統(tǒng)的航空攝影測量在一些方面較為相似：二者的載體都是飛行器；二者都配備了數(shù)字攝影測量傳感器和GPS（INS）；對于原始數(shù)據(jù)的處理較為相似，比如斷裂線探測、數(shù)據(jù)壓縮、粗差過濾等；二者的研究主題都為：傳感器的集成、數(shù)字信號的處理分析。LiDAR作為最先進的遙感技術，與傳統(tǒng)航空攝影測量相比，其優(yōu)勢還是顯而易見的：

第一，LiDAR技術是主動式測量方法，是天氣條件的影響小于傳統(tǒng)的航空攝影測量；

第二，與傳統(tǒng)航空攝影測量比較，LiDAR野外控制測量的工作大大減少，只需要很少的幾個GPS點即可；

第三，LiDAR是光電計算技術不斷發(fā)展的產(chǎn)物，它集成了計算機、激光、INS、GPS等先進設備，其集成度隨著技術理論的成熟而日益提高，其數(shù)據(jù)處理速度快，自動化程度高，外業(yè)工作量少，且成果精度高；

第四，在進行激光雷達掃描的同時，還可以進行數(shù)碼航空攝影測量，不需做像控，直接可以解算出外方位元素，構建三維模型、生成正射影像DOM，是傳統(tǒng)航空攝影測量的擴充；

4 LiDAR技術在輸電線路工程中的應用

4.1輸電線路的勘測設計

4.1.1數(shù)據(jù)處理

LiDAR數(shù)據(jù)一般包括回波強度圖像和距離圖像數(shù)據(jù)（也叫激光點云數(shù)據(jù)）。對距離圖像數(shù)據(jù)進行分類：非地面激光點云和地面激光點云數(shù)據(jù)，生成數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)。根據(jù)DGPS和INS獲得的航空數(shù)碼影像內外方位元素、DEM數(shù)據(jù)，就可糾正航空數(shù)碼正射影像，獲得數(shù)字正射圖像（DOM）數(shù)據(jù)。直接利用距離圖像數(shù)據(jù)，可生成數(shù)字表面模型（DSM）數(shù)據(jù)，提取植被、道路房屋等信息。利用DEM或地面激光點云可以直接生成等高線、斷面圖（剖面圖）。

4.1.2優(yōu)化選線

在輸電線路設計中，選擇線路路徑是一個重要內容，隨著各級地方政府對輸電線路通道審批的日益嚴格，對于有新增工廠或房屋的地段，選擇輸電線路通道變得更加的困難。在重要避讓、重要跨越等緊張地段，以及地方規(guī)劃范圍以內，對線路通道的精度要求非常高，而這些因素對整個路徑方案的成敗起著決定性作用，傳統(tǒng)選線方式工作量特別大，經(jīng)常需要多次反復，且很難達最佳方案，而運用高精度的LiDAR技術進行優(yōu)化選線。利用LiDAR系統(tǒng)中的激光點云數(shù)據(jù)、DOM數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，技術人員判讀地形地物，測量、獲取空間信息更加地便捷、準確，選線更為精確，平斷面測圖的精度更高，塔位選擇也更加合理。

4.2巡線中的LiDAR技術應用

利用LiDAR系統(tǒng)巡線，在激光束遇到樹木、桿塔或電纜時，信號返回，即可確定掃面對象的位置，確定輸電線路相當于植被的安全距離。LiDAR系統(tǒng)對多個回波信號進行記錄時，提取并處理不同回波的信息，以獲得樹高信息、樹木底部的地形信息。LiDAR數(shù)據(jù)的密度較高，適宜描述樹冠形狀，它還可從數(shù)字影像中提取光譜信息，根據(jù)光譜信息可區(qū)分出闊葉樹和針葉樹。再處理數(shù)據(jù)后，還可對植被覆蓋情況進行分析，對其進行分類，計算出樹種、樹高、林木體積，對植物生長情況進行動態(tài)監(jiān)測。在獲取了線路走廊中主要樹種的生長情況后，根據(jù)運行規(guī)程，通過直升機激光掃描，就可計算出樹木的最佳剪枝、砍伐量，從而滿足輸電線路安全運行的要求。

參考文獻

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[2]張芳寧.基于機載激光雷達的輸電線路優(yōu)化技術研究[J].科技資訊，2011，（6）：128.

[3]袁榮.基于機載激光雷達的電力線路優(yōu)化技術研究[J].科技資訊，2011，（8）：129，131.

[4]高晉，楊國建，吳真等.機載激光雷達在超高壓輸電線路走廊管理中的應用[C].重慶市電機工程學會2010年學術會議論文集.2010：148-150.

第9篇：集成電路及應用范文

（延安大學西安創(chuàng)新學院 理工系，陜西 西安 710100）

摘 要：電路分析基礎是各電類專業(yè)的先導課程，學好本課程對后續(xù)課程的學習有重大意義.本文從課程教學方法入手，提出了課程的改革思路與方法，實踐證明這些方法有效并可逐步推廣應用.

關鍵詞 ：電路分析；教改；應用型

中圖分類號：G642.4文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2015）08-0247-02

基金項目： 延安大學西安創(chuàng)新學院教學改革項目（14JG09）；陜西省教育廳自然科學類專項科研計劃資助項目（NO:14JK2170）

0 引言

“電路分析”作為電氣信息類專業(yè)(0806)、儀器儀表類(0804)和電子信息科學類(0712)的核心專業(yè)基礎課程，同時也是機械類(0803)、能源動力類(0805)和海洋工程類(0813)的核心專業(yè)基礎課程，都是相關專業(yè)研究生入學考試必考科目.由此可見，這些課程在人才培養(yǎng)中舉足輕重.就我校而言，在電子信息工程、計算機科學與技術、物聯(lián)網(wǎng)工程、汽車服務工程以及工業(yè)設計專業(yè)都開設了電路分析基礎課程，在土木工程專業(yè)、建筑工程專業(yè)也開設有課程性質相近的電工學課程.我校具有一個獨立的電路分析實驗室，擁有電路分析實驗箱18套.雖然不同的專業(yè)教學重點各有不同，但是電路分析的基礎理論基礎知識是必不可少的.因此開展電路分析教學改革對培養(yǎng)創(chuàng)新與應用型人才具有重大意義.

為了適應時代的發(fā)展和教改的要求，任課教師從教學內容，教學方法及手段到考核標準都進行了調整.電路分析課屬于經(jīng)典電路理論，在教學中應突出經(jīng)典理論的基本概念及規(guī)律，提高教學效率.隨著電路理論的發(fā)展和計算機的普遍應用，大量繁雜的計算應放在現(xiàn)代電路分析中解決.在教學方法上，應將傳統(tǒng)的注重知識內容的順序教學方式與注重知識關系的知識結構教學方式相結合.從培養(yǎng)科研能力，提高學生素質出發(fā)，應強調電路分析中的模型概念，它是電路分析的基礎.教學方式及手段是使學生掌握課程內容的關鍵，應將課堂教學與計算機輔助教學相結合，標準化教學與電子教案相結合，同時還應該將答疑與質疑相結合，理論教學與實驗相結合，筆試考核與實驗能力，平時作業(yè)，甚至口試等考核方式相結合.

1 教學改革的思路與方法

1.1 經(jīng)典電路理論與現(xiàn)代分析手段相結合

電路理論發(fā)展至今已近一個世紀[1].早期的電路理論是在物理學中電磁學的基礎上發(fā)展起來的.當時主要研究的對象是線性非時變無源電路，并形成了完整的經(jīng)典分析方法，這些方法同時也是近代電路分析方法的基礎，因此應該是學生學習中必須牢固掌握的.傳統(tǒng)的教學內容包括直流電路的分析，交流電路的分析及動態(tài)電路的分析.教學中應以分析簡單電路為主，突出基本概念，避免繁雜的數(shù)學計算.自20世紀60年代，電路理論發(fā)生了重大變革，從原來主要研究線性非時變無源電路，進一步發(fā)展到非線性時變有源電路.由于近代大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，傳統(tǒng)的分析手段難以完成復雜的分析.為了適應電路理論發(fā)展的要求，應在教學中適量增加近代電路的分析方法及手段，如有源電路的分析，非線性電路的分析，矩陣分析方法，網(wǎng)絡分析方法等.其主要特征是計算機輔助分析的應用.加強這方面的教學是該課發(fā)展的要求，也是學生學好后續(xù)課程的基礎.

1.2 順序教學方式與知識結構教學方式相結合

以往的教學方式是以知識內容順序，按部就班地一章一章地進行，學生被動地一章一章地學，難以形成對所學知識的整體認識.實際上，電路分析同許多其它學科一樣，都有一套完整的體系，其中的各要素有著密切的聯(lián)系，它同知識的具體內容，公式，定理相比，更容易理解和掌握.學生在大學學習期間要學習許多具體的知識內容，要求學生幾年以后仍然牢記如此眾多的內容既不實際，也不必要.從提高能力和素質出發(fā)，應培養(yǎng)學生在今后遇到實際問題時，能分析問題的實質所在，知道解決問題的途徑，而不是死記書本知識.知識的具體內容是知識結構的內涵，知識結構是知識內容之間的有機聯(lián)系.兩種方式相結合可以取長補短，既培養(yǎng)了技能，又提高了素質及科研能力.

1.3 課堂教學與計算機輔助教學相結合

傳統(tǒng)的教學手段是以板書教學為主，主要表現(xiàn)為被動式教學，老師講，學生聽.這樣就造成學生認為只有寫到黑板上的內容才是課程所要求的.例如：將一個聲表面波器件[2]畫在黑板上花費大約3分鐘，對于45分鐘的課堂時間來說已經(jīng)足夠長了.隨著計算機的普及，教學應采用計算機輔助教學手段，就可以節(jié)省很多時間.所以應從單調的黑板式課堂教學向計算機輔助教學的方向發(fā)展.課堂不應該是單向灌輸知識的場所，應該是教師與學生相互交流的場所，是體現(xiàn)主講教師教學風格，教學思想教學藝術的平臺.

1.4 標準化考核與能力考核相結合

一支筆一張紙式的考核方式一直是考核學生學習效果的主要形式.但是，為了使考核標準化，使其具有一定的客觀型，合理性和可比性，應逐步建立同計算機輔助教學相配套的試題庫，評分標準及考核成績分析系統(tǒng).能力考核是考試改革的難點，它受許多因素的限制.在目前情況下，應將筆試與實驗相結合，期末考試與平時成績相結合，有條件時可結合口試或部分口試來考核學生成績.

2 具體作法及效果

2.1 注意課程內容的先進性，電路分析課程經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，內容較多，因此，必須結合國內外電路分析課程的最新研究成果確定課程內容，課程要傳授先進的知識內容和方法.達到知識先進并學以實用.

2.2 將現(xiàn)代教育理論使用在電路分析教學中[3]，樹立先進的教學理念，重視素質培養(yǎng)通過組織教師研討、與學生對話、進行示范教學等活動提高教學效果.

2.3 研制電路分析課程的電子教案，使用多媒體教學；采用多種教學方法和手段，采用多媒體技術輔助講解具有動態(tài)性質的知識點，使傳統(tǒng)教學與多媒體教學有機結合.

2.4 建立網(wǎng)上課堂，樹立以學生為中心的教學思想，加強教與學的信息交流，重視對學生主動學習習慣的培養(yǎng)，啟發(fā)學生的探索精神.

2.5 加強理論教學與實踐教學相結合.在電路分析理論課（必修課）開設的同時開設“電路實驗”，促進知識的深化和培養(yǎng)學生的動手能力.增加創(chuàng)新實驗和開放性實驗項目，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和實際解決問題的能力.

3 結束語

本方案改變傳統(tǒng)的板書式教學使用多媒體教學，教學手段新穎.用設計性實驗代替?zhèn)鹘y(tǒng)驗證性實驗，使學生能夠親自動手設計實驗，從而更好的理解和掌握知識點.考核方式增加口試，可以加深學生對于知識點的掌握程度.從而提高了電路分析課程的教學質量和教學效果.

參考文獻：

〔1〕譚永霞.電路分析基礎[M].成都:西南交通大學出版社，2009.1-3.