电气仿真结课论文

中国地质大学（北京）电气仿真结课报告姓名：朱超学号：04208229学院：信息工程学院专业：电气工程及其自动化任课老师：薛正升2010年12月7日电气仿真结课报告随着计算机的普及和应用，借助EDA工具进行仿真实验已经成为在校学生和工业设计人员的首选方案。而Mulstism就是其中应用较为普遍的一种仿真工具。借助Mulstism仿真软件，用户可以在电脑上进行模拟实验，设计和验证集成电路，这样可以减少不必要的开销，从而降低成本。下面我主要从以下几个方面阐述电气仿真的原则：一．电气仿真的主导思想：电气仿真一般都遵循自上而下、划分功能模块的思想进行设计。所谓的自上而下是指先总后分，先从总体上确定仿真要实现的功能，然后再按要求进行详细设计。例如：先有概念设计，然后做布局草图设计，再布局草图、拆分零件做详细设计。自上而下的设计具有三方面优点：1、整体设计分块细化；2、整体出错机率小；3、设计变得更自动化。划分模块就是将整个的项目按照功能进行拆分，分成的多个子模块，各子模块有不同的功能并且相互独立。划分时候，要符合高内聚低耦合的原则，高内聚就是每个模块内部要联系紧密。低耦合则是相对于模块与模块而言的，是指模块之间相互独立，互不影响。这样，整个项目在功能实现、故障检测、硬件实现等环节都会方便可行。二．仿真步骤及其具体要求：1.设计任务：要设计一个电子电路系统，首先要了解设计任务，并且深入了解系统的功能、技术指标和使用条件等。只有这样才能确定设计的具体方法和步骤，并且明确各个设计阶段的详细任务。2.确定设计的总体方案：在认真分析，了解项目具体要求的基础上，利用已有的知识提出最合理的方案。总体方案通常是用功能框图的形式表示的，只考虑硬件电路用什么功能电路，但不考虑具体的元器件和程序细节，因此总体方案只是全局性的方案。例如用JK触发器构成T触发器电路的试验中，在此阶段，我们只知道要使用JK触发器构成T触发器，但具体怎么实现还不知道。3.制定电路的硬件设计：电路的硬件设计又称为硬件实现，主要是设计者结合现有的条件将系统的原理方案框图进行具体化。在此时，要确定具体用什么器件(通用集成电路、PLC单片机等）和电路各部分的具体功能。硬件设计主要包括单元电路设计和总体电路原理图设计两个部分。单元电路设计是指根据方案，将任务要求和技术指标进行分解和分配，明确各单元电路的功能。而总体电路原理图设计则是指将各个单元电路进行组装和连接，此时，应该注意要让各单元电路的布局合理、排列清晰、连线清晰等。4.对电路进行仿真分析：仿真分析是指在印制PCB电路板前，对电路进行计算机模拟实验，以确定电路是否正确和修改电路结构和元器件，使其更加合理。仿真时，要先进行单元电路仿真，再进行整体仿真分析，正确无误后，即可进行电路板的印刷了。三．围绕交通灯设计：前面说了电气仿真的主导思想以及一般步骤，下面我就结合交通灯的设计来具体阐述：1.设计思想：采用自上而下和划分模块的思想，仿真的目标是设计出实用、简单、性能稳定、便于操作的交通灯管理系统。根据要求，将该交通灯管理系统划分为：时钟信号产生模块、输入输出设定模块、计数译码模块、自动/手动选择模块。这样，在设计时，先设计各个子模块，然后组装即可。2.仿真具体步骤：2—1.了解设计任务：2—1.1.红绿灯管理：（1）东西方向绿灯，则南北方向红灯，反之亦然。（2）设有“自动/手动”选择控制开关，在“自动”时，东西和南北方向信号灯交替出现。在交替前5秒时，黄灯亮。在“手动”时，人工控制各方向红绿灯。（3）在自动选择时，交替周期可调，分别为20S、30S、40S、50S、60S。2—1.2.时间牌管理：（1）当由手动转换为自动时，时间牌应该从设定值开始，按秒显示，直至为“0”交替，然后如此反复。（2）当转换为手动时，时间牌应该熄灭。2—2.确定设计的总体方案：根据系统所实现的功能，设计系统控制的方案组成框图，如下：2—3.制定电路的硬件设计：根据要求，各个模块的硬件设计如截图所示：脉冲产生与分频控制器数码管驱动器时间初值设定时间显示（数码管）手动/自动选择红黄绿信号灯信号灯控制器555产生的时钟脉冲模块：输入设定模块：计数译码模块：手动自动选择模块：2—4.对电路进行仿真分析：先进行各个子模块的仿真，在已经确认无误的情况下，将上述的各个子模块按照规格组合起来，得到整体电路图，然后进行整体仿真。下面就给出总体仿真效果：（1）选择自动仿真时效果（5秒以内，黄灯闪烁）：选择手动时的效果（通过切换开关J1来实现两组红绿灯的切换）：3.本案例仿真时出现问题、解决方案：（1）问题一：仿真时，数码管显示设定的初值，但是不变化。由于划分模块，我们可以轻而易举的知道问题出现在555脉冲产生模块。通过分析知道：本案例中，使用555产生时钟脉冲。当输入信号出现上升沿后，上升沿检测输出一个脉冲信号，出现下降沿后，则下降沿检测输出一个脉冲信号，无边沿出现，则输出为低电平。案例中，555输入端接在两个RC充放电回路中，所以电容的充放电频率决定了时钟脉冲的频率。所以改变上述两个电容值的大小，来改变时钟脉冲频率，可知书上的电容值有错误，。把书上的电容C值从10uF改为100nF即可。（2）问题二：仿真时，时间显示牌没有问题，但是交通灯不亮，无论自动状态还是手动状态。根据划分的模块，我们知道问题出现在手动/自动选择模块。检查电路连线无误，但是当我接上万用表发现电源并无电压。所以我更换另外一个+5V的电源，问题得以解决。四.仿真的体会和认识：大半个学期的电气仿真课程很快结束了，这半学期可谓心情复杂多变啊。刚开学，认为电气仿真就是软件模拟学过的电气、自动化方面知识，况且还是用学过的软件，Mulstisim10仿真，觉得简单。但是随着时间按的推移，发现其实仿真应用更难。说实话，这门课上，我还是获得了很多以前从理论课堂上无法获得的知识、经验的。例如：1.在学老师的细心讲解下，了解了场效应管工作原理，并且可以根据其特性设计简单的电路。2.能够熟练运用Multisim10这个仿真软件了，这对于将在一年后走上社会的我们，无疑是一种帮助。3.明白了电气电子设计的一般情况：即先在电脑上运用软件仿真，在确认无误的情况下，在进行硬件连接，从然降低成本。4.复习了以前的一些学过的知识，对于以前的盲点，现在有了更好的理解。5.我们能够将书本上的知识与实际情况结合起来，做到学以致用，能独立的进行相对的简单的电路设计。上课的时候，薛老师会很和蔼的和我们聊天，说一些我们关注的问题：就业。这让我们这些将要面向社会、走向工作岗位的大三学生对当今本专业的发展方向、就业前景有了感性上深刻的认识和了解。和薛老师交流得知:薛老师经历丰富既有多年的教学经验，又在企业做过工程师，所以希望有时间的话，可以和这样的老师多交流，以此来提升自己对本专业的认识。