學位論文-交通燈的設計論文與仿真

PAGEPAGEiiiPAGEi摘要隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。本文主要介紹了以CT74163計數(shù)器設計的交通燈電路，并有EWB仿真軟件仿真，EWB仿真軟件對交通燈電路的仿真應用。關鍵詞：EWB仿真軟件交通燈電路CT74163計數(shù)器AbstractAlongwiththecityvehiclequantityunceasingincrease,manybigcitylikeBeijing,Shanghai,Nanjingandsoonhadthetransportationexcessloadmovementsituation,howusestheappropriatecontrolmethod,maximumlimitusesthegoodconsumptionlargeamountofmoneyconstructionthecityspeed-way,alleviatesthehostyangormaleprincipleandthecircularroute,thecitysupportswiththeperipherallocalitytransportationstopsupthecondition,moreandmorebecomesthemainquestionwhichthetransportationmanagementandtheurbanplanningdepartmenturgentlyawaittobesolved.ThisarticlemainlyintroducedbytheCT74163timecounterdesigntrafficlightelectriccircuit,andhastheEWBsimulationsoftwaresimulation,theEWBsimulationsoftwaretothetrafficlightelectriccircuitsimulationapplication.Keyword:EWBsimulationsoftwaretrafficlightelectriccircuitCT74163timecounter目錄摘要 iAbstract ii第一章 交通燈在生活中的作用 1第一節(jié)交通燈的重要性 1第二節(jié)交通燈的的介紹 2第二章交通燈設計的方法 4第一節(jié)CPLD及EPGA控制 4一CPLD是什么 4二CPLF的特點及使用方法 5三EPGA是什么 6四EPGA與CPLD的區(qū)別 7第二節(jié)PLC控制系統(tǒng) 8一PLC是什么 8二PLC的特點 8三PLC應用的領域 9第三節(jié)單片機控制系統(tǒng) 10一單片機是什么 10二單片機的特點 12第三章仿真軟件 14第一節(jié)Protel仿真軟件 14第二節(jié)ORCAD仿真軟件 14第三節(jié)Multisim仿真軟件 15第三節(jié) EWB仿真軟件 17一EWB簡介 17二EWB軟件在電路設計中的應用 18第四章.EWB平臺的交通燈電路設計 26第一節(jié)、方法與內(nèi)容 26第二節(jié)、基于EWB平臺的交通燈電路設計 27一、設計任務 27二、分析任務 27三、課程設計的常規(guī)步驟 27四、電路設計 28五、電路的仿真實驗 30第五章總結(jié) 31致謝 32陽泉職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書PAGE32交通燈在生活中的作用第一節(jié)交通燈的重要性隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市街道車輛大幅度增長，給城市交通帶來巨大壓力，交通擁堵已經(jīng)成為影響城市可持續(xù)發(fā)展的一個全局性問題。而街道各十字路口，又是車輛通行的瓶頸所在。已有的許多建立在精確模型基礎上的交通系統(tǒng)控制方案都存在著一定的局限性。研究車輛通行規(guī)律，找出提高十字路口車輛通行效率的有效方法，對緩解交通阻塞，提高暢通率具有十分現(xiàn)實的意義。地面道路是一個龐大的網(wǎng)絡，交通狀況十分復雜，使目前交通燈控制器的單一時段控制已不能滿足現(xiàn)代交通流量的多變性，特別是在交通流量高峰時，往往會造成交通路口的通過率下降，甚至出現(xiàn)交通混亂現(xiàn)象，城市的交通擁擠問題正逐漸引起人們的注意。道路平面交叉口(簡稱交叉口)是交通網(wǎng)中通行能力的“隘口”和交通事故的“多發(fā)源”，國內(nèi)外城市的交通事故約有一半發(fā)生在交叉口。因此，交叉口這個事故多發(fā)源不能不引起人們的高度關注。隨著交通技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展及微機技術(shù)的應用，人們設計出了適應各種需要的交通檢測器、信號控制機和交通信號燈。

交通燈是交管部分管理城市交通的重要工具?，F(xiàn)在交通燈一般設在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈，加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車，對于一般情況下的安全行車、車輛分流發(fā)揮著作用。目前絕大部分交通燈其時間都是設定好的，采用的是單段式定時控制或多段式定時控制，其最大的缺點是綠燈時間和綠信比是固定的或是分時段固定的，且最佳綠燈時間和最佳綠信比的整定較為困難，需要大量的實測統(tǒng)計數(shù)據(jù),且很多情況下整定所得值并不是最優(yōu)的,甚至是不合理的?？刂破饋矶疾皇呛莒`活，這使得城市車流的調(diào)節(jié)不能達到最優(yōu)。這次設計正是針對這一弊端進行了改進，較好地解決了這一問題。根據(jù)實時車流量對各路口的綠燈時間進行動態(tài)調(diào)節(jié)，大大加強了其靈活性和實時性，本系統(tǒng)能自動檢測當前的車流量并計算出當前的最佳綠燈時間和最佳綠信比，當車流量變化時,其最佳綠燈時間和最佳綠信比也隨之變化，實現(xiàn)了真正的動態(tài)控制。本著“先到先服務”的原則，在保證交通安全性不降低的條件下提高了交通效率。與傳統(tǒng)的交通控制系統(tǒng)相比，該控制系統(tǒng)有一定的智能水平和很強的控制能力。第二節(jié)交通燈的的介紹19世紀初，在英國中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結(jié)婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來，英國倫敦議會大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發(fā)，1868年12月10日，信號燈家族的第一個成員就在倫敦議會大廈的廣場上誕生了，由當時英國機械師德·哈特設計、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈--煤氣交通信號燈，這是城市街道的第一盞信號燈。在燈的腳下，一名手持長桿的警察隨心所欲地牽動皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來在信號燈的中心裝上煤氣燈罩，它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅，使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命。從此，城市的交通信號燈被取締了。直到1914隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實的三色燈(紅、黃、綠三種標志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。黃色信號燈的發(fā)明者是我國的胡汝鼎，他懷著“科學救國”的抱負到美國深造，在大發(fā)明家愛迪生為董事長的美國通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號，當他看到紅燈而正要過去時，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一聲擦身而過，嚇了他一身冷汗?；氐剿奚?，他反復琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個黃色信號燈，提醒人們注意危險。他的建議立即得到有關方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號燈即以一個完整的指揮信號家族，遍及全世界陸、海、空交通領域了。中國最早的馬路紅綠燈，是于1928年出現(xiàn)在上海的英租界。從最早的手牽皮帶到20世紀50年代的電氣控制，從采用計算機控制到現(xiàn)代化的電子定時監(jiān)控，交通信號燈在科學化、自動化上不斷地更新、發(fā)展和完善。交通指揮燈是非裔美國人加萊特?摩根在1923年發(fā)明的。此前，鐵路交通已經(jīng)使用自動轉(zhuǎn)換的燈光信號有一段時間了。但是由于火車是按固定的時刻表以單列方式運行的，而且火車要停下來不是很容易，因此鐵路上使用的信號只有一種命令：通行。公路交通的紅綠燈則不一樣，它的職責在很大程度上是要告訴汽車司機把車輛停下來。開車的人誰也不愿意看到停車信號。美國夏威夷大學心理學家詹姆斯指出，人有一種將剎車和油門與自尊相互聯(lián)系的傾向。他說：駕車者看到黃燈亮時，心里便暗暗作好加速的準備。如果此時紅燈亮了，馬上就會產(chǎn)生一種失望的感覺。他把交叉路口稱作“心理動力區(qū)”。如果他的理論成立的話，這個區(qū)域在佛羅伊德心理學理論中應該是屬于超我（superego）而非本能（id）的范疇。新式的紅綠燈能將闖紅燈的人拍照下來。犯事的司機不久就會收到罰款單。有的紅綠燈還具備監(jiān)測車輛行駛速度的功能。最早的交通燈出現(xiàn)于一八六八年英國倫敦。那時的交通燈只有紅、綠兩色，經(jīng)改良后，再增加一盞黃色的燈，紅燈表示停止，黃燈表示準備，綠燈則表示通行。其實,用這三色來作交通訊號和人的視覺機能結(jié)構(gòu)和心理反應有關。我們的視網(wǎng)膜含有桿狀和三種錐狀感光細胞，桿狀細胞對黃色的光特別敏感，三種錐狀細胞則分別對紅光、綠光及藍光最敏感。由于這種視覺結(jié)構(gòu)，人最容易分辨紅色與綠色。雖然黃色與藍色也容易分辨，但因為眼球，對藍光敏感的感光細胞較少，所以分辨顏色，還是以紅、綠色為佳。所以，交通燈用什么顏色也是有大學問的呀！顏色也有活動(activity)的含意，要表達熱或劇烈的話，最強是紅色，其次是黃色。綠色則有較冷及平靜的含意。因此，人們常以紅色代表危險，黃色代表警覺，綠色代表安全。而且，由于紅光的穿透力最強，其他顏色的光很容易被散射，在霧天里就不容易看見，而紅光最不容易被散射，即使空氣能見度比較低，也容易被看見，不會發(fā)生事故。所以我們用紅色表示禁止。第二章交通燈設計的方法隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況。為此，進行了深入的研究，以下就城鄉(xiāng)交通燈控制系統(tǒng)的電路原理、設計和實驗調(diào)試等問題來進行具體分析討論。目前設計交通燈的方案有很多，有應用CPLD設計實現(xiàn)交通信號燈控制器方法;有應用PLC實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設計；有應用單片機實現(xiàn)對交通信號燈設計的方法。目前，國內(nèi)的交通燈一般設在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車，屬于定時計數(shù)類交通燈控制。對于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存在以下缺點：1．兩車道的車輛輪流放行時間相同，在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應該短些。2．兩條干道的紅綠時間不能隨時間的改變而修改。第一節(jié)CPLD及EPGA控制一CPLD是什么CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)復雜可編程邏輯器件，是從PAL和GAL器件發(fā)展出來的器件，相對而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復雜，屬于大規(guī)模集成電路范圍。是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（“在系統(tǒng)”編程）將代碼傳送到目標芯片中，實現(xiàn)設計的數(shù)字系統(tǒng)。CPLD主要是由可編程邏輯宏單元(MC，MacroCell)圍繞中心的可編程互連矩陣單元組成。其中MC結(jié)構(gòu)較復雜，并具有復雜的I/O單元互連結(jié)構(gòu)，可由用戶根據(jù)需要生成特定的電路結(jié)構(gòu)，完成一定的功能。由于CPLD內(nèi)部采用固定長度的金屬線進行各邏輯塊的互連，所以設計的邏輯電路具有時間可預測性，避免了分段式互連結(jié)構(gòu)時序不完全預測的缺點。發(fā)展歷史及應用領域：20世紀70年代，最早的可編程邏輯器件--PLD誕生了。其輸出結(jié)構(gòu)是可編程的邏輯宏單元，因為它的硬件結(jié)構(gòu)設計可由軟件完成（相當于房子蓋好后人工設計局部室內(nèi)結(jié)構(gòu)），因而它的設計比純硬件的數(shù)字電路具有很強的靈活性，但其過于簡單的結(jié)構(gòu)也使它們只能實現(xiàn)規(guī)模較小的電路。為彌補PLD只能設計小規(guī)模電路這一缺陷，20世紀80年代中期，推出了復雜可編程邏輯器件--CPLD。目前應用已深入網(wǎng)絡、儀器儀表、汽車電子、數(shù)控機床、航天測控設備等方面。二CPLF的特點及使用方法器件特點：它具有編程靈活、集成度高、設計開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具先進、設計制造成本低、對設計者的硬件經(jīng)驗要求低、標準產(chǎn)品無需測試、保密性強、價格大眾化等特點，可實現(xiàn)較大規(guī)模的電路設計，因此被廣泛應用于產(chǎn)品的原型設計和產(chǎn)品生產(chǎn)(一般在10,000件以下)之中。幾乎所有應用中小規(guī)模通用數(shù)字集成電路的場合均可應用CPLD器件。CPLD器件已成為電子產(chǎn)品不可缺少的組成部分，它的設計和應用成為電子工程師必備的一種技能。CPID是一種復雜可編程邏輯器件，具有高集成度、高密度、高速度的特點。將原有采用中小規(guī)模集成電路(LSI)設計的電路改造為由CPLD實現(xiàn)，既可以提高系統(tǒng)的集成度，又可以提高系統(tǒng)的可靠性。另外，由于CPLD具有在系統(tǒng)編程的功能，可在不改變印刷電路板的情況下改變電路功能，這樣可以為系統(tǒng)提供更多的冗余功能。本文介紹一種采用CPLD設計實現(xiàn)智能交通信號燈控制器方法，改變了原有控制器的體積較大、故障率高的缺點，并且增加了智能控制功能，使交通信號燈控制器具有更廣泛的適應性。如何使用：CPLD是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（“在系統(tǒng)”編程）將代碼傳送到目標芯片中，實現(xiàn)設計的數(shù)字系統(tǒng)。三EPGA是什么

FPGA是英文FieldProgrammableGateArray的縮寫，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（LogicCellArray）這樣一個新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（ConfigurableLogicBlock）、輸出輸入模塊IOB（InputOutputBlock）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個部分。FPGA的基本特點主要有：1）

采用FPGA設計ASIC電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。2）

FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。3）

FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I／O引腳。4）

FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發(fā)費用最低、風險最小的器件之一。5）

FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。目前FPGA的品種很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內(nèi)的RAM進行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復成白片，內(nèi)部邏輯關系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。FPGA有多種配置模式：并行主模式為一片F(xiàn)PGA加一片EPROM的方式；主從模式可以支持一片PROM編程多片F(xiàn)PGA；串行模式可以采用串行PROM編程FPGA；外設模式可以將FPGA作為微處理器的外設，由微處理器對其編程FPGA是80年代中期出現(xiàn)的高密度可編程邏輯器件（PLD）。FPGA器件及其系統(tǒng)軟件是開發(fā)大規(guī)模數(shù)字集成電路的最新技術(shù)。它利用計算機輔助設計，以電路原理圖、VHDL、布爾方程、真值表或狀態(tài)機等格式，輸入設計邏輯，然后經(jīng)一系列變換，將輸入的邏輯轉(zhuǎn)換成適合于FPGA器件結(jié)構(gòu)的圖形文件或文本形式。此時不僅可以觀察整個設計在器件中實際布線的結(jié)果，了解各網(wǎng)絡的延時特性，進行人工修改或編輯；從而可利用模擬手段，對設計的輸入、輸出及任意點信號進行模擬仿真，包括驗證設計功能是否正確的功能模擬，以及確定最終設計是否滿足相位和延時要求的定時模擬。把經(jīng)過模擬驗證后的設計文件轉(zhuǎn)換成比特流文件或PROM(可編程只讀存儲器)格式文件，把常規(guī)的編程器對EPROM(可擦可編程只讀存儲器)編程。然后把這EPROM與FPGA器件適當連接，加上（5V）電源。此FPGA器件就可作為大規(guī)模專用集成電路使用。用不同的設計文件配置同一塊FPGA"白片"，則可實現(xiàn)不同的邏輯功能。FPGA器件可實現(xiàn)所有數(shù)字電路功能。目前，器件集成度已經(jīng)達到了兩萬門數(shù)量級，工作頻率可達300MHz以上。一般可在幾個小時或幾天內(nèi)完成一個設計，并可隨時修改。這加速了產(chǎn)品設計開發(fā)的進程，免去了昂貴的ASIC（專用集成電路）器件半導體生產(chǎn)工藝費用及投資風險。FPGA技術(shù)是電子工程師不可缺少的好幫手。四EPGA與CPLD的區(qū)別一、相同點都由3個部分組成LI/O模塊；邏輯功能模塊；用來連接邏輯模塊之間，邏輯模塊和I/O模塊之間的連線。二、差異1、結(jié)構(gòu)CPLD類似于PAL器件集成到一個芯片構(gòu)成，F(xiàn)PGA類似于門陣列或ASIC結(jié)構(gòu)2、CPLD掉電后數(shù)據(jù)不會消失，F(xiàn)PGA會3、CPLD采用系統(tǒng)可編程（ISP）的方法為器件定義功能，F(xiàn)PGA通過靜態(tài)隨機存儲器以查找表方式，來實現(xiàn)具有固定數(shù)目輸入和輸出的任何組合邏輯函數(shù)。三、選擇原則CPLD比較容易實現(xiàn)各種算法和組合邏輯，F(xiàn)PGA適合含有較多時序邏輯的電路。第二節(jié)PLC控制系統(tǒng)一PLC是什么PLC即可編程控制器（ProgrammablelogicController，是指以計算機技術(shù)為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（InternationalElectricalCommittee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計?！倍LC的特點一可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。

二配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

三易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。

四系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。

五體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。三PLC應用的領域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。

一開關量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

二模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。

三運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

四過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。

五數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

六通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。第三節(jié)單片機控制系統(tǒng)一單片機是什么單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。

通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。8051是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：中央處理器：

中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作?！?shù)據(jù)存儲器(RAM)：8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。

程序存儲器(ROM)：8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時/計數(shù)器(ROM)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。時鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。

單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。二單片機的特點單片機是以工業(yè)測控對象、環(huán)境、接口特點出發(fā)向著增強控制功能，提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性方向發(fā)展。主要特點如下：1.種類多，型號全。很多單片機廠家逐年擴大適應各種需要，有針對性地推出一系列型號產(chǎn)品，使系統(tǒng)開發(fā)工程師有很大的選擇余地。大部分產(chǎn)品有較好的兼容性，保證了已開發(fā)產(chǎn)品能順利移植，較容易地使產(chǎn)品進行升級換代。2.提高性能，擴大容量，性能價格比高。集成度已經(jīng)達到300萬個晶體管以上，總線速度達到數(shù)十微妙到幾百納秒，指令執(zhí)行周期已經(jīng)達到幾微妙到數(shù)十納秒，以往片外XRAM現(xiàn)已在物理上存入片內(nèi)，ROM容量已經(jīng)擴充達32K，64K，128K以致更大的空間。價格從幾百到幾元不等。3.增加控制功能，向真正意義上的“單片”機發(fā)展。把原本是外圍接口芯片的功能集成到一塊芯片內(nèi)，在一片芯片中構(gòu)造了一個完整的功能強大的微處理應用系統(tǒng)。4.低功耗?，F(xiàn)在新型單片機的功耗越來越小，供電電壓從5V降低到了3.2V，甚至1V，工作電流從mA降到μA級，gz2頻率從十幾兆可編程到幾十千赫茲。特別是很多單片機都設置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等。5.C語言開發(fā)環(huán)境，友好的人機互交環(huán)境。大多數(shù)單片機都提供基于C語言開發(fā)平臺，并提供大量的函數(shù)供使用，這使產(chǎn)品的開發(fā)周期、代碼可讀性、可移植性都大為提高。可以使用由AT89C5l通過以上對各種方案的特點及應用領域的介紹，在本身經(jīng)濟條件和學習能力下，選擇第一種控制系統(tǒng)是最佳的選擇。根據(jù)設計要求列出交通燈控制器的真值表如圖1所示。圖1交通燈控制器真值表利用卡諾圖化簡法或公式化簡法獲得最簡的邏輯表達式，根據(jù)公式直接設計總體電路。圖2交通燈電路第三章仿真軟件常見的有電路仿真軟件有EWB，Protel，ORCAD，Multisim等等。第一節(jié)Protel仿真軟件Protel是當今目前使用最廣泛的EDA軟件,它不但具有強大的原理圖繪制和PCB設計功能,而且在電路仿真方面也有卓越的表現(xiàn)。Protel99SE是Protel公司開發(fā)的功能強大的電路輔助設計工具,是EDA行業(yè)的主流產(chǎn)品。Protel99SE提供了高級數(shù)模器件混合仿真功能,其仿真引擎使用的是伯克利分校的SPICE3f5/Xspice,它可精確地仿真由各種器件(比如TTL、CMOS、BJT等)構(gòu)成的電路。同時不需要用戶自己去編寫電路網(wǎng)表文PROTEL軟件的共同特點：采用下拉窗口式菜單，層次分明；支持EMS（擴展內(nèi)存）；可暫停操作執(zhí)行DOSSHELL命令；具有功能強大的鍵盤宏指令；

·輸入窗口采用行編輯方式，方便清晰；可任意次重復執(zhí)行上一次操作；具有塊操作功能，可以標記、移動、刪除、旋轉(zhuǎn)和復制圖形塊；具有方便的建庫功能，用戶可以擴充元件庫或建立新庫；可瀏覽裝載元件庫中的所有元件；具有區(qū)域填充功能；具有元件旋轉(zhuǎn)功能；可對以前版本的文件和圖形庫實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。第二節(jié)ORCAD仿真軟件OrCAD軟件作為當今應用廣泛的EDA軟件之一，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，逐漸顯示出其強大的電路仿真和系統(tǒng)分析能力。OrCAD軟件的PSpice仿真功能在電路等效變換中的應用，利用簡單的舉例依次分析了其在電阻等效變換、戴維寧等效變換以及放大電路的輸入輸出電阻中的應用，并結(jié)合理論分析計算驗證了仿真結(jié)果的準確性。PSpice是一個電路通用分析程序，是EDA中的重要組成部分，它的主要任務是對電路進行模擬和仿真。

該軟件的前身是SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis）,由美國加州大學伯克萊分校于1972年研制。1975年推出正式實用化版本SPICE2G，1988年被定為美國國家標準。1984年Microsim公司推出了基于SPICE的微機版本PSpice(Personal-SPICE),此后各種版本的SPICE不斷問世，功能也越來越強。

進入20世紀90年代，隨著計算機軟件的發(fā)展，特別是Windows操作系統(tǒng)的廣泛流行，PSpice又出現(xiàn)了可在Windows環(huán)境下運行的5.1、6.1、6.2、8.0等版本，也稱為窗口版，采用圖形輸入方式，操作界面更加直觀，分析功能更強，元器件參數(shù)庫及宏模型庫也更加豐富。1998年1月，著名的EDA公司OrCAD公司于開發(fā)PSpice軟件的Microsim公司實現(xiàn)了強強聯(lián)合，于1998年11月推出了最新版本OrCAD/PSpice9。為了迅速推廣普及OrCAD/PSpice9軟件，OrCAD公司提供了一張試用光盤OrCAD/PSpice9Demo，它與商業(yè)版是完全一致的，不同之處只是在元器件上受一定的限制，因此又被稱為普及版。第三節(jié)Multisim仿真軟件Multisim7．0是一個虛擬實驗室，為使用者造就了一個集成一體化的試驗環(huán)境，他采用圖形化的輸入方式，只需進行簡單的拖放和連接操作，便可完成電路的搭建與分析。作為一個專業(yè)應用軟件，他具有以下特點：(1)豐富的元件和測試儀器Multisim7．0提供了數(shù)千種電路元件，包括基本獨立元件(電阻、電容、三極管等)、集成電路(74及40系列芯片、DA及AD、集成運放等)、源器件(各種獨立源、受控源、時鐘信號等)、基本顯示器件(伏特表、電流表、數(shù)碼管等)和其他元器件(繼電器、電磁鐵、直流電機等)，而且還可以根據(jù)需要擴充或新建已有的元器件庫，大大方便了使用者。軟件中各元器件參數(shù)可調(diào)，并提供了理想值，這為分析電路的實際值與理論值的差異提供了依據(jù)。Multisim7．0的測試儀器包括數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、多綜示波器、掃頻儀、頻率計、邏輯分析儀等，很難設想實際購置這些儀器設備所需的巨額投資。(2)動態(tài)可視化效果Multisim7．0的元器件采用與實物一致的外形，使用者即便是第一次使用，也能方便地找到所需的元器件。對于測試儀器，其測量結(jié)果的顯示也與實際設備一致，能實時檢測系統(tǒng)的運行。另外，他的數(shù)碼管能夠發(fā)光、熔斷絲可以燒斷、蜂鳴器能夠發(fā)聲、電阻器能夠通過鍵盤隨時改變阻值，形象地表征了電路的動態(tài)特性，體現(xiàn)了其“軟件即儀器”的本質(zhì)特性。摘要：概述了Multisim7．0仿真軟件的功能與特點，并以發(fā)動機噴油器驅(qū)動電路設計為例，說明了軟件的使用方法。利用Multisim7．0加速了硬件電路的開發(fā)進程，使用其功能齊全的仿真功能保證了電路的正確性。Multisim軟件就是一個專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。作為Windows下運行的個人桌面電子設計工具，Multisim是一個完整的集成化設計環(huán)境。而且Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好的解決理論教學與實際動手實驗相脫節(jié)的這一老大難問題。學員可以很好地、很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實的再現(xiàn)出來。并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。極大地提高了學員的學習熱情和積極性。真正的做到了變被動學習為主動學習。還有很重要的一點就是：計算機仿真與虛擬儀器對教員的教學也是一個很好的提高和促進。一Multisim的特點：(1)直觀的圖形界面：整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的一樣。(2)豐富的元器件庫：Multisim大大擴充了EWB的元器件庫，包括基本元件、半導體器件、運算放大器、TTL和CMOS數(shù)字IC、DAC、ADC及其他各種部件，且用戶可通過元件編輯器自行創(chuàng)建或修改所需元件模型，還可通過liT公司網(wǎng)站或其代理商獲得元件模型的擴充和更新服務。(3)豐富的測試儀器：除EWB具備的數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙通道示波器、掃頻儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀外，Multisim新增了瓦特表、失真分析儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡分析儀。尤其與EWB不同的是：所有儀器均可多臺同時調(diào)用。(4)完備的分析手段：除了EWB提供的直流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、極點一零點分析、傳輸函數(shù)分析、靈敏度分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析外，Multisim新增了直流掃描分析、批處理分析、用戶定義分析、噪聲圖形分析和射頻分析等，基本上能滿足一般電子電路的分析設計要求。二頻譜分析儀和網(wǎng)絡分析儀(5)強大的仿真能力：Multisim既可對模擬電路或數(shù)字電路分別進行仿真，也可進行數(shù)?；旌戏抡?，尤其是新增了射頻(RF)電路的仿真功能。仿真失敗時會顯示出錯信息、提示可能出錯的原因，仿真結(jié)果可隨時儲存和打印。下文詳細介紹了EWB仿真軟件，以及它的應用。EWB仿真軟件一EWB簡介隨著計算機的普及，應用計算機進行的輔助教學業(yè)已成為一種潮流。電路仿真系統(tǒng)將實驗臺“搬到”了計算機屏幕上，通過鼠標或鍵盤調(diào)用元器件和儀器搭接電路，電路的各種參數(shù)容易調(diào)整，整個教學過程在虛擬實驗室進行。應用仿真系統(tǒng)對電子技術(shù)相關課程進行教學改革，一改傳統(tǒng)教學模式，具有直觀而形象的特點，可使實驗與理論有機結(jié)合，教學方式采用多媒體模式，在教學過程中寓教于樂，輕松教學。

ElectronicWorkbench（EWB）軟件是加拿大InteractiveImageTechnologies公司于20世紀80年代末、90年代初推出的專門用于電子電路仿真的“虛擬電子工作臺”軟件，新版本為multisim。它是目前全球最直觀、最高效的EDA軟件，目前全球有幾萬所大學、中學正在使用。它的功能非常強大，能夠提供電阻、電容、三極管、集成電路等十四大類幾千種元件；能夠提供示波器、萬用表等十幾種常用的電子儀器；它具有強大的電路圖繪制功能，可繪制出符合標準的電子圖紙；它還具有強大的波形顯示功能，并且結(jié)果可輕松放入各類文檔。在加拿大和美國，已有85%的大學及中學正在把EWB當作物理、電工及電子學的課程教學和實驗的輔助手段。在國內(nèi)也得到很好的推廣和使用。

在電子電路的教學中引進EWB軟件可以看到電路工作的實際效果，測量電路的有關參數(shù)，激發(fā)學生的學習興趣，有利于學生對電路的認識、理解。比如在交流電一節(jié)的教學中，掌握交流電的波形是一個重點，這就需要使用示波器觀察交流電波形。而示波器的價格相對比較貴，許多學校根本無力大量購買，或者有些學校雖有足夠的示波器但害怕學生在使用時可能損害儀器而放在實驗室不用，因此這部分的教學往往就是紙上談兵。我們利用EWB軟件中的雙蹤示波器就可以解決這個問題。教師可以通過多媒體模式在計算機上利用EWB軟件對電路進行仿真，也可以讓學生自己在計算機上進行EWB軟件的操作，學生在EWB軟件的示波器上能夠看到各測試點的波形并可以讀出波形的峰值、頻率、相位差。這樣學生既看到了動態(tài)的波形變化，增加了對交流電波形的理解，又掌握示波器的用法、讀法。使用EWB軟件對學生來說，沒有了搞壞儀器的風險，也就沒有了做不成功的心理負擔，學生就能更大膽的去嘗試、去實驗，有利于學生更好的去研究問題、探討問題。

我們在電子電路的教學中經(jīng)常會假設某個元器件發(fā)生短路、斷路、漏電等故障，而這些假設由于各種原因不太好做實驗，教師只有通過純理論分析來講授。如使用EWB軟件，這個難題就非常好解決，我們可以利用EWB中提供的元器件故障設置功能將元器件設置好故障，再連接相關的儀器，進行電路仿真后就可以看到元器件發(fā)生故障時的現(xiàn)象，還可以從儀器上讀出所需要的各個參數(shù)。

在進行電路設計教學的時候EWB軟件的作用就更明顯了。通常在設計電路時我們需要使用面包板或制成印制電路板來連接元器件，但是學生在電路設計的初期往往由于對電路特性的不太熟悉經(jīng)常需要更換元器件的參數(shù)或更改連線，這就需要我們不斷的在面包板上或印制電路板上去調(diào)換元器件，這個工作非常的繁瑣，而且容易造成元器件的損壞和浪費。而在EWB軟件里隨時可以更換元器件或修改元器件的參數(shù)，并且仿真以后的效果和實際制成電路的效果幾乎一樣，學生在進行簡易電路設計時就可以先在計算機上用EWB軟件進行設計，仿真成功以后再制成印制電路板做成電路成品，這樣既避免了設計中的許多麻煩又節(jié)約了設計成本。二EWB軟件在電路設計中的應用時至今日，EDA(ElectronicDesignAutomatic)電路設計自動化軟件、在廣播電視設備的設計、檢測與維護中已得到越來越廣泛的應用。但是，與其它專業(yè)相比、在廣播電視專業(yè)許多從事設備電路設計、檢測與維護的工程技術(shù)人員、相應的直接采用EDA軟件并不多。而且，由于對其軟件的特性了解不夠全面，未能充分發(fā)揮它在廣播電視專業(yè)的作用。筆者就EDA軟件的一些使用心得介紹給廣播電視系統(tǒng)的同行。并以此共同提高利用計算機輔助分析，進行廣播電視設備電路設計、檢測與維護的水平，以達到相互交流的目的。

實際上電子設計自動化(簡稱EDA)早已深入到國外該行業(yè)的各個方面、并形成主流。凡是廣播電視設備的電路設計，基本上都應用上了電子輔助設計軟件。但毋庸置疑、其返璞歸真的輕型EWB(Electronics.Workbench)軟件、仍然有著巨大的實用價值。它也是常用的EDA設計軟件之一。

三EWB軟件功能

ElectronicsWorkbench(簡稱EWB)，中文又稱電子工程師仿真工作室。該軟件是加拿大交換圖像技術(shù)有限公司(INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIESLtd)在90年代初推出的EDA軟件。而在國內(nèi)應用EWB軟件，卻是近幾年的事。目前應用較普遍的EWB軟件是在Windows95/98環(huán)境下工作的ElectronicsWorkbench5.0(簡稱EWB5.0)，該公司近期又推出了最新電子電路設計仿真軟件EWB6.0版本。

在眾多的應用于計算機上的電路模擬EDA軟件中，EWB50軟件就像一個方便的實驗室。相對其它EDA軟件而言，它是一個只有16MHz的小巧EDA軟件。而且功能也較單一、似乎不太可能成為主流的EDA軟件形象，也就是用于進行模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真。

但是，EWB50軟件的仿真功能十分強大，近似100%地仿真出真實電路的結(jié)果。而且，它就象在實驗室桌面或廣播電視傳輸機房工作現(xiàn)場那樣提供了示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器，萬用表等廣播電視設備設計、檢測與維護必備的儀器、儀表工具。EWB50軟件的器件庫中則包含了許多國內(nèi)外大公司的晶體管元器件，集成電路和數(shù)字門電路芯片。器件庫沒有的元器件，還可以由外部模塊導入。

EWB5.0軟件是眾多的電路仿真軟件最易上手的。它的工作界面非常直觀、原理圖與各種工具都在同一個窗口內(nèi)，即使是未使用過它的工程技術(shù)人員，稍加學習就可以熟練地應用該軟件。現(xiàn)代的廣播電視設備電路結(jié)構(gòu)復雜，而EWB50軟件，可以使你在廣播電視設備的許多電路設計、檢測與維護中無須動用電烙鐵就可以知道它的結(jié)果，而且若想更換元器件或改變元器件參數(shù)，只須點點鼠標即可。這對廣播電視設備的設計、檢測與維護帶來了多么大的幫助與變革。也是廣播電視系統(tǒng)工程技術(shù)人員多年的夢寐以求。

EWB5.0軟件也可以作為廣播電視系統(tǒng)工程技術(shù)人員再教育，學習新技術(shù)、新知識的計算機輔助教學軟件應用。利用它可以直接從屏幕上看到廣播電視設備各種電路的輸出波形等。

四EWB軟件的應用環(huán)境與運行

EWB5.0軟件安裝后約占15.6MB硬盤空間，其兼容性也較好。文件格式可以導出成能被ORCAD(該軟件是由ORCAD公司于80年代末推出的EDA軟件。它是世界上使用最廣泛的EDA軟件之一。相對于其它EDA軟件而言，其功能也是最強大的。)或PROTEL(該軟件是由PROTEL公司于80年代末推出的電路設計行業(yè)的CAD軟件，也是電路設計者的首選軟件之一。)讀取的格式。但是，EWB5.0軟件只有英文版本。在中文版的Windows/98下，它的一些圖標會偏移兩個位置，而在Windows/95下正常、也不會影響使用。

EWB5.0軟件運行后，顯示出功能強大的Windows統(tǒng)一風格的菜單欄。下面緊接著為工具欄，再往下即為作圖區(qū)。比較特別的就是在其界面右上方有一個開關狀的圖標，當工程技術(shù)人員輸入廣播電視設備中的電路圖連線后，它就是通電開關。接通電源開關就可以對設備電路的各項參數(shù)(包括各項電參數(shù)、失真、噪聲、頻率特性等)進行仿真。

EWB5.0軟件工具欄靠下的部分就是元器件庫，各種元器件、儀器、儀表都分門別類歸在里面。從電阻到集成電路，從電壓、電流表到示波器，還有各式電壓源、電流源、信號源?？傊话銖V播電視設備常用的元器件及檢測儀器、儀表基本上應有盡有。而且，它還具有外掛元器件庫接口，使廣播電視設備專用元器件得以擴展應用。

這時，工程技術(shù)人員可將示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、掃頻儀、萬用表等各種儀器、儀表引入電路，做實時檢測。就象是在廣播電視傳輸機房現(xiàn)場，用實物搭成的測試平臺一樣。這對廣播電視設備的檢測、維護乃至設備的技術(shù)改造與設計都會受益匪淺。

五廣播電視設備電路圖輸入方式

EWB5.0軟件采用圖形化的電路圖輸入方式。它與國內(nèi)廣大電子工程技術(shù)人員廣泛應用的Protel軟件相似，但是操作上更為便捷。

元器件的模型都分類置于元器件盒內(nèi)，就象我們?nèi)粘Ｊ褂玫膹V播電視設備備件箱。放置一個元器件所要做的，僅僅是打開相應的元器件盒，將其中的元器件拖到工作平臺上。刪除元器件時，只需將元器件放回盒內(nèi)即可。

EWB5.0軟件設用自動布線系統(tǒng)，在電路圖上布連線非?？旖?。你只要按照鼠標從連線起點拉到終點后放開，它就會完成自動布線。在這兩點之間便畫出一條漂亮的連線。也不會出現(xiàn)Protel軟件中"繼續(xù)"現(xiàn)象。實際布線中，你如果稍有不慎，它也會把線連得一塌糊涂。有時線路看上去是連上了，其實并沒連上。這時，只要用鼠標稍微拖動元件一段距離，若連線跟著走，說明連上了，否則要重新連接。例如：在設計中最后加入的電流，電壓表這個元器件時常會出現(xiàn)這種問題。刪除連線也較簡便，只需將連線的一端拉起后松開，這根連線不管有多長就會立即消失。

例如：每個節(jié)點共有5個有效點，1個中心大點與大點邊緣4個方向上的小點。小點只有當鼠標指向此外時才會顯示出來。當鼠標選中大點時(此時鼠標呈手形)，可進行點的移動、刪除工作，當選中小點時就可以從該方向上引線或斷線。實際布線中，第一次的使用會帶來困擾。但是，若接線有嚴重錯誤、EWB50軟件會自動報警，不會有燒壞元器件的后顧之憂。當你掌握了引線的規(guī)則以后，就會覺得該軟件還是很方便的。

EWB5.0軟件為方便快速作圖，還提供了一個名為"Favorites"的元件盒。它位于電子元器件平臺工具欄的左側(cè)，中文含意為"喜愛的"實意為"常用的"。那么，我們可以將一些廣播電視設備經(jīng)常易損、常用的元器件模型添加至"Favorites"內(nèi)，以后放置這些元器件時，可直接從這里拖出，而不必再打開元件盒，使用操作極為方便。

六EWB5.0軟件的元器件模型庫

EWB5.0軟件擁有龐大的元器件模型庫，它提供了電路仿真軟件實用化的必備保證。EWB5.0與EWB40軟件相比采用更為精確的固態(tài)器件模型。

例如：半導體器件模型，這些模型對廣播電視系統(tǒng)設備的固態(tài)化、數(shù)字化設計、檢測與維護來了很大的幫助。同時使廣播電視設備電路仿真的結(jié)果更為準確。

EWB5.0軟件擁有豐富的元器件模型庫、主要包括：電源、電阻、電容、電感、二極管、雙極性晶體管、FET、VMOS、傳輸線、控制開關、DAC與ADC、運算放大器與電壓比較器、TTL74系列與CMOS4000系列數(shù)字電路、時基電路等、元器件總數(shù)近萬種。其中二極管(含F(xiàn)ET和VMOS管)2900種，運算放大器2000種。

EWB5.0軟件所有的元器件值與參數(shù)均可改變、也可以構(gòu)造自己的元器件和電子電路。在元器件上雙擊鼠標左鍵，便可以改變元器件的參數(shù)。例如：電阻、電容大??；電壓、電流源的幅值?？刹僮髟骷纾洪_關、可變電阻等。在元器件上方的中括號內(nèi)均有操作提示。

例如：可變電阻為R，開關是SPACE、可變電容為C等。如果不懂某些元器件的用法，請在元器件上單擊鼠標右鍵，選"help"即可。

EWB5.0軟件元器件也可改變方向，操作時只需按第8、9、13個按扭中的三角形圖標，就能作出相應調(diào)整。值得提出的是，EWB50軟件的保險絲，繼電器、控制開關等模型更為真實。例如：當流過保險絲的電流超過額定值時將被熔斷，繼電器也會隨著工作狀況的變化吸合、釋放。

七EWB5.0軟件的虛擬儀器、儀表庫

配置精密、先進、完備的電子測量儀器、儀表是廣播電視設備設計、檢測與維護的必需技術(shù)手段。沒有這些必要的儀器、儀表做保證，要完成現(xiàn)代化、規(guī)模較大而又復雜的廣播電視系統(tǒng)設備的電路設計與檢測、維護，幾乎是不可能的。而且，一般的廣播電視臺站配置齊全價格貴重的電子儀器如：高頻示波器、邏輯分析儀等也是不現(xiàn)實的。EWB5.0軟件的電子工作平臺，就象是為廣播電視工作技術(shù)人員度身定造了各種各樣的虛擬儀器、儀表讓我們夢想成真。

例如：對于模擬電路可使用虛擬的萬用表、函數(shù)發(fā)生器、示波器。掃頻儀可分析廣播電視設備的幅頻特性及其電路的直流轉(zhuǎn)移特性、交流特性與瞬態(tài)特性。對于廣播電視數(shù)字設備的電路，可使用數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器分析設備電路的時序和邏輯關系。例如：用一個由555時基電路組成的可調(diào)占空比的方波發(fā)生器來說明它的基本操作方法。

先按照電路圖從元件庫中取出555時基電路芯片，可調(diào)電阻等元件放在一邊備用。這樣比用一個元器件從工具箱里拿一個可省去許多麻煩。然后把它們擺好位置，以連線交叉次數(shù)較少為好、連線并修改元件參數(shù)到合適值。

在儀表上雙擊左鍵，就會出現(xiàn)儀器的面板。儀器均放在工具箱的最后一個圖標內(nèi)。這時，在適當?shù)奈恢眠B入示波器，即可開啟電源開關。在示波器圖標上雙擊，便會顯示出示波器的面板，適當調(diào)節(jié)示波器上旋鈕使圖形最為清晰易讀。如果屏幕太小，?quot;EXPAND"按鈕便可滿足你的要求。此時，按"R"或"Clrl＋Ｒ"便可改變電阻的大小，從而調(diào)節(jié)方波的占空比。

EWB5.0的工作平臺上還提供了一些方便測試的指示器。例如：電壓表、電流表、指示燈、測試球、蜂鳴器、七段數(shù)碼顯示器和長條圖顯示器等。

(1)電壓表與電流表以數(shù)字形式直觀地顯示在路電壓或電流。

(2)測試球可用來指示被測點的電平的高低。

(3)蜂鳴器的兩端加上一定電壓時會發(fā)出聲響。

(4)指示燈的兩端加上一定電壓時將被點亮。

(5)七段數(shù)碼顯示器可用以驗證七段數(shù)碼電路工作的正確性。

(6)長條圖顯示器能以條圖的形式顯示被測點電壓。

合理使用這些非常直觀的指示器，可以進一步提高廣播電視設備的電路設計效率，加快了廣播電視工程技術(shù)人員的電路分析能力。這樣就可以通過使用EWB50軟件的仿真模塊，去檢驗廣播電視設備電路設計的性能。通過簡單的命令，轉(zhuǎn)換到WorkbenchLayout。作為選擇設備電路的信息可通過元件列表(Net-List)的格式輸出，用于其他標準布線軟件或經(jīng)自動布線輸出PCB印刷電路板。

八EWB5.0軟件的電路仿真模式

在廣播電視設備的設計、檢測與維護中，直接進行EDA軟件設計如：僅僅應用PROTEL軟件，并不能保證設計的電路達到目標和檢測的數(shù)據(jù)是否準確等，還需要做出實物電路搭焊進行驗證。如果實物電路不能正常工作，還得推倒重來，往往需要重復多次才能成功。而EWB5.0軟件可以使你在廣播電視設備電路開發(fā)調(diào)試中擺脫以往搭焊電路、調(diào)整試驗的繁瑣過程，少走彎路。能更快的檢驗開發(fā)者的構(gòu)想，改進設備的設計方案，檢驗由于信號源、噪聲等因素而導致設備電路的不可預知或無法精確計算其輸出結(jié)果的電路系統(tǒng)。從而提高了開發(fā)者的工作效率，縮短了廣播電視設備電路系統(tǒng)開發(fā)設計、檢測與維護的周期。

當前，幾乎所有的電路仿真軟件都遵循著與PSPICE(PSPICE是較早出現(xiàn)的EDA軟件之一。1985年就由MICRSIM公司推出。在1991年由美國加州大學佰克利分校推出了PSPICE5.0版本。也是國內(nèi)電路仿真應用最普遍、公認最好的一種電路模擬分析軟件。現(xiàn)在使用較多的是PSPICE6.2版本。)一樣的仿真模式即：

(1)首先對電路進行必要的編輯、檢查無誤方可進行計算。

(2)計算完畢，才可以查看計算結(jié)果與電路波形。

(3)如果不滿意，必須從頭進入編輯界面，修改電路參數(shù)等，重復上述過程直到滿意為止。

以上這種在路波形查看界面與電路編輯界面之間轉(zhuǎn)換的仿真模式，將使我們在廣播電視設備設計、檢測與維護中帶來操作上的不便。EWB50軟件則采用了新穎而高效的仿真模式--"實時仿真"，即在仿真的同時，允許修改電路元件的參數(shù)，并且可以立即進入新的狀態(tài)開始仿真。

EWB5.0軟件多種精細的設計、也給我們廣大工程技術(shù)人員在操作中帶來許多方便。例如：在電子工作平臺的右上角，多了一個電源開關和一個暫停按鈕。當完成廣播電視設備電路圖并連接好相應的儀器、儀表以后，點擊一下電源開關、計算機立即進入電路仿真狀態(tài)。電路圖即刻變成實際的電路。儀器、儀表也迅速地顯示出仿真的實時結(jié)果與波形。

九EWB5.0軟件的通用性與兼容性

EWB5.0軟件可以讀入PSPICE格式的電路網(wǎng)表文件，進行模擬分析。而且還可以很方便地轉(zhuǎn)換成PSPICE、PROTEL和ORCAD等格式的電路網(wǎng)表文件，供其它電路軟件使用。

EWB5.0軟件使用的器件模型格式也與PSPICE軟件兼容，這是因為PSPICE軟件發(fā)展至今，已被并入ORCAD公司。它秉承了該軟件的一貫性能優(yōu)秀作風，成為"ORCAD-PSPICE"。新推出的版本，PSPICE91，支持在Windows/9x/NT平臺上工作，但是，PSPICE軟件仍然可以單獨銷與使用。而ORCAD軟件世紀集成版工作于／Window/95與Windows/NT環(huán)境下，也集成了電原理圖繪制，印刷電路板設計、模擬與數(shù)字電路混合仿真等功能。尤其它的電路仿真元器件庫更達到了8500個，收入了幾乎所有的通用型電路元器件模塊。它的強大功能導致了EWB5.0軟件，只要將庫文件稍加修改、就可以調(diào)用品種異常豐富的ORCAD軟件與PSPICE軟件元器件模塊型庫。同時，也可使PSPICE軟件與ORCAD軟件的使用者直接進入EWB5.0軟件的圖形操作界面，又不會造成不必要的損失。

EWB5.0軟件提供了內(nèi)部圖表編輯器，可以將儀器、儀表顯示的波形進行必要的粘貼復制，編輯制作成標準的圖表，并可以在打印電路圖時，同元件列表，電路描述等信息一起打印出來。例如：進入編輯器中對廣播電視設備電路文件進行修改，再退出編輯器檢查設備電路文件的語名合法性，直到?jīng)]有錯誤為止。此時，就可以對電路進行分析計算。在任何時候都可以按相應的鍵獲得在線幫助，以了解庫中各種元器件模型的名稱，用法及各種控制命令的操作等。

隨著廣播電視系統(tǒng)的網(wǎng)絡化、數(shù)字化、固態(tài)化的飛速發(fā)展與設備電子技術(shù)的進步，系統(tǒng)中設備的電路設計、檢測與維護的規(guī)模也越來越大。又加上設備可靠性進一步提高，使廣播電視機房有人值守、無人值班變?yōu)楝F(xiàn)實。在這種情況下，廣播電視設備的設計、檢測與維護必須采用計算機輔助分析設計與遠程檢測維護技術(shù)。如果采用過去傳統(tǒng)的方式，幾乎是不可想象的，也是不會實現(xiàn)的。顯然，EWB50軟件以及其出色的性能表現(xiàn)，具有填補空白的意義。這正是大家開始接受它的主要原因。

當前，廣播電視網(wǎng)絡系統(tǒng)中繁雜的設備電路設計、仿真與分析，就可以在功能強大的EWB5.0軟件下輕松完成。價格貴重的電子測試儀器、儀表垂手而得，各種各類繁多的元器件隨手可取，更不用擔心在實際工作中燒毀元器件。

(1)EWB5.0軟件實際上是一個電路仿真模擬器程序，它分析廣播電視設備電路文件，輸出包含分析結(jié)果的數(shù)據(jù)文件。EWB50軟件程序可對設備電路進行各種分析、計算在不同環(huán)境下，一個設備電路中的各個電壓和電流值。

例如：直流工作點計算、非線性器件小信號模擬計算，直流轉(zhuǎn)移特性分析，直流傳輸曲線與直流靈敏度分析、頻率響應的計算和分析、設備電路噪聲分析、大信號瞬態(tài)分析、離散付立葉分析、蒙特-卡羅(Monte-Carlo)統(tǒng)計分析。更重要的是溫度對廣播電視設備電路的影響分析、EWB5.0均可仿真模擬出來，其分析可由打印機輸出，從而獲得仿真模擬結(jié)果。

(2)EWB5.0軟件也是一個圖形處理器，它就象一臺"示波器"，以波形圖的形式將EWB5.0軟件的分析數(shù)據(jù)結(jié)果在屏幕上顯示出來。

例如：可以顯示廣播電視設備電路中任意節(jié)點的瞬態(tài)電壓波形、頻響曲線、相頻曲線，甚至任意電子器件的瞬態(tài)電流波形，功耗曲線、阻抗曲線等。并可將任一區(qū)域放大，以利觀察其細節(jié)部分，也能用打印機或繪圖儀將波形拷貝輸出。

(3)EWB5.0軟件又是一個設置元器件模型參數(shù)的程序。確立廣播電視設備電路中所用元器件的精確模型，對于設備模擬電路的計算機輔助分析的精度至關重要。因為，廣播電視設備生產(chǎn)廠家所提供的測量數(shù)據(jù)都是元器件如何工作的外部特性。而EWB5.0軟件中所使用到的是從元器件內(nèi)部物理過程來描述該元器件如何工作的物理模型與相關參數(shù)。這就需要使用EWB5.0軟件程序?qū)⑸a(chǎn)廠家提供的測量數(shù)據(jù)變換成物理模型參數(shù)。EWB5.0軟件具有豐富的元器件模型參數(shù)庫文件。

例如：包含各種二極管、雙極性晶體管各種場效應管、功率MOS管及運算放大器和電壓比較器的宏模型多達數(shù)千種。當EWB50軟件提供的元器件模型不能滿足我們的要求時，可以運行該軟件的程序，輸入來自廣播電視設備生