時(shí)間：2023-10-19 10:41:20
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電路設(shè)計(jì)過程，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】集成電路；設(shè)計(jì)方法；IP技術(shù)
基于CMOS工藝發(fā)展背景下，CMOS集成電路得到了廣泛應(yīng)用，即到目前為止，仍有95%集成電路融入了CMOS工藝技術(shù)，但基于64kb動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的發(fā)展，集成電路微小化設(shè)計(jì)逐漸引起了人們關(guān)注。因而在此基礎(chǔ)上，為了迎合集成電路時(shí)代的發(fā)展，應(yīng)注重在當(dāng)前集成電路設(shè)計(jì)過程中從微電路、芯片等角度入手，對(duì)集成電路進(jìn)行改善與優(yōu)化，且突出小型化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。以下就是對(duì)集成電路設(shè)計(jì)與IP設(shè)計(jì)技術(shù)的詳細(xì)闡述，望其能為當(dāng)前集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展提供參考。
1當(dāng)前集成電路設(shè)計(jì)方法
1.1全定制設(shè)計(jì)方法
集成電路，即通過光刻、擴(kuò)散、氧化等作業(yè)方法，將半導(dǎo)體、電阻、電容、電感等元器件集中于一塊小硅片，置入管殼內(nèi)，應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)等領(lǐng)域中。而在集成電路設(shè)計(jì)過程中，為了營造良好的電路設(shè)計(jì)空間，應(yīng)注重強(qiáng)調(diào)對(duì)全定制設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，即在集成電路實(shí)踐設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)開展過程中通過版圖編輯工具，對(duì)半導(dǎo)體元器件圖形、尺寸、連線、位置等各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行把控，最終通過版圖布局、布線等，達(dá)到元器件組合、優(yōu)化目的。同時(shí)，在元器件電路參數(shù)優(yōu)化過程中，為了滿足小型化集成電路應(yīng)用需求，應(yīng)遵從“自由格式”版圖設(shè)計(jì)原則，且以緊湊的設(shè)計(jì)方法，對(duì)每個(gè)元器件所連導(dǎo)線進(jìn)行布局，就此將芯片尺寸控制到最小狀態(tài)下。例如，隨機(jī)邏輯網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)過程中，為了提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速度，即采取全定制集成電路設(shè)計(jì)方法，滿足了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)運(yùn)行需求。但由于全定制設(shè)計(jì)方法在實(shí)施過程中，設(shè)計(jì)周期較長，為此，應(yīng)注重對(duì)其的合理化應(yīng)用。
1.2半定制設(shè)計(jì)方法
半定制設(shè)計(jì)方法在應(yīng)用過程中需借助原有的單元電路，同時(shí)注重在集成電路優(yōu)化過程中，從單元庫內(nèi)選取適宜的電壓或壓焊塊，以自動(dòng)化方式對(duì)集成電路進(jìn)行布局、布線，且獲取掩膜版圖。例如，專用集成電路ASIC在設(shè)計(jì)過程中為了減少成本投入量，即采用了半定制設(shè)計(jì)方法，同時(shí)注重在半定制設(shè)計(jì)方式應(yīng)用過程中融入門陣列設(shè)計(jì)理念，即將若干個(gè)器件進(jìn)行排序，且排列為門陣列形式，繼而通過導(dǎo)線連接形式形成統(tǒng)一的電路單元，并保障各單元間的一致性。而在半定制集成電路設(shè)計(jì)過程中，亦可采取標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)方式，即要求相關(guān)技術(shù)人員在集成電路設(shè)計(jì)過程中應(yīng)運(yùn)用版圖編輯工具對(duì)集成電路進(jìn)行操控，同時(shí)結(jié)合電路單元版圖，連接、布局集成電路運(yùn)作環(huán)境，達(dá)到布通率100%的集成電路設(shè)計(jì)狀態(tài)。從以上的分析中即可看出，在小型化集成電路設(shè)計(jì)過程中，強(qiáng)調(diào)對(duì)半定制設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，有助于縮短設(shè)計(jì)周期，為此，應(yīng)提高對(duì)其的重視程度。
1.3基于IP的設(shè)計(jì)方法
基于0.35μmCMOS工藝的推動(dòng)下，傳統(tǒng)的集成電路設(shè)計(jì)方式已經(jīng)無法滿足計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域集成電路應(yīng)用需求，因而在此基礎(chǔ)上，為了推動(dòng)各領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)注重融入IP設(shè)計(jì)方法，即在集成電路設(shè)計(jì)過程中將“設(shè)計(jì)復(fù)用與軟硬件協(xié)同”作為導(dǎo)向，開發(fā)單一模塊，并集成、復(fù)用IP，就此將集成電路工作量控制到原有1/10，而工作效益提升10倍。但基于IP視角下，在集成電路設(shè)計(jì)過程中，要求相關(guān)工作人員應(yīng)注重通過專業(yè)IP公司、Foundry積累、EDA廠商等路徑獲取IP核，且基于IP核支撐資源獲取的基礎(chǔ)上，完善檢索系統(tǒng)、開發(fā)庫管理系統(tǒng)、IP核庫等，最終對(duì)1700多個(gè)IP核資源進(jìn)行系統(tǒng)化整理，并通過VSIA標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估方式，對(duì)IP核集成電路運(yùn)行環(huán)境的安全性、動(dòng)態(tài)性進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)、評(píng)估，規(guī)避集成電路故障問題的凸顯，且達(dá)到最佳的集成電路設(shè)計(jì)狀態(tài)。另外，在IP集成電路設(shè)計(jì)過程中，亦應(yīng)注重增設(shè)HDL代碼等檢測(cè)功能，從而滿足集成電路設(shè)計(jì)要求，達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)狀態(tài)，且更好的應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域中。
2集成電路設(shè)計(jì)中IP設(shè)計(jì)技術(shù)分析
基于IP的設(shè)計(jì)技術(shù)，主要分為軟核、硬核、固核三種設(shè)計(jì)方式，同時(shí)在IP系統(tǒng)規(guī)劃過程中，需完善32位處理器，同時(shí)融入微處理器、DSP等，繼而應(yīng)用于Internet、USB接口、微處理器核、UART等運(yùn)作環(huán)境下。而IP設(shè)計(jì)技術(shù)在應(yīng)用過程中對(duì)測(cè)試平臺(tái)支撐條件提出了更高的要求，因而在IP設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)開展過程中，應(yīng)注重選用適宜的接口，寄存I/O，且以獨(dú)立性IP模塊設(shè)計(jì)方式，對(duì)芯片布局布線進(jìn)行操控，簡化集成電路整體設(shè)計(jì)過程。此外，在IP設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用過程中，必須突出全面性特點(diǎn)，即從特性概述、框圖、工作描述、版圖信息、軟模型/HDL模型等角度入手，推進(jìn)IP文件化，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)信息的全方位反饋。另外，就當(dāng)前的現(xiàn)狀來看，IP設(shè)計(jì)技術(shù)涵蓋了ASIC測(cè)試、系統(tǒng)仿真、ASIC模擬、IP繼承等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，且制定了IP戰(zhàn)略，因而有助于減少IP集成電路開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，為此，在當(dāng)前集成電路設(shè)計(jì)工作開展過程中應(yīng)融入IP設(shè)計(jì)技術(shù)，并建構(gòu)AMBA總線等，打造良好的集成電路運(yùn)行環(huán)境，強(qiáng)化整體電路集成度，達(dá)到最佳的電路布局、規(guī)劃狀態(tài)。
3結(jié)論
綜上可知，集成電路被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域，推進(jìn)了社會(huì)的進(jìn)步。為此，為了降低集成電路設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，減少開發(fā)經(jīng)費(fèi)，縮短開發(fā)時(shí)間，要求相關(guān)技術(shù)人員在集成電路設(shè)計(jì)工作開展過程中應(yīng)注重強(qiáng)調(diào)對(duì)基于IP的設(shè)計(jì)方法、半定制設(shè)計(jì)方法、全定制設(shè)計(jì)方法等的應(yīng)用，同時(shí)注重引入IP設(shè)計(jì)技術(shù)理念，完善ASIC模擬、系統(tǒng)測(cè)試等集成電路設(shè)計(jì)功能，最終就此規(guī)避電路開發(fā)中故障問題的凸顯，達(dá)到最佳的集成電路開發(fā)、設(shè)計(jì)狀態(tài)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；高速數(shù)字電路；設(shè)計(jì)技術(shù)
對(duì)于高速數(shù)字電路來說，其主要指的就是高速變化的信號(hào)在傳播過程中產(chǎn)生的電熔、電感等具備著一定模擬特性的電路，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路的建設(shè)，不單單需要對(duì)先進(jìn)的電子技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，還需要結(jié)合現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)進(jìn)行完善，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路每一部分的參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)整，進(jìn)而保證計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定的運(yùn)行，達(dá)到一定的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要做的是在設(shè)計(jì)過程中對(duì)各部分的元器件進(jìn)行合理的搭配，不然將會(huì)對(duì)電路元器件、電路信號(hào)等正常運(yùn)行與傳輸產(chǎn)生不良的影響。
1計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的影響因素
對(duì)于高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)來說，其是否能夠成功主要“決定權(quán)”在于信號(hào)的質(zhì)量,也就是高速數(shù)字電路信號(hào)完整程度的保持,假如對(duì)高速數(shù)字電路信號(hào)完整程度無法保持,在信號(hào)的傳輸過程當(dāng)中，就會(huì)發(fā)生信號(hào)缺失，進(jìn)而產(chǎn)生信號(hào)失真的現(xiàn)象，一旦這種現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)于數(shù)據(jù)信息、地址等方面都會(huì)產(chǎn)生十分不良的影響，令整體的高速數(shù)字電路系統(tǒng)無法保持正常運(yùn)行,甚至?xí)斐烧w系統(tǒng)的崩潰。而影響信號(hào)質(zhì)量的因素并不單一,其是由多種因素所共同影響，然而,在對(duì)信號(hào)的完整性影響因素進(jìn)行分析時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，其主要能分為以下幾點(diǎn):第一點(diǎn)，在整體的計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路系統(tǒng)中，在信號(hào)傳輸線位置的阻抗存在著差異，無法進(jìn)行正常的匹配,進(jìn)而能夠出現(xiàn)“反射噪聲”的現(xiàn)象,對(duì)于的信號(hào)完整性而言，能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生一定的影響作用[1]。第二點(diǎn)，在整體的計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路系統(tǒng)中，信號(hào)線與信號(hào)線之間的距離受到電路密集度的影響，一旦電路密集度不斷的進(jìn)行增大，信號(hào)線之間的距離將會(huì)越來越狹小,這就致使信號(hào)與信號(hào)之間的電磁藕合參數(shù)呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì),如果不進(jìn)行及時(shí)的處理,就會(huì)導(dǎo)致信號(hào)間出現(xiàn)“串?dāng)_現(xiàn)象”，進(jìn)而影響到信號(hào)的質(zhì)量[2]。第三點(diǎn)，在整體的計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路系統(tǒng)中，在芯片內(nèi)存在著大量的電路，這些電路在同時(shí)輸出的過程中,會(huì)受到在電源平面間存在著的電阻以及電阻的作用,進(jìn)而產(chǎn)生較大的“瞬態(tài)電流”,這種“瞬態(tài)電流”產(chǎn)生后，會(huì)對(duì)地線、電源線上的存在著的電壓造成一定程度的不良影響,因此導(dǎo)致信號(hào)的發(fā)生一些波動(dòng)和變化。總的來說,對(duì)計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì),降低或者是排除以上三方面因素對(duì)信號(hào)質(zhì)量的不良影響,進(jìn)而達(dá)到促進(jìn)計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路信號(hào)完整性的提高,在現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，是首先需要解決的問題,只有這樣才能夠保證計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的成功性。
2計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)問題的解決對(duì)策
2.1阻抗問題的解決策略
為了避免信號(hào)傳輸線位置的阻抗存在著差異造成的信號(hào)受到影響的情況發(fā)生，首先需要對(duì)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)理念進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，在正常情況下，計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)過程中，很難令電路中存在著的臨街阻抗相互之間契合，因此，可以采用對(duì)計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和完善的辦法，令電路系統(tǒng)一直都保持過阻抗的狀態(tài)，只有這樣才能夠在一定程度上保證計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路的信號(hào)傳播過程中，信號(hào)的完整性不會(huì)受到阻抗差異的影響，進(jìn)而獲得更好的計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路信息傳輸效率[3]。
2.2串?dāng)_現(xiàn)象的解決策略
在對(duì)計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于“串?dāng)_現(xiàn)象”需要進(jìn)行合理地解決。參照信號(hào)傳播的基本理論,可以發(fā)現(xiàn)，在電路中，電流的流動(dòng)趨勢(shì)屬于循環(huán)流動(dòng),對(duì)于這一現(xiàn)象而言，數(shù)字電路設(shè)計(jì)工作人員往往并不在意。在傳播信號(hào)的路徑和回路形成了電流環(huán)路,電感在這樣中的回路隨著路徑的逐漸增大，電感也逐漸變大,同時(shí)，電流環(huán)路中存在著的電流也會(huì)根據(jù)電磁場(chǎng)的變化產(chǎn)生一定程度的改變。在對(duì)這樣的電流環(huán)路展開“減小處理”,能夠降低“串?dāng)_現(xiàn)象”帶來的影響[4]。
2.3瞬態(tài)電流的解決策略
在對(duì)計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中,要對(duì)電源的電阻因素以及電感因素進(jìn)行充分的考慮,實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻因素以及電感因素的預(yù)先處理。在現(xiàn)階段的電路系統(tǒng)中，通常情況下電路材料都是銅質(zhì)材料,這種銅質(zhì)材料遠(yuǎn)遠(yuǎn)對(duì)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的要求和標(biāo)準(zhǔn)無法進(jìn)行滿足,所以，在高速數(shù)字電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，還要對(duì)電路材料方面影響因素進(jìn)行解決,使用更為合理的電路材料對(duì)去藕電容進(jìn)行引導(dǎo)，將其引導(dǎo)進(jìn)入整個(gè)高速數(shù)字電路中，能夠在一定程度上降低“瞬態(tài)電流”的發(fā)生頻率。
3結(jié)語
綜上所述，在社會(huì)不斷的發(fā)展的過當(dāng)中，對(duì)于電子技術(shù)來說，也帶來了一定的發(fā)展契機(jī)，令其發(fā)展速度也得以提升，計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)就是在這樣的發(fā)展前提下得到了不斷地完善及進(jìn)步，是對(duì)先進(jìn)的電子技術(shù)概念理論進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)而達(dá)到的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為一些行業(yè)的整體發(fā)展能夠起到一定的促進(jìn)作用。通過對(duì)計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究和分析，結(jié)合相關(guān)的文獻(xiàn)資料以及專業(yè)性知識(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究，能夠在一定程度上加快計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，進(jìn)而在更多的行業(yè)當(dāng)中得到更好的應(yīng)用。
作者:黃一曦 單位:廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校
自主式課題教學(xué)法
針對(duì)目前課堂教學(xué)的現(xiàn)狀，提出自主式課題教學(xué)法。其基本理念就是改革課堂教學(xué)，即在課堂上系統(tǒng)地講授電路設(shè)計(jì)方法，而不是僅僅教會(huì)學(xué)生解題。此外，將學(xué)生分成若干個(gè)學(xué)習(xí)小組，給每個(gè)小組布置不同的電路模塊設(shè)計(jì)課題，通過完成自己的課題達(dá)到初步實(shí)踐電路設(shè)計(jì)方法的目的。同時(shí)，由于學(xué)生都是帶著設(shè)計(jì)課題聽課的，這樣也會(huì)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)理論知識(shí)的積極性。具體實(shí)施步驟如下：
在課程教學(xué)初期，指導(dǎo)學(xué)生自由組成學(xué)習(xí)小組，提供若干模塊設(shè)計(jì)課題供各小組挑選。選定的模塊設(shè)計(jì)任務(wù)伴隨該小組整個(gè)課程學(xué)習(xí)過程。這個(gè)階段的教學(xué)要點(diǎn)如下：①盡量保證學(xué)生按照自己的意愿組合形成學(xué)習(xí)小組，這樣小組成員在課題設(shè)計(jì)過程中才能有較好的默契，相互配合，依靠團(tuán)隊(duì)的力量完成設(shè)計(jì)任務(wù)。②該階段是課程教學(xué)初期，學(xué)生對(duì)各個(gè)模塊設(shè)計(jì)課題還不了解，教師應(yīng)占用一定的課堂時(shí)間對(duì)課題進(jìn)行解釋和指點(diǎn)，充分激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生自發(fā)地利用課余時(shí)間收集資料，選定設(shè)計(jì)方案。③當(dāng)學(xué)習(xí)小組初步完成課題資料的收集和整理后，則安排一次課堂報(bào)告，由各個(gè)小組制作幻燈片向全班同學(xué)匯報(bào)其對(duì)課題的理解以及初步選定的設(shè)計(jì)方案，并由任課教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，指出其下一步工作重點(diǎn)。④模塊設(shè)計(jì)課題應(yīng)涵蓋所講授課程的各個(gè)章節(jié)，這樣利于在講課過程中通過講解各個(gè)模塊設(shè)計(jì)方法串聯(lián)課程各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，講課內(nèi)容與學(xué)生正在進(jìn)行的設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān)聯(lián)，容易調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。
在課程教學(xué)中期，將模塊設(shè)計(jì)課題融入到各個(gè)章節(jié)的課堂教學(xué)中，教會(huì)學(xué)生具體的電路設(shè)計(jì)方法，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)課上指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電路調(diào)試以及指標(biāo)測(cè)試。這個(gè)階段的教學(xué)要點(diǎn)如下：①要求各小組通過課堂學(xué)習(xí)不斷改進(jìn)自己初期擬定的電路設(shè)計(jì)方案以及元器件參數(shù)計(jì)算方法。充分體現(xiàn)了自主式課堂教學(xué)法的教學(xué)理念，即激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，從而自主采用課堂講授方法改進(jìn)自己的電路設(shè)計(jì)，使其感受到如何將課堂所學(xué)理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中。②向?qū)W生灌輸團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的理念，針對(duì)電路設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中團(tuán)隊(duì)成員間的溝通和討論，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到如何進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作，同時(shí)在教師和團(tuán)隊(duì)間建立暢通的交流渠道，使學(xué)生的問題能得到解答，從而有信心完成課題設(shè)計(jì)任務(wù)。③安排課堂報(bào)告，各小組制作幻燈片向全班同學(xué)匯報(bào)課題設(shè)計(jì)進(jìn)展，由任課教師對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)行中期考核并指出下一步工作重點(diǎn)。
在課堂教學(xué)后期，對(duì)各學(xué)習(xí)小組制作的模塊電路進(jìn)行驗(yàn)收和總結(jié)。這個(gè)階段的教學(xué)要點(diǎn)如下：①督促各學(xué)習(xí)小組做好指標(biāo)測(cè)試工作，驗(yàn)證自己設(shè)計(jì)的電路是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)總結(jié)整個(gè)設(shè)計(jì)過程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。②安排課堂報(bào)告，各小組制作幻燈片向全班同學(xué)匯報(bào)課題制作成果，由任課教師對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行總結(jié)。③各小組提交課題設(shè)計(jì)報(bào)告，詳細(xì)介紹整個(gè)電路設(shè)計(jì)原理、參數(shù)計(jì)算過程，并記錄系統(tǒng)的性能指標(biāo)，總結(jié)電路調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。
自主式課題教學(xué)法的應(yīng)用實(shí)例
我們?cè)谕ㄐ烹娮泳€路課上使用了這種教學(xué)法。首先，根據(jù)整個(gè)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)8個(gè)模塊的設(shè)計(jì)課題，將該課程的主要知識(shí)點(diǎn)都融合在這幾個(gè)課題中，課題名稱。
第一階段：由學(xué)生自由組合形成學(xué)習(xí)小組并從這8個(gè)課題中選擇一個(gè)，作為該小組在課程學(xué)習(xí)期間的設(shè)計(jì)任務(wù)。由小組成員相互配合進(jìn)行資料收集以及設(shè)計(jì)方案的論證。在課程開始后的第二個(gè)教學(xué)周，組織各小組制作幻燈片報(bào)告該小組擬定的設(shè)計(jì)方案以及設(shè)計(jì)時(shí)間安排。需要說明的是，各小組進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的時(shí)候，相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)還沒有在課堂上進(jìn)行系統(tǒng)地講授，完全由學(xué)生先自學(xué)各自課題相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，然后進(jìn)行資料收集整理，通過內(nèi)部討論，最終確定課題的初步設(shè)計(jì)方案。這個(gè)階段需要學(xué)生充分發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性去熟悉課題、討論方案以及確定初步方案。從實(shí)際情況來看，學(xué)生在這個(gè)階段常常表現(xiàn)出很大的學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)行方案匯報(bào)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)氣氛也很熱烈。此外，由于設(shè)計(jì)課題涵蓋了這門課程的主要知識(shí)點(diǎn)，相應(yīng)課題方案的初步確定過程也是學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的預(yù)習(xí)階段。這樣可以充分激發(fā)他們的求知欲，當(dāng)教師在課堂上講到相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，能抓住學(xué)生的注意力，獲得較好的教學(xué)效果。
第二階段：主要完成各個(gè)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的講授，這一階段應(yīng)該注意在課上重點(diǎn)講解如何充分運(yùn)用教材中的知識(shí)完成模塊設(shè)計(jì)課題，讓學(xué)生意識(shí)到，這些書本知識(shí)并不是抽象的理論知識(shí)，只要稍加變通就可以有效地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際。例如在講到求解高頻功率放大器的題目時(shí)，計(jì)算電路輸出功率用到公式(1)：200cmVPR=(1)其中P0為電路輸出功率，Vcm為電路輸出電壓幅值，R0為電路負(fù)載電阻。而在真正設(shè)計(jì)功放電路時(shí)，電路的輸出功率及輸出電壓幅值常常是已知條件(見表1)，而具體的電路以及電路中所采用元器件的參數(shù)如電阻阻值是需要進(jìn)行計(jì)算的。因此只需要將公式(1)轉(zhuǎn)化為公式(2)：200cmVRP=(2)轉(zhuǎn)化后即可用于電路中所采用負(fù)載電阻的計(jì)算。整個(gè)課程講授過程都要將知識(shí)點(diǎn)具體化，讓學(xué)生意識(shí)到，只要將這些公式進(jìn)行簡單的變化(常常是翻轉(zhuǎn))就可以用于電路設(shè)計(jì)過程中元器件的參數(shù)計(jì)算，從而使學(xué)生可以一邊學(xué)習(xí)課堂知識(shí)，一邊將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用起來，真正做到活學(xué)活用。此外，在實(shí)驗(yàn)課中要指導(dǎo)各小組的電路焊接以及調(diào)試工作，并監(jiān)督其設(shè)計(jì)進(jìn)度，從而掌握學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解程度。在這個(gè)階段，真正實(shí)現(xiàn)了本教學(xué)法所強(qiáng)調(diào)的理論聯(lián)系實(shí)際，即學(xué)生可以做到邊學(xué)習(xí)，邊使用，邊檢驗(yàn)，整個(gè)課程的教學(xué)效果良好。最后一個(gè)階段是課程的結(jié)束階段，主要做好各小組課題的驗(yàn)收工作，并對(duì)各小組所設(shè)計(jì)的模塊進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，最后安排一次期終匯報(bào)作為整個(gè)課堂教學(xué)的結(jié)束。本教學(xué)法已經(jīng)實(shí)踐了兩年，學(xué)生對(duì)這種教學(xué)法的滿意度較高。此外，學(xué)生的平時(shí)成績與模塊設(shè)計(jì)課題制作情況掛鉤，因此各學(xué)習(xí)小組都投入了較多精力用于電路模塊制作，成功率也較高。并且學(xué)生通過電路模塊的制作過程也了解到了如何運(yùn)用課堂所學(xué)知識(shí)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】 電能量計(jì)量 無線通信 智能電網(wǎng)
當(dāng)前智能電網(wǎng)已經(jīng)成為今后發(fā)展的必然趨勢(shì)，智能電網(wǎng)以提升電力服務(wù)運(yùn)行效率為主要目標(biāo)，在實(shí)際發(fā)展過程中智能電網(wǎng)的興起和發(fā)展對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展有著非常重要地作用。從實(shí)際情況來看，電能量計(jì)量系統(tǒng)的性能對(duì)智能電網(wǎng)具有十分重要地意義，為了保證智能電網(wǎng)的運(yùn)行就必須要科學(xué)合理地設(shè)計(jì)電能量計(jì)量系統(tǒng)。基于無線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)是今后發(fā)展的必然選擇，在今后發(fā)展過程中加強(qiáng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究已經(jīng)成為今后發(fā)展的必然選擇。
1 需求分析和總體框架設(shè)計(jì)
（1）需求分析。分析需求是進(jìn)行設(shè)計(jì)地重要前提，為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)設(shè)計(jì)首先就需要明確需求。了解真實(shí)需要非常重要。從以往的實(shí)際情況來看，有線通信方式已經(jīng)不能夠適應(yīng)日益復(fù)雜的形勢(shì)，有線通信方式需要鋪設(shè)信號(hào)載體、傳輸過程中容易受到破壞且線路檢修很麻煩。正是因?yàn)榫哂羞@樣多的特點(diǎn)，在今后工作過程中就必須要不斷加強(qiáng)對(duì)無線通信技術(shù)的研究。無線通信技術(shù)本身是不需要布線的，在實(shí)際傳輸過程中受到的影響也較小。
以太網(wǎng)技術(shù)的引用已經(jīng)成為今后發(fā)展的必然選擇，整個(gè)居民的數(shù)據(jù)都應(yīng)該引入到以太網(wǎng)中，這項(xiàng)技術(shù)的引用對(duì)于實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地繳納電費(fèi)有著十分重要地意義。這有助于提升工作人員自身效率。階梯電價(jià)計(jì)價(jià)方式已經(jīng)成為今后發(fā)展的一種重要地計(jì)價(jià)方式。這種計(jì)價(jià)方式的應(yīng)用對(duì)于促進(jìn)人們節(jié)約用電將發(fā)揮重要作用。
（2）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。針對(duì)計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先是要從框架上來進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，在整體設(shè)計(jì)過程中電能量計(jì)量管理系統(tǒng)本身是分為網(wǎng)關(guān)層、電能量采集層以及管理層這三個(gè)層次的。為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)分析本文將重點(diǎn)研究管理層以下的遠(yuǎn)程電能計(jì)量部分，具體而言將主要分析電能量采集層及網(wǎng)關(guān)層。
從硬件角度來看，電能量采集層主要是由信息傳送模塊及采集模塊構(gòu)成的。采集模塊的主要功能就是要把電能量采集到一起并且要交給信息傳送模塊。信息傳送模塊主要是選用的是ZigBee系統(tǒng)級(jí)芯片。系統(tǒng)中網(wǎng)管層的主要功能就是要轉(zhuǎn)換信息傳遞的形式。
2 硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要是對(duì)系統(tǒng)中的采集層測(cè)量電路、傳送電路以及網(wǎng)關(guān)層硬件來進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于這幾個(gè)部分的設(shè)計(jì)應(yīng)該保持高度重視。
（1）采集層測(cè)量電路設(shè)計(jì)。對(duì)于采集層測(cè)量電路而言，本文將主要采用AD71056芯片來進(jìn)行設(shè)計(jì)，在實(shí)際工作中CF腳需要同單片機(jī)引腳相連，在計(jì)量過程中主要是要利用單片機(jī)中斷功能來對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算電能的目的。在實(shí)際工作中該芯片的CF引腳需要連接道光耦隔離電路中，光藕隔離電路本身的另一端需要連接道單片機(jī)的輸入引腳。在整個(gè)系統(tǒng)中光耦隔離電路將能夠起到隔離電路干擾的作用。
（2）傳送電路設(shè)計(jì)。信息傳送電路的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要地環(huán)節(jié)，在實(shí)際工作中對(duì)于信息傳送電路的設(shè)計(jì)需要保持高度重視。在設(shè)計(jì)過程中對(duì)于CC2530芯片應(yīng)該不斷加強(qiáng)研究，傳送電路主要是以該芯片為主。傳送電路設(shè)計(jì)過程中芯片VDD1電源需要連接到并聯(lián)的去耦電容組上，100nF陶瓷電容的主要作用是為了有效濾除掉高頻干擾。為了適應(yīng)實(shí)際需要，在設(shè)計(jì)過程中還需要設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的平衡-不平衡轉(zhuǎn)化電路，之所以要這樣是因?yàn)樵撔酒惺褂玫降膯螛O子是一個(gè)不平衡天線。
電路的設(shè)計(jì)是傳送電路在設(shè)計(jì)過程中不可忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)際工作中對(duì)于電路設(shè)計(jì)要能夠保證芯片正常運(yùn)行，同時(shí)還要能夠完成點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示工作。為了實(shí)現(xiàn)這一目的就需要設(shè)計(jì)CC2530數(shù)據(jù)顯示電路。具體而言就是要選擇液晶顯示屏LCD1602來完成這一目的。在采用這一顯示器之后將能夠?qū)崿F(xiàn)有效顯示。
（3）網(wǎng)管層硬件設(shè)計(jì)。網(wǎng)管層設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)是要做好LM3S9 B96以太網(wǎng)應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)，該芯片是由以太網(wǎng)接入控制器及物理接口收發(fā)器整合而成的。設(shè)計(jì)過程中該芯片將能夠?qū)崿F(xiàn)MAC及PHY的有效匹配。這對(duì)于簡化設(shè)計(jì)，降低成本有著十分重要地意義。實(shí)際工作中為了保證芯片正常運(yùn)行就需要通過網(wǎng)絡(luò)變壓器把PHY同網(wǎng)卡接口連接起來。為了保證信號(hào)耦合，還需要把芯片同外部隔離，這對(duì)于芯片的抗干擾及保護(hù)也是具有十分重要地意義的。
3 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)是不可忽視的環(huán)節(jié)，軟件設(shè)計(jì)主要是電能采集層軟件設(shè)計(jì)。具體而言指的是采集層CC2530程序的設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中本文將采用事件輪循機(jī)制來進(jìn)行設(shè)計(jì)。各層在進(jìn)入初始化狀態(tài)之后，系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入到低功耗模式，此時(shí)一旦事件發(fā)生之后，系統(tǒng)就會(huì)被喚醒，系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入到中斷處理事件中，結(jié)束之后將會(huì)進(jìn)入到低功耗模式中，當(dāng)幾個(gè)事件同時(shí)發(fā)生的時(shí)候就需要判斷事件優(yōu)先級(jí)，然后根據(jù)優(yōu)先級(jí)來對(duì)各種事件進(jìn)行逐步處理。通過采用這樣一種軟件架構(gòu)對(duì)于降低系統(tǒng)功耗有著十分重要地作用。為了實(shí)現(xiàn)有效處理，在實(shí)際工作中還可以設(shè)置計(jì)時(shí)器。系統(tǒng)工作過程中需要輸入一定代碼，通過輸入代碼才能夠保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行過程中需要輸入以下代碼：
osal―start―timerEx（Caiji―TasklD，Caiji―VOWER_EVT，1 0）;
基于無線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于提升智能電網(wǎng)系統(tǒng)效率有著十分重要地意義，在今后工作過程中對(duì)于這樣一種系統(tǒng)應(yīng)該不斷加強(qiáng)研究。本文重點(diǎn)分析了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，今后設(shè)計(jì)過程中首先是要分析需求，然后是總體設(shè)計(jì)，最后再來進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)。今后要不斷加強(qiáng)這方面的研究，才能夠適應(yīng)實(shí)際發(fā)展的要求。
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【關(guān)鍵詞】軟件仿真 電子設(shè)計(jì) 虛擬儀器 測(cè)試分析 電子測(cè)量
隨著時(shí)代的進(jìn)步，信息技術(shù)的高速發(fā)展，單純的原理性解讀已不能滿足廣大電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者對(duì)信息攝取的要求。對(duì)于電路各部分原理的分析，人們希望能簡化操作，直觀展現(xiàn)現(xiàn)象和結(jié)果。Multisim軟件正是一款電子線路仿真軟件，能有效地實(shí)現(xiàn)原理圖捕獲、交互式仿真、電路板設(shè)計(jì)和集成測(cè)試等功能的電路仿真與分析軟件。它將虛擬儀器技術(shù)靈活地應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)平臺(tái)，彌補(bǔ)測(cè)試與設(shè)計(jì)之間的缺口。
1 Multisim仿真軟件簡述
目前，電子產(chǎn)品的純手工設(shè)計(jì)已基本上不復(fù)存在，現(xiàn)代化的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，從產(chǎn)品功能的確立，到電路原理、PCB版圖、程序設(shè)計(jì)、FPGA的構(gòu)建及仿真、外觀界面、元器件清單等設(shè)計(jì)生產(chǎn)所需資料全部都可以在計(jì)算機(jī)上完成。電路設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程度非常之高。multisim仿真軟件在電子線路的設(shè)計(jì)與分析過程中，起到了很至關(guān)重要的作用。它是美國NI公司推出的一款電子線路仿真軟件，是一款專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具。它將專業(yè)理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真展現(xiàn)出來，很好地解決理論設(shè)計(jì)與實(shí)際測(cè)試脫節(jié)的問題。Multisim仿真軟件在電子設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，將打破傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)模式難以入門的僵局，能極大地提高電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)愛好者對(duì)電路設(shè)計(jì)與測(cè)試的積極性。
2 Multisim仿真軟件的應(yīng)用性探索
本文以Multisim9版本為例，對(duì)電路設(shè)計(jì)仿真軟件在電子線路設(shè)計(jì)與分析過程中起到的積極作用進(jìn)行探索。Multisim9為設(shè)計(jì)者提供了大量的元件庫及儀器儀表，可進(jìn)行元器件的編輯、選取、放置和電路圖編輯繪制等操作。可實(shí)現(xiàn)電路工作狀態(tài)測(cè)試和電路特性分析。最后，還可以實(shí)現(xiàn)電路圖報(bào)表的輸出、打印等功能。所以說，又可將其稱為虛擬電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
對(duì)于剛?cè)腴T電子技術(shù)行業(yè)的初學(xué)者來講，電路的原理及各元器件的性能分析，無疑是晦澀難懂的。如果用傳統(tǒng)的講解或領(lǐng)悟方式，會(huì)使初學(xué)者對(duì)于電路的設(shè)計(jì)摸不到頭腦、找不著方向、甚至喪失信心。然而，引入Multisim9仿真軟件以后，電路中各工作點(diǎn)的特性將可透過儀表顯示的數(shù)據(jù)和波形，會(huì)變得清晰明了。
我們以電子技術(shù)初學(xué)者必須掌握的電路--單管放大電路為例，分析電路仿真軟件在虛擬電子線路設(shè)計(jì)與測(cè)試過程中起到的積極作用。圖1給出利用Multisim9來仿真單管放大電路的分壓式偏置電路，引入虛擬儀器進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)而深入分析整個(gè)電路的工作狀態(tài)。如圖1所示。
首先我們來分析三極管處于放大工作狀態(tài)的條件：集電結(jié)反向偏置、發(fā)射結(jié)正向偏置。圖一中XMM1，XMM2兩塊虛擬萬用表所測(cè)電壓確實(shí)滿足此條件。那么，輸出電壓應(yīng)該與輸入電壓成電壓幅值放大、相位反向的狀態(tài)。我們?cè)谛盘?hào)的輸入端和輸出端引出兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)分別接到示波器的A、B端。得出圖二示波器顯示的波形。圖2可以非常直觀地讀出輸入、輸出信號(hào)之間的關(guān)系。整個(gè)電路的分析過程，理論與實(shí)踐相結(jié)合，簡單易懂。理論知識(shí)不再晦澀難懂，電路分析不再深不可測(cè)，都能透過虛擬儀器儀表上顯示的數(shù)據(jù)，得出實(shí)際結(jié)果。
而且，就電子技術(shù)初學(xué)者來講，三極管的幾種常見失真也是非常不容易理解，也很容易混淆，主要還是因?yàn)殡娐返脑頉]有分析清楚。基本原理沒有分析清楚，如何拿來應(yīng)用于難度較大的電路？所以說，基本電路的原理分析，對(duì)于每一個(gè)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者來講，都必須牢牢掌握。在Multisim9仿真軟件界面下，各種失真的現(xiàn)象及此刻電路各元件的工作狀態(tài)能利用虛擬儀表直接地顯示出來，這樣，電路分析不再是紙上談兵，理論計(jì)算。在圖1單管放大電路的基礎(chǔ)上，以快捷鍵shift+a來減小電阻R6的阻值，使其降低至20kΩ。可得出三極管處于飽和工作狀態(tài)的失真，如圖3所示。理論上此種失真是由于三極管處于發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏造成的。而從XMM1和XMM2兩個(gè)萬用表上也證實(shí)了，確實(shí)如此。當(dāng)三極管處于飽和狀態(tài)時(shí)，射極電流和集電極電流都比較大，導(dǎo)致三極管C、E兩端分壓很小，從萬用表XMM3的讀數(shù)中可以明確這一論斷。三極管飽和狀態(tài)的工作原理即刻分析清楚。
同理，改變滑動(dòng)變阻器R6的值，使得三極管發(fā)射結(jié)無法達(dá)到正向偏置電壓，可得出三極管截止失真狀態(tài)的電路分析。詳見圖4。
3 Multisim仿真軟件“實(shí)物化”展示
不僅僅是在晦澀難懂的模擬電路設(shè)計(jì)過程中，Multisim9仿真軟件能分析原理、簡化過程、得出結(jié)論。在其他電路中也是一樣，實(shí)際應(yīng)用相當(dāng)廣泛。這里僅以同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯分析和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的安捷倫數(shù)字示波器顯示來說明其具體應(yīng)用。如圖4、圖5所示。
在圖5中，從邏輯分析儀顯示的波形可以明確看出，4520BD芯片確實(shí)在對(duì)CP1接入的信號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)，并以指示燈的亮滅來形象化時(shí)鐘頻率。
不僅如此，Multisim9仿真軟件還提供了更為貼近實(shí)物的器件--3D器件，使得電路圖更貼近實(shí)際電路，管腳位置一致[4]。采用的測(cè)試儀器界面更是跟實(shí)物幾乎完全一樣，使得設(shè)計(jì)者能感受到如同實(shí)物般的真實(shí)感。這里選用安捷倫示波器來加以說明，可以更加直觀地以虛擬儀器來替代實(shí)物儀器儀表。如圖6所示。
4 關(guān)于multisim仿真的幾點(diǎn)思考
通過對(duì)multisim仿真軟件在電路設(shè)計(jì)和分析過程中的具體操作，我們不難發(fā)現(xiàn)，multisim仿真在電子技術(shù)理論研究與實(shí)踐探索過程中能發(fā)揮其強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。
4.1 檢查驗(yàn)證電路原理
在實(shí)踐工程中，隨時(shí)測(cè)量出重點(diǎn)部位的電壓電流值，有效地避免因?yàn)閷?shí)物連接而造成的短路斷路現(xiàn)象。能準(zhǔn)確地判斷電路中各器件的工作特性，對(duì)于不符合要求的參數(shù)，可迅速地進(jìn)行更改。
4.2 加強(qiáng)對(duì)電路功能的理解
對(duì)于電子技術(shù)應(yīng)用方面的初學(xué)者來講，理論知識(shí)的學(xué)習(xí)往往晦澀難懂，單純用理論化的知識(shí)加以理解，會(huì)感到“力不從心”。這是我們都不愿意看到的。利用仿真軟件，有效地將理論知識(shí)拉到現(xiàn)象中，簡單直接，難點(diǎn)更易化解。
4.3 虛擬儀器的使用大幅提升對(duì)實(shí)際儀器的熟練度
以示波器為例，在使用過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)波形幅值過大，超過顯示屏幕的情況，這時(shí)，常常會(huì)有設(shè)計(jì)者不加思索地放大或縮小一下每格表示的電壓大小，來找到一個(gè)適合的波形。然而，虛擬儀器在這方面更直觀，波形過大，說明每一格表示的幅值過小，所以應(yīng)該放大每格表示的大小來使整個(gè)波形縮小。這種方式，能糾正很多人在使用儀器時(shí)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)。
4.4 Mlutisim仿真軟件能有效地提高電子技術(shù)愛好者的興趣
儀表顯示簡單直觀，理論知識(shí)實(shí)踐化。能及時(shí)糾正錯(cuò)誤，修正電路，能對(duì)似懂非懂的電路進(jìn)行深入分析，明確電路的結(jié)構(gòu)，能更快更好地理解原理，才會(huì)對(duì)電路設(shè)計(jì)有更大的興趣。
總而言之，multisim仿真軟件在電子技術(shù)應(yīng)用過程中，起到了不可小覷的作用，現(xiàn)代化的電子設(shè)計(jì)，更是全計(jì)算機(jī)化的設(shè)計(jì)方式，這種自帶元件庫和虛擬儀器的仿真軟件，對(duì)于完全虛擬化的電路設(shè)計(jì)，起到了有效的補(bǔ)充和積極的測(cè)試驗(yàn)證等作用。所以，須將此應(yīng)用大力推廣，使更多的電子技術(shù)愛好者熟知并使用這類仿真軟件，提高設(shè)計(jì)電路效率、提升個(gè)人專業(yè)素質(zhì)。
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作者簡介
桂丹（1982-），女，湖北省武漢市人。碩士研究生學(xué)歷。現(xiàn)為武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院講師。研究方向?yàn)镻CB制圖與仿真、電子產(chǎn)品CAD與制造、FPGA設(shè)計(jì)與電路仿真。
作者單位
[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)；電路設(shè)計(jì)；分析；輔助；方法
中圖分類號(hào)：TP391.7；TN702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）35-0284-01
一、 計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
電路設(shè)計(jì)，是指按照一定規(guī)則，使用特定方法設(shè)計(jì)出符合使用要求的電路系統(tǒng)。在進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)的過程中，主要是利用計(jì)算機(jī)能夠模擬的特點(diǎn)取締傳統(tǒng)采用搭接方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)的方法。利用計(jì)算機(jī)之后，可以在電路設(shè)計(jì)階段可以大量減少驗(yàn)證電路正確過程中使用的時(shí)間和工作量，讓進(jìn)行整個(gè)電路設(shè)計(jì)過程的進(jìn)程比傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的進(jìn)程速度快得多，同時(shí)還保障了電路設(shè)計(jì)的效率。
在很多相關(guān)電路設(shè)計(jì)的專業(yè)軟件里面都會(huì)設(shè)置有電路設(shè)計(jì)中會(huì)涉及的許多參數(shù)數(shù)據(jù)庫以及圖形數(shù)據(jù)庫，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員可以通過這些數(shù)據(jù)庫中選取到所需用到的電子元件模型，即使數(shù)據(jù)庫中沒有所需要的電子元件，也能電路設(shè)計(jì)之前在相關(guān)界面中設(shè)計(jì)出所需的電子元件模型，并設(shè)置其參數(shù)，然后再將其放入進(jìn)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫中，很多電子元件都可以在數(shù)據(jù)庫中直接拿出來使用。另外在對(duì)電路板設(shè)計(jì)進(jìn)行印刷的時(shí)候，也可以找到相關(guān)專業(yè)的印刷電路板設(shè)計(jì)的軟件，這些軟件可以對(duì)其電路設(shè)計(jì)中的電子元件間布線布局的自動(dòng)進(jìn)行，還可以起到后期處理的作用。在電路圖紙進(jìn)行繪制的時(shí)候，也能使用專業(yè)的軟件進(jìn)行制版。總之，在計(jì)算機(jī)的輔助下，讓電路設(shè)計(jì)更加簡便，大大縮短其設(shè)計(jì)周期，同時(shí)在一定程度上會(huì)可以節(jié)約電路設(shè)計(jì)的成本費(fèi)用。
二、 計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)的方法
設(shè)計(jì)一個(gè)完整的電路，并讓其實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，其前提就是要設(shè)計(jì)好一個(gè)完整有效的電路原理圖。通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)是非常快捷的，而且還能很容易的將設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行再次的修改，通過計(jì)算機(jī)的相關(guān)軟件自帶的自動(dòng)布線就能夠很容易的把電路原理圖生成電路板版圖。
1、 電路原理圖設(shè)計(jì)
首先設(shè)計(jì)人員通過調(diào)用電路設(shè)計(jì)軟件，建立新文件并對(duì)其命名，然后加載所需要的原理圖器件庫，因?yàn)樵陔娐吩O(shè)計(jì)中電子元件的種類存在千差萬別的差距，所以有些時(shí)候所需要的元件在對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫中沒有，所以設(shè)計(jì)人員就要通過元器件生成軟件或者電路設(shè)計(jì)軟件中自帶可以設(shè)計(jì)元器件的選項(xiàng)，創(chuàng)造出需要的元器件，然后根據(jù)設(shè)計(jì)電路構(gòu)思的結(jié)構(gòu)進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計(jì)，將有電性能元件的管教利用線連接起來，如果是總線電路就可以由一條總線連接，這樣可以有效減少線路太多所造成不必要的麻煩，而總線的兩端始終會(huì)分出很多條線，就有必要將其明確的標(biāo)注，有節(jié)點(diǎn)的話在電路上應(yīng)該必須標(biāo)上節(jié)點(diǎn)，否則在后期電路查看和系統(tǒng)會(huì)將兩條線認(rèn)為不相連。
在將電路原理圖設(shè)計(jì)完畢之后，就應(yīng)該創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表。網(wǎng)絡(luò)表是作為原理圖和印制線路版圖間的橋梁，只有通過網(wǎng)絡(luò)表才能將電路原理圖轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電路板版圖。調(diào)用PCB圖生成軟件，在其加載相關(guān)的元器件庫，通過在禁止布線層上畫好PCB圖的外形，然后更改其自動(dòng)布線，讓其達(dá)到前期的設(shè)計(jì)要求。通過自動(dòng)布局命令將加載到PCB圖中的組件擺好，然后對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)布線，該過程會(huì)需要一段時(shí)間，因?yàn)橛械臅r(shí)候自動(dòng)布線并不是完全合理有效的，所以在進(jìn)行自動(dòng)布線之后還要對(duì)其進(jìn)行手工調(diào)整。
2、 電路板版圖設(shè)計(jì)
電路板廠都是按照用戶設(shè)計(jì)的PCB圖對(duì)電路板進(jìn)行生產(chǎn)的，針對(duì)成型的一塊電路板，想要再制一塊或者多塊的話，就要利用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行電路設(shè)計(jì)了，通過形成的PCB圖再次進(jìn)行電路板的生產(chǎn)。
利用刻度尺度量成型的電路板，將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄后將數(shù)據(jù)輸入進(jìn)計(jì)算機(jī)中，這類方法主要使用在線路簡單的電路板上，在線路上尋找一個(gè)點(diǎn)來作為原點(diǎn)，將電路板上的其他點(diǎn)一原點(diǎn)為參照，對(duì)照PCB圖左下角的橫縱坐標(biāo)，將元器件放在對(duì)應(yīng)的PCB圖上。而對(duì)于元器件較多且線路復(fù)雜的電路板則通常使用掃描儀將其數(shù)據(jù)輸入進(jìn)計(jì)算機(jī)中，因?yàn)橛贸叨攘烤蜁?huì)太花費(fèi)時(shí)間，且制作也會(huì)相比掃描儀粗糙，在對(duì)電路板進(jìn)行掃描的時(shí)候也要注意正確的放置電路板的位置，不然會(huì)影響掃描效果。
三、結(jié)束語
計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，讓電路設(shè)計(jì)擺脫了傳統(tǒng)以手工為主的設(shè)計(jì)方式，而且在使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，還能在電路設(shè)計(jì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候方便及時(shí)的對(duì)其進(jìn)行修改，大大提升了電路設(shè)計(jì)的效率，還可以做大程度保障設(shè)計(jì)的電路產(chǎn)品的性價(jià)比。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】三人多數(shù)表決器 電路設(shè)計(jì) Multisim10仿真
在組合邏輯電路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，將學(xué)習(xí)過程中接觸到的電路設(shè)計(jì)題目通過整理分析，不難發(fā)現(xiàn)有這樣的兩個(gè)特點(diǎn)，其一，對(duì)于同一題目電路的設(shè)計(jì)，可采用基本邏輯門、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器等不同的設(shè)計(jì)方案。學(xué)習(xí)者通過多種設(shè)計(jì)方案的整理和分析，可加強(qiáng)對(duì)電路的理解，掌握更多的設(shè)計(jì)思路，這些設(shè)計(jì)思路將所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來，通過以點(diǎn)到面的學(xué)習(xí)方式達(dá)到系統(tǒng)掌握知識(shí)的目的。其二，對(duì)于不同題目的電路設(shè)計(jì)，可采用相同設(shè)計(jì)方案。如果不同題目根據(jù)其電路功能寫出來的真值表相同，就意味著可以采用相同的電路來完成其功能，通過把這種類型的設(shè)計(jì)題目搜集和歸類，可以節(jié)省大量的電路設(shè)計(jì)時(shí)間，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提高和知識(shí)的綜合應(yīng)用都會(huì)起到很大作用。
本文以三人多數(shù)表決器電路設(shè)計(jì)為例，從兩方面探討和總結(jié)了電路設(shè)計(jì)題目的特點(diǎn)，希望學(xué)習(xí)者能夠借鑒這種學(xué)習(xí)方法，達(dá)到綜合掌握知識(shí)的目的。
1 三人多數(shù)表決器電路設(shè)計(jì)舉例
假設(shè)題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)三人表決器電路[1]，當(dāng)表決某個(gè)提案時(shí)，多數(shù)人同意，則提案通過，少數(shù)人同意時(shí)，提案被否決。
由組合邏輯電路設(shè)計(jì)步驟[2]，首先定義變量，設(shè)三個(gè)人分別用A、B、C表示，同意提案時(shí)用1表示，否則用0表示，提案表決結(jié)果用Y表示，Y為1表示提案表決通過，Y為0則不通過。其次，寫真值表，根據(jù)上述定義，把題目設(shè)計(jì)要求的文字信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息的真值表，具體見表1所示。最后， 由表1所示真值表得到邏輯函數(shù)表達(dá)式為：
表1 三人表決器真值表
輸入 輸出
A B C Y
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
2 “一題多解法”在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
所謂“一題多解法”是指在設(shè)計(jì)同一個(gè)電路時(shí)，采用不同的設(shè)計(jì)方法。由于數(shù)字電路是用0、1代碼表示特定含義的電路設(shè)計(jì)，任何題目在設(shè)計(jì)是都要把文字信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，即用真值表的數(shù)字信息來體現(xiàn)電路的功能。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)時(shí)，我們除采用傳統(tǒng)的用與或非實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)外，還可以采用各種中規(guī)模集成塊來實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)，只要設(shè)計(jì)出來的電路經(jīng)過測(cè)試，得到的真值表和題目要求的真值表相同，那么就可以實(shí)現(xiàn)題目的要求。這種采用不同思路設(shè)計(jì)電路的做法，對(duì)學(xué)生思維擴(kuò)展和知識(shí)綜合應(yīng)用方面起到了積極的作用。下面以三人多數(shù)表決器電路設(shè)計(jì)為例，介紹不同設(shè)計(jì)思路在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[3]。
2.1采用基本邏輯門設(shè)計(jì)
在采用組合邏輯電路現(xiàn)實(shí)時(shí)，根據(jù)表達(dá)式（2）的特點(diǎn)，采用1個(gè)異或門、一個(gè)或門和兩個(gè)與門就可完成電路搭建和測(cè)試，具體設(shè)計(jì)電路如圖1所示，筆者用Multisim10仿真軟件進(jìn)行測(cè)試[4]，其結(jié)果完全和表1相同，達(dá)到了三人多數(shù)表決器的設(shè)計(jì)要求。
圖1 基本邏輯門實(shí)現(xiàn)三人表決器功能仿真界面
2.2采用譯碼器設(shè)計(jì)
譯碼器74LS138是根據(jù)三個(gè)地址輸入端的輸入情況，在同一時(shí)刻輸出其中一個(gè)Yi，譯碼器是組合邏輯電路設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)中規(guī)模集成電路，根據(jù)74LS138的工作原理，我們將表達(dá)式（1）化為：
由表達(dá)式（3）和譯碼器工作原理可設(shè)計(jì)出圖2所示電路，經(jīng)測(cè)試結(jié)果與表1數(shù)據(jù)一致，由此可見采用譯碼器也能實(shí)現(xiàn)三人表決器的功能。
圖2 譯碼器實(shí)現(xiàn)三人表決器功能仿真界面
2.3 采用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)選擇器是根據(jù)地址碼的特點(diǎn)，從多路輸入數(shù)據(jù)中選擇其中一路輸出的中規(guī)模集成器件。當(dāng)邏輯函數(shù)的變量個(gè)數(shù)和數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入變量個(gè)數(shù)相同時(shí)，將變量和地址碼對(duì)應(yīng)連接，就可以用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的功能。
根據(jù)上述工作原理，將八選一數(shù)據(jù)選擇器74LS151的D3、D5、D6、D7接高電平，D0、D1、D2、D4接低電平，控制端G接低電平，按圖3所示連接，即可實(shí)現(xiàn)三人多數(shù)表決器功能。經(jīng)筆者用Multisim10仿真軟件進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果和表1相同，因此，采用數(shù)據(jù)選擇器同樣可以三人表決器的功能。
圖3 數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)三人表決器功能仿真界面
2.4采用全加器設(shè)計(jì)
由于一位二進(jìn)制全加器的進(jìn)位輸出端Ci=∑m（3，5，6，7），與三人表決器的真值表中Y的輸出完全一樣，所以只需將A、B、C對(duì)應(yīng)接到全加器集成塊CT74HC183的Ai、Bi、Ci-1端，輸出Y接到Ci端，即可用全加器實(shí)現(xiàn)三人表決器的功能，采用全加器實(shí)現(xiàn)三人表決器功能非常簡單，此處不再論述。
3 “多題一解法”在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
“多題一解法”是指不同功能的電路設(shè)計(jì)題目，可采用同一個(gè)電路來實(shí)現(xiàn)。在電路設(shè)計(jì)過程中，只要設(shè)計(jì)題目真值表相同，其設(shè)計(jì)出的電路也就相同。學(xué)習(xí)者如果善于總結(jié)這種規(guī)律，當(dāng)再次遇到真值表相同的設(shè)計(jì)題目時(shí)就可以直接使用原來的電路，這樣可以節(jié)省大量的電路設(shè)計(jì)時(shí)間，從而提高學(xué)習(xí)效率。
通過筆者的搜集和歸類，發(fā)現(xiàn)許多不同功能的電路設(shè)計(jì)題目，都可使用相同電路來實(shí)現(xiàn)其功能。例如，題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外光感三種不同類型的火災(zāi)探測(cè)器，為了防止誤報(bào)警，只有當(dāng)兩種或三種探測(cè)去發(fā)出探測(cè)信號(hào)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)才會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
假設(shè)煙感、溫感和紫外光感三種火災(zāi)探測(cè)器分別用個(gè)A、B、C表示，發(fā)出探測(cè)信號(hào)時(shí)用1表示，否則用0表示，報(bào)警信號(hào)用Y表示，其中Y為1表示有報(bào)警，Y為0表示沒有火災(zāi)報(bào)警。
在此定義下的得到該報(bào)警系統(tǒng)的真值表和表1完全一樣，這也意味著火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)和三人多數(shù)表決器一樣，可使用相同的電路來完成其功能，當(dāng)然也可采用上述所講的四種方案來實(shí)現(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)的功能。由此看來把不同類型、不同功能的電路設(shè)計(jì)題目進(jìn)行歸納和總結(jié)，對(duì)比各電路真值表的特征，就可以將具有相同真值表的設(shè)計(jì)題目歸為一類。這樣的學(xué)習(xí)方法既提高了學(xué)習(xí)效率，又增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣，最終達(dá)到了深入理解知識(shí)，靈活應(yīng)用知識(shí)的目的。
4 結(jié)論
通過“一題多解”和“多題一解”學(xué)習(xí)方法的總結(jié)和歸類，一方面可以讓學(xué)生以點(diǎn)學(xué)面，把所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)的聯(lián)系起來，通過各知識(shí)點(diǎn)的相互滲透，達(dá)到全面理解知識(shí)的目的。另一方面，可以為學(xué)習(xí)者節(jié)約大量的電路設(shè)計(jì)時(shí)間，對(duì)學(xué)生電路設(shè)計(jì)思想和興趣的培養(yǎng)方面都會(huì)起到積極的作用。
【參考文獻(xiàn)】
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關(guān)鍵詞：輸出接口；擴(kuò)展；多路控制
0引言
在電路的設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到由于各種各樣的原因需要增加IC輸出接口，從而導(dǎo)致IC資源緊張或輸出接口不夠用。遇到此類問題時(shí)，設(shè)計(jì)者通常會(huì)選擇更換資源更加豐富的IC或者將IC輸出接口中比較次要功能的輸出接口替換掉。而采用更換資源豐富的IC時(shí)常常由于剩余接口資源而造成浪費(fèi)，而采用替換次要功能的輸出接口方案時(shí)常常會(huì)造成對(duì)電路系統(tǒng)或者該電路系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能造成影響。特別是對(duì)于在當(dāng)前在國內(nèi)外激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)中，產(chǎn)品性能和質(zhì)量無疑是影響企業(yè)生存的重要因素。
1設(shè)計(jì)原理
通常IC的輸出接口信號(hào)有三種狀態(tài)[1]：高電平(H)、低電平(L)以及高阻態(tài)(Z)，本文所設(shè)計(jì)的電路，其原理正是利用這三種信號(hào)作為模塊電路的輸入信號(hào)，分別控制不同的三路輸出，其原理模塊示意圖如圖1所示。圖中輸入信號(hào)高電平對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)組K1，低電平對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)組K2，高阻態(tài)對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)組K3，且每個(gè)輸出信號(hào)組均由實(shí)際的三路輸出組成。
2硬件電路設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)原理示意圖，設(shè)計(jì)了如圖2所示的擴(kuò)展電路模塊電路圖。圖2中Input為輸入控制信號(hào)，該信號(hào)為從IC輸出的控制信號(hào)，Output1，Output2，Output3組成輸出信號(hào)組K1、K2、K3。其中二極管D4為低壓降二極管，其導(dǎo)通壓降要求低于三極管Q6發(fā)射極導(dǎo)通壓降，從而使得在Input輸入信號(hào)為低電平時(shí)，三極管Q6處于截止?fàn)顟B(tài)[2]。1）Input輸入信號(hào)為高電平時(shí)：二極管D4截止，三極管Q6導(dǎo)通。三極管Q6集電極為低電平，二極管D5截止，二極管D6導(dǎo)通，使Output3輸出高電平。同時(shí)三極管Q4導(dǎo)通，從而使三極管Q2、Q3截止，Output1輸出低電平。同時(shí)由于R1上的壓降大于三極管Q1之間的壓降，故Q1導(dǎo)通，Output2輸出高電平；2）Input輸入信號(hào)為低電平時(shí)：二極管D6截止，二極管D4導(dǎo)通，由于二極管D4導(dǎo)通壓降低于三極管Q6發(fā)射極壓降，從而使三極管Q6截止，Q6集電極輸出高電平，二極管D5導(dǎo)通，Output3輸出高電平。
3實(shí)驗(yàn)
對(duì)本文所設(shè)計(jì)的電路將其應(yīng)用到美的烹飪機(jī)X1上控制兩路溫度采集和風(fēng)機(jī)控制實(shí)驗(yàn)。
4結(jié)論
本文介紹了一種輸出接口擴(kuò)展電路并對(duì)該電路進(jìn)行了邏輯分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過邏輯分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了該電路能夠通過單個(gè)輸出接口的高電平、低電平和高阻態(tài)三種信號(hào)狀態(tài)來分別控制三路輸出，實(shí)現(xiàn)了單輸出信號(hào)控制多路輸出信號(hào)。該電路很好的解決了在電路設(shè)計(jì)過程中因增加負(fù)載而導(dǎo)致IC輸出資源不夠用的問題。
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【關(guān)鍵詞】EDA；電子技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；電路設(shè)計(jì)
引言
電子技術(shù)既是電子類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，又是一門技術(shù)性較強(qiáng)的專業(yè)必修課，學(xué)生除了要掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要具備分析、設(shè)計(jì)以及應(yīng)用電路的實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐則是加深和鞏固學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力所必須的一種教學(xué)手段和教學(xué)途徑。本文對(duì)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，并提出了EDA軟件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用這一教學(xué)手段，經(jīng)過實(shí)踐，取得了較好的效果。
1.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的薄弱環(huán)節(jié)
第一，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法是完成硬件電路連接后驗(yàn)證、調(diào)試，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生必須熟練使用儀器、儀表或?qū)嶒?yàn)箱等實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在連接線路調(diào)試過程中對(duì)出現(xiàn)的問題能夠排除故障。但是由于工科專業(yè)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的頻繁使用，大部分設(shè)備會(huì)出現(xiàn)靈敏度降低、器件老化、損壞等問題，那么實(shí)驗(yàn)的效果將會(huì)受到嚴(yán)重影響。第二，教師的教學(xué)方法目前仍存在‘填鴨’式、‘說教’式的上課方式，這種以教師為主的教學(xué)方法，教師在臺(tái)上講多年未改的教材，學(xué)生沒有自己的獨(dú)立思考和見解，形成被動(dòng)灌輸?shù)木置妗Ｊ箤W(xué)生缺乏創(chuàng)新觀念和意識(shí)。大學(xué)生對(duì)實(shí)踐能力的認(rèn)識(shí)和重視程度不夠，難以徹底擺脫知識(shí)本位的學(xué)習(xí)理念，將理論學(xué)習(xí)、最終成績看得很重，而把實(shí)踐能力、實(shí)踐過程當(dāng)作無足輕重的事。第三，實(shí)驗(yàn)課上，主要以理論教學(xué)為主，沒有得到學(xué)生重視，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書照抄實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理都解釋不清楚。教師不僅從實(shí)驗(yàn)方法、步驟、注意事項(xiàng)方面進(jìn)行一一講解，而且還需手把手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，在檢查學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)學(xué)生一知半解，機(jī)械式的操作，不能靈活的將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論知識(shí)有機(jī)的聯(lián)系在一起。學(xué)生的學(xué)習(xí)幾乎處于被動(dòng)狀態(tài)，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。第四，實(shí)驗(yàn)課的考核方式不完善，實(shí)驗(yàn)課多以出勤、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式給出，對(duì)學(xué)生的考核不全面。這種形式主義，使得部分學(xué)生“渾水摸魚”，進(jìn)實(shí)驗(yàn)室后對(duì)待實(shí)驗(yàn)不認(rèn)真，小組的成員在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的時(shí)候，有些學(xué)生卻忙于抄襲上次課的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)生的分?jǐn)?shù)不能如實(shí)反映學(xué)生掌握知識(shí)的真實(shí)水平。
2.EDA軟件在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
在電子技術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）的應(yīng)用，已得到廣泛的普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了極大的靈活性。這些器件可以通過軟件編程而對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，從而使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)觀念，促進(jìn)了EDA技術(shù)的迅速發(fā)展。EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺(tái)上，用硬件描述語言VHDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度。1)將EDA軟件應(yīng)用于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以實(shí)踐促理論，用理論指導(dǎo)實(shí)踐。以往的教學(xué)方法側(cè)重于理論知識(shí)講解，十分抽象,無法實(shí)現(xiàn)軟硬件結(jié)合而產(chǎn)生的直觀現(xiàn)象，在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中引入EDA軟件教學(xué)，以HDL語言示例和MAX+plusII、Protel、AltiumDesigner、multiSIM10等電子電路設(shè)計(jì)與仿真工具教學(xué)軟件引入課堂演示，加深和引導(dǎo)學(xué)生對(duì)電路設(shè)計(jì)的感性認(rèn)識(shí)。看似重實(shí)踐、輕理論的教學(xué)方法既有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，通過實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，掌握理論，在實(shí)踐中鞏固理論，用理論指導(dǎo)實(shí)踐，從而達(dá)到較好掌握知識(shí)的目的。，2)將EDA軟件應(yīng)用于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。通常實(shí)驗(yàn)中‘填鴨’式、‘說教’式的上課方式所講的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多年一成不變，不能激發(fā)學(xué)生的興趣。引入EDA軟件實(shí)驗(yàn)教學(xué)，重視實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的趣味性和實(shí)用性，更新精心設(shè)計(jì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生產(chǎn)生新鮮感，從而激起他們的興趣。3)將EDA軟件應(yīng)用于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠提高設(shè)計(jì)效率。傳統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)過程都是由人工完成，硬件電路的驗(yàn)證和調(diào)試是在電路構(gòu)成之后進(jìn)行的，電路存在問題只能在驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)。EDA軟件設(shè)計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的完成電路的設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行性能和功能的分析，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或方案不理想，可以重新設(shè)計(jì)電路再仿真，直至得到滿意的電路，大大提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，并且節(jié)省了設(shè)計(jì)成本。
3.設(shè)計(jì)舉例
應(yīng)用EDA軟件設(shè)計(jì)出一個(gè)555定時(shí)器的應(yīng)用電路，這是一個(gè)模擬電子電路和數(shù)字集成電路的混合電路設(shè)計(jì)，包含三極管開關(guān)放大電路、555構(gòu)成的多諧振蕩電路、功率放大電路。如果直接在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上連接線路，由于器件種類多，器件的選擇和連接稍有不慎，將會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果。采用EDA軟件仿真此電路卻能夠節(jié)約時(shí)間，先觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，若不正確，修改設(shè)計(jì)再仿真，得出滿意的結(jié)果后，再到實(shí)驗(yàn)箱上去連接電路。將軟件設(shè)計(jì)和硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)合起來，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到提高，授課效果有所改善。
4.結(jié)語
將EDA仿真軟件與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，既能提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率，又能能夠使學(xué)生加深對(duì)電路原理的掌握，理論聯(lián)系實(shí)際，建立學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)他們進(jìn)行實(shí)踐階段學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新。在理論教學(xué)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)之間架起一座溝通的橋梁，對(duì)更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，降低實(shí)驗(yàn)成本，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果能夠起到很大的促進(jìn)作用。
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作為應(yīng)用型本科院校，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中如何提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)際操作能力、分析和解決問題的能力亟待解決。目前國內(nèi)大多高校工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，更新?lián)Q代不及時(shí)，學(xué)生只是在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行簡單的驗(yàn)證性操作，對(duì)學(xué)生的各方面能力并沒有很好的進(jìn)行鍛煉，很多原理性的東西在實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)上沒有很好的體現(xiàn)［1］。鑒于此，可以對(duì)課程中的個(gè)別實(shí)驗(yàn)引入自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，采用該種手段不僅有利于提高學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，還可以引入最新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，提高實(shí)驗(yàn)裝置的利用效率、節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本［2］。《模擬電路》是電類專業(yè)最基礎(chǔ)的專業(yè)課程，通過該課程的學(xué)習(xí)不僅要求學(xué)生掌握較強(qiáng)的理論知識(shí)，還要求學(xué)生具有一定的實(shí)踐創(chuàng)新能力，結(jié)合多年來對(duì)本課程的授課經(jīng)驗(yàn)，以該課程為例來說明如何在教學(xué)過程中通過自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備來提高學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力。
1自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備在教學(xué)中的必要性
近年來學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)經(jīng)費(fèi)投入越來越多，其中購買了很多先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器裝置，但有些設(shè)備只能進(jìn)行簡單的驗(yàn)證性操作，對(duì)于高校工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的針對(duì)性較差。同傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较啾容^，自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用很有必要性［3－5］。
第一，適用性強(qiáng)。教師可根據(jù)單門課程或者多門課程設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)，針對(duì)不同的專業(yè)適當(dāng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)的難易程度。
第二，成本低。學(xué)生根據(jù)教師給出的實(shí)驗(yàn)要求，自行選擇元器件進(jìn)行電路的焊接，同市場(chǎng)上現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)電路板相比較能夠節(jié)約大量成本。
第三，可操作性強(qiáng)。老師可在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中加入自己的科研內(nèi)容，既能夠鍛煉學(xué)生也能夠提高教師的科研水平。
第四，提高學(xué)生專業(yè)能力和動(dòng)手能力。在實(shí)驗(yàn)執(zhí)行過程中能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、鞏固學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，并把課堂學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中，能培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和動(dòng)手操作能力。
商洛學(xué)院本科教育進(jìn)入轉(zhuǎn)型發(fā)展階段，學(xué)校以培養(yǎng)應(yīng)用型本科生為目標(biāo)，所以實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在課程教學(xué)中的作用變得尤為重要。對(duì)于電類專業(yè)的課程，現(xiàn)有的教學(xué)儀器設(shè)備不能滿足教學(xué)要求，自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以降低教學(xué)難度、提高課堂效率、拓展學(xué)生思維，創(chuàng)造性地制作各種合適的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，因此具有提升課堂教學(xué)效果的突出作用。
2自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)施
以模擬電路課程實(shí)驗(yàn)中“模擬運(yùn)算放大電路”實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行說明，該實(shí)驗(yàn)屬于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以往實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生從電路設(shè)計(jì)和電路驗(yàn)證兩方面進(jìn)行，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不能使每個(gè)學(xué)生都能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的，自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備將從電路設(shè)計(jì)、仿真、焊接、調(diào)試、驗(yàn)證等幾方面進(jìn)行實(shí)施，以此來提高學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力、分析能力和動(dòng)手能力。
2．1電路設(shè)計(jì)與仿真
此階段主要考察學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，通過對(duì)電路的設(shè)計(jì)、元器件的選擇拓展學(xué)生知識(shí)面。根據(jù)“模擬電路實(shí)驗(yàn)”教學(xué)大綱給出電路設(shè)計(jì)的要求，要求學(xué)生熟悉放大電路的原理，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)以及電路中元件參數(shù)的確定，并提交最終的設(shè)計(jì)結(jié)果。以反相比例運(yùn)算電路為例，要求設(shè)計(jì)電路的放大倍數(shù)為（－10）倍。學(xué)生首先要鞏固反向比例運(yùn)算電路的原理進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，再進(jìn)行電路的仿真。根據(jù)電路設(shè)計(jì)要求放大倍數(shù)為（－10）倍，又因?yàn)榭紤]集成運(yùn)放兩輸入回路參數(shù)對(duì)稱，即RN＝RP，綜合考慮，電路中電阻R3＝100kΩ，R1＝10kΩ，R2＝9．1kΩ。其次為了保護(hù)集成運(yùn)放，在電源端分別接兩個(gè)二極管以防止電源反接損壞集成運(yùn)放。通過電路的設(shè)計(jì)與仿真，對(duì)輸入波形和輸出波形進(jìn)行對(duì)比。輸入信號(hào)ui設(shè)置為1kHz，峰值為100mV的正弦波，由仿真結(jié)果可看出，此時(shí)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)反相，電壓放大倍數(shù)為10，且未出現(xiàn)失真，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求可以進(jìn)行下一步的電路焊接與測(cè)試。
2．2電路焊接與測(cè)試
上節(jié)以反相比例運(yùn)算電路為例進(jìn)行了設(shè)計(jì)說明，在實(shí)驗(yàn)過程中為了增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求學(xué)生對(duì)同相比例運(yùn)算電路、加法運(yùn)算電路、減法運(yùn)算電路、微積分電路等都進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真。設(shè)計(jì)完成后列出實(shí)驗(yàn)器件清單進(jìn)行電路的焊接，在焊接的過程中一方面可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力，另一方面也有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。在該電路板上學(xué)生可以通過選擇相應(yīng)的器件來實(shí)現(xiàn)各類運(yùn)算電路的測(cè)試。同樣對(duì)反相比例運(yùn)算電路進(jìn)行測(cè)試，輸入信號(hào)ui設(shè)置為1kHz，有效值為100mV的正弦波，為電路接入正負(fù)電源，根據(jù)電路設(shè)計(jì)圖連接各個(gè)電阻，接入信號(hào)函數(shù)發(fā)生器和示波器，觀察輸入輸出波形，通過示波器測(cè)試可看出，輸出電壓幅值為987mV，輸入電壓幅值為97.2mV，所得有效值放大倍數(shù)約為10倍左右，且輸入與輸出波形方向相反，即達(dá)到反相放大的目的。
2．3實(shí)驗(yàn)考核
實(shí)驗(yàn)考核是檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果最有效的手段，對(duì)于自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核要區(qū)別于一般驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，首先要求學(xué)生提交設(shè)計(jì)說明、仿真結(jié)果、實(shí)驗(yàn)心得，并對(duì)學(xué)生的作品進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試，其次在整個(gè)實(shí)驗(yàn)成績中加大該類實(shí)驗(yàn)所占的比例，這樣既能夠減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)、調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，又可以保證實(shí)驗(yàn)課程的完整性，也杜絕了學(xué)生抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象。
本文僅對(duì)反相比例運(yùn)算電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)說明，對(duì)于“模擬運(yùn)算放大電路”實(shí)驗(yàn)中的同相比例電路、加法電路、積分電路等均可以采取以上的教學(xué)方法，既能夠使學(xué)生對(duì)理論知識(shí)有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，也鍛煉了學(xué)生設(shè)計(jì)電路、焊接電路、調(diào)試電路的能力，對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)有很大的好處。
3實(shí)驗(yàn)改革的效果
為了檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)改革的效果，首先在一個(gè)班級(jí)進(jìn)行了試驗(yàn)，主要通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告、電路設(shè)計(jì)與仿真、測(cè)試效果、期末考核等方式進(jìn)行改革效果分析，主要取得以下幾方面的成果。
（1）大部分學(xué)生能夠按照要求完成最終電路的測(cè)試，個(gè)別學(xué)生在電路焊接環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。
（2）提高了學(xué)生對(duì)電路的綜合設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力，通過自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生在電路設(shè)計(jì)和焊接方面明顯優(yōu)于其他學(xué)生。
（3）實(shí)驗(yàn)報(bào)告相比以前更加規(guī)范，設(shè)計(jì)過程、仿真結(jié)果、測(cè)試結(jié)果更加的詳細(xì)，抄襲現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)。
（4）通過期末考核，學(xué)生對(duì)模擬運(yùn)算電路這部分的理論知識(shí)掌握的比較扎實(shí)，對(duì)知識(shí)能夠靈活應(yīng)用。
（5）實(shí)驗(yàn)教師的各方面能力也得到了鍛煉，在實(shí)踐中增長才干，提高自己的理論水平的技術(shù)水平。
關(guān)鍵詞：卡諾圖 數(shù)字電路 邏輯函數(shù) 應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TN79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）05-0000-00
Abstract：Karnaugh map is a kind of geometric figure that reflects the relation between the adjacent， which is used in the representation and simplification of logic function. Though a number of examples， it shows the application of karnaugh map such as solving the inverse function of logic function， judging the phenomenon of competitive adventure and the design of combinational logic circuit and sequential logic circuit . It can greatly simplify the process of analysis and design of digital circuit by flexibly applying karnaugh map， which can have a great effect.
keywords：karnaugh map； digital circuit； logic function； application
1 引言
卡諾圖是由2n個(gè)方格組成的、并能體現(xiàn)最小項(xiàng)邏輯相鄰關(guān)系的幾何圖形。從卡諾圖上能直觀地找出具有相鄰關(guān)系的最小項(xiàng)并將其合并化簡，這種方法無需特殊的技巧和熟記公式，只要按照正確的步驟和一定的化簡原則就能容易地得到最簡結(jié)果，因此卡諾圖在邏輯函數(shù)化簡中得以廣泛的應(yīng)用。
事實(shí)上，卡諾圖除了可以化簡邏輯函數(shù)，還有很多其他的用途，只要靈活運(yùn)用，即可大大化簡數(shù)字電路的分析和設(shè)計(jì)過程。本文通過實(shí)例，闡述了卡諾圖在邏輯函數(shù)化簡之外的幾點(diǎn)巧妙應(yīng)用。
2 卡諾圖在數(shù)字電路中的巧妙應(yīng)用
2.1利用卡諾圖求邏輯函數(shù)的反函數(shù)
利用反演規(guī)則可以比較容易地求出邏輯函數(shù)的反函數(shù)，但得到的表達(dá)式并一定最簡。如果利用卡諾圖，對(duì)邏輯函數(shù)表達(dá)式中沒有出現(xiàn)的最小項(xiàng)之和進(jìn)行化簡，即采用包圍0的方法，得到的表達(dá)式即為邏輯函數(shù)反函數(shù)的最簡與或式。
例1：求邏輯函數(shù)的反函數(shù)。
解：畫出邏輯函數(shù)的卡諾圖（如圖1），在卡諾圖中對(duì)0加包圍圈，可求出反函數(shù)的最簡與或式，即得。
2.2利用卡諾圖分析組合邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)
在組合邏輯電路中，門電路的兩個(gè)不同電平輸入信號(hào)同時(shí)向相反方向轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象稱為競(jìng)爭(zhēng)，由競(jìng)爭(zhēng)而可能產(chǎn)生輸出干擾脈沖的現(xiàn)象稱為冒險(xiǎn)。為保證電路正常工作，設(shè)計(jì)時(shí)需注意判斷和消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。判斷和消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的方法有代數(shù)法、實(shí)驗(yàn)室法，其中利用卡諾圖判斷有無競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)，并用增加冗余項(xiàng)消去互補(bǔ)變量的方法，直觀、簡便。
卡諾圖法的步驟是：先畫出邏輯函數(shù)的卡諾圖，然后在卡諾圖上畫出與表達(dá)式中的乘積項(xiàng)相對(duì)應(yīng)的包圍圈，如果圈與圈之間出現(xiàn)相切，且相切處沒有被其他圈包圍，即可判斷出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。
例2：判斷邏輯函數(shù)是否有可能產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)，如果可能應(yīng)如何消除。
解：由邏輯函數(shù)畫出卡諾圖（圖2），并按、畫出包圍圈（圖2上用實(shí)線表示），從圖上可看出兩個(gè)圈相切，且相切處沒有被其他圈包圍，表明產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)，此時(shí)，若對(duì)相切部分的相鄰項(xiàng)加包圍圈（圖2上用虛線表示），即增加冗余項(xiàng)，從而實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象的消除。此時(shí)邏輯函數(shù)的表達(dá)式變?yōu)椤?/p>
2.3利用卡諾圖實(shí)現(xiàn)“用具有n 個(gè)地址輸入端的數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)m變量（n
用具有n 個(gè)地址輸入端的數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)m變量（n
卡諾圖法步驟是：先畫出邏輯函數(shù)的卡諾圖，然后選定地址變量，并以地址變量的變化組合在卡諾圖上畫包圍圈，再根據(jù)包圍圈中出現(xiàn)1的方格寫出除地址變量外的變量形式，該變量形式即為數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)端的輸入量Di。
例3：用8選1數(shù)據(jù)選擇器CC4512實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)。
解：畫出邏輯函數(shù)的卡諾圖（圖3），選地址A2A1A0變量為ABC，即把ABC接在器件的地址輸入端A2A1A0。然后在卡諾圖上以ABC的八種取值組合畫包圍圈（用虛線圈表示），由每個(gè)包圍圈中出現(xiàn)1的方格，可得數(shù)據(jù)輸入端分別為：，，，按此結(jié)果可畫出相應(yīng)的邏輯電路圖（圖4）。
2.4利用卡諾圖實(shí)現(xiàn)“用JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路”
時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)步驟一般是先根據(jù)邏輯功能確定欲實(shí)現(xiàn)電路的狀態(tài)表，再選定觸發(fā)器類型，然后求取輸出方程和觸發(fā)器的激勵(lì)方程，最后進(jìn)行自啟動(dòng)檢查，畫出邏輯圖。若選擇JK觸發(fā)器，電路的激勵(lì)方程需要間接導(dǎo)出。借助卡諾圖可快速容易地求出JK觸發(fā)器的激勵(lì)方程。
例4：已知某時(shí)序電路的狀態(tài)表如表1所示，用JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)該電路。
傳統(tǒng)方法：結(jié)合時(shí)序電路的狀態(tài)表（表1）和JK觸發(fā)器激勵(lì)表（表2）可得表3，據(jù)此畫出兩個(gè)JK觸發(fā)器的輸入J、K和電路輸出Y共計(jì)5個(gè)卡諾圖。然后遵循卡諾圖化簡原則即可找到觸發(fā)器的激勵(lì)方程和輸出方程。這種方法要求能準(zhǔn)確寫出JK觸發(fā)器激勵(lì)表，而且卡諾圖使用個(gè)數(shù)較多。
巧妙方法：直接根據(jù)表1畫出次態(tài)卡諾圖（圖5），在卡諾圖上按變量Q1取值為1、為0把卡諾圖分成兩部分（用虛線劃分），并在每個(gè)部分對(duì)出現(xiàn)1的格子畫包圍圈，根據(jù)每個(gè)包圍圈寫出與項(xiàng)式并相加得到次態(tài)表達(dá)式，與JK觸發(fā)器的激勵(lì)方程對(duì)比，則很容易地得到觸發(fā)器1的激勵(lì)方程，同樣的方法可得到觸發(fā)器0的激勵(lì)方程。
3 結(jié)語
綜上所述，卡諾圖在數(shù)字電路中應(yīng)用廣泛，不僅可以化簡邏輯函數(shù)，還可以在求邏輯函數(shù)的反函數(shù)、組合電路中競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)判定、組合邏輯電路設(shè)計(jì)、時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)等方面體現(xiàn)其優(yōu)越性。靈活巧妙地運(yùn)用卡諾圖，對(duì)提高數(shù)字電路課程的教學(xué)效果和簡化數(shù)字電路的分析設(shè)計(jì)過程，都起到了事半功倍的效果。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】信息處理 控制子系統(tǒng) 設(shè)計(jì)
一、信息處理和控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程
信息處理與控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是圍繞著執(zhí)行子系統(tǒng)的功能需求而進(jìn)行的，信息處理與控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：
1.確定控制子系統(tǒng)的整體方案。構(gòu)思控制子系統(tǒng)的整體方案必須深入了解被控對(duì)象的控制要求。關(guān)鍵問題有：（1）控制方式及其與計(jì)算機(jī)的匹配條件。對(duì)于一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)某些功能可采用多種控制方案、多種控制方法。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)一定的控制策略和完成一定的信息處理。當(dāng)控制系統(tǒng)的功能和主要性能指標(biāo)確定后，對(duì)計(jì)算機(jī)的基本要求也就隨之確定了。由于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)有多種類型，每種類型又包含多種產(chǎn)品，往往有多種方案可以實(shí)現(xiàn)同一控制目標(biāo)。（2）應(yīng)考慮驅(qū)動(dòng)部件的類型和執(zhí)行部件（機(jī)構(gòu)）的類型。（3）應(yīng)考慮對(duì)可靠性、精度和快速性有什么要求。（4）應(yīng)考慮微機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用，是設(shè)定計(jì)算、直接控制還是數(shù)據(jù)處理。微機(jī)應(yīng)承擔(dān)哪些任務(wù)，為完成這些任務(wù)，微機(jī)應(yīng)具備哪些功能，需要哪些輸入/輸出通道，配備哪些外圍設(shè)備。（5）畫出控制子系統(tǒng)組成的初步框圖，作為下一步設(shè)計(jì)的依據(jù)。
2.確定控制算法。應(yīng)對(duì)控制子系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，確定其控制算法。控制算法決定了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。應(yīng)根據(jù)不同的控制對(duì)象、不同的控制指標(biāo)要求選擇不同的控制算法。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其算法也較復(fù)雜，使控制較難實(shí)現(xiàn)。為此需進(jìn)行某些合理簡化，忽略某些次要影響因素，使控制算法簡化，以獲得較好的控制效果。
3.控制子系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。控制子系統(tǒng)要綜合考慮硬件和軟件措施，解決微型機(jī)、被控對(duì)象和操作者三者信息交換的通路和分時(shí)控制的時(shí)序安排問題，保證系統(tǒng)能正常地運(yùn)行。通過總體設(shè)計(jì)，畫出系統(tǒng)的具體構(gòu)成框圖。
4.軟件設(shè)計(jì)。微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，軟件設(shè)計(jì)主要指應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。控制子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用軟件的要求是具有實(shí)時(shí)性、針對(duì)性、靈活性和通用性。系統(tǒng)的硬件和軟件需合理結(jié)合。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，哪些功能用硬件實(shí)現(xiàn)、哪些功能用軟件實(shí)現(xiàn)等都是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的重要問題。對(duì)于運(yùn)算與判斷、處理等功能適宜用軟件來實(shí)現(xiàn)，而其余不少的功能既可用硬件來實(shí)現(xiàn)，又可用軟件來實(shí)現(xiàn)。為了合理組成控制系統(tǒng)的硬件和軟件，通常根據(jù)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性綜合最優(yōu)來確定。
二、信息處理與控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.電子部件設(shè)計(jì)
電子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)部件設(shè)計(jì)與機(jī)械部件設(shè)計(jì)過程大為不同。對(duì)于簡單部件，如電容器、電阻器、電位計(jì)和變壓器等，可以像機(jī)械設(shè)計(jì)那樣，將部件設(shè)計(jì)理解為確定其所有基本性質(zhì)的過程。部件完全被單個(gè)元件的（機(jī)械）結(jié)構(gòu)所定義，每個(gè)元件又由其形狀、尺寸、材料、表面質(zhì)量所描述。當(dāng)然，電磁性質(zhì)對(duì)于材料的選擇是非常重要的。對(duì)于像半導(dǎo)體和集成電路這樣的復(fù)雜功能部件，對(duì)基本設(shè)計(jì)性質(zhì)的確定并不能充分地解釋所有可直接處理的設(shè)計(jì)性質(zhì)。隨著超大規(guī)模集成電路部件上晶體管數(shù)量的驚人增長，電子部件設(shè)計(jì)只能在計(jì)算機(jī)輔助下，采用層次化、面向系統(tǒng)的方法來進(jìn)行。電子部件主要由專業(yè)化公司設(shè)計(jì)，在許多方面都實(shí)現(xiàn)了高度標(biāo)準(zhǔn)化，如部件值及公差、功能說明、機(jī)械封裝（如雙列直插式封裝、表面貼裝技術(shù)封裝）、溫度范圍等。只有在一些特殊情況下，機(jī)電設(shè)計(jì)者才需要自行設(shè)計(jì)電子部件。
2.電路設(shè)計(jì)
在電子系統(tǒng)中，可以進(jìn)行電路的功能設(shè)計(jì)而幾乎獨(dú)立于其物理實(shí)現(xiàn)，其結(jié)果就是電路設(shè)計(jì)（二維）與電子封裝設(shè)計(jì)（三維）的分離。電路基本上是由具有傳導(dǎo)聯(lián)系的功能部件所構(gòu)成的二維結(jié)構(gòu)。很少從頭開始設(shè)計(jì)一個(gè)電路。對(duì)于典型的功能需求，在技術(shù)資料中存在著大量的概念原理解，如放大器、振蕩器、濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器電路等。電路設(shè)計(jì)是利用已有元器件創(chuàng)造出新的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)時(shí)，可將設(shè)計(jì)任務(wù)由頂向下地細(xì)分為子問題，直至其對(duì)應(yīng)于已知方案解或已知集成部件。電路設(shè)計(jì)主要基于分析和尺寸確定方法。一旦確定電路圖結(jié)構(gòu)，就可詳細(xì)地計(jì)算其性能并進(jìn)行仿真。因而通常的做法是快速提出一個(gè)方案解用于電路分析，然后修改該方案直至滿足設(shè)計(jì)要求。由于一些因素的存在，使得電路功能難以完全獨(dú)立于電路圖的物理實(shí)現(xiàn)（即封裝），例如：導(dǎo)體尺度限制了能量傳輸和轉(zhuǎn)換率；電路中的熱功耗完全依賴于機(jī)械結(jié)構(gòu)；電磁屏蔽對(duì)于微處理器的正常運(yùn)行極其關(guān)鍵；過小的尺寸會(huì)引起信號(hào)載體間的反饋和串?dāng)_；制造公差使得一些規(guī)定功能產(chǎn)生了偏差。需要注意的是，以上多數(shù)問題都與信號(hào)中的能量因素有關(guān)，它們實(shí)際上是電路設(shè)計(jì)師和封裝、機(jī)械設(shè)計(jì)師的“接口”問題。與機(jī)械設(shè)計(jì)相比，電子系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和物理實(shí)現(xiàn)相互之間更加獨(dú)立。在描述電子變換功能、部件結(jié)構(gòu)的圖形建模方面，都有相應(yīng)理論和方法存在，但設(shè)計(jì)綜合理論非常少。在一定程度上，機(jī)械設(shè)計(jì)理論可以應(yīng)用于電子部件設(shè)計(jì)和電子封裝設(shè)計(jì)。
三、信息處理與控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
在軟件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，主要問題是生成必需的變換和數(shù)據(jù)的整體結(jié)構(gòu)。對(duì)于一個(gè)給定的系統(tǒng)，這個(gè)結(jié)構(gòu)通常是唯一的，而其中的程序模塊（如算法）則往往能夠再次應(yīng)用于其它設(shè)計(jì)。但是目前，能夠明確軟件模塊的功能和輸入輸出的標(biāo)準(zhǔn)化方法還不存在，這就意味著難于進(jìn)行功能的分類，軟件模塊的重用也極其有限。所以，軟件設(shè)計(jì)中的問題通常是“新”的，需要尋求未知解。軟件工程中的設(shè)計(jì)建模是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。軟件設(shè)計(jì)非常抽象，只有進(jìn)入編程階段，設(shè)計(jì)者才能使用文字和圖表來表達(dá)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和功能。即使在編程階段，設(shè)計(jì)工作也只能通過程序清單和輸入/輸出數(shù)據(jù)來進(jìn)行追溯和記錄。這樣就不可避免地在軟件設(shè)計(jì)者和外行之間產(chǎn)生了隔閡，因?yàn)橹挥性谠O(shè)計(jì)即將完成、程序即將嵌入硬件中時(shí)，才能夠?qū)ο到y(tǒng)的功能進(jìn)行測(cè)試——而這時(shí)再想做出任何重大的修改往往就為時(shí)已晚了。為了解決這類問題，已經(jīng)出現(xiàn)了一些方法，例如快速原型設(shè)計(jì)，即對(duì)早期、粗略的程序思想進(jìn)行功能建模，以期盡快得到用戶反饋、及早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，做出修改。但即使應(yīng)用快速原型設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)者也有必要大量使用圖形，以便與外行就它的程序功能進(jìn)行交流。
參考文獻(xiàn)
