时间：2023-10-19 10:41:20
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电路设计过程，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】集成电路；设计方法；IP技术
基于CMOS工艺发展背景下，CMOS集成电路得到了广泛应用，即到目前为止，仍有95%集成电路融入了CMOS工艺技术，但基于64kb动态存储器的发展，集成电路微小化设计逐渐引起了人们关注。因而在此基础上，为了迎合集成电路时代的发展，应注重在当前集成电路设计过程中从微电路、芯片等角度入手，对集成电路进行改善与优化，且突出小型化设计优势。以下就是对集成电路设计与IP设计技术的详细阐述，望其能为当前集成电路设计领域的发展提供参考。
1当前集成电路设计方法
1.1全定制设计方法
集成电路，即通过光刻、扩散、氧化等作业方法，将半导体、电阻、电容、电感等元器件集中于一块小硅片，置入管壳内，应用于网络通信、计算机、电子技术等领域中。而在集成电路设计过程中，为了营造良好的电路设计空间，应注重强调对全定制设计方法的应用，即在集成电路实践设计环节开展过程中通过版图编辑工具，对半导体元器件图形、尺寸、连线、位置等各个设计环节进行把控，最终通过版图布局、布线等，达到元器件组合、优化目的。同时，在元器件电路参数优化过程中，为了满足小型化集成电路应用需求，应遵从“自由格式”版图设计原则，且以紧凑的设计方法，对每个元器件所连导线进行布局，就此将芯片尺寸控制到最小状态下。例如，随机逻辑网络在设计过程中，为了提高网络运行速度，即采取全定制集成电路设计方法，满足了网络平台运行需求。但由于全定制设计方法在实施过程中，设计周期较长，为此，应注重对其的合理化应用。
1.2半定制设计方法
半定制设计方法在应用过程中需借助原有的单元电路，同时注重在集成电路优化过程中，从单元库内选取适宜的电压或压焊块，以自动化方式对集成电路进行布局、布线，且获取掩膜版图。例如，专用集成电路ASIC在设计过程中为了减少成本投入量，即采用了半定制设计方法，同时注重在半定制设计方式应用过程中融入门阵列设计理念，即将若干个器件进行排序，且排列为门阵列形式，继而通过导线连接形式形成统一的电路单元，并保障各单元间的一致性。而在半定制集成电路设计过程中，亦可采取标准单元设计方式，即要求相关技术人员在集成电路设计过程中应运用版图编辑工具对集成电路进行操控，同时结合电路单元版图，连接、布局集成电路运作环境，达到布通率100%的集成电路设计状态。从以上的分析中即可看出，在小型化集成电路设计过程中，强调对半定制设计方法的应用，有助于缩短设计周期，为此，应提高对其的重视程度。
1.3基于IP的设计方法
基于0.35μmCMOS工艺的推动下，传统的集成电路设计方式已经无法满足计算机、网络通讯等领域集成电路应用需求，因而在此基础上，为了推动各领域产业的进一步发展，应注重融入IP设计方法，即在集成电路设计过程中将“设计复用与软硬件协同”作为导向，开发单一模块，并集成、复用IP，就此将集成电路工作量控制到原有1/10，而工作效益提升10倍。但基于IP视角下，在集成电路设计过程中，要求相关工作人员应注重通过专业IP公司、Foundry积累、EDA厂商等路径获取IP核，且基于IP核支撑资源获取的基础上，完善检索系统、开发库管理系统、IP核库等，最终对1700多个IP核资源进行系统化整理，并通过VSIA标准评估方式，对IP核集成电路运行环境的安全性、动态性进行质量检测、评估，规避集成电路故障问题的凸显，且达到最佳的集成电路设计状态。另外，在IP集成电路设计过程中，亦应注重增设HDL代码等检测功能，从而满足集成电路设计要求，达到最佳的设计状态，且更好的应用于计算机、网络通讯等领域中。
2集成电路设计中IP设计技术分析
基于IP的设计技术，主要分为软核、硬核、固核三种设计方式，同时在IP系统规划过程中，需完善32位处理器，同时融入微处理器、DSP等，继而应用于Internet、USB接口、微处理器核、UART等运作环境下。而IP设计技术在应用过程中对测试平台支撑条件提出了更高的要求，因而在IP设计环节开展过程中，应注重选用适宜的接口，寄存I/O，且以独立性IP模块设计方式，对芯片布局布线进行操控，简化集成电路整体设计过程。此外，在IP设计技术应用过程中，必须突出全面性特点，即从特性概述、框图、工作描述、版图信息、软模型/HDL模型等角度入手，推进IP文件化，最终实现对集成电路设计信息的全方位反馈。另外，就当前的现状来看，IP设计技术涵盖了ASIC测试、系统仿真、ASIC模拟、IP继承等设计环节，且制定了IP战略，因而有助于减少IP集成电路开发风险，为此，在当前集成电路设计工作开展过程中应融入IP设计技术，并建构AMBA总线等，打造良好的集成电路运行环境，强化整体电路集成度，达到最佳的电路布局、规划状态。
3结论
综上可知，集成电路被广泛应用于计算机等产业发展领域，推进了社会的进步。为此，为了降低集成电路设计风险，减少开发经费，缩短开发时间，要求相关技术人员在集成电路设计工作开展过程中应注重强调对基于IP的设计方法、半定制设计方法、全定制设计方法等的应用，同时注重引入IP设计技术理念，完善ASIC模拟、系统测试等集成电路设计功能，最终就此规避电路开发中故障问题的凸显，达到最佳的集成电路开发、设计状态。
参考文献
[1]肖春花.集成电路设计方法及IP重用设计技术研究[J].电子技术与软件工程,2014,12(06):190-191.
[2]李群，樊丽春.基于IP技术的模拟集成电路设计研究[J].科技创新导报,2013,12(08):56-57.
关键词：计算机；高速数字电路；设计技术
对于高速数字电路来说，其主要指的就是高速变化的信号在传播过程中产生的电熔、电感等具备着一定模拟特性的电路，实现计算机高速数字电路的建设，不单单需要对先进的电子技术进行应用，还需要结合现代化的计算机软件技术进行完善，进而实现对计算机高速数字电路每一部分的参数的优化和调整，进而保证计算机高速数字电路系统能够正常稳定的运行，达到一定的运行标准。在对计算机高速数字电路进行设计时，需要做的是在设计过程中对各部分的元器件进行合理的搭配，不然将会对电路元器件、电路信号等正常运行与传输产生不良的影响。
1计算机高速数字电路设计技术的影响因素
对于高速数字电路的设计来说，其是否能够成功主要“决定权”在于信号的质量,也就是高速数字电路信号完整程度的保持,假如对高速数字电路信号完整程度无法保持,在信号的传输过程当中，就会发生信号缺失，进而产生信号失真的现象，一旦这种现象发生，对于数据信息、地址等方面都会产生十分不良的影响，令整体的高速数字电路系统无法保持正常运行,甚至会造成整体系统的崩溃。而影响信号质量的因素并不单一,其是由多种因素所共同影响，然而,在对信号的完整性影响因素进行分析时，可以发现，其主要能分为以下几点:第一点，在整体的计算机高速数字电路系统中，在信号传输线位置的阻抗存在着差异，无法进行正常的匹配,进而能够出现“反射噪声”的现象,对于的信号完整性而言，能够对其产生一定的影响作用[1]。第二点，在整体的计算机高速数字电路系统中，信号线与信号线之间的距离受到电路密集度的影响，一旦电路密集度不断的进行增大，信号线之间的距离将会越来越狭小,这就致使信号与信号之间的电磁藕合参数呈现出上升的趋势,如果不进行及时的处理,就会导致信号间出现“串扰现象”，进而影响到信号的质量[2]。第三点，在整体的计算机高速数字电路系统中，在芯片内存在着大量的电路，这些电路在同时输出的过程中,会受到在电源平面间存在着的电阻以及电阻的作用,进而产生较大的“瞬态电流”,这种“瞬态电流”产生后，会对地线、电源线上的存在着的电压造成一定程度的不良影响,因此导致信号的发生一些波动和变化。总的来说,对计算机高速数字电路进行科学合理的设计,降低或者是排除以上三方面因素对信号质量的不良影响,进而达到促进计算机高速数字电路信号完整性的提高,在现代化的计算机高速数字电路的设计过程当中，是首先需要解决的问题,只有这样才能够保证计算机高速数字电路设计的成功性。
2计算机高速数字电路设计技术问题的解决对策
2.1阻抗问题的解决策略
为了避免信号传输线位置的阻抗存在着差异造成的信号受到影响的情况发生，首先需要对先进的计算机高速数字电路设计技术理念进行学习和研究，在正常情况下，计算机高速数字电路设计过程中，很难令电路中存在着的临街阻抗相互之间契合，因此，可以采用对计算机高速数字电路设计技术进行创新和完善的办法，令电路系统一直都保持过阻抗的状态，只有这样才能够在一定程度上保证计算机高速数字电路的信号传播过程中，信号的完整性不会受到阻抗差异的影响，进而获得更好的计算机高速数字电路信息传输效率[3]。
2.2串扰现象的解决策略
在对计算机高速数字电路进行设计时，对于“串扰现象”需要进行合理地解决。参照信号传播的基本理论,可以发现，在电路中，电流的流动趋势属于循环流动,对于这一现象而言，数字电路设计工作人员往往并不在意。在传播信号的路径和回路形成了电流环路,电感在这样中的回路随着路径的逐渐增大，电感也逐渐变大,同时，电流环路中存在着的电流也会根据电磁场的变化产生一定程度的改变。在对这样的电流环路展开“减小处理”,能够降低“串扰现象”带来的影响[4]。
2.3瞬态电流的解决策略
在对计算机高速数字电路进行设计的过程中,要对电源的电阻因素以及电感因素进行充分的考虑,实现对电阻因素以及电感因素的预先处理。在现阶段的电路系统中，通常情况下电路材料都是铜质材料,这种铜质材料远远对高速数字电路设计的要求和标准无法进行满足,所以，在高速数字电路进行设计的过程当中，还要对电路材料方面影响因素进行解决,使用更为合理的电路材料对去藕电容进行引导，将其引导进入整个高速数字电路中，能够在一定程度上降低“瞬态电流”的发生频率。
3结语
综上所述，在社会不断的发展的过当中，对于电子技术来说，也带来了一定的发展契机，令其发展速度也得以提升，计算机高速数字电路设计技术就是在这样的发展前提下得到了不断地完善及进步，是对先进的电子技术概念理论进行应用，进而达到的设计标准，为一些行业的整体发展能够起到一定的促进作用。通过对计算机高速数字电路设计技术进行研究和分析，结合相关的文献资料以及专业性知识，对计算机高速数字电路技术进行进一步研究，能够在一定程度上加快计算机高速数字电路技术的发展进程，进而在更多的行业当中得到更好的应用。
作者:黄一曦 单位:广西理工职业技术学校
自主式课题教学法
针对目前课堂教学的现状，提出自主式课题教学法。其基本理念就是改革课堂教学，即在课堂上系统地讲授电路设计方法，而不是仅仅教会学生解题。此外，将学生分成若干个学习小组，给每个小组布置不同的电路模块设计课题，通过完成自己的课题达到初步实践电路设计方法的目的。同时，由于学生都是带着设计课题听课的，这样也会提高学生自主学习理论知识的积极性。具体实施步骤如下：
在课程教学初期，指导学生自由组成学习小组，提供若干模块设计课题供各小组挑选。选定的模块设计任务伴随该小组整个课程学习过程。这个阶段的教学要点如下：①尽量保证学生按照自己的意愿组合形成学习小组，这样小组成员在课题设计过程中才能有较好的默契，相互配合，依靠团队的力量完成设计任务。②该阶段是课程教学初期，学生对各个模块设计课题还不了解，教师应占用一定的课堂时间对课题进行解释和指点，充分激发学生自主学习的积极性，使学生自发地利用课余时间收集资料，选定设计方案。③当学习小组初步完成课题资料的收集和整理后，则安排一次课堂报告，由各个小组制作幻灯片向全班同学汇报其对课题的理解以及初步选定的设计方案，并由任课教师进行点评，指出其下一步工作重点。④模块设计课题应涵盖所讲授课程的各个章节，这样利于在讲课过程中通过讲解各个模块设计方法串联课程各章节的知识点。同时，讲课内容与学生正在进行的设计任务相关联，容易调动学生自主学习的积极性。
在课程教学中期，将模块设计课题融入到各个章节的课堂教学中，教会学生具体的电路设计方法，同时在实验课上指导学生进行电路调试以及指标测试。这个阶段的教学要点如下：①要求各小组通过课堂学习不断改进自己初期拟定的电路设计方案以及元器件参数计算方法。充分体现了自主式课堂教学法的教学理念，即激发学生的学习主动性，从而自主采用课堂讲授方法改进自己的电路设计，使其感受到如何将课堂所学理论知识运用到实际的电路设计中。②向学生灌输团队设计的理念，针对电路设计和调试过程中团队成员间的沟通和讨论，使学生认识到如何进行团队协作，同时在教师和团队间建立畅通的交流渠道，使学生的问题能得到解答，从而有信心完成课题设计任务。③安排课堂报告，各小组制作幻灯片向全班同学汇报课题设计进展，由任课教师对学生的设计进行中期考核并指出下一步工作重点。
在课堂教学后期，对各学习小组制作的模块电路进行验收和总结。这个阶段的教学要点如下：①督促各学习小组做好指标测试工作，验证自己设计的电路是否达到设计要求，同时总结整个设计过程的经验教训。②安排课堂报告，各小组制作幻灯片向全班同学汇报课题制作成果，由任课教师对设计成果进行总结。③各小组提交课题设计报告，详细介绍整个电路设计原理、参数计算过程，并记录系统的性能指标，总结电路调试过程中发现问题、解决问题的经验教训。
自主式课题教学法的应用实例
我们在通信电子线路课上使用了这种教学法。首先，根据整个课程内容设计8个模块的设计课题，将该课程的主要知识点都融合在这几个课题中，课题名称。
第一阶段：由学生自由组合形成学习小组并从这8个课题中选择一个，作为该小组在课程学习期间的设计任务。由小组成员相互配合进行资料收集以及设计方案的论证。在课程开始后的第二个教学周，组织各小组制作幻灯片报告该小组拟定的设计方案以及设计时间安排。需要说明的是，各小组进行方案设计的时候，相应的知识点还没有在课堂上进行系统地讲授，完全由学生先自学各自课题相关基础知识，然后进行资料收集整理，通过内部讨论，最终确定课题的初步设计方案。这个阶段需要学生充分发挥自己的主观能动性去熟悉课题、讨论方案以及确定初步方案。从实际情况来看，学生在这个阶段常常表现出很大的学习积极性，进行方案汇报时的现场气氛也很热烈。此外，由于设计课题涵盖了这门课程的主要知识点，相应课题方案的初步确定过程也是学生对课程知识的预习阶段。这样可以充分激发他们的求知欲，当教师在课堂上讲到相应的知识点时，能抓住学生的注意力，获得较好的教学效果。
第二阶段：主要完成各个章节知识点的讲授，这一阶段应该注意在课上重点讲解如何充分运用教材中的知识完成模块设计课题，让学生意识到，这些书本知识并不是抽象的理论知识，只要稍加变通就可以有效地指导生产实际。例如在讲到求解高频功率放大器的题目时，计算电路输出功率用到公式(1)：200cmVPR=(1)其中P0为电路输出功率，Vcm为电路输出电压幅值，R0为电路负载电阻。而在真正设计功放电路时，电路的输出功率及输出电压幅值常常是已知条件(见表1)，而具体的电路以及电路中所采用元器件的参数如电阻阻值是需要进行计算的。因此只需要将公式(1)转化为公式(2)：200cmVRP=(2)转化后即可用于电路中所采用负载电阻的计算。整个课程讲授过程都要将知识点具体化，让学生意识到，只要将这些公式进行简单的变化(常常是翻转)就可以用于电路设计过程中元器件的参数计算，从而使学生可以一边学习课堂知识，一边将所学知识应用起来，真正做到活学活用。此外，在实验课中要指导各小组的电路焊接以及调试工作，并监督其设计进度，从而掌握学生对所学内容的理解程度。在这个阶段，真正实现了本教学法所强调的理论联系实际，即学生可以做到边学习，边使用，边检验，整个课程的教学效果良好。最后一个阶段是课程的结束阶段，主要做好各小组课题的验收工作，并对各小组所设计的模块进行点评，最后安排一次期终汇报作为整个课堂教学的结束。本教学法已经实践了两年，学生对这种教学法的满意度较高。此外，学生的平时成绩与模块设计课题制作情况挂钩，因此各学习小组都投入了较多精力用于电路模块制作，成功率也较高。并且学生通过电路模块的制作过程也了解到了如何运用课堂所学知识进行电路设计。
【关键词】 电能量计量 无线通信 智能电网
当前智能电网已经成为今后发展的必然趋势，智能电网以提升电力服务运行效率为主要目标，在实际发展过程中智能电网的兴起和发展对于促进经济社会的发展有着非常重要地作用。从实际情况来看，电能量计量系统的性能对智能电网具有十分重要地意义，为了保证智能电网的运行就必须要科学合理地设计电能量计量系统。基于无线通信技术的电能量计量系统是今后发展的必然选择，在今后发展过程中加强对这项技术的研究已经成为今后发展的必然选择。
1 需求分析和总体框架设计
（1）需求分析。分析需求是进行设计地重要前提，为了实现科学设计首先就需要明确需求。了解真实需要非常重要。从以往的实际情况来看，有线通信方式已经不能够适应日益复杂的形势，有线通信方式需要铺设信号载体、传输过程中容易受到破坏且线路检修很麻烦。正是因为具有这样多的特点，在今后工作过程中就必须要不断加强对无线通信技术的研究。无线通信技术本身是不需要布线的，在实际传输过程中受到的影响也较小。
以太网技术的引用已经成为今后发展的必然选择，整个居民的数据都应该引入到以太网中，这项技术的引用对于实现随时随地缴纳电费有着十分重要地意义。这有助于提升工作人员自身效率。阶梯电价计价方式已经成为今后发展的一种重要地计价方式。这种计价方式的应用对于促进人们节约用电将发挥重要作用。
（2）系统总体设计。针对计量系统的设计首先是要从框架上来进行总体设计，在整体设计过程中电能量计量管理系统本身是分为网关层、电能量采集层以及管理层这三个层次的。为了实现科学分析本文将重点研究管理层以下的远程电能计量部分，具体而言将主要分析电能量采集层及网关层。
从硬件角度来看，电能量采集层主要是由信息传送模块及采集模块构成的。采集模块的主要功能就是要把电能量采集到一起并且要交给信息传送模块。信息传送模块主要是选用的是ZigBee系统级芯片。系统中网管层的主要功能就是要转换信息传递的形式。
2 硬件设计
系统的硬件设计主要是对系统中的采集层测量电路、传送电路以及网关层硬件来进行设计。对于这几个部分的设计应该保持高度重视。
（1）采集层测量电路设计。对于采集层测量电路而言，本文将主要采用AD71056芯片来进行设计，在实际工作中CF脚需要同单片机引脚相连，在计量过程中主要是要利用单片机中断功能来对脉冲进行计算，从而实现计算电能的目的。在实际工作中该芯片的CF引脚需要连接道光耦隔离电路中，光藕隔离电路本身的另一端需要连接道单片机的输入引脚。在整个系统中光耦隔离电路将能够起到隔离电路干扰的作用。
（2）传送电路设计。信息传送电路的设计是一个非常重要地环节，在实际工作中对于信息传送电路的设计需要保持高度重视。在设计过程中对于CC2530芯片应该不断加强研究，传送电路主要是以该芯片为主。传送电路设计过程中芯片VDD1电源需要连接到并联的去耦电容组上，100nF陶瓷电容的主要作用是为了有效滤除掉高频干扰。为了适应实际需要，在设计过程中还需要设计一个简单的平衡-不平衡转化电路，之所以要这样是因为该芯片中使用到的单极子是一个不平衡天线。
电路的设计是传送电路在设计过程中不可忽视的一个环节，实际工作中对于电路设计要能够保证芯片正常运行，同时还要能够完成点数据显示工作。为了实现这一目的就需要设计CC2530数据显示电路。具体而言就是要选择液晶显示屏LCD1602来完成这一目的。在采用这一显示器之后将能够实现有效显示。
（3）网管层硬件设计。网管层设计过程中重点是要做好LM3S9 B96以太网应用电路的设计，该芯片是由以太网接入控制器及物理接口收发器整合而成的。设计过程中该芯片将能够实现MAC及PHY的有效匹配。这对于简化设计，降低成本有着十分重要地意义。实际工作中为了保证芯片正常运行就需要通过网络变压器把PHY同网卡接口连接起来。为了保证信号耦合，还需要把芯片同外部隔离，这对于芯片的抗干扰及保护也是具有十分重要地意义的。
3 软件设计
系统中的软件设计是不可忽视的环节，软件设计主要是电能采集层软件设计。具体而言指的是采集层CC2530程序的设计。在实际设计过程中本文将采用事件轮循机制来进行设计。各层在进入初始化状态之后，系统将会进入到低功耗模式，此时一旦事件发生之后，系统就会被唤醒，系统将会进入到中断处理事件中，结束之后将会进入到低功耗模式中，当几个事件同时发生的时候就需要判断事件优先级，然后根据优先级来对各种事件进行逐步处理。通过采用这样一种软件架构对于降低系统功耗有着十分重要地作用。为了实现有效处理，在实际工作中还可以设置计时器。系统工作过程中需要输入一定代码，通过输入代码才能够保证系统正常运行。系统运行过程中需要输入以下代码：
osal―start―timerEx（Caiji―TasklD，Caiji―VOWER_EVT，1 0）;
基于无线通信技术的电能量计量系统的设计对于提升智能电网系统效率有着十分重要地意义，在今后工作过程中对于这样一种系统应该不断加强研究。本文重点分析了该系统的设计，今后设计过程中首先是要分析需求，然后是总体设计，最后再来进行硬件和软件设计。今后要不断加强这方面的研究，才能够适应实际发展的要求。
参考文献：
[1]孙传军.浅谈智能电表目前的现状与未来发展方向[J].中国新技术新产品，2011，（22）：5-6.
[2]史志平.基于嵌入式技术的电力数据采集的发展[J].价值工程，2011，（36）：35.
【关键词】软件仿真 电子设计 虚拟仪器 测试分析 电子测量
随着时代的进步，信息技术的高速发展，单纯的原理性解读已不能满足广大电子产品设计者对信息摄取的要求。对于电路各部分原理的分析，人们希望能简化操作，直观展现现象和结果。Multisim软件正是一款电子线路仿真软件，能有效地实现原理图捕获、交互式仿真、电路板设计和集成测试等功能的电路仿真与分析软件。它将虚拟仪器技术灵活地应用于电子设计平台，弥补测试与设计之间的缺口。
1 Multisim仿真软件简述
目前，电子产品的纯手工设计已基本上不复存在，现代化的电子产品设计过程，从产品功能的确立，到电路原理、PCB版图、程序设计、FPGA的构建及仿真、外观界面、元器件清单等设计生产所需资料全部都可以在计算机上完成。电路设计的计算机应用程度非常之高。multisim仿真软件在电子线路的设计与分析过程中，起到了很至关重要的作用。它是美国NI公司推出的一款电子线路仿真软件，是一款专门用于电子线路仿真与设计的电子设计自动化工具。它将专业理论知识用计算机仿真展现出来，很好地解决理论设计与实际测试脱节的问题。Multisim仿真软件在电子设计中的广泛应用，将打破传统电路设计模式难以入门的僵局，能极大地提高电子产品设计爱好者对电路设计与测试的积极性。
2 Multisim仿真软件的应用性探索
本文以Multisim9版本为例，对电路设计仿真软件在电子线路设计与分析过程中起到的积极作用进行探索。Multisim9为设计者提供了大量的元件库及仪器仪表，可进行元器件的编辑、选取、放置和电路图编辑绘制等操作。可实现电路工作状态测试和电路特性分析。最后，还可以实现电路图报表的输出、打印等功能。所以说，又可将其称为虚拟电子实验平台。
对于刚入门电子技术行业的初学者来讲，电路的原理及各元器件的性能分析，无疑是晦涩难懂的。如果用传统的讲解或领悟方式，会使初学者对于电路的设计摸不到头脑、找不着方向、甚至丧失信心。然而，引入Multisim9仿真软件以后，电路中各工作点的特性将可透过仪表显示的数据和波形，会变得清晰明了。
我们以电子技术初学者必须掌握的电路--单管放大电路为例，分析电路仿真软件在虚拟电子线路设计与测试过程中起到的积极作用。图1给出利用Multisim9来仿真单管放大电路的分压式偏置电路，引入虚拟仪器进行测试，进而深入分析整个电路的工作状态。如图1所示。
首先我们来分析三极管处于放大工作状态的条件：集电结反向偏置、发射结正向偏置。图一中XMM1，XMM2两块虚拟万用表所测电压确实满足此条件。那么，输出电压应该与输入电压成电压幅值放大、相位反向的状态。我们在信号的输入端和输出端引出两个测试点分别接到示波器的A、B端。得出图二示波器显示的波形。图2可以非常直观地读出输入、输出信号之间的关系。整个电路的分析过程，理论与实践相结合，简单易懂。理论知识不再晦涩难懂，电路分析不再深不可测，都能透过虚拟仪器仪表上显示的数据，得出实际结果。
而且，就电子技术初学者来讲，三极管的几种常见失真也是非常不容易理解，也很容易混淆，主要还是因为电路的原理没有分析清楚。基本原理没有分析清楚，如何拿来应用于难度较大的电路？所以说，基本电路的原理分析，对于每一个电子产品设计者来讲，都必须牢牢掌握。在Multisim9仿真软件界面下，各种失真的现象及此刻电路各元件的工作状态能利用虚拟仪表直接地显示出来，这样，电路分析不再是纸上谈兵，理论计算。在图1单管放大电路的基础上，以快捷键shift+a来减小电阻R6的阻值，使其降低至20kΩ。可得出三极管处于饱和工作状态的失真，如图3所示。理论上此种失真是由于三极管处于发射结正偏、集电结正偏造成的。而从XMM1和XMM2两个万用表上也证实了，确实如此。当三极管处于饱和状态时，射极电流和集电极电流都比较大，导致三极管C、E两端分压很小，从万用表XMM3的读数中可以明确这一论断。三极管饱和状态的工作原理即刻分析清楚。
同理，改变滑动变阻器R6的值，使得三极管发射结无法达到正向偏置电压，可得出三极管截止失真状态的电路分析。详见图4。
3 Multisim仿真软件“实物化”展示
不仅仅是在晦涩难懂的模拟电路设计过程中，Multisim9仿真软件能分析原理、简化过程、得出结论。在其他电路中也是一样，实际应用相当广泛。这里仅以同步二进制计数器的逻辑分析和十进制计数器的安捷伦数字示波器显示来说明其具体应用。如图4、图5所示。
在图5中，从逻辑分析仪显示的波形可以明确看出，4520BD芯片确实在对CP1接入的信号进行二进制加法计数，并以指示灯的亮灭来形象化时钟频率。
不仅如此，Multisim9仿真软件还提供了更为贴近实物的器件--3D器件，使得电路图更贴近实际电路，管脚位置一致[4]。采用的测试仪器界面更是跟实物几乎完全一样，使得设计者能感受到如同实物般的真实感。这里选用安捷伦示波器来加以说明，可以更加直观地以虚拟仪器来替代实物仪器仪表。如图6所示。
4 关于multisim仿真的几点思考
通过对multisim仿真软件在电路设计和分析过程中的具体操作，我们不难发现，multisim仿真在电子技术理论研究与实践探索过程中能发挥其强大优势。
4.1 检查验证电路原理
在实践工程中，随时测量出重点部位的电压电流值，有效地避免因为实物连接而造成的短路断路现象。能准确地判断电路中各器件的工作特性，对于不符合要求的参数，可迅速地进行更改。
4.2 加强对电路功能的理解
对于电子技术应用方面的初学者来讲，理论知识的学习往往晦涩难懂，单纯用理论化的知识加以理解，会感到“力不从心”。这是我们都不愿意看到的。利用仿真软件，有效地将理论知识拉到现象中，简单直接，难点更易化解。
4.3 虚拟仪器的使用大幅提升对实际仪器的熟练度
以示波器为例，在使用过程中，经常会出现波形幅值过大，超过显示屏幕的情况，这时，常常会有设计者不加思索地放大或缩小一下每格表示的电压大小，来找到一个适合的波形。然而，虚拟仪器在这方面更直观，波形过大，说明每一格表示的幅值过小，所以应该放大每格表示的大小来使整个波形缩小。这种方式，能纠正很多人在使用仪器时不严谨的工作状态。
4.4 Mlutisim仿真软件能有效地提高电子技术爱好者的兴趣
仪表显示简单直观，理论知识实践化。能及时纠正错误，修正电路，能对似懂非懂的电路进行深入分析，明确电路的结构，能更快更好地理解原理，才会对电路设计有更大的兴趣。
总而言之，multisim仿真软件在电子技术应用过程中，起到了不可小觑的作用，现代化的电子设计，更是全计算机化的设计方式，这种自带元件库和虚拟仪器的仿真软件，对于完全虚拟化的电路设计，起到了有效的补充和积极的测试验证等作用。所以，须将此应用大力推广，使更多的电子技术爱好者熟知并使用这类仿真软件，提高设计电路效率、提升个人专业素质。
参考文献
[1]蔡大山.PCB制图与电路仿真[M].北京：电子工业出版社，2010.
[2]李爱淑.陆微.电子技术在工程领域的应用[J].科技创新与应用，2014（25）.
[3]王朝新，任斌，陈洁，董绪.基于虚拟实验平台的模拟电子技术课程设计开发与仿真[J].电子技术工程，2012，20（14）.
[4]刘洪伟.电子技术在工业工程中的应用[J].数字化用户，2014（03）.
[5]吴泳.陶永进.仿真软件Multisim在电子学中的应用探讨[J].湖南工业职业技术学院学报，2013，13（1）.
作者简介
桂丹（1982-），女，湖北省武汉市人。硕士研究生学历。现为武汉软件工程职业学院讲师。研究方向为PCB制图与仿真、电子产品CAD与制造、FPGA设计与电路仿真。
作者单位
[关键词]计算机；电路设计；分析；辅助；方法
中图分类号：TP391.7；TN702 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0284-01
一、 计算机辅助电路设计的优点
电路设计，是指按照一定规则，使用特定方法设计出符合使用要求的电路系统。在进行计算机辅助电路设计的过程中，主要是利用计算机能够模拟的特点取缔传统采用搭接方式进行电路实验的方法。利用计算机之后，可以在电路设计阶段可以大量减少验证电路正确过程中使用的时间和工作量，让进行整个电路设计过程的进程比传统电路设计的进程速度快得多，同时还保障了电路设计的效率。
在很多相关电路设计的专业软件里面都会设置有电路设计中会涉及的许多参数数据库以及图形数据库，在进行电路设计的时候，设计人员可以通过这些数据库中选取到所需用到的电子元件模型，即使数据库中没有所需要的电子元件，也能电路设计之前在相关界面中设计出所需的电子元件模型，并设置其参数，然后再将其放入进对应数据库中，很多电子元件都可以在数据库中直接拿出来使用。另外在对电路板设计进行印刷的时候，也可以找到相关专业的印刷电路板设计的软件，这些软件可以对其电路设计中的电子元件间布线布局的自动进行，还可以起到后期处理的作用。在电路图纸进行绘制的时候，也能使用专业的软件进行制版。总之，在计算机的辅助下，让电路设计更加简便，大大缩短其设计周期，同时在一定程度上会可以节约电路设计的成本费用。
二、 计算机辅助电路设计的方法
设计一个完整的电路，并让其实现一个功能，其前提就是要设计好一个完整有效的电路原理图。通过计算机进行电路设计是非常快捷的，而且还能很容易的将设计好的电路进行再次的修改，通过计算机的相关软件自带的自动布线就能够很容易的把电路原理图生成电路板版图。
1、 电路原理图设计
首先设计人员通过调用电路设计软件，建立新文件并对其命名，然后加载所需要的原理图器件库，因为在电路设计中电子元件的种类存在千差万别的差距，所以有些时候所需要的元件在对应数据库中没有，所以设计人员就要通过元器件生成软件或者电路设计软件中自带可以设计元器件的选项，创造出需要的元器件，然后根据设计电路构思的结构进行电路原理图的设计，将有电性能元件的管教利用线连接起来，如果是总线电路就可以由一条总线连接，这样可以有效减少线路太多所造成不必要的麻烦，而总线的两端始终会分出很多条线，就有必要将其明确的标注，有节点的话在电路上应该必须标上节点，否则在后期电路查看和系统会将两条线认为不相连。
在将电路原理图设计完毕之后，就应该创建网络表。网络表是作为原理图和印制线路版图间的桥梁，只有通过网络表才能将电路原理图转换为对应的电路板版图。调用PCB图生成软件，在其加载相关的元器件库，通过在禁止布线层上画好PCB图的外形，然后更改其自动布线，让其达到前期的设计要求。通过自动布局命令将加载到PCB图中的组件摆好，然后对其进行自动布线，该过程会需要一段时间，因为有的时候自动布线并不是完全合理有效的，所以在进行自动布线之后还要对其进行手工调整。
2、 电路板版图设计
电路板厂都是按照用户设计的PCB图对电路板进行生产的，针对成型的一块电路板，想要再制一块或者多块的话，就要利用计算机辅助进行电路设计了，通过形成的PCB图再次进行电路板的生产。
利用刻度尺度量成型的电路板，将对应数据进行记录后将数据输入进计算机中，这类方法主要使用在线路简单的电路板上，在线路上寻找一个点来作为原点，将电路板上的其他点一原点为参照，对照PCB图左下角的横纵坐标，将元器件放在对应的PCB图上。而对于元器件较多且线路复杂的电路板则通常使用扫描仪将其数据输入进计算机中，因为用尺度量就会太花费时间，且制作也会相比扫描仪粗糙，在对电路板进行扫描的时候也要注意正确的放置电路板的位置，不然会影响扫描效果。
三、结束语
计算机辅助电路设计的出现，让电路设计摆脱了传统以手工为主的设计方式，而且在使用计算机进行电路设计的时候，不仅节省设计时间，还能在电路设计出现错误的时候方便及时的对其进行修改，大大提升了电路设计的效率，还可以做大程度保障设计的电路产品的性价比。
参考文献
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[2]王秀娟. 行动导向法在《计算机辅助电路设计》课程中的应用[J]. 科技信息，2010，30：618.
【关键词】三人多数表决器 电路设计 Multisim10仿真
在组合逻辑电路设计的学习环节中，将学习过程中接触到的电路设计题目通过整理分析，不难发现有这样的两个特点，其一，对于同一题目电路的设计，可采用基本逻辑门、译码器、数据选择器、加法器等不同的设计方案。学习者通过多种设计方案的整理和分析，可加强对电路的理解，掌握更多的设计思路，这些设计思路将所学知识联系起来，通过以点到面的学习方式达到系统掌握知识的目的。其二，对于不同题目的电路设计，可采用相同设计方案。如果不同题目根据其电路功能写出来的真值表相同，就意味着可以采用相同的电路来完成其功能，通过把这种类型的设计题目搜集和归类，可以节省大量的电路设计时间，对学生学习效率的提高和知识的综合应用都会起到很大作用。
本文以三人多数表决器电路设计为例，从两方面探讨和总结了电路设计题目的特点，希望学习者能够借鉴这种学习方法，达到综合掌握知识的目的。
1 三人多数表决器电路设计举例
假设题目要求设计一个三人表决器电路[1]，当表决某个提案时，多数人同意，则提案通过，少数人同意时，提案被否决。
由组合逻辑电路设计步骤[2]，首先定义变量，设三个人分别用A、B、C表示，同意提案时用1表示，否则用0表示，提案表决结果用Y表示，Y为1表示提案表决通过，Y为0则不通过。其次，写真值表，根据上述定义，把题目设计要求的文字信息转化为数字信息的真值表，具体见表1所示。最后， 由表1所示真值表得到逻辑函数表达式为：
表1 三人表决器真值表
输入 输出
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 “一题多解法”在电路设计中的应用
所谓“一题多解法”是指在设计同一个电路时，采用不同的设计方法。由于数字电路是用0、1代码表示特定含义的电路设计，任何题目在设计是都要把文字信息转换为数字信息，即用真值表的数字信息来体现电路的功能。根据这个特点在电路设计时，我们除采用传统的用与或非实现电路设计外，还可以采用各种中规模集成块来实现电路设计，只要设计出来的电路经过测试，得到的真值表和题目要求的真值表相同，那么就可以实现题目的要求。这种采用不同思路设计电路的做法，对学生思维扩展和知识综合应用方面起到了积极的作用。下面以三人多数表决器电路设计为例，介绍不同设计思路在电路设计中的应用[3]。
2.1采用基本逻辑门设计
在采用组合逻辑电路现实时，根据表达式（2）的特点，采用1个异或门、一个或门和两个与门就可完成电路搭建和测试，具体设计电路如图1所示，笔者用Multisim10仿真软件进行测试[4]，其结果完全和表1相同，达到了三人多数表决器的设计要求。
图1 基本逻辑门实现三人表决器功能仿真界面
2.2采用译码器设计
译码器74LS138是根据三个地址输入端的输入情况，在同一时刻输出其中一个Yi，译码器是组合逻辑电路设计中很重要的一个中规模集成电路，根据74LS138的工作原理，我们将表达式（1）化为：
由表达式（3）和译码器工作原理可设计出图2所示电路，经测试结果与表1数据一致，由此可见采用译码器也能实现三人表决器的功能。
图2 译码器实现三人表决器功能仿真界面
2.3 采用数据选择器设计
数据选择器是根据地址码的特点，从多路输入数据中选择其中一路输出的中规模集成器件。当逻辑函数的变量个数和数据选择器的地址输入变量个数相同时，将变量和地址码对应连接，就可以用数据选择器实现逻辑函数的功能。
根据上述工作原理，将八选一数据选择器74LS151的D3、D5、D6、D7接高电平，D0、D1、D2、D4接低电平，控制端G接低电平，按图3所示连接，即可实现三人多数表决器功能。经笔者用Multisim10仿真软件进行测试，其结果和表1相同，因此，采用数据选择器同样可以三人表决器的功能。
图3 数据选择器实现三人表决器功能仿真界面
2.4采用全加器设计
由于一位二进制全加器的进位输出端Ci=∑m（3，5，6，7），与三人表决器的真值表中Y的输出完全一样，所以只需将A、B、C对应接到全加器集成块CT74HC183的Ai、Bi、Ci-1端，输出Y接到Ci端，即可用全加器实现三人表决器的功能，采用全加器实现三人表决器功能非常简单，此处不再论述。
3 “多题一解法”在电路设计中的应用
“多题一解法”是指不同功能的电路设计题目，可采用同一个电路来实现。在电路设计过程中，只要设计题目真值表相同，其设计出的电路也就相同。学习者如果善于总结这种规律，当再次遇到真值表相同的设计题目时就可以直接使用原来的电路，这样可以节省大量的电路设计时间，从而提高学习效率。
通过笔者的搜集和归类，发现许多不同功能的电路设计题目，都可使用相同电路来实现其功能。例如，题目要求设计一个火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种不同类型的火灾探测器，为了防止误报警，只有当两种或三种探测去发出探测信号时，报警系统才会产生报警信号。
假设烟感、温感和紫外光感三种火灾探测器分别用个A、B、C表示，发出探测信号时用1表示，否则用0表示，报警信号用Y表示，其中Y为1表示有报警，Y为0表示没有火灾报警。
在此定义下的得到该报警系统的真值表和表1完全一样，这也意味着火灾报警系统的电路设计和三人多数表决器一样，可使用相同的电路来完成其功能，当然也可采用上述所讲的四种方案来实现报警系统的功能。由此看来把不同类型、不同功能的电路设计题目进行归纳和总结，对比各电路真值表的特征，就可以将具有相同真值表的设计题目归为一类。这样的学习方法既提高了学习效率，又增强了学习兴趣，最终达到了深入理解知识，灵活应用知识的目的。
4 结论
通过“一题多解”和“多题一解”学习方法的总结和归类，一方面可以让学生以点学面，把所学知识系统的联系起来，通过各知识点的相互渗透，达到全面理解知识的目的。另一方面，可以为学习者节约大量的电路设计时间，对学生电路设计思想和兴趣的培养方面都会起到积极的作用。
【参考文献】
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[2] 丁业兵，谭学琴，等.基于 Multisim 的组合逻辑电路设计与仿真[J].价值工程，2013，6（8）63-64.
关键词：输出接口；扩展；多路控制
0引言
在电路的设计过程中，经常会遇到由于各种各样的原因需要增加IC输出接口，从而导致IC资源紧张或输出接口不够用。遇到此类问题时，设计者通常会选择更换资源更加丰富的IC或者将IC输出接口中比较次要功能的输出接口替换掉。而采用更换资源丰富的IC时常常由于剩余接口资源而造成浪费，而采用替换次要功能的输出接口方案时常常会造成对电路系统或者该电路系统所对应产品的质量和性能造成影响。特别是对于在当前在国内外激烈竞争的市场中，产品性能和质量无疑是影响企业生存的重要因素。
1设计原理
通常IC的输出接口信号有三种状态[1]：高电平(H)、低电平(L)以及高阻态(Z)，本文所设计的电路，其原理正是利用这三种信号作为模块电路的输入信号，分别控制不同的三路输出，其原理模块示意图如图1所示。图中输入信号高电平对应输出信号组K1，低电平对应输出信号组K2，高阻态对应输出信号组K3，且每个输出信号组均由实际的三路输出组成。
2硬件电路设计
根据设计原理示意图，设计了如图2所示的扩展电路模块电路图。图2中Input为输入控制信号，该信号为从IC输出的控制信号，Output1，Output2，Output3组成输出信号组K1、K2、K3。其中二极管D4为低压降二极管，其导通压降要求低于三极管Q6发射极导通压降，从而使得在Input输入信号为低电平时，三极管Q6处于截止状态[2]。1）Input输入信号为高电平时：二极管D4截止，三极管Q6导通。三极管Q6集电极为低电平，二极管D5截止，二极管D6导通，使Output3输出高电平。同时三极管Q4导通，从而使三极管Q2、Q3截止，Output1输出低电平。同时由于R1上的压降大于三极管Q1之间的压降，故Q1导通，Output2输出高电平；2）Input输入信号为低电平时：二极管D6截止，二极管D4导通，由于二极管D4导通压降低于三极管Q6发射极压降，从而使三极管Q6截止，Q6集电极输出高电平，二极管D5导通，Output3输出高电平。
3实验
对本文所设计的电路将其应用到美的烹饪机X1上控制两路温度采集和风机控制实验。
4结论
本文介绍了一种输出接口扩展电路并对该电路进行了逻辑分析和实验验证，通过逻辑分析和实验验证，证明了该电路能够通过单个输出接口的高电平、低电平和高阻态三种信号状态来分别控制三路输出，实现了单输出信号控制多路输出信号。该电路很好的解决了在电路设计过程中因增加负载而导致IC输出资源不够用的问题。
参考文献
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【关键词】EDA；电子技术；实验教学；电路设计
引言
电子技术既是电子类专业的重要专业基础课，又是一门技术性较强的专业必修课，学生除了要掌握扎实的理论基础，还要具备分析、设计以及应用电路的实践能力。实验实践则是加深和巩固学生动手实践和创新能力所必须的一种教学手段和教学途径。本文对电子技术实验的薄弱环节进行了分析，并提出了EDA软件在实验教学中的应用这一教学手段，经过实践，取得了较好的效果。
1.电子技术实验的薄弱环节
第一，传统的实验方法是完成硬件电路连接后验证、调试，得出实验结论。学生必须熟练使用仪器、仪表或实验箱等实验设备，在连接线路调试过程中对出现的问题能够排除故障。但是由于工科专业对实验设备的频繁使用，大部分设备会出现灵敏度降低、器件老化、损坏等问题，那么实验的效果将会受到严重影响。第二，教师的教学方法目前仍存在‘填鸭’式、‘说教’式的上课方式，这种以教师为主的教学方法，教师在台上讲多年未改的教材，学生没有自己的独立思考和见解，形成被动灌输的局面。使学生缺乏创新观念和意识。大学生对实践能力的认识和重视程度不够，难以彻底摆脱知识本位的学习理念，将理论学习、最终成绩看得很重，而把实践能力、实践过程当作无足轻重的事。第三，实验课上，主要以理论教学为主，没有得到学生重视，学生根据实验指导书照抄实验目的、实验原理、实验内容，每次实验结束发现学生对实验的原理都解释不清楚。教师不仅从实验方法、步骤、注意事项方面进行一一讲解，而且还需手把手进行实验演示，在检查学生演示实验结果时学生一知半解，机械式的操作，不能灵活的将实验现象与理论知识有机的联系在一起。学生的学习几乎处于被动状态，达不到实验教学的目的。第四，实验课的考核方式不完善，实验课多以出勤、实验报告的形式给出，对学生的考核不全面。这种形式主义，使得部分学生“浑水摸鱼”，进实验室后对待实验不认真，小组的成员在进行实验内容的时候，有些学生却忙于抄袭上次课的实验报告，学生的分数不能如实反映学生掌握知识的真实水平。
2.EDA软件在电子技术实验中的应用
在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。1)将EDA软件应用于电子技术实验教学，以实践促理论，用理论指导实践。以往的教学方法侧重于理论知识讲解，十分抽象,无法实现软硬件结合而产生的直观现象，在电子技术实验中引入EDA软件教学，以HDL语言示例和MAX+plusII、Protel、AltiumDesigner、multiSIM10等电子电路设计与仿真工具教学软件引入课堂演示，加深和引导学生对电路设计的感性认识。看似重实践、轻理论的教学方法既有利于激发学生的学习热情，通过实验实践，掌握理论，在实践中巩固理论，用理论指导实践，从而达到较好掌握知识的目的。，2)将EDA软件应用于电子技术实验教学，丰富实验教学内容。通常实验中‘填鸭’式、‘说教’式的上课方式所讲的实验内容多年一成不变，不能激发学生的兴趣。引入EDA软件实验教学，重视实验内容的趣味性和实用性，更新精心设计每一个实验，让学生产生新鲜感，从而激起他们的兴趣。3)将EDA软件应用于电子技术实验教学，能够提高设计效率。传统的硬件电路设计过程都是由人工完成，硬件电路的验证和调试是在电路构成之后进行的，电路存在问题只能在验证后发现。EDA软件设计能够快速准确的完成电路的设计，利用计算机进行性能和功能的分析，如果发现错误或方案不理想，可以重新设计电路再仿真，直至得到满意的电路，大大提高了设计的质量和效率，并且节省了设计成本。
3.设计举例
应用EDA软件设计出一个555定时器的应用电路，这是一个模拟电子电路和数字集成电路的混合电路设计，包含三极管开关放大电路、555构成的多谐振荡电路、功率放大电路。如果直接在数字电路实验箱上连接线路，由于器件种类多，器件的选择和连接稍有不慎，将会影响实验效果。采用EDA软件仿真此电路却能够节约时间，先观察实验现象，若不正确，修改设计再仿真，得出满意的结果后，再到实验箱上去连接电路。将软件设计和硬件实现结合起来，学生的学习兴趣得到提高，授课效果有所改善。
4.结语
将EDA仿真软件与电子技术实验教学相结合，既能提高实验教学的质量和效率，又能能够使学生加深对电路原理的掌握，理论联系实际，建立学生的感性认识，激发和培养学生的学习兴趣，引导他们进行实践阶段学习，鼓励学生实验创新。在理论教学与真实实验之间架起一座沟通的桥梁，对更新实验教学方法，提高实验教学质量，降低实验成本，改善实验教学效果能够起到很大的促进作用。
参考文献
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作为应用型本科院校，在实践教学环节中如何提高学生的创新能力、实际操作能力、分析和解决问题的能力亟待解决。目前国内大多高校工科专业实验设备陈旧，更新换代不及时，学生只是在现有的实验设备上进行简单的验证性操作，对学生的各方面能力并没有很好的进行锻炼，很多原理性的东西在实验操作台上没有很好的体现［1］。鉴于此，可以对课程中的个别实验引入自制实验设备，采用该种手段不仅有利于提高学生创新能力的培养，还可以引入最新的实验技术手段，提高实验装置的利用效率、节约实验成本［2］。《模拟电路》是电类专业最基础的专业课程，通过该课程的学习不仅要求学生掌握较强的理论知识，还要求学生具有一定的实践创新能力，结合多年来对本课程的授课经验，以该课程为例来说明如何在教学过程中通过自制实验设备来提高学生的创新应用能力。
1自制实验设备在教学中的必要性
近年来学校对实验室的建设经费投入越来越多，其中购买了很多先进的实验设备和仪器装置，但有些设备只能进行简单的验证性操作，对于高校工科实验教学的针对性较差。同传统的实验模式相比较，自制实验设备在实验教学中具有多个优点，在实验教学中的使用很有必要性［3－5］。
第一，适用性强。教师可根据单门课程或者多门课程设计综合性实验，针对不同的专业适当调整实验的难易程度。
第二，成本低。学生根据教师给出的实验要求，自行选择元器件进行电路的焊接，同市场上现有的实验电路板相比较能够节约大量成本。
第三，可操作性强。老师可在实验内容中加入自己的科研内容，既能够锻炼学生也能够提高教师的科研水平。
第四，提高学生专业能力和动手能力。在实验执行过程中能够激发学生的学习兴趣、巩固学生的专业知识，并把课堂学到的知识应用到实际当中，能培养学生的设计能力、创新能力、实践能力和动手操作能力。
商洛学院本科教育进入转型发展阶段，学校以培养应用型本科生为目标，所以实践教学环节在课程教学中的作用变得尤为重要。对于电类专业的课程，现有的教学仪器设备不能满足教学要求，自制实验设备可以降低教学难度、提高课堂效率、拓展学生思维，创造性地制作各种合适的实验设备，因此具有提升课堂教学效果的突出作用。
2自制实验设备的实施
以模拟电路课程实验中“模拟运算放大电路”实验为例进行说明，该实验属于设计性实验，以往实验要求学生从电路设计和电路验证两方面进行，但是实验结果并不能使每个学生都能达到预期的教学目的，自制实验设备将从电路设计、仿真、焊接、调试、验证等几方面进行实施，以此来提高学生的电路设计能力、分析能力和动手能力。
2．1电路设计与仿真
此阶段主要考察学生对理论知识的综合应用能力，通过对电路的设计、元器件的选择拓展学生知识面。根据“模拟电路实验”教学大纲给出电路设计的要求，要求学生熟悉放大电路的原理，进行电路设计以及电路中元件参数的确定，并提交最终的设计结果。以反相比例运算电路为例，要求设计电路的放大倍数为（－10）倍。学生首先要巩固反向比例运算电路的原理进行电路的设计，再进行电路的仿真。根据电路设计要求放大倍数为（－10）倍，又因为考虑集成运放两输入回路参数对称，即RN＝RP，综合考虑，电路中电阻R3＝100kΩ，R1＝10kΩ，R2＝9．1kΩ。其次为了保护集成运放，在电源端分别接两个二极管以防止电源反接损坏集成运放。通过电路的设计与仿真，对输入波形和输出波形进行对比。输入信号ui设置为1kHz，峰值为100mV的正弦波，由仿真结果可看出，此时输入信号与输出信号反相，电压放大倍数为10，且未出现失真，达到了设计的要求可以进行下一步的电路焊接与测试。
2．2电路焊接与测试
上节以反相比例运算电路为例进行了设计说明，在实验过程中为了增加实验内容要求学生对同相比例运算电路、加法运算电路、减法运算电路、微积分电路等都进行设计与仿真。设计完成后列出实验器件清单进行电路的焊接，在焊接的过程中一方面可以提高学生的动手能力，另一方面也有利于培养学生发现问题解决问题的能力。在该电路板上学生可以通过选择相应的器件来实现各类运算电路的测试。同样对反相比例运算电路进行测试，输入信号ui设置为1kHz，有效值为100mV的正弦波，为电路接入正负电源，根据电路设计图连接各个电阻，接入信号函数发生器和示波器，观察输入输出波形，通过示波器测试可看出，输出电压幅值为987mV，输入电压幅值为97.2mV，所得有效值放大倍数约为10倍左右，且输入与输出波形方向相反，即达到反相放大的目的。
2．3实验考核
实验考核是检验学生实验效果最有效的手段，对于自制实验设备的实验项目考核要区别于一般验证性实验，首先要求学生提交设计说明、仿真结果、实验心得，并对学生的作品进行现场的测试，其次在整个实验成绩中加大该类实验所占的比例，这样既能够减轻学生负担、调动学生的积极性，又可以保证实验课程的完整性，也杜绝了学生抄袭实验报告的现象。
本文仅对反相比例运算电路进行了设计说明，对于“模拟运算放大电路”实验中的同相比例电路、加法电路、积分电路等均可以采取以上的教学方法，既能够使学生对理论知识有一个清楚的认识，也锻炼了学生设计电路、焊接电路、调试电路的能力，对学生综合能力的培养有很大的好处。
3实验改革的效果
为了检验实验改革的效果，首先在一个班级进行了试验，主要通过实验报告、电路设计与仿真、测试效果、期末考核等方式进行改革效果分析，主要取得以下几方面的成果。
（1）大部分学生能够按照要求完成最终电路的测试，个别学生在电路焊接环节出现问题。
（2）提高了学生对电路的综合设计与应用能力，通过自制实验设备完成实验的学生在电路设计和焊接方面明显优于其他学生。
（3）实验报告相比以前更加规范，设计过程、仿真结果、测试结果更加的详细，抄袭现象明显好转。
（4）通过期末考核，学生对模拟运算电路这部分的理论知识掌握的比较扎实，对知识能够灵活应用。
（5）实验教师的各方面能力也得到了锻炼，在实践中增长才干，提高自己的理论水平的技术水平。
关键词：卡诺图 数字电路 逻辑函数 应用
中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：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
卡诺图是由2n个方格组成的、并能体现最小项逻辑相邻关系的几何图形。从卡诺图上能直观地找出具有相邻关系的最小项并将其合并化简，这种方法无需特殊的技巧和熟记公式，只要按照正确的步骤和一定的化简原则就能容易地得到最简结果，因此卡诺图在逻辑函数化简中得以广泛的应用。
事实上，卡诺图除了可以化简逻辑函数，还有很多其他的用途，只要灵活运用，即可大大化简数字电路的分析和设计过程。本文通过实例，阐述了卡诺图在逻辑函数化简之外的几点巧妙应用。
2 卡诺图在数字电路中的巧妙应用
2.1利用卡诺图求逻辑函数的反函数
利用反演规则可以比较容易地求出逻辑函数的反函数，但得到的表达式并一定最简。如果利用卡诺图，对逻辑函数表达式中没有出现的最小项之和进行化简，即采用包围0的方法，得到的表达式即为逻辑函数反函数的最简与或式。
例1：求逻辑函数的反函数。
解：画出逻辑函数的卡诺图（如图1），在卡诺图中对0加包围圈，可求出反函数的最简与或式，即得。
2.2利用卡诺图分析组合逻辑电路中的竞争冒险
在组合逻辑电路中，门电路的两个不同电平输入信号同时向相反方向转换的现象称为竞争，由竞争而可能产生输出干扰脉冲的现象称为冒险。为保证电路正常工作，设计时需注意判断和消除竞争冒险现象。判断和消除竞争冒险的方法有代数法、实验室法，其中利用卡诺图判断有无竞争冒险，并用增加冗余项消去互补变量的方法，直观、简便。
卡诺图法的步骤是：先画出逻辑函数的卡诺图，然后在卡诺图上画出与表达式中的乘积项相对应的包围圈，如果圈与圈之间出现相切，且相切处没有被其他圈包围，即可判断出现竞争冒险现象。
例2：判断逻辑函数是否有可能产生竞争冒险，如果可能应如何消除。
解：由逻辑函数画出卡诺图（图2），并按、画出包围圈（图2上用实线表示），从图上可看出两个圈相切，且相切处没有被其他圈包围，表明产生了竞争冒险，此时，若对相切部分的相邻项加包围圈（图2上用虚线表示），即增加冗余项，从而实现竞争冒险现象的消除。此时逻辑函数的表达式变为。
2.3利用卡诺图实现“用具有n 个地址输入端的数据选择器设计m变量（n
用具有n 个地址输入端的数据选择器设计m变量（n
卡诺图法步骤是：先画出逻辑函数的卡诺图，然后选定地址变量，并以地址变量的变化组合在卡诺图上画包围圈，再根据包围圈中出现1的方格写出除地址变量外的变量形式，该变量形式即为数据数据端的输入量Di。
例3：用8选1数据选择器CC4512实现逻辑函数。
解：画出逻辑函数的卡诺图（图3），选地址A2A1A0变量为ABC，即把ABC接在器件的地址输入端A2A1A0。然后在卡诺图上以ABC的八种取值组合画包围圈（用虚线圈表示），由每个包围圈中出现1的方格，可得数据输入端分别为：，，，按此结果可画出相应的逻辑电路图（图4）。
2.4利用卡诺图实现“用JK触发器设计时序逻辑电路”
时序逻辑电路设计步骤一般是先根据逻辑功能确定欲实现电路的状态表，再选定触发器类型，然后求取输出方程和触发器的激励方程，最后进行自启动检查，画出逻辑图。若选择JK触发器，电路的激励方程需要间接导出。借助卡诺图可快速容易地求出JK触发器的激励方程。
例4：已知某时序电路的状态表如表1所示，用JK触发器实现该电路。
传统方法：结合时序电路的状态表（表1）和JK触发器激励表（表2）可得表3，据此画出两个JK触发器的输入J、K和电路输出Y共计5个卡诺图。然后遵循卡诺图化简原则即可找到触发器的激励方程和输出方程。这种方法要求能准确写出JK触发器激励表，而且卡诺图使用个数较多。
巧妙方法：直接根据表1画出次态卡诺图（图5），在卡诺图上按变量Q1取值为1、为0把卡诺图分成两部分（用虚线划分），并在每个部分对出现1的格子画包围圈，根据每个包围圈写出与项式并相加得到次态表达式，与JK触发器的激励方程对比，则很容易地得到触发器1的激励方程，同样的方法可得到触发器0的激励方程。
3 结语
综上所述，卡诺图在数字电路中应用广泛，不仅可以化简逻辑函数，还可以在求逻辑函数的反函数、组合电路中竞争冒险判定、组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计等方面体现其优越性。灵活巧妙地运用卡诺图，对提高数字电路课程的教学效果和简化数字电路的分析设计过程，都起到了事半功倍的效果。
参考文献
【关键词】信息处理 控制子系统 设计
一、信息处理和控制子系统设计过程
信息处理与控制子系统的设计是围绕着执行子系统的功能需求而进行的，信息处理与控制子系统设计的主要内容有：
1.确定控制子系统的整体方案。构思控制子系统的整体方案必须深入了解被控对象的控制要求。关键问题有：（1）控制方式及其与计算机的匹配条件。对于一个机电一体化系统，要实现某些功能可采用多种控制方案、多种控制方法。计算机系统的主要作用是实现一定的控制策略和完成一定的信息处理。当控制系统的功能和主要性能指标确定后，对计算机的基本要求也就随之确定了。由于工业控制计算机有多种类型，每种类型又包含多种产品，往往有多种方案可以实现同一控制目标。（2）应考虑驱动部件的类型和执行部件（机构）的类型。（3）应考虑对可靠性、精度和快速性有什么要求。（4）应考虑微机在整个控制系统中的作用，是设定计算、直接控制还是数据处理。微机应承担哪些任务，为完成这些任务，微机应具备哪些功能，需要哪些输入/输出通道，配备哪些外围设备。（5）画出控制子系统组成的初步框图，作为下一步设计的依据。
2.确定控制算法。应对控制子系统建立数学模型，确定其控制算法。控制算法决定了控制系统的优劣。应根据不同的控制对象、不同的控制指标要求选择不同的控制算法。对于复杂的控制系统，其算法也较复杂，使控制较难实现。为此需进行某些合理简化，忽略某些次要影响因素，使控制算法简化，以获得较好的控制效果。
3.控制子系统总体设计。控制子系统要综合考虑硬件和软件措施，解决微型机、被控对象和操作者三者信息交换的通路和分时控制的时序安排问题，保证系统能正常地运行。通过总体设计，画出系统的具体构成框图。
4.软件设计。微机控制系统的软件主要分为系统软件和应用软件，软件设计主要指应用软件的设计。控制子系统对应用软件的要求是具有实时性、针对性、灵活性和通用性。系统的硬件和软件需合理结合。在机电一体化系统中，哪些功能用硬件实现、哪些功能用软件实现等都是设计时应考虑的重要问题。对于运算与判断、处理等功能适宜用软件来实现，而其余不少的功能既可用硬件来实现，又可用软件来实现。为了合理组成控制系统的硬件和软件，通常根据系统的经济性和可靠性综合最优来确定。
二、信息处理与控制系统硬件设计
1.电子部件设计
电子系统的标准部件设计与机械部件设计过程大为不同。对于简单部件，如电容器、电阻器、电位计和变压器等，可以像机械设计那样，将部件设计理解为确定其所有基本性质的过程。部件完全被单个元件的（机械）结构所定义，每个元件又由其形状、尺寸、材料、表面质量所描述。当然，电磁性质对于材料的选择是非常重要的。对于像半导体和集成电路这样的复杂功能部件，对基本设计性质的确定并不能充分地解释所有可直接处理的设计性质。随着超大规模集成电路部件上晶体管数量的惊人增长，电子部件设计只能在计算机辅助下，采用层次化、面向系统的方法来进行。电子部件主要由专业化公司设计，在许多方面都实现了高度标准化，如部件值及公差、功能说明、机械封装（如双列直插式封装、表面贴装技术封装）、温度范围等。只有在一些特殊情况下，机电设计者才需要自行设计电子部件。
2.电路设计
在电子系统中，可以进行电路的功能设计而几乎独立于其物理实现，其结果就是电路设计（二维）与电子封装设计（三维）的分离。电路基本上是由具有传导联系的功能部件所构成的二维结构。很少从头开始设计一个电路。对于典型的功能需求，在技术资料中存在着大量的概念原理解，如放大器、振荡器、滤波器、模/数转换器、微处理器电路等。电路设计是利用已有元器件创造出新的结构。在设计时，可将设计任务由顶向下地细分为子问题，直至其对应于已知方案解或已知集成部件。电路设计主要基于分析和尺寸确定方法。一旦确定电路图结构，就可详细地计算其性能并进行仿真。因而通常的做法是快速提出一个方案解用于电路分析，然后修改该方案直至满足设计要求。由于一些因素的存在，使得电路功能难以完全独立于电路图的物理实现（即封装），例如：导体尺度限制了能量传输和转换率；电路中的热功耗完全依赖于机械结构；电磁屏蔽对于微处理器的正常运行极其关键；过小的尺寸会引起信号载体间的反馈和串扰；制造公差使得一些规定功能产生了偏差。需要注意的是，以上多数问题都与信号中的能量因素有关，它们实际上是电路设计师和封装、机械设计师的“接口”问题。与机械设计相比，电子系统的功能设计和物理实现相互之间更加独立。在描述电子变换功能、部件结构的图形建模方面，都有相应理论和方法存在，但设计综合理论非常少。在一定程度上，机械设计理论可以应用于电子部件设计和电子封装设计。
三、信息处理与控制系统软件设计
在软件系统方案设计中，主要问题是生成必需的变换和数据的整体结构。对于一个给定的系统，这个结构通常是唯一的，而其中的程序模块（如算法）则往往能够再次应用于其它设计。但是目前，能够明确软件模块的功能和输入输出的标准化方法还不存在，这就意味着难于进行功能的分类，软件模块的重用也极其有限。所以，软件设计中的问题通常是“新”的，需要寻求未知解。软件工程中的设计建模是个薄弱环节。软件设计非常抽象，只有进入编程阶段，设计者才能使用文字和图表来表达设计的结构和功能。即使在编程阶段，设计工作也只能通过程序清单和输入/输出数据来进行追溯和记录。这样就不可避免地在软件设计者和外行之间产生了隔阂，因为只有在设计即将完成、程序即将嵌入硬件中时，才能够对系统的功能进行测试——而这时再想做出任何重大的修改往往就为时已晚了。为了解决这类问题，已经出现了一些方法，例如快速原型设计，即对早期、粗略的程序思想进行功能建模，以期尽快得到用户反馈、及早发现错误，做出修改。但即使应用快速原型设计方法，设计者也有必要大量使用图形，以便与外行就它的程序功能进行交流。
参考文献
