时间：2023-12-06 11:31:02
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篇电路设计的方法，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： 土壤湿度检测； 组容模型； 检测电路设计； 控制策略
中图分类号： TN78?34； TP29 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）08?0125?03
土壤湿度，又称土壤含水率，是植物生长的一个重要影响因素，在园林花卉、蔬菜大棚等自动灌溉控制系统中，土壤湿度检测准确和稳定是控制系统成功的关键。现有的土壤湿度测定方法基本都属于电信号测量方式，即土壤作为载体通过电信号时，电信号的特性发生一定的改变。但实际土壤的结构和成分非常复杂，土壤是固相、液相、气相共同组成的物质[1]，这些物质处于一种微弱的平衡之中。当探测头插入土壤或电信号通过时，土壤中的平衡被改变，从而使得测量的准确性和稳定度较差。如何在测量过程中能够保证稳定性和精度，是电信号测量土壤湿度的关键问题。
1 恒流源作用下土壤湿度模型
设计试验土壤湿度检测的结构如图1，采用直径约 1 mm，长100 mm的不锈钢针作为土壤探针，探针间距离100 mm。当控制开关开通时，恒流源输出稳定电流（0.5 mA），通过土壤在两根探针间输出电压波形，得到图2中的电压瞬态变化曲线。如果测量不同湿度的土壤就可以得到图2的曲线簇。
从图2中可以得出以下结论：
（1）在恒流源作用下土壤湿度越大，输出电压波形的瞬态过程越长，输出电压幅度变化越大。
（2）在恒流源作用下不同土壤湿度情况下，当达到新的平衡时，输出电压的大小趋向数值相同。
（3）在恒流源作用下瞬态过程中土壤湿度越大，输出电压的初始值越小；土壤湿度越小，输出电压的初始值越大。
理论上土壤湿度检测的电学模型可以用一个阻容网络进行模拟[2]，在恒流源作用下常用的阻容电路（如图3所示）很难解释上述的结论，因此将电学模型修改为如图4的阻容模型电路来进行解释。
结合上述结论，对于图4的阻容等效网络在恒流源作用下可以得出：
（1）输出电压波形符合电容充电的曲线趋势；
（2）由于不同湿度时，输出电压在一定时间稳定后趋向数值一致，可知R0在不同的土壤湿度时基本变化很小；
（3）土壤湿度越大，输出电压的初始值越小，由于电容通电“瞬间”导通的原理，可知R1随着土壤湿度的增加而减小；
（4）土壤湿度越大，输出电压波形的瞬态过程越长，可知C随着土壤湿度的增加而增加，而且R1C也增大。
从阻容等效网络的物理意义上讲，可以认为R0代表了土壤样本的结构和基本成分，具有一定的稳定性；R1代表了土壤固相、液相和气相的物理变化，当湿度变化时，三者的比例发生变化，其导电性能变化；C代表土壤的电化学反应，当湿度变化时电解质的活跃程度变化，同时电流输入时，将会产生一些电解反应。
2 土壤湿度检测电路设计
从恒流源土壤湿度检测的分析可知，在实际信号采样中当电流输入后输出信号到达基本稳定时，其检测结果很难反应出湿度的区别，同时电流的输入打破了土壤的微弱平衡，其特性可能会发生变化，造成信号自身对测量的干扰。因此信号的采样应该位于输出电压曲线的初始值附近，才能准确反应土壤湿度的变化，同时由于电流作用时间短，电解反应的干扰基本不会出现。
实际采样电路如图5所示，在恒流源开通时，利用标准锯齿波电压与土壤探针输出电压在运放组成的比较电路中产生矩形脉冲，通过斯密特触发电路整形后进行脉宽捕捉和检测[3]，得到代表此时输出电压大小的矩形波脉宽，得到数据后系统立刻关闭脉宽捕捉功能和恒流源。
从理论上，锯齿波的频率越高，系统所捕捉的第一个脉宽越接近探针输出电压的初始值。实际上由于在较小恒流源电流作用下，输出电压波形的稳定时间基本都在100 ms以上，因此在实际使用中综合系统捕捉脉宽软件的技术实现可设计锯齿波的频率100 Hz以上即可。在实际制作中金属探针插入泥土后，对于泥土会产生一定扰动，土壤中的自由离子向金属表面运动，影响检测准确性。因此为了保证测试的稳定性，探针的金属表面与土壤接触不能太大，同时为了保证探针的插入深度，可采用绝缘材料包裹金属探针的方式[4] ，金属探针露出与土壤直接接触的针长短在1～1.5 cm为宜。测试时应先将探针插入土壤后一定时间（10～15 min）后进行。
图6显示实际制作的电路（锯齿波频率为100 Hz）在土壤湿度增加时脉冲宽度的变化情况，其湿度?脉冲宽度曲线具有函数单调性。图7为同一湿度下不同时间段脉冲宽度变化，其稳定性较好。
3 基于土壤湿度检测的控制系统策略
由于同一土壤在不同湿度时其检测数据曲线具有一定非线性，为了提高检测的精度，控制系统CPU（单片机等）可以采用分段线性拟合的方法来实现较高的检测精度[5?8]（见图8）。
在系统工作之前，先利用样本土壤进行湿度数值预置，如5%，10%，15%，…，控制系统利用这些样本检测到的脉宽数值进行分段线性拟合曲线，生成分段脉宽?湿度函数。在实际测量时，将检测到的脉宽数据对应相应区间函数进行运算，即可得到相应的土壤湿度值。同时由于实际上土壤的湿度变化不会很快，因此可采用定期采样（间隔几分钟左右）的方式来进行工作。
在测量不同土壤时，应先清除原有预置值，重新进行样本土壤湿度预置，生成新的分段脉宽?湿度函数进行工作。
4 结 语
本文所建立的恒流源作用下土壤湿度电学模型较好地表现了土壤湿度变化时探针阻抗变化的特性趋势，根据本文设计电路和控制策略制作的土壤湿度检测自动控制系统，经过在农业蔬菜大棚自动浇灌控制系统[9]和阳台花园自动浇灌控制系统中的应用和实践，土壤湿度检测稳定度和区分度比较良好。由于土壤的结构非常复杂，成分之间的相互反应多种多样，土壤中的微弱平衡很容易受到外界的干扰（如温度变化等）[10]，如何提高抗干扰还有待进一步深入研究。
参考文献
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关键词： 组合逻辑电路；Multisim ；仿真
0 引言
组合逻辑电路是指在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合，而与电路以前状态无关，而与其他时间的状态无关。组合逻辑电路的分析和设计是数字电路中一个重要组成部分[1]，对于初学者和大多数电子设计人员来说，掌握了一定的基本分析和设计方法后，设计出来的结果仍然不够理想，特别是经过实际焊接电路或在面包板上搭接电路，再用仪表和分析仪器来分析判断结果后，设计达不到要求，就要重新设计，反反复复不但费时费力，浪费材料，而且在搭接电路过程中由于焊接而带来的虚焊、漏焊等接触不良现象，可能引发一系列电路问题，这些都极大的消弱设计者的积极性。随着计算机技术的发展和电路设计仿真软件不断出现，运用电路设计仿真软件设计电路，是提高组合逻辑电路设计水平和设计能力的有效方法[2]。
Multisim软件是加拿大Interactive Image Technologies
公司（图像交互技术公司，简称IIT公司）在1998年推出EWB5.0
（Electronic Workbench，称为“虚拟电子实验室”）的基础上推出的一款更高版本的电路设计与仿真软件[3-4]。将Multisim软件应用于数字电路教学和科研中，可以使组合逻辑电路的分析和设计变得简洁、方便，有利于更好更快的达到组合逻辑电路的分析和设计的目的。
因此本文利用四输入表决电路设计来对比传统设计方法和Multisim软件设计方法过程。
1 传统组合逻辑电路设计
传统组合逻辑电路设计一般步骤为：分析任务要求列出真值表，通过真值表求出逻辑表达式并根据器件化简，画出逻辑电路图，最后根据逻辑电路图构建实验电路验证结果。逻辑化简是组合逻辑设计的关键步骤之一，为了使电路简单、使用器件少，要求逻辑表达式尽可能简化。但是考虑电路选取器件、稳定可靠等要求，最简化设计往往不是最终的逻辑表达式[5]。下面就以设计四输入表决电路为例来分析组合逻辑电路设计的一般步骤过程。
2.1 四输入表决电路分析
现在有四输入表决电路如图1所示，这一电路具有怎样的功能呢？逻辑转换仪提供了八个输入和一个输出端，我们将待分析电路连到逻辑转换
仪的输入和输出端上，如图3所示，按下按钮①，可以将待分析电路转换为真值表，此时可以接着按下按钮②或③，将会把真值表转换为逻辑表达式。利用此方法在分析组合逻辑电路时，可以省去复杂的逻辑计算，使得分析复杂组合逻辑电路变得更加简单。
2.2 四输入表决电路设计
最后，需要验证逻辑电路设计，我们可以直接在Multisim
1数字集成电路设计实验课程教学现状
数字集成电路设计课程为黑龙江大学集成电路专业学生本科阶段的必修课。传统的数字集成电路设计实验教学课程可使学生加深对所学理论知识的理解，熟练软件使用过程，增强动手操作能力，但还存在如下三方面问题:A.实验教学方法有待改进。在传统的数字集成电路设计实验教学中，上课前，学生基本不了解实验仪器和软件，也不清楚实验课的内容。课程开始后，教师需要把相应理论知识、仪器操作和软件使用等内容一一讲授清楚，在有限学时内，更多的讲授时间就压缩了学生动手实验和探索更深入问题的时间，不利于学生实践能力的培养。B.实验课程内容相对简单。目前，黑龙江大学数字集成电路设计实验课程的内容较为基础，基本单元电路的设计仿真占比较大，开放性实验项目不多。实验内容主要涉及比较器、编码器和加法器等基础门电路的仿真，学生使用ModelSim软件通过Verilog语言编写相应电路的网表，然后编写对应testbench文件并进行仿真验证所写电路网表功能的正确性。这类基础实验有利于学生熟练掌握编程语言和软件使用，并加深对基本单元电路的理解，但内容相对简单，对于学生设计综合能力的进一步培养还有所欠缺。C.实验课程考核机制单一。传统数字集成电路设计实验课程的考核成绩只做为其理论课程总成绩的一小部分。黑龙江大学的数字集成电路设计实验课程的考核形式一般为学生每次实验课程中是否完成了几项规定的实验内容，所有实验内容完成后所得成绩的叠加即为该门实验课程的总成绩。由于实验内容具有固定性和同一性，成绩较好的学生快速完成实验内容后难于进一步进行探索研究，这种简单的考核方式无法很好反映出学生掌握实验技能的梯度，也不利于学生发挥创新型思维进行设计实验，阻碍了学生的实践能力发展。
2基于翻转课堂教学模式的改革探索
A.课堂翻转，提升学生学习质量。在翻转课堂教学模式中，教师应由专注“如何教”转向研究学生“如何学”。在数字集成电路设计实验教学中，教师可根据本次课程的实验内容，在课程开始前一周将相应的学习知识点、软件操作、硬件搭建及要解决的问题以电子文档或视频的形式放于共享平台上。学生需要在共享平台上进行课前学习，学习期间应查阅相关参考资料，将简单的知识点尽量通过自学解决，将重点难点问题标记出来，在课堂中与教师或学习小组交流、讨论，并最终解决问题［2］。这种翻转课堂教学模式改变了传统课堂的教学方式，强化了学生主动学习的意识，提高了课堂时间利用率，可提升学生的学习质量［3］。B.实验课程内容和模式改革。实验课程对学生基础知识掌握情况的检验和设计能力的培养至关重要，因此，应打破传统实验课程辅助理论课程开设的现状，将数字集成电路设计课程实验部分作为一门拥有独立学分的必修课。实验内容应具有基础性、多样性、创新性和完整性，确保学生在做好基础性实验后，切实提升创新性实验能力。实验内容中应增加综合电路设计题目所占比重。目前，实验室拥有SEED－XDTKFPGA教学实验平台，拥有视频显示、LED显示、数码管等验证设备，可开设多种实验教学项目。学生可利用该平成编写源代码、综合、编写测试文件、功能仿真、约束设计、布局布线后仿真、生成FPGA下载代码文件、FPGA下载程序和实验平台验证结果全流程。应充分利用SEED－XDTKFPGA教学实验平台的强大功能，将该平台贯穿数字集成电路设计实验课程始终，如:可增加数码管显示、LED跑马灯、频率计等基础实验项目，独立电路设计项目也应利用该平台进行开展。这对于提高学生的数字电路设计能力、动手实践能力和掌握FPGA开发过程具有重要意义。C.完善实验课程考核机制，注重学生创新能力培养。应建立课前学习考核制度，督促学生做好课前学习。翻转课堂教学模式若要在数字集成电路设计实验教学中达到好的效果，就必须建立适当的课前考核机制。可将学生课前学习时长和通过课前学习掌握基础知识的程度作为一项课程考核指标，考核分数计入最终实验课程成绩内(占实验总成绩的20%)，进而督促学生必须做好课前学习。数字集成电路设计课程实验部分的主要任务是培养学生的数字集成电路设计能力，因此，要注重实验中创新性设计能力的考核。以往实验总成绩由每次实验得分累加获得，改革后，实验总成绩应为课前学习考核得分(20%)、每次完成实验内容考核得分(20%)和完成一个独立电路设计实验考核得分(60%)三项累加获得。独立电路设计实验需要完成电路建模、电路网表编写、testbench编写和在FPGA实验箱进行功能验证等工作。教师可根据学生在设计过程中每一步骤的完成情况给出准确的评价分数，这样可以较为细致地检验学生对基础知识和电路设计能力的掌握情况，而且独立电路设计实验分值占比较高，如果不能完成电路设计，则该门课程无法通过考核，可通过这种方式调动学生的积极性，加强学生的紧迫感，提高学生的学习质量。
3结语
通过对翻转课堂教学模式的研究，结合黑龙江大学数字集成电路设计实验教学课程现状，探索了基于翻转课堂的实验教学方法。该方法根据目前实验教学课程存在的问题，提出了课堂翻转、完善课程考核机制和实验内容改革的方法，可以增强师生之间的交互性，增加学生动手实验的时间，有助于教师在课堂上更好地掌握每一位学生真正的学习状态和学习效果，从而有效提升学生的数字集成电路设计能力、创新思维能力和实践能力。
参考文献:
［1］石端银，张晓鹏，李文宇.“翻转课堂”在数学实验课教学中的应用［J］．实验室研究与探索，2016，35(01):176－178.
［2］王伟.基于翻转课堂的《土木工程材料》实验教学研究［J］．四川建材，2018，44(08):245－246.
[关键词]数字电子电路；EDA技术；应用；探究
在微电子技术飞速发展的背景下，数字电子电路的设计的难度也在不断加大，电子产品翻新的速度也在不断加快，这给数字电子电路设计带来了较大的压力。EDA技术是数字电子电路的设计中较为先进的技术，具有其他技术不具备的优势，使数字电子电路的设计得到了革命性的发展[1]。EDA技术的优势在于当程序修改错误时，不需要使用额外的硬件电路，且在使用EDA技术进行电子产品设计时能够使电子产品的成本降低和设计周期缩短。因而，EDA技术在数字电子电路设计中得到了越来越广泛的运用，也推动了数字电子电路的设计领域的变革，促进电子产品的发展。对此，我们需要EDA技术在数字电子电路的设计中应用有所了解。
1EDA技术概述
EDA（ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化）技术是逐渐从计算机辅助测试、计算机辅助制造、计算机辅助设计以及计算机辅助工程中发展而来的[2]。该技术主要是将计算机作为载体，在EDA软件平台上，设计者主要采用硬件描述语言VHDL进行设计，进而由计算机自动完成各项工作。EDA技术是一种融合了当前多种新型技术的新技术，它以计算机为载体，将计算机技术、信息技术、电子技术以及智能技术相互融合起来，进而完成电子产品的自动化设计工作，这样有效促进了电路设计的可操作性以及效率性，不仅保障了电路设计的质量和效率，同时也极大地减轻了设计者的工作强度，同时也降低了电子产品的生产成本。具体来说，EDA技术的特点以及EDA技术设计流程如下。
1.1EDA技术的特点
相比于传统的CAD（ComputerAidedDesign，计算机辅助设计）技术而言，EDA技术具有显著的特点。首先一点，EDA技术在硬件电路选择软件设计方式方面上，它可以选择多种设计输入，如VHDL语言、波形等等，它在完成下载配置前能够在没有硬件设备的情况下能够自行完成。与此同时，它在修改硬件设备也是非常简单、易于操作，这种修改硬件设备的方式和软件程序修改方式非常接近，采用软件测试的方法对其进行测试，这样就能科学有效地设计特定功能的硬件电路[3]。第二点，EDA技术能够仪自动化的形式进行产品直面设计。它可以通过HDL语言和电路原理图等自动化的逻辑编译的相关程序输入其中，并生成相应的目标系统。简单说来，这种技术能够以计算机为依托，从电路功能模拟、电路性能分析、电路的设计以及优化、电路功能的测试和完善等全部流程都可以以自动化的形式实现。第三点，EDA技术具有较高的集成化特点，并可以自身构成片上系统。EDA技术在数字电子电路设计中是以芯片为载体进行设计的一种设计方式。因而，当前大规模集成线路的不断发展能够有效促进繁杂的芯片设计工作的完成，同时也能够完成专业化的集成电路设计[4]。第四点，EDA技术可以大大提高系统升级的工作效率，它能够当场进行目标系统的编程，实现有效的系统升级。第五点，EDA技术具有自动化的特点，且进行技术开发的时间并不长，且能够有效节约设计的费用，避免了资源的浪费，同时EDA技术也具有极大的灵活性和实用性，可操作性较强。
1.2EDA技术设计流程简介
EDA技术对于数字电子电路设计的意义可以认为是它将推动了数字电子电路设计的一个发展变革，使其进入了一个发展的新时期。传统的电路设计的模式多是以硬件搭试调试焊接的方式，而E-DA技术以计算机自动化的设计模式对传统的电路设计模式进行了创新。EDA技术设计流程主要包含8个流程依次为[5]：设计指标设计输入（将电路系统采用一定的表达式输入计算机，其中包括图形输入以及文本输入）逻辑编译（将设计者在EDA中输入的图形或文本进行有效的编排转化）逻辑综合（将电路中高级的语言转化为低级的，并与基本结构相应射）器件适配（将由综合器产生的网表文件配置到指定文件中，使之能够下载文件）功能仿真（跟进吧算法和仿真库对涉及进行模拟，以验证其涉及是否和要求一致）下载编程（将适配后生成的配置文件和下载文件以编程器下载）目标系统。
2可编程逻辑器件
数字逻辑编辑器具有自身的发展历程，一般可以将其分为分立元件、中小型标准芯片以及可编程逻辑器件等三个阶段。对逻辑器分类方面可以将其分为固定逻辑器和可编程逻辑器。其中固定逻辑器的电路是固定的、不可变的，而可编程逻辑器则可以为使用者提供多种逻辑能力，也可以在不同的时间内进行改变，进而完成不同的功能[6]。可编程逻辑器件（programmablelogicdevice，PLD）产生于通用集成电路，根据使用者对器件编程来确定其逻辑功能。可编程逻辑器件具有较高的集成度，一般能够满足大多数数字系统设计的需求。在科学技术快速发展的情况下，可编程逻辑器件也随之不断发展。当前，可编程逻辑器件已经成为解决逻辑方案的首选，这主要是因为它能够根据用户的需求进行相应的产品功能增加以及产品升级，且操作较为简便，具有低成本、低消耗、多功能、高集成性等优势。与此同时，当前一些公司也在不断对其进行研究，不断完善可编程逻辑器件的功能，并获得了较为显著的效果，如Altra公司的FLEX10K的系列产品、Xilinx公司的XC4000的系列产品[7]。
3VHSIC硬件描述语言
VHSIC硬件描述语言（Very-High-SpeedInte-gratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，VHDL）是电路设计中使用的一种高级语言，主要在20世纪80年代由美国国防部认定的标准硬件描述语言，之后其他公司纷纷推出了VHSIC硬件描述语言设计环境。对此，我们需要对VHSIC硬件描述语言具有一个较为清晰的了解。数字电子电路设计的第一步就是使用EDA技术以及相应的软件开发工具进行设计输入。简单地说就是简要描述电路设计、硬件设计以及测试方法。在设计一些规模不大的数字电子电路时，一般硬件描述的方式为原先的时序波在设计一些大规模的数字电子电路时，其描述方式就需要采用具有较强针对性的硬件描述语言。VHSIC硬件描述语言不仅能够详细描述硬件电路的功能、定时与信号连接的关系，而且还能采用简洁的模式准确描述硬件电路中逻辑较为抽象的部分[8]。由于VHSIC硬件描述语言具有详细准确描述硬件电路功能的特征，因而，VHSIC硬件描述语言成为EDA技术在数字电子电路设计中最为常用的设计输入方式和描述语言。在数字电子电路设计中，VHSIC硬件描述语言已经成为使用最为广泛的硬件电路应用描述语言。这主要是因为VHSIC硬件描述语言具有硬件特点的语句，其结构和语法具有高级计算机具有高度相似性。除此之外，VHSIC硬件描述语言在程序结构上也有着十分明显的优势，它进行实体设计时能够将其设为可视部分和不可视部分。从中可以发现，VHSIC硬件描述语言与综上所述，可以看出VHDL硬件描述语言比传统的其他硬件描述语言相比，如AHDL、VBLE，具有强大的描述功能，能够有效规避器件的复杂结构，进而对数字电子电路设计进行有效的描述[9]。具体说来，与其他硬件描述语言相比，VHSIC硬件描述语言的特点主要有以下几个方面：其一，具有强大的功能以及灵活的设计。这主要是VHSIC硬件描述语言有着功能强大的语言结构，能够采用简短的语言进行复杂逻辑的描述；同时，它也具备多层次的设计功能，支持多种设计方法。其二，具有广泛的支持性，且易于修改。由于VHSIC硬件描述语言已经成为使用最为广泛应用描述语言，因而具有广泛的支持性；由于其结构化和易读化的特征，因而易于修改。其三，系统硬件描述能力强大，VHSIC硬件描述语言可以进行结构描述、寄存器传输描述、行为描述，也可以进行三者混合描述。其四，与器件设计相对独立，在进行VHSIC硬件描述语言可以不用考虑器件设计情况，专心用于VHSIC硬件描述语言设计的优化。其五，移植能力强，能够共享。VHSIC硬件描述语言设计完成后可以将成果进行分享，避免电路的重复设计。除此之外，VHSIC硬件描述语言还具有其他的特征：其一，VHSIC硬件描述语言属于设计输入语言，它能够通过计算机详细描述硬件电路的运行状态，并将其与数字电路的设计系统自动综合。其二，VHSIC硬件描述语言是常用的测试语言，它能够以测试基准对数字电子电路进行可以仿真与模拟，进而判断其功能情况。其三，VHSIC硬件描述语言是标准化语言，它是当前设计语言中使用最为广泛的语言之一，也是当前电子领域普遍认可的标准化语言。其四，VHSIC硬件描述语言是可读性语言，它不仅可以被计算机识读，同时也可以被设计者识读。其五，VHSIC硬件描述语言一种网表语言，它独特的语言结构让其在计算机设计中工作较好，同时它在设计工具间联系的格式中属于低级设计工具，即它在门级网表文件形成中具有相互转化的功能和高度兼容性。
4EDA技术在数字电子电路设计中的应用
我们可以通过设计一个数字钟电路来展现E-DA技术在数字电子电路设计中的应用，该数字电路钟能够显示秒、分、时。
4.1准备的设备
本次实验主要是选用FPGA芯片EDA技术实验工具以及电子计算机。
4.2实验设计方法
依照EDA技术的设计规范进行分层设计，其内容包括数字钟；时计数、分计数、秒计数以及译码显示；24进位制计数器、60进位制计数器以及译码显示电路。在VHDL语言描述上，要使用VHDL语言对60进位制计数器、24进位制计数器进行描述编程，并将两者进位标准进行调整，使其一致。关于译码显示电路的设计。在设计中可以使用动态译码扫描处理电路进行处理，这能够某个时间点点亮单个数字码而达到6个同时显示的视觉效果，这样不仅将电路能耗降到最低，同时也节约了器件资源，并延长了器件的使用寿命[11]。关于顶层设计，在这一设计中需要建立在底层设计模块的基础上，通过原理图方法将两者进行有机的融合，进而获得一个完整电路。
4.3编译下载
集成电路作为关系国民经济和社会发展全局的基础性和先导性产业，是现代电子信息科技的核心技术，是国家综合实力的重要标志。鉴于我国集成电路市场持续快速的增长，对集成电路设计领域的人员需求也日益增加。集成电路是知识密集型的高技术产业，但人才缺失的问题是影响集成电路产业发展的主要问题之一。据统计，2012年我国对集成电路设计人才的需求是30万人。为加大集成电路专业人才的培养力度，更好地满足集成电路产业的人才需求，2003年教育部实施了“国家集成电路人才培养基地”计划，同时增设了“集成电路设计和集成系统”的本科专业，很多高校都相继开设了相关专业，大力培养集成电路领域高水平的骨干专业技术人才。黑龙江大学的集成电路设计与集成系统专业自2005年成立以来，从本科教学体系的建立、本科教学内容的制定与实施、师资力量的培养与发展等方面进行不断的探索与完善。本文将结合多年集成电路设计与集成系统专业的本科教学实践经验，以及对相关院校集成电路设计专业本科教学的多方面调研，针对黑龙江大学该专业的本科教学现状进行分析和研究探索，以期提高本科教学水平，切实做好本科专业人才的培养工作。
一、完善课程设置
合理设置课程体系和课程内容，是提高人才培养水平的关键。2009年，黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业制定了该专业的课程体系，经过这几年教学工作的开展与施行，发现仍存在一些不足之处，于是在2014年黑龙江大学开展的教学计划及人才培养方案的修订工作中进行了再次的改进和完善。首先，在课程设置与课时安排上进行适当的调整。对于部分课程调整其所开设的学期及课时安排，不同课程中内容重叠的章节或相关性较大的部分可进行适当删减或融合。如：在原来的课程设置中，“数字集成电路设计”课程与“CMOS模拟集成电路设计”课程分别设置在教学第六学期和第七学期。由于“数字集成电路设计”课程中是以门级电路设计为基础，所以学生在未进行模拟集成电路课程的讲授前，对于各种元器件的基本结构、特性、工作原理、基本参数、工艺和版图等这些基础知识都是一知半解，因此对门级电路的整体设计分析难以理解和掌握，会影响学生的学习热情及教学效果；而若在“数字集成电路设计”课程中添加入相关知识，与“CMOS模拟集成电路设计”课程中本应有的器件、工艺和版图的相关内容又会出现重叠。在调整后的课程设置中，先开设了“CMOS模拟集成电路设计”课程，将器件、工艺和版图的基础知识首先进行讲授，令学生对于各器件在电路中所起的作用及特性能够熟悉了解；在随后“数字集成电路设计”课程的学习中，对于应用各器件进行电路构建时会更加得心应手，达到较好的教学效果，同时也避免了内容重复讲授的问题。此外，这样的课程设置安排，将有利于本科生在“大学生集成电路设计大赛”的参与和竞争，避免因学期课程的设置问题，导致学生还未深入地接触学习相关的理论课程及实验课程，从而出现理论知识储备不足、实践操作不熟练等种种情况，致使影响到参赛过程的发挥。调整课程安排后，本科生通过秋季学期中基础理论知识的学习以及实践操作能力的锻炼，在参与春季大赛时能够确保拥有足够的理论知识和实践经验，具有较充足的参赛准备，通过团队合作较好地完成大赛的各项环节，赢取良好赛果，为学校、学院及个人争得荣誉，收获宝贵的参赛经验。其次，适当降低理论课难度，将教学重点放在掌握集成电路设计及分析方法上，而不是让复杂烦琐的公式推导削弱了学生的学习兴趣，让学生能够较好地理解和掌握集成电路设计的方法和流程。第三，在选择优秀国内外教材进行教学的同时，从科研前沿、新兴产品及技术、行业需求等方面提取教学内容，激发学生的学习兴趣，实时了解前沿动态，使学生能够积极主动地学习。
二、变革教学理念与模式
CDIO（构思、设计、实施、运行）理念，是目前国内外各高校开始提出的新型教育理念，将工程创新教育结合课程教学模式，旨在缓解高校人才培养模式与企业人才需求的冲突。在实际教学过程中，结合黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业的“数模混合集成电路设计”课程，基于“逐次逼近型模数转换器（SARADC）”的课题项目开展教学内容，将各个独立分散的模拟或数字电路模块的设计进行有机串联，使之成为具有连贯性的课题实践内容。在教学周期内，以学生为主体、教师为引导的教学模式，令学生“做中学”，让学生有目的地将理论切实应用于实践中，完成“构思、设计、实践和验证”的整体流程，使学生系统地掌握集成电路全定制方案的具体实施方法及设计操作流程。同时，通过以小组为单位，进行团队合作，在组内或组间的相互交流与学习中，相互促进提高，培养学生善于思考、发现问题及解决问题的能力，锻炼学生团队工作的能力及创新能力，并可以通过对新结构、新想法进行不同程度奖励加分的形式以激发学生的积极性和创新力。此外，该门课程的考核形式也不同，不是通过以往的试卷笔试形式来确定学生得分，而是以毕业论文的撰写要求，令每一组提供一份完整翔实的数据报告，锻炼学生撰写论文、数据整理的能力，为接下来学期中的毕业设计打下一定的基础。而对于教师的要求，不仅要有扎实的理论基础还应具备丰富的实践经验，因此青年教师要不断提高专业能力和素质。可通过参加研讨会、专业讲座、企业实习、项目合作等途径分享和学习实践经验，同时还应定期邀请校外专家或专业工程师进行集成电路方面的专业座谈、学术交流、技术培训等，进行教学及实践的指导。
三、加强EDA实践教学
首先，根据企业的技术需求，引进目前使用的主流EDA工具软件，让学生在就业前就可以熟练掌握应用，将工程实际和实验教学紧密联系，积累经验的同时增加学生就业及继续深造的机会，为今后竞争打下良好的基础。2009—2015年，黑龙江大学先后引进数字集成电路设计平台Xilinx和FPGA实验箱、华大九天开发的全定制集成电路EDA设计工具Aether以及Synopsys公司的EDA设计工具等，最大可能地满足在校本科生和研究生的学习和科研。而面对目前学生人数众多但实验教学资源相对不足的情况，如果可以借助黑龙江大学的校园网进行网络集成电路设计平台的搭建，实现远程登录，则在一定程度上可以满足学生在课后进行自主学习的需要。其次，根据企业岗位的需求可合理安排EDA实践教学内容，适当增加实践课程的学时。如通过运算放大器、差分放大器、采样电路、比较器电路、DAC、逻辑门电路、有限状态机、分频器、数显键盘控制等各种类型电路模块的设计和仿真分析，令学生掌握数字、模拟、数模混合集成电路的设计方法及流程，在了解企业对于数字、模拟、数模混合集成电路设计以及版图设计等岗位要求的基础上，有针对性地进行模块课程的学习与实践操作的锻炼，使学生对于相关的EDA实践内容真正融会贯通，为今后就业做好充足的准备。第三，根据集成电路设计本科理论课程的教学内容，以各应用软件为基础，结合多媒体的教学方法，选取结合于理论课程内容的实例，制定和编写相应内容的实验课件及操作流程手册，如黑龙江大学的“CMOS模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程，都已制定了比较详尽的实践手册及实验内容课件；通过网络平台，使学生能够更加方便地分享教学资源并充分利用资源随时随地地学习。
四、搭建校企合作平台
近年来，北京电子协会着手主办了“全国大学生集成电路设计大赛”，为各高校的在校大学生提供了一个集成电路设计专业竞赛的良好平台。通过大赛的举办，不仅提高了本科教学工作的积极性和教学质量，更加有利了提高学生的实践能力和创新能力。同时，大赛以集成电路产业为背景，联合各高校与企业参与其中，促进了高校间和校企间的交流与合作，并且通过大赛可以帮助企业发掘有潜力的优秀专业人才，而对于参赛学生而言亦是为其就业拓宽了渠道。2012—2015年期间，黑龙江大学连续参加多届“全国大学生集成电路设计大赛”，本科生及研究生组都分别取得过特等奖和一、二、三等奖的好成绩，并获得了华润上华0.35umCMOS工艺的多次流片机会，这对于本科阶段的学生来说是弥足珍贵的学习和积累经验的机会。通过参加大赛，学生不仅积累了实践操作经验，完善了知识结构，更对竞技精神有了一种新的认识与体会，增强了创新创业的意识和能力。同时，在竞赛过程中，令学生对自身的优势和劣势有了明确的认识，对于其专业能力和发展潜质也是一次很好的发掘。在今后的赛事中，我们会借鉴以往的大赛经验，对参赛的本科生和研究生进行合理的培训和实践训练，成员以高年级带低年级、老队员带新队员、理论型学生与实践性学生相结合的模式组队，以实现经验传承、知识共享与交流、创新实践、团队合作等优势，有利于专业的发展以及各届学生专业能力和创新能力的提高。
作者：卜丹 邱成军 窦雁巍 单位：黑龙江大学
【关键词】电子；电路设计；常用；调试方法；步骤探讨
伴随时代的不断发展和科学技术的不断进步，人们越来越关注社会生产力的提升。采取科学的方式进行电子电路的设计与工作流程的部署和管理，能够满足当下社会生产力发展的基本需求，也能够促进行业的生产进步。当下我国电子行业发展的过程当中都越来越重视相关的技术升级，采取高效率的生产和设计模式才能够实现对理论的进一步应用，也能够满足实际的生产工作需求。模拟的设计构想在实践工作的验证体系下常常显示出各种问题，需要以更加科学、安全、有效的方式实现对相关工作体系的完善，并在具体的工作当中以实践经验论证设计理念，保证电子行业发展的前景要求。
1电子电路设计的原理
电子电路的设计工作具有相关的工作原理和原则，需要遵循一定的制度和规律进行相关工作的设计，以此实现对工作体系的完善性需求。首先，电子电路的设计工作原理要求，设计的相关内容需要符合整体性要求，在实际的设计工作当中要针对电路工作的各个节点进行监督与功能实践。其次，设计的工作要保证具体功能的落实，针对每个电路的工作职能进行细致的划分。再者，应当进行电路设计的最优化选择，保证电路设计的稳定性和完善性，在实际的工作应用中具备可靠的特征。最后，应当实际的考量到市场经济的价值和效益需求，进行性价比的研究分析并最终完成设计。
2电子电路设计的流程
电子电路的设计工作流程比较复杂，具体的工作内容也具有较高的严谨性和准确性。在实际工作进行的过程当中，应当重视对设计目标的确认，在具体工作中明确电子功能的设计。针对电子产品的核心功能应用进行整体的考量，设计的电路能够符合单一操作的要求，进行优化的职能选择。在设计形成初期进行整体研究，包含对电子电路的测试实践。重视对电子电路的调试和功能定位，保证未来工作进行的顺利要求。重视电子电路功能的设计才是保证产品能够高效率工作和服务的基础，也是确认核心功能和辅助功效的重要工作内容。实现设计初期的检查和测试，能够保证设备未来使用的优越性。
3调试仪器概述
具体的电子电路设计功能测试与调节工作要求的比较准确和细致，在实际的工作过程当汇总需要进行相关仪器的使用和完善，避免当中一些环节出现问题。在调试仪器使用的过程中涉及到众多的零部件，包含万能用的工具表，显示波动幅度的器械，以及信号发出的设备等。针对具体的调试工作进行观察，玩能用的工具表主要是为了测量设备使用期间的电流量和电压力，以及存在的电阻等元素。显示波动幅度的器械主要是为了更准确的测量信号，关注波动变化。信号的发出设备是为了在监测过程中收集信息，确定监测工作准确性和保证基本交流。
4电子电路调试具体流程
电子电路的调试工作可以划分为诸多细致的流程，在具体工作开展的过程中还需要进行整体工作的完善和优化。调试的工作需要进行电路的线路监测，在实际的工作验收中观察通电的效果。调试的工作还需要确保对电子设备的功能监测，保证实际的工作过程能够正常的运作，充分实现对信息传播的要求。在实际工作开展的过程当中要进行电源的调试，减少工作阻碍，进行指标的规范和数据的验收。除此之外，调试工作还可以划分为两种方式，分别是整体和分区域的调试工作。细致的划分主要是为了给保证验收工作的严谨性要求。最后需要针对环境进行监测，考量实际工作需求进行优化处理。
5调试工作需要重视问题
在调试工作进行过程当中还需要重视对工作细节的优化处理，保证人员施工的科学性安排，在实际的操作过程当中需要进行设备功能的优化，确保功能的准确性要求。重视对细节工作的监督和管理，在调试的信息记录中掌握数据中存在的差异，为维护系统工作提供良好的基础，也有助于及时的解决系统工作出现的问题。除此之外，还需要认识到系统调试工作反复执行的重要性，针对测量工作进行反复的操作才能够保证电子电路的设计符合实际生产需求。
6结论
综上所述，本次研究针对电子电路设计的相关工作展开分析和研究，希望在实际的工作过程当中掌握实践的工作经验，在未来的电子电路设计工作当中采取先进的科学手段，实现对相关工作内容的整合，满足时展的进步要求。在传统电子电力设计的相关工作基础上实施切实有效的完善策略，保证基本工作的流畅性原则，在实施科学有效的方式和方法进行相关设计工作的管理，满足实际工作的需要，进行不同线路的测试和验收，保证电子电线设计工作的优越功能。重视对电子电路工作的设计工作，在实际工作开展的过程中进行调试工作的监督与管理，进一步促进我国现代化生产效率的提升。
参考文献
[1]许小飞,方桦.电子电路设计的原则、方法以及步骤探讨[J].电子制作,2016(10):45.
[2]丘嵘,涂用军.基于工作过程的学习情境设计的关键要素及途径与方法——以“电子电路调试与应用”课程为例[J].职教通讯,2013(12):5-8.
1CAD软件在电子电路教学中的应用
CAD软件系统是当下电路设计软件中图形设计功能作为全面的应用软件，其在电子电路设计教学中的应用也十分广泛。在电路设计教学的开展中，CAD软件为课程开展提供了绘图，几何造型以及特征计算等功能，在进行电路设计过程中，教师能够通过带领学生进行元件设计，是学生进一步掌握不同电路元件的功能，并以此为基础，使学生利用不同元件的特性进行电路的功能设计。CAD软件在为电路教学设置元件设计功能的同时，也自带有元件库，电路的实际设计可以直接对元件进行调用，这也能够有效节约电路原理图设计时间。在利用该软件开展教学时，教师还要强调实际元件和虚拟元件的区别，并通过在教学过程中着重强调，以保证学生实际电路连接的准确性和安全性。
2EWB软件在教学中的具体应用分析
EWB计算机软件是一种用于电路设计与仿真的EDA工具软件，与CAD软件不同，EWB软件中包含更多的高品质模拟电路元件和组件模型。教师在开展电子电路设计教学时能够在元件调用的基础上，引导学生利用软件进行多种功能仿真，如对以连接的电路结构进行交流频率特性分析，静态分析和参数扫描分析等。EWB软件主要结构包括函数信号发生器和仿真电路模板等，学生能够在课程设计中通过元件调用和参数整合，完成电路设计，并通过将电路系统调用与仿真模板中，对其进行功能测试。在电路仿真教学过程中，教师应首先开展信号发生器教学，使得学生能够依据实际电路结构设计选定对应的激励信号，以此保证电子电路结构仿真结构的准确性和有效性。
3PSPICE仿真软件在电路设计教学中的应用
作为现阶段不同类型电路分析与设计仿真软件之一，PSPICE软件具有十分优越的实用性能。该软件主要包括电子线路仿真，图形方式输出，模拟计算电路功能和网表生成等功能，不仅能够对模拟电子线路进行仿真与模式实验，也能够与实体电路结构进行连接并开展模拟仿真。在电子电路的设计教学中，教师要将课程演示重点放在利用PSPICE软件模拟连接电路上，使学生能够在掌握元件参数的基础上，更为全面的掌握电路波形和电压电流值的检测方法。PSPICE仿真软件的应用，也为电路设计教学中元件参数的优化提供了科学有效的途经，教师通过对比软件中不同模拟元件的功能，以选择灵敏度高和容差关系稳定的软件开展教学，这能够极大的优化电路设计中的元件参数，并使得电子电路设计的教学质量得到有效提升。
4结束语
不同类型计算机软件在电子电路教学中的应用，为电路设计与功能检测提供了有效的教学方式。教师在备课过程中通过对比不同电路软件的应用特点，并选取更具教学价值的应用软件开展电子电路教学，能够更为全面的对电路参数进行讲解，进而培养学生电路工程设计的眼光，为学生今后的就业与发展打下坚实的基础。
作者：顾玲芙 单位：江苏省无锡汽车工程中等专业学校
顾玲芙 江苏省无锡汽车工程中等专业学校 214153
【文章摘要】
计算机技术的迅速发展，为软件
的开发与应用创造了广阔的发展空
间。在电子线路设计领域中，软件应
用作为其重要组成部分，能够为电路
设计提供更为高效的参数优选方案，
其在当下社会应用和教学中所占比
重也日渐增加。在电路研究与设计过
程中，已有越来越多的设计者利用电
脑仿真技术对电路设计进行分析与
调试，计算机软件的应用逐渐成为当
下电子电路设计中的重要工具。本文
从电子电路设计过程中的设计质量，
设计周期及成本计算角度出发，对电
子电路设计教学中的软件应用进行
分析，并通过探讨不同类软件在电子
电路设计教学中的应用特点，为电子
电路教学提供有效的教学依据。
【关键词】
软件应用；电子电路设计；设计教学
1 电子电路设计教学发展概况
随着计算机技术的飞速进步，软件的
开发与利用日渐成为当下社会各领域发
展的重要构成部分，在现阶段的电子电路
设计中，各类软件的应用在为电路设计提
供极大便利的同时，也为电子线路连接及
功能的验证提供了有效途径。各类软件在
日渐普及和广泛应用中得以不断完善，这
也极大的促进了计算机软件在电子电路
设计中的应用。在电子电路的实际设计应
用中，由于电子电路结构设计和线路搭建
涉及到了多个电子领域，如电路图绘制，
电路设计，元件设计及结构调动等，都需
要不同类型的软件进行应用设计。在当下
我国电子电路的设计与教学中，理论课程
与课程实验的有机结合为学生的电路学
习设计提供了良好的发展空间。计算机软
件的应用教学，使得学生在掌握了软件应
用的基础上，能够以软件工具开展电子电
阻的设计，搭建和线路调试。在计算机软
件的电子电路教学设计与应用中，模拟电
子技术实验教学是一个极具代表性的实
例，学生在模拟电子电路设计的课程中，
能够在课程内容中学习到电路技术和计
算机技术的基础知识，并通过课堂练习和
课程实践不断加深对计算机软件应用和
电子电路设计的认知，在课程教学后期的
课程实践中，教师通过带领学生开展电路
设计实践，以进一步促进学生软件知识和
电子电路知识的有机融合。电子电路教学
的开展，为计算机软件和电路设计应用的
结合提供了发展前提，这也为我国电子电
路技术的发展奠定了基础。
各类软件在电子电路
设计教学中的运用
顾玲芙 江苏省无锡汽车工程中等专业学校 214153
2 电子电路设计教学中软件应用意
义探讨
在电子电路的实际设计与开发中，
电路结构的软件设计仿真测试已成为当
下最具有效性的技术，加之越来越多的电
子电路设计者选择运用计算机软件对电
子电路设计进行研究，这就使计算机软件
应用在电子电路的设计中具有十分重要
的意义。计算机软件提供的软件仿真功能
为电子电路的方案设计提供了有力的参
考，学生能够利用软件进行对预先设计好
的电路方案进行仿真，并通过对比方案设
计与当真结果对具体内容进行改进，这在
帮助学生完善仿真方案的同时，也进一步
巩固了其对知识的掌握，提升了电路设计
中发现问题和处理问题的能力。与传统形
式的电路测量检验方式不同，计算机软件
的应用仅需要将电路接口连接到实验箱，
通过程序调试模拟实际应用环境，以更为
高效率的检测出电路系统的设计错误。软
件应用在为电子电路设计提供仿真环境
的同时，也能够在学生的电子理论学习中
起到极大的辅助作用。在电子电路教学开
展过程中，课程理论和实验设计的有机结
合能够进一步加深学生对电路知识的理
性认知，而在电路的设计和应用检测过程
中，由于校园客观环境的限制，电路的检
验与应用通常无法得到充分开展，而利用
计算机软件设计则能够有效实现对电路
设计的检验和校正，使得学生能够在真正
意义上掌握电子电路设计课程中的研究
方法。
3 各类软件在电子电路教学中的具
体运用
3.1 CAD 软件在电子电路教学中的
应用
CAD 软件系统是当下电路设计软件
中图形设计功能作为全面的应用软件，其
在电子电路设计教学中的应用也十分广
泛。在电路设计教学的开展中，CAD 软
件为课程开展提供了绘图，几何造型以及
特征计算等功能，在进行电路设计过程
中，教师能够通过带领学生进行元件设
计，是学生进一步掌握不同电路元件的功
能，并以此为基础，使学生利用不同元件
的特性进行电路的功能设计。CAD 软件
在为电路教学设置元件设计功能的同时，
也自带有元件库，电路的实际设计可以直
接对元件进行调用，这也能够有效节约电
路原理图设计时间。在利用该软件开展教
学时，教师还要强调实际元件和虚拟元件
的区别，并通过在教学过程中着重强调，
以保证学生实际电路连接的准确性和安
全性。
3.2 EWB 软件在教学中的具体应用
分析
EWB 计算机软件是一种用于电路设
计与仿真的EDA 工具软件，与CAD 软件
不同，EWB 软件中包含更多的高品质模
拟电路元件和组件模型。教师在开展电子
电路设计教学时能够在元件调用的基础
上，引导学生利用软件进行多种功能仿
真，如对以连接的电路结构进行交流频
率特性分析，静态分析和参数扫描分析
等。EWB 软件主要结构包括函数信号发
生器和仿真电路模板等，学生能够在课程
设计中通过元件调用和参数整合，完成电
路设计，并通过将电路系统调用与仿真模
板中，对其进行功能测试。在电路仿真教
学过程中，教师应首先开展信号发生器教
学，使得学生能够依据实际电路结构设计
选定对应的激励信号，以此保证电子电路
结构仿真结构的准确性和有效性。
3.3 PSPICE 仿真软件在电路设计教
学中的应用
作为现阶段不同类型电路分析与设
计仿真软件之一，PSPICE 软件具有十分
优越的实用性能。该软件主要包括电子线
路仿真，图形方式输出，模拟计算电路功
能和网表生成等功能，不仅能够对模拟电
子线路进行仿真与模式实验，也能够与实
体电路结构进行连接并开展模拟仿真。在
电子电路的设计教学中，教师要将课程演
示重点放在利用 PSPICE 软件模拟连接
电路上，使学生能够在掌握元件参数的基
础上，更为全面的掌握电路波形和电压电
流值的检测方法。PSPICE 仿真软件的应
用，也为电路设计教学中元件参数的优化
提供了科学有效的途经，教师通过对比软
件中不同模拟元件的功能，以选择灵敏度
高和容差关系稳定的软件开展教学，这能
够极大的优化电路设计中的元件参数，并
使得电子电路设计的教学质量得到有效
提升。
4 结束语
不同类型计算机软件在电子电路教
学中的应用，为电路设计与功能检测提供
了有效的教学方式。教师在备课过程中通
过对比不同电路软件的应用特点，并选取
更具教学价值的应用软件开展电子电路
教学，能够更为全面的对电路参数进行讲
解，进而培养学生电路工程设计的眼光，
为学生今后的就业与发展打下坚实的基
础。
【参考文献】
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术的实际应用探究[J]. 山东科学
技术出版社.2011（6）：6-14.
[2] 胡晓云，邓肖月.EDA 技术在电
子电路教学中的应用. 实验与探
索.2012
[3] 胡卫平.CAISD 软件包的研制及其
在逆变器优化设计中的应用. 北
京电子教育出版社.2009,9-15
[4] 周淑芳. 柔性电路板在电子电路
【关键词】电子电路设计；调试方法；步骤
当前，随着社会经济的不断发展和科学技术的不断进步，我国的电子行业已在市场经济领域中得到了大规模的发展，同时也得到了广泛的应用。其中，对于电子设备来说，电子电路的设计是其中的一个关键性内容，为了有效地满足社会对电子行业的需求，人们对电子电路的设计质量也提出了更高的要求，而电力的调试工作作为电子电路设计中的一个核心内容，重视和完善电路的调试工作便显得尤为重要，其对优化电子电路的设计质量具有非常重要的影响。
1电子电路设计常用的调试方法
电子电路设计常用的调试方法主要有两种，即分别为分块调试法和整体调试法。下面主要对此两种方法进行了一定的分析。
1.1分块调试法
在进行电子电路设计时，分块调试法的应用主要是将整个电子电路按照一定的规律分成不同类型的模块，然后再对每个模块进行调试。通常情况下，其主要是按照电路的不同功能进行划分的，由此则可以对不同电路部分的性能进行单独地调试。其中，在实际调试作业过程中，为了保障电子电路分块的科学合理性以及调试工作的正常开展，相关工作人员应首先对电子电路的工作方式、工作原理进行具体地掌握，然后在实际的调试过程中应严格按照电路的信号流通线路进行具体地划分，从而便可以将电子电路划分成多个级别。在此前提下，工作人员则可以对电子电路进行一级一级地作业，以更加有效地完成对电子电路的调试。此外，分块调试法还适用于边安装边调试的情况下，即在整个电子电路中每安装完一个模块就可以对其进行相应的调试工作。与在电子电路安装完毕之后再进行分块调试的模式相比较的话，虽然该调试方式会在一定程度上增加调试工作的难度，但是该工作的效果却是比较理想的，其不仅可以在电力电路安装的过程中立即发现其间可能存在的故障模块，且当电子电路安装完毕之后，与之相对应的调试作业也便同时完成了。在实际作业过程中，分块调试法常被普遍应用于较小的电路中。
1.2整体调试法
与分块调试法不同，整体调试法主要是在整个电子电路都安装完毕之后再对其进行一次性地总调试，而并不对每一模块进行单独地调试。一般情况下，整体调试法常被应用于结构简单的电子电路中，但其也可以取得良好的调试效果，尤其是对于一些无法分块调试的产品来说，整体调试法的应用在其中具有着极其重要的意义。
2电子电路设计常用的调试步骤
在对整个电子电路进行调试的作业时，相关工作人员需掌握具体的调试方法和调试步骤，以保证调试工作的正常开展。其中，在进行电子电路调试工作之前，其需做好相应的准备工作。①工作人员需准备好相关性的技术文件，这是保证调试工作正常运行的首要内容，如准备好电子电路的线路图、电力系统的设计原理、设计说明书等文件，这些重要的文件都可以为调试工作提供良好的理论依据。②在进行调试工作时，其也需要借助相应的仪器设备，因此工作人员需准备好相应的使用仪器。一般情况下，调试工作的开展需要的仪器工具主要有万用表、示波器、信号发生器等，因此在进行电路调试的时候，工作人员还需掌握仪器的性能和使用，以更加有效地完成调试工作。除此之外，在准备好相应的仪器设备后，工作人员还需检查仪器是否完好。③调试场地的准备也是调试工作中的一个重要内容，工作人员需做好调试场地的准备工作，如保证场地的清洁、无漏电风险等。在做好相应的电子电路调试前的准备工作之后，则需开始进行具体的调试步骤。一般情况下，电子电路设计常用的调试步骤主要有四步，则分别为线路检查、通电检查、功能检测以及指标检测。下面主要对此步骤进行了具体地分析。
2.1线路检查
在电子电路设计调试作业中，开展线路检查的内容主要包括两个方面。①线路检查即为直观性的检查，在该作业过程中，其主要是检查电子电路的线路连接是否正确，看是否存在错线、少线、多线的情况。此时，为了保障检查工作的质量，相关检查人员可根据电路的设计图纸进行一定的对比，并可在检查的过程中在图纸进行相应的标记，以此不仅可以保障检查工作的思路清晰性，且还能全面地提升线路检查的效果，避免出现漏查的现象。②线路检查还需对元器件的连接方式进行相应的检查，此时在作业过程中则需要借助一定的仪表检查元件的连接是否正确、元件的连接是否到位等。例如，在实际检查作业中，工作人员可以运用数字万用表进行测试，其主要需观察连线两端连接的元件引脚位置是否与设计图纸的相对应，而通过观察则可及时发现引脚与连线接触不良的故障等。
2.2通电检查
通电检查主要是对接入电源的电子电路进行通电性的检查，以保障整个电路的安全性能。其中，在实际检查作业中，通电检查是不接入任何信号源的，其主要是在接入电源之后观察整个电子电路是否存在冒烟、冒火、出现异味等一些异常的情况，且只有首先进行最初的观察与判断才利于后续的进一步检查。对于正常运行的电子电路来说，其在通电之后并不会出现发热、发烫的情况，因此当观察到通电检查中存在任何的异常情况时，相关人员也无需太过紧张，其首先需要做的事便是立即切断电源，然后根据实际发生故障的位置进行相应的处理，如可将发生故障的元器件拔出，待排除其存在的故障之后再对其进行电源测试。此时，在接入元器件时，其需认真检查元器件的引脚连接是否正确以及检查电源电压是否处于正常状态下，待确定电子电路所处的状态为正常状态时，其可再一次接通电源实行通电检查。
2.3功能检测
通常情况下，功能检测也是不需要接入信号源的。在电子电路设计调试中，功能检测的主要内容是检测电路在静态工作下的参数值，即主要是测试电路静态的工作状态，看其所显示的相关数据是否合理。例如，在实际作业过程中检测放大功能的元器件的工作状态是否处于正常的放大区域内；检测数字电子电路中的各个电路输入端、输出端的电瓶电压值是否合理，以及检测其内部的逻辑关系是否正常等；对于运算放大器来说，工作人员在检查电路中的正、负电源之外，还需进一步检查调零电路是否存在零点漂移的情况，以此保障整个电子电路的正常运行。此外，为了在一定程度上实现全面化的电子电路功能检测，在进行功能检测作业时还需在电路输入端接入一定的幅度、频率的信号源，与此同时可通过双踪示波器的运用来进一步观察输入、输出信号的波形形状、信号幅值、相位关系、频率等相应的参数值，而检测人员即可逐级对此进行全面地检测。
2.4指标检测
在经过前面几个步骤的检测作业之后，则可以基本上确定电子电路的正常运行状况。其中，指标检测是整个调试作业中的最后一个步骤，其主要是在前面三个步骤的基础上对电子电路的应用效果进行一定的检测。对于整个电子电路的设计来说，其首先便会具备一定的设计要求，而指标检测作业的开展则是根据设计的实际需求对其中的相关性技术指标进行测试。在实际作业过程中，其可以通过准确地记录测试数据来进行全面地分析与研究，以通过确定电子电路中的技术参数是否合格来实现指标检测的目标。其中，如若相关参数标准存在不合格的现象，则相关人员需对整个电子电路设计图纸进行再一次地分析与研究，以通过不断开展调试作业来实现设计图纸的合理性。
3结束语
综上所述，在电子电路的设计过程中，人们应对电路的调试工作给予高度的重视，并需在实际作业过程中加强对电路的调试管理，以根据实际情况采取有效的调试方法，从而通过对电子电路进行有效性的调试管理来优化电子电路的设计质量，以在一定程度上实现电子电路的真正实效性设计。
参考文献
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关键词：Multisim ； 数字电子技术 ； 课程设计
中图分类号：G40―012.9 文献标识码：A 文章编号：1671―1580（2013）12―0058―03
一、《数字电子技术》课程设计概述
数字电子技术是计算机、电子等专业必修的重要专业技术平台课，也是理论与实践紧密结合的课程。本课程除了理论与实验教学外，通常在课程教学结束后还会安排一到二周的集中综合拓展性课程设计实践教学环节。学生需要在教师指导下通过对数电课程所学知识的系统整合与综合应用完成典型电子产品的设计、制作和调试。主要培养学生对所学理论知识综合分析应用能力、典型电子产品电路的设计方法及电路制作和调试实践能力。使学生的实践能力、创新能力、分析和解决工程技术实际问题的能力不断提高。同时培养学生独立思考、勇于探索、刻苦钻研的科学学习作风和科学素养。更好满足社会应用型岗位对人才的需求。
二、Multisim在《数字电子技术》课程设计教学中的优势
传统《数字电子技术》课程设计教学中，学生根据教师下达的设计任务要求通过理论分析、计算来设置电路参数，在纸上手工画出设计图，对电路设计的合理性、正确性以及实际运行结果只有在电路硬件制作好后才可以通电测试验证。若发现故障往往也会由于线路复杂、学校实验条件有限等原因导至排故、电路结构修改很困难。造成耗时、耗力、耗材，学生往往也会缺乏耐性，整个设计过程较枯燥难以激发学生兴趣，缺乏大胆尝试精神和创新意识。为此在设计中引入了Multisim仿真软件。Multisim开放虚拟电子实验室中提供了大量丰富的虚拟仪器仪表、元件库，不仅为模电、数电、模数混合电路、单片机电路等提供了立体化设计平台，更具有强大的仿真分析功能。学生可以做到边设计边仿真实时观察运行结果验证电路的合理、正确性。且排故和修改电路结构、增减元器件等也只需动动鼠标即可，省时、省力、省材。学生可以无所顾忌大胆尝试用不同型号元器件进行不同方案的设计。提高设计效率同时激发了学生不断探索创新的精神，设计过程充满了挑战和乐趣，从而使设计过程更加科学规范，提高了学生综合分析设计能力。
三、Multisim在《数字电子技术》课程设计教学中的应用
《数字电子技术》课程设计教学通常按教师根据不同设计题目下达主要设计任务、学生收集资料、确定设计方案、设计绘制电路图、电路制作、调试，最后撰写设计报告等步骤进行。通常一个班级会有多个设计题目如数字钟、交通灯、抢答器等。根据设计题目的不同将学生分为不同组，整个教学中以学生自主设计学习为主，以教师给予一定的理论知识与技能辅导为辅。Multisim主要应用在课程设计教师教学辅导和学生学习两方面。
（一）Multisim应用在课程设计教师教学辅导中。主要体现集中教学辅导和按课题不同分组教学辅导。集中教学辅导中教师可以通过某个电路仿真设计案例的动态演示向学生讲解电子产品电路的常规设计方法、电路设计过程及规范绘制电路图的方法并使学生掌握对Multisim软件的使用方法等。按课题不同分组教学辅导主要针对不同课题组学生对指定课题进行小组或个别教学辅导。通过对相关电路仿真案例演示，明确设计任务要求并向学生讲解单元电路功能原理和总电路结构原理、设计思路和方法，以便为学生独立设计提供帮助与参考，使学生对要设计的电子产品有系统性的认识。分组教学环境相对开放与放松，教师可以面对面对学生进行辅导。利用Multisim讲解单元电路时，要突出电路的主要功能原理分析，不用象在课堂教学中讲得那么详细，否则容易束缚学生的思维，应给学生留有充分想象、思考和拓展的空间，使其具有举一反三的能力，教师可以提供参考性的建议。
（二）Multisim应用在学生电路设计学习过程中。主要体现学生在掌握电路原理的基础上能学习和熟练使用Multisim软件并将其应用到整个电路设计中，电路设计过程严格要求学生在仿真环境下完成对单元电路、总电路的设计与绘制，并会利用虚拟仪器进行仿真测量、排故、调试，实时验证运行结果。最后，要求学生将最终调试好的电路设计图、测量数据都要记入课程设计报告中。
（三）Multisim在数字钟电路设计中的应用举例
数字钟电路是课程设计中常用的典型题目，教师可以提供预先准备的简单数字钟电路仿真实例为参考，为学生讲解各单元电路和总电路的设计过程，使学生对电路的基本功能结构框架有初步的了解和认识。以24小时制六位数字钟电路设计为例。
1.设计任务。设计一个24小时制并显示时、分、秒的六位数字钟。可以分别对时、分进行校时且具有整点报警功能。
2.任务分析。数字钟电路主要由秒脉冲产生电路、时分秒计数电路、显示电路、校时电路和整点报警等单元电路构成。其中时计数器为24进制，分、秒计数器都为60进制，校时电路采用自动校时法。整点报警电路可采用蜂鸣器发声达到报警功能。
3.单元电路的设计与仿真
（1）1HZ秒脉冲电路的设计与仿真。秒脉冲电路主要为数字钟的秒计数电路提供频率为1HZ的时钟脉冲信号，其精确度和稳定性直接决定着数字钟的走时精度。本设计简单采用555定时器构成的多谐振荡器实现，通过计算其RC的参数使其输出1HZ脉冲。根据该振荡器的输出脉冲的周期计算公式
图1 秒脉冲产生电路
由于频率低，此款电路稳定性和精度不高，若精度要求高可以采用32768HZ石英晶体振荡器经分频电路获得秒脉冲，也可以用555定时器产生1KHZ再经分频电路获得秒脉冲。由于虚拟环境中的秒信号要比现实生活中1S信号要慢得很多，因此为调试方便以下虚拟过程中都直接用脉冲电源代替秒信号电路。
（2）时分秒计数、显示电路设计与仿真。时、分、秒计数电路各采用两片74LS160十进制计数器级联构成。时计数器采用两片74LS160级联成24进制计数器，时十位利用置数法接成三进制（0-2），当十位显示2时将个位变成四进制计数器使时个位只显示0-3。这样时计数器在分计数器提供的时钟信号触发下即可在00时-23时之间循环计数（如图2所示）。分、秒计数电路原理相同，将两片74LS160接成60进制即十位接成六进制（0-5），且采用置数法使计数器回到初始计数状态。个位为十进制（0-9），个位的进位输出端作为十位的时钟脉冲端。这样在时钟脉冲的触发下可以在00-59间循环计数（如图3所示）。
图2 24进制时计数电路
图3 60进制分、秒计数电路
显示电路设计中采用四管脚的虚拟LED七段数码管，其将七段显示译码器功能与实际的七段数码管显示功能集成在一起，直接输入四位二进制数完成数码显示。在实际设计时可以用七段译码器驱动普通七段数码管显示。
（3）时、分校时电路的设计与仿真
时、分采用相同的校时电路，本设计中采用机械开关与RS触发器构成快速自动校时电路，可以分别对时、分计数电路快速自动校时，分自动校时电路，如图4所示：
图4 分自动校时电路
本设计通过机械开关S在1HZ秒脉冲信号和秒计数电路提供的时钟触发信号间实现切换输出至分个位CP时钟脉冲端，实现快速自动较时。由于机械开关在动作瞬间往往会发生抖动使输入信号产生“毛刺”干扰信号导致电路工作出错，因此，运用基本RS触发器存储记忆功能构成“防抖动”电路，无论开关如何动作，触发器的输出端均没有抖动现象。当开关S拨向A，触发器为1态（U1输出1，U2输出0），将来自1HZ秒脉冲信号输出至分个位CP端同时，阻断来自秒计数器时钟触发信号，实现自动快速校时功能。当开关S拨向B，触发器为0态（U1输出0，U2输出1），将来自秒计数器时钟触发信号输出至分个位CP端，同时阻断来自1HZ秒脉冲信号，恢复正常运行。
（4）整点报警电路
本设计整点报警电路是通过蜂鸣器发声来实现的。当分显示00时蜂鸣器开始鸣叫且只从00分00秒开始间隔响十声后停止鸣叫，如图5：
图5 整点报警电路
图中QD、QC、QB、QA分别为计数器的输出端，当整点时蜂鸣器开始间隔发声。蜂鸣器的频率可以调整，频率设置越高声音越细亮。
4.数字钟总电路图设计仿真
数字钟总电路设计仿真电路即将上述各单元模块电路合理组合连线设计而成。可以进行整体电路的调试与仿真运行，检测各单元电路功能运行效果是否正常。仿真测试电路如图6所示。
图6 数字钟仿真电路图
单元电路讲解时，教师可以对不同进制数（24小时制或12小时制）、校时方式、整点报警方式或采用元器件型号等对每个学生提出不同的功能设计任务要求；校时电路还可以尝试手动校时；整点报警电路可以采用发光管发光等不同电路实现不同的报警方式，使学生在掌握基本功能设计原理基础上还具有对电路功能的拓展创新能力。总电路设计中教师重点讲解电路组成结构和各模块间连接方法，特别是时分秒计数电路间的级联方法，通过对总电路运行、调试演示电路的运行效果，使学生对所设计的题目有系统性的感性认识。
[参考文献]
[1]邱寄帆 ，唐程山.数字电子技术[M].北京：人民邮电出版社，2005.
[2]路而红.数字电子电路[M].北京：中央广播电视大学出版社，2004.
[3]程勇.实例讲解Multisim10电路仿真[M].北京：人民邮电出版社，2010.
关键词： 继电接触器控制系统 主体思路 方法
1.引言
对电动机或其他电气设备的通断，当前国内较多地采用继电接触器控制器件。秦曾煌教授编写的《电工技术》第十章“继电接触器控制系统”就是讲解本知识。本文就讲授本章知识的主体思路和方法进行探讨，以期提高学生的学习效率［1］。
2.直接起动电路设计
继电接触器控制系统的讲解要偏重实践。在课堂教学的时候，首先以直接起动电机为例进行讲解。对于小功率的电机，常常采用如图1―1的方法起动，其中L1，L2，L3为三相电，M为电机，QS为机械式开关，FU为熔断器。对于QS、FU的理解，可以让同学们参照家里面的闸刀开关和保险丝进行学习掌握。
图1-1所示电路在不停电的场合可以正常使用，但是如果停电，则电机停止运转，突然来电则自行起动运转，带来安全隐患。此外，对于大功率的电机，起动时还要采取各种方法降低启动电流，因此需要对电路进行扩展。另外，对于使用机械开关直接控制也不够方便，因此经常使用如图1―2所示电路进行直接启动。其中FR为热继电器，主要提供过载保护，与FU不同在于，FU主要提供短路保护。图1―2电路的主要改进在于引入了按钮SB和交流接触器KM。下面介绍SB及KM的工作原理。
按钮的工作机理在于弹簧的作用力，如图1―3所示，当按下按钮帽后，断开常闭触头，接通常开触头。当松开手后，靠弹簧力的作用，常开触头重新断开，常闭触头重行闭合，完成一次电路的通断。
接触器相当于对按钮进行了改进，如图1―4所示，下面黑色的环体代表线圈，只要给线圈通电，即产生磁力，磁力克服弹簧力，吸引弹片向下，使常闭触头断开，常开触点闭合。当线圈断电，靠弹簧力的作用，常开触头重新断开，常闭触头重行闭合，完成一次电路的通断。
只要对照图形理解元器件作用，就能很快理解图1―2的原理，因此对继电接触器控制系统就有了一个基础的理解。
3.正反转电路设计
首先介绍正反转电路的主电路。正反转电路的主电路无非是实现正传和反转，根据电动机的原理，只需调换两根相线即可。因此主电路如图2―1所示。
对于正反转的控制电路，实则是两路的直接启动控制线路。即如图2―2所示。其运行方式为正传―停止―rc 转。图2―2虽然简单，但可能会误操作，adk 正传―反转，则会引起短路。因此加入互锁环节，如图2―3所示，这样，电路的工作方式还是正传―停止―反转，但不会出现短路的情况。但是这种设计仍然不能采用直接正反转，因此使用复合按钮设计如图2―4的控制线路，可以完成直接的正反转。
在这里需要注意两个方面的问题：不可让线圈串联，因为串联分压，可能使电磁铁磁力不够。此外，对于接触器和按钮的常开和常闭触头，需要注意先断开后闭合的问题。
4.行程控制电路设计
电机正反转能够让电动小车前行和后退，因此加入检测元件进行行程控制。此处选择检测元件为行程开关，行程开关的原理和按钮类似。压下去就成反态，离开就恢复原态。
电动小车往复控制主电路与正反转主电路一样，这一点容易理解。
难点在于控制电路如何设计。使用行程开关触点取代按钮，但为了前行启动，又能后行启动，因此将行程开关触点和按钮并联，如图3所示。图中，ST为行程开关。
5.时间控制电路设计
时间控制电路设计来讲，主要是使用时间继电器完成延时控制。时间继电器的工作原理为，延时动作，即得电延时和失电延时，对应的线圈亦不一样。
以星型―三角型降压启动电路的设计，讲解时间控制。
主电路的设计依据星型三角型联接方式即可得到，如图4―1，其控制电路的设计可以由正反转电路演化而来。
正反转电路中的正转可以当做是星型启动，反转是三角型运行。因此只需将反转启动按钮换成时间继电器的延时触点即可。
时间继电器的延时触点有了位置，则要摆放线圈位置，线圈可与星型启动的线圈并联。则基本的电路设计完毕。
设计好后，需要改进电路。延时动作完成，电动机三角型正常运转后，需要切断延时线圈，因此加入互锁控制。经过改进后的电路如图4―2所示。
6.结语
本文分析了继电接触器控制系统讲解的主体思路和方法。设计有两条思路：串并联思路、特殊功能触点取代按钮。此思路是贯穿整个继电接触器控制设计的讲授，这一点一定要和同学们讲清楚，以便其以后开展自行设计。讲解本章知识，切忌直接给图，让同学们读图进行理解。以上方法为个人教学总结，以期能对讲授本章知识提供参考。
计算机系统所要求解决的问题日趋复杂，与此同时，计算机系统本身的结构也越来越复杂。而复杂性的提高就意味着可靠性的降低，实践经验表明，要想使如此复杂的实时系统实现零出错率几乎是不可能的，因此人们寄希望于系统的容错性能：即系统在出现错误的情况下的适应能力。对于如何同时实现系统的复杂性和可靠性，大自然给了我们近乎完美的蓝本。人体是迄今为止我们所知道的最复杂的生物系统，通过千万年基因进化，使得人体可以在某些细胞发生病变的情况下，不断地进行自我诊断，并最终自愈。因此借用这一机理，科学家们研究出可进化硬件（EHW,EvolvableHardWare），理想的可进化硬件不但同样具有自我诊断能力，能够通过自我重构消除错误，而且可以在设计要求或系统工作环境发生变化的情况下，通过自我重构来使电路适应这种变化而继续正常工作。严格地说，EHW具有两个方面的目的，一方面是把进化算法应用于电子电路的设计中；另一方面是硬件具有通过动态地、自主地重构自己实现在线适应变化的能力。前者强调的是进化算法在电子设计中可替代传统基于规范的设计方法；后者强调的是硬件的可适应机理。当然二者的区别也是很模糊的。本文主要讨论的是EHW在第一个方面的问题。
对EHW的研究主要采用了进化理论中的进化计算（EvolutionaryComputing）算法,特别是遗传算法（GA）为设计算法，在数字电路中以现场可编程门阵列（FPGA）为媒介，在模拟电路设计中以现场可编程模拟阵列（FPAA）为媒介来进行的。此外还有建立在晶体管级的现场可编程晶体管阵列（FPTA），它为同时设计数字电路和和模拟电路提供了一个可靠的平台。下面主要介绍一下遗传算法和现场可编程门阵列的相关知识，并以数字电路为例介绍可进化硬件设计方法。
1．1遗传算法
遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程的一种自适应全局优化算法，它借鉴了物种进化的思想，将欲求解问题编码，把可行解表示成字符串形式，称为染色体或个体。先通过初始化随机产生一群个体，称为种群，它们都是假设解。然后把这些假设解置于问题的“环境”中，根据适应值或某种竞争机制选择个体（适应值就是解的满意程度），使用各种遗传操作算子（包括选择，变异，交叉等等）产生下一代（下一代可以完全替代原种群，即非重叠种群；也可以部分替代原种群中一些较差的个体，即重叠种群），如此进化下去，直到满足期望的终止条件，得到问题的最优解为止。
1．2现场可编程逻辑阵列(FPGA)
现场可编程逻辑阵列是一种基于查找表(LUT,LookupTable)结构的可在线编程的逻辑电路。它由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态，工作时需要对片内的RAM进行编程。当用户通过原理图或硬件描述语言（HDL）描述了一个逻辑电路以后，FPGA开发软件会把设计方案通过编译形成数据流，并将数据流下载至RAM中。这些RAM中的数据流决定电路的逻辑关系。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用，灌入不同的数据流就会获得不同的硬件系统，这就是可编程特性。这一特性是实现EHW的重要特性。目前在可进化电子电路的设计中，用得最多得是Xilinx公司的Virtex系列FPGA芯片。
2进化电子电路设计架构
本节以设计高容错性的数字电路设计为例来阐述EHW的设计架构及主要设计步骤。对于通过进化理论的遗传算法来产生容错性，所设计的电路系统可以看作一个具有持续性地、实时地适应变化的硬件系统。对于电子电路来说，所谓的变化的来源很多，如硬件故障导致的错误，设计要求和规则的改变，环境的改变（各种干扰的出现）等。
从进化论的角度来看，当这些变化发生时，个体的适应度会作相应的改变。当进化进行时，个体会适应这些变化重新获得高的适应度。基于进化论的电子电路设计就是利用这种原理,通过对设计结果进行多次地进化来提高其适应变化的能力。
电子电路进化设计架构如图1所示。图中给出了电子电路的设计的两种进化，分别是内部进化和外部进化。其中内部进化是指硬件内部结构的进化，而外部进化是指软件模拟的电路的进化。这两种进化是相互独立的，当然通过外部进化得到的最终设计结果还是要由硬件结构的变化来实际体现。从图中可以看出，进化过程是一个循环往复的过程，其中是根据进化算法（遗传算法）的计算结果来进行的。整个进化设计包括以下步骤：
（1）根据设计的目的，产生初步的方案，并把初步方案用一组染色体（一组“0”和“1”表示的数据串）来表示，其中每个个体表示的是设计的一部分。染色体转化成控制数据流下载到FPGA上，用来定义FPGA的开关状态，从而确定可重构硬件内部各单元的联结，形成了初步的硬件系统。用来设计进化硬件的FPGA器件可以接受任意组合的数据流下载，而不会导致器件的损害。
（2）将设计结果与目标要求进行比较，并用某种误差表示作为描述系统适应度的衡量准则。这需要一定的检测手段和评估软件的支持。对不同的个体，根据适应度进行排序，下一代的个体将由最优的个体来产生。
（3）根据适应度再对新的个体组进行统计，并根据统计结果挑选一些个体。一
部分被选个体保持原样，另一部分个体根据遗传算法进行修改，如进行交叉和变异，而这种交叉和变异的目的是为了产生更具适应性的下一代。把新一代染色体转化成控制数据流下载到FPGA中对硬件进行进化。
（4）重复上述步骤，产生新的数代个体，直到新的个体表示的设计方案表现出接近要求的适应能力为止。
一般来说通过遗传算法最后会得到一个或数个设计结果，最后设计方案具有对设计要求和系统工作环境的最佳适应性。这一过程又叫内部进化或硬件进化。
图中的右边展示了另一种设计可进化电路的方法，即用模拟软件来代替可重构器件，染色体每一位确定的是软件模拟电路的连接方式，而不是可重构器件各单元的连接方式。这一方法叫外部进化或软件进化。这种方法中进化过程完全模拟进行，只有最后的结果才在器件上实施。
进化电子电路设计中，最关键的是遗传算法的应用。在遗传算法的应用过程中，变异因子的确定是需要慎重考虑的，它的大小既关系到个体变异的程度，也关系到个体对环境变化做出反应的能力，而这两个因素相互抵触。变异因子越大，个体更容易适应环境变化，对系统出现的错误做出快速反应，但个体更容易发生突变。而变异因子较小时，系统的反应力变差，但系统一旦获得高适应度的设计方案时可以保持稳定。
对于可进化数字电路的设计，可以在两个层面上进行。一个是在基本的“与”、“或”、“非”门的基础上进行进化设计，一个是在功能块如触发器、加法器和多路选择器的基础上进行。前一种方法更为灵活，而后一种更适于工业应用。有人提出了一种基于进化细胞机（CellularAutomaton）的神经网络模块设计架构。采用这一结构设计时，只需要定义整个模块的适应度，而对于每一模块如何实现它复杂的功能可以不予理睬，对于超大规模线路的设计可以采用这一方法来将电路进行整体优化设计。
3可进化电路设计环境
上面描述的软硬件进化电子电路设计可在图2所示的设计系统环境下进行。这一设计系统环境对于测试可重构硬件的构架及展示在FPGA可重构硬件上的进化设计很有用处。该设计系统环境包括遗传算法软件包、FPGA开发系统板、数据采集软硬件、适应度评估软件、用户接口程序及电路模拟仿真软件。
遗传算法由计算机上运行的一个程序包实现。由它来实现进化计算并产生染色体组。表示硬件描述的染色体通过通信电缆由计算机下载到有FPGA器件的实验板上。然后通过接口将布线结果传回计算机。适应度评估建立在仪器数据采集硬件及软件上，一个接口码将GA与硬件连接起来，可能的设计方案在此得到评估。同时还有一个图形用户接口以便于设计结果的可视化和将问题形式化。通过执行遗传算法在每一代染色体组都会产生新的染色体群组，并被转化为数据流传入实验板上。至于通过软件进化的电子电路设计，可采用Spice软件作为线路模拟仿真软件，把染色体变成模拟电路并通过仿真软件来仿真电路的运行情况，通过相应软件来评估设计结果。
4结论与展望
进化过程广义上可以看作是一个复杂的动态系统的状态变化。在这个意义上，可以将“可进化”这一特性运用到无数的人工系统中，只要这些系统的性能会受到环境的影响。不仅是遗传算法，神经网络、人工智能工程以及胚胎学都可以应用到可进化系统中。虽然目前设计出的可进化硬件还存在着许多需要解决的问题，如系统的鲁棒性等。但在未来的发展中，电子电路可进化的设计方法将不可避免的取代传统的自顶向下设计方法，系统的复杂性将不再成为系统设计的障碍。另一方面，硬件本身的自我重构能力对于那些在复杂多变的环境，特别是人不能直接参与的环境工作的系统来说将带来极大的影响。因此可进化硬件的研究将会进一步深入并会得到广泛的应用而造福人类。
