時間：2023-10-19 10:41:20
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇電路設計過程，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】集成電路；設計方法；IP技術
基于CMOS工藝發展背景下，CMOS集成電路得到了廣泛應用，即到目前為止，仍有95%集成電路融入了CMOS工藝技術，但基于64kb動態存儲器的發展，集成電路微小化設計逐漸引起了人們關注。因而在此基礎上，為了迎合集成電路時代的發展，應注重在當前集成電路設計過程中從微電路、芯片等角度入手，對集成電路進行改善與優化，且突出小型化設計優勢。以下就是對集成電路設計與IP設計技術的詳細闡述，望其能為當前集成電路設計領域的發展提供參考。
1當前集成電路設計方法
1.1全定制設計方法
集成電路，即通過光刻、擴散、氧化等作業方法，將半導體、電阻、電容、電感等元器件集中于一塊小硅片，置入管殼內，應用于網絡通信、計算機、電子技術等領域中。而在集成電路設計過程中，為了營造良好的電路設計空間，應注重強調對全定制設計方法的應用，即在集成電路實踐設計環節開展過程中通過版圖編輯工具，對半導體元器件圖形、尺寸、連線、位置等各個設計環節進行把控，最終通過版圖布局、布線等，達到元器件組合、優化目的。同時，在元器件電路參數優化過程中，為了滿足小型化集成電路應用需求，應遵從“自由格式”版圖設計原則，且以緊湊的設計方法，對每個元器件所連導線進行布局，就此將芯片尺寸控制到最小狀態下。例如，隨機邏輯網絡在設計過程中，為了提高網絡運行速度，即采取全定制集成電路設計方法，滿足了網絡平臺運行需求。但由于全定制設計方法在實施過程中，設計周期較長，為此，應注重對其的合理化應用。
1.2半定制設計方法
半定制設計方法在應用過程中需借助原有的單元電路，同時注重在集成電路優化過程中，從單元庫內選取適宜的電壓或壓焊塊，以自動化方式對集成電路進行布局、布線，且獲取掩膜版圖。例如，專用集成電路ASIC在設計過程中為了減少成本投入量，即采用了半定制設計方法，同時注重在半定制設計方式應用過程中融入門陣列設計理念，即將若干個器件進行排序，且排列為門陣列形式，繼而通過導線連接形式形成統一的電路單元，并保障各單元間的一致性。而在半定制集成電路設計過程中，亦可采取標準單元設計方式，即要求相關技術人員在集成電路設計過程中應運用版圖編輯工具對集成電路進行操控，同時結合電路單元版圖，連接、布局集成電路運作環境，達到布通率100%的集成電路設計狀態。從以上的分析中即可看出，在小型化集成電路設計過程中，強調對半定制設計方法的應用，有助于縮短設計周期，為此，應提高對其的重視程度。
1.3基于IP的設計方法
基于0.35μmCMOS工藝的推動下，傳統的集成電路設計方式已經無法滿足計算機、網絡通訊等領域集成電路應用需求，因而在此基礎上，為了推動各領域產業的進一步發展，應注重融入IP設計方法，即在集成電路設計過程中將“設計復用與軟硬件協同”作為導向，開發單一模塊，并集成、復用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，在集成電路設計過程中，要求相關工作人員應注重通過專業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上，完善檢索系統、開發庫管理系統、IP核庫等，最終對1700多個IP核資源進行系統化整理，并通過VSIA標準評估方式，對IP核集成電路運行環境的安全性、動態性進行質量檢測、評估，規避集成電路故障問題的凸顯，且達到最佳的集成電路設計狀態。另外，在IP集成電路設計過程中，亦應注重增設HDL代碼等檢測功能，從而滿足集成電路設計要求，達到最佳的設計狀態，且更好的應用于計算機、網絡通訊等領域中。
2集成電路設計中IP設計技術分析
基于IP的設計技術，主要分為軟核、硬核、固核三種設計方式，同時在IP系統規劃過程中，需完善32位處理器，同時融入微處理器、DSP等，繼而應用于Internet、USB接口、微處理器核、UART等運作環境下。而IP設計技術在應用過程中對測試平臺支撐條件提出了更高的要求，因而在IP設計環節開展過程中，應注重選用適宜的接口，寄存I/O，且以獨立性IP模塊設計方式，對芯片布局布線進行操控，簡化集成電路整體設計過程。此外，在IP設計技術應用過程中，必須突出全面性特點，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IP文件化，最終實現對集成電路設計信息的全方位反饋。另外，就當前的現狀來看，IP設計技術涵蓋了ASIC測試、系統仿真、ASIC模擬、IP繼承等設計環節，且制定了IP戰略，因而有助于減少IP集成電路開發風險，為此，在當前集成電路設計工作開展過程中應融入IP設計技術，并建構AMBA總線等，打造良好的集成電路運行環境，強化整體電路集成度，達到最佳的電路布局、規劃狀態。
3結論
綜上可知，集成電路被廣泛應用于計算機等產業發展領域，推進了社會的進步。為此，為了降低集成電路設計風險，減少開發經費，縮短開發時間，要求相關技術人員在集成電路設計工作開展過程中應注重強調對基于IP的設計方法、半定制設計方法、全定制設計方法等的應用，同時注重引入IP設計技術理念，完善ASIC模擬、系統測試等集成電路設計功能，最終就此規避電路開發中故障問題的凸顯，達到最佳的集成電路開發、設計狀態。
參考文獻
[1]肖春花.集成電路設計方法及IP重用設計技術研究[J].電子技術與軟件工程,2014,12(06):190-191.
[2]李群，樊麗春.基于IP技術的模擬集成電路設計研究[J].科技創新導報,2013,12(08):56-57.
關鍵詞：計算機；高速數字電路；設計技術
對于高速數字電路來說，其主要指的就是高速變化的信號在傳播過程中產生的電熔、電感等具備著一定模擬特性的電路，實現計算機高速數字電路的建設，不單單需要對先進的電子技術進行應用，還需要結合現代化的計算機軟件技術進行完善，進而實現對計算機高速數字電路每一部分的參數的優化和調整，進而保證計算機高速數字電路系統能夠正常穩定的運行，達到一定的運行標準。在對計算機高速數字電路進行設計時，需要做的是在設計過程中對各部分的元器件進行合理的搭配，不然將會對電路元器件、電路信號等正常運行與傳輸產生不良的影響。
1計算機高速數字電路設計技術的影響因素
對于高速數字電路的設計來說，其是否能夠成功主要“決定權”在于信號的質量,也就是高速數字電路信號完整程度的保持,假如對高速數字電路信號完整程度無法保持,在信號的傳輸過程當中，就會發生信號缺失，進而產生信號失真的現象，一旦這種現象發生，對于數據信息、地址等方面都會產生十分不良的影響，令整體的高速數字電路系統無法保持正常運行,甚至會造成整體系統的崩潰。而影響信號質量的因素并不單一,其是由多種因素所共同影響，然而,在對信號的完整性影響因素進行分析時，可以發現，其主要能分為以下幾點:第一點，在整體的計算機高速數字電路系統中，在信號傳輸線位置的阻抗存在著差異，無法進行正常的匹配,進而能夠出現“反射噪聲”的現象,對于的信號完整性而言，能夠對其產生一定的影響作用[1]。第二點，在整體的計算機高速數字電路系統中，信號線與信號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行增大，信號線之間的距離將會越來越狹小,這就致使信號與信號之間的電磁藕合參數呈現出上升的趨勢,如果不進行及時的處理,就會導致信號間出現“串擾現象”，進而影響到信號的質量[2]。第三點，在整體的計算機高速數字電路系統中，在芯片內存在著大量的電路，這些電路在同時輸出的過程中,會受到在電源平面間存在著的電阻以及電阻的作用,進而產生較大的“瞬態電流”,這種“瞬態電流”產生后，會對地線、電源線上的存在著的電壓造成一定程度的不良影響,因此導致信號的發生一些波動和變化。總的來說,對計算機高速數字電路進行科學合理的設計,降低或者是排除以上三方面因素對信號質量的不良影響,進而達到促進計算機高速數字電路信號完整性的提高,在現代化的計算機高速數字電路的設計過程當中，是首先需要解決的問題,只有這樣才能夠保證計算機高速數字電路設計的成功性。
2計算機高速數字電路設計技術問題的解決對策
2.1阻抗問題的解決策略
為了避免信號傳輸線位置的阻抗存在著差異造成的信號受到影響的情況發生，首先需要對先進的計算機高速數字電路設計技術理念進行學習和研究，在正常情況下，計算機高速數字電路設計過程中，很難令電路中存在著的臨街阻抗相互之間契合，因此，可以采用對計算機高速數字電路設計技術進行創新和完善的辦法，令電路系統一直都保持過阻抗的狀態，只有這樣才能夠在一定程度上保證計算機高速數字電路的信號傳播過程中，信號的完整性不會受到阻抗差異的影響，進而獲得更好的計算機高速數字電路信息傳輸效率[3]。
2.2串擾現象的解決策略
在對計算機高速數字電路進行設計時，對于“串擾現象”需要進行合理地解決。參照信號傳播的基本理論,可以發現，在電路中，電流的流動趨勢屬于循環流動,對于這一現象而言，數字電路設計工作人員往往并不在意。在傳播信號的路徑和回路形成了電流環路,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，電流環路中存在著的電流也會根據電磁場的變化產生一定程度的改變。在對這樣的電流環路展開“減小處理”,能夠降低“串擾現象”帶來的影響[4]。
2.3瞬態電流的解決策略
在對計算機高速數字電路進行設計的過程中,要對電源的電阻因素以及電感因素進行充分的考慮,實現對電阻因素以及電感因素的預先處理。在現階段的電路系統中，通常情況下電路材料都是銅質材料,這種銅質材料遠遠對高速數字電路設計的要求和標準無法進行滿足,所以，在高速數字電路進行設計的過程當中，還要對電路材料方面影響因素進行解決,使用更為合理的電路材料對去藕電容進行引導，將其引導進入整個高速數字電路中，能夠在一定程度上降低“瞬態電流”的發生頻率。
3結語
綜上所述，在社會不斷的發展的過當中，對于電子技術來說，也帶來了一定的發展契機，令其發展速度也得以提升，計算機高速數字電路設計技術就是在這樣的發展前提下得到了不斷地完善及進步，是對先進的電子技術概念理論進行應用，進而達到的設計標準，為一些行業的整體發展能夠起到一定的促進作用。通過對計算機高速數字電路設計技術進行研究和分析，結合相關的文獻資料以及專業性知識，對計算機高速數字電路技術進行進一步研究，能夠在一定程度上加快計算機高速數字電路技術的發展進程，進而在更多的行業當中得到更好的應用。
作者:黃一曦 單位:廣西理工職業技術學校
自主式課題教學法
針對目前課堂教學的現狀，提出自主式課題教學法。其基本理念就是改革課堂教學，即在課堂上系統地講授電路設計方法，而不是僅僅教會學生解題。此外，將學生分成若干個學習小組，給每個小組布置不同的電路模塊設計課題，通過完成自己的課題達到初步實踐電路設計方法的目的。同時，由于學生都是帶著設計課題聽課的，這樣也會提高學生自主學習理論知識的積極性。具體實施步驟如下：
在課程教學初期，指導學生自由組成學習小組，提供若干模塊設計課題供各小組挑選。選定的模塊設計任務伴隨該小組整個課程學習過程。這個階段的教學要點如下：①盡量保證學生按照自己的意愿組合形成學習小組，這樣小組成員在課題設計過程中才能有較好的默契，相互配合，依靠團隊的力量完成設計任務。②該階段是課程教學初期，學生對各個模塊設計課題還不了解，教師應占用一定的課堂時間對課題進行解釋和指點，充分激發學生自主學習的積極性，使學生自發地利用課余時間收集資料，選定設計方案。③當學習小組初步完成課題資料的收集和整理后，則安排一次課堂報告，由各個小組制作幻燈片向全班同學匯報其對課題的理解以及初步選定的設計方案，并由任課教師進行點評，指出其下一步工作重點。④模塊設計課題應涵蓋所講授課程的各個章節，這樣利于在講課過程中通過講解各個模塊設計方法串聯課程各章節的知識點。同時，講課內容與學生正在進行的設計任務相關聯，容易調動學生自主學習的積極性。
在課程教學中期，將模塊設計課題融入到各個章節的課堂教學中，教會學生具體的電路設計方法，同時在實驗課上指導學生進行電路調試以及指標測試。這個階段的教學要點如下：①要求各小組通過課堂學習不斷改進自己初期擬定的電路設計方案以及元器件參數計算方法。充分體現了自主式課堂教學法的教學理念，即激發學生的學習主動性，從而自主采用課堂講授方法改進自己的電路設計，使其感受到如何將課堂所學理論知識運用到實際的電路設計中。②向學生灌輸團隊設計的理念，針對電路設計和調試過程中團隊成員間的溝通和討論，使學生認識到如何進行團隊協作，同時在教師和團隊間建立暢通的交流渠道，使學生的問題能得到解答，從而有信心完成課題設計任務。③安排課堂報告，各小組制作幻燈片向全班同學匯報課題設計進展，由任課教師對學生的設計進行中期考核并指出下一步工作重點。
在課堂教學后期，對各學習小組制作的模塊電路進行驗收和總結。這個階段的教學要點如下：①督促各學習小組做好指標測試工作，驗證自己設計的電路是否達到設計要求，同時總結整個設計過程的經驗教訓。②安排課堂報告，各小組制作幻燈片向全班同學匯報課題制作成果，由任課教師對設計成果進行總結。③各小組提交課題設計報告，詳細介紹整個電路設計原理、參數計算過程，并記錄系統的性能指標，總結電路調試過程中發現問題、解決問題的經驗教訓。
自主式課題教學法的應用實例
我們在通信電子線路課上使用了這種教學法。首先，根據整個課程內容設計8個模塊的設計課題，將該課程的主要知識點都融合在這幾個課題中，課題名稱。
第一階段：由學生自由組合形成學習小組并從這8個課題中選擇一個，作為該小組在課程學習期間的設計任務。由小組成員相互配合進行資料收集以及設計方案的論證。在課程開始后的第二個教學周，組織各小組制作幻燈片報告該小組擬定的設計方案以及設計時間安排。需要說明的是，各小組進行方案設計的時候，相應的知識點還沒有在課堂上進行系統地講授，完全由學生先自學各自課題相關基礎知識，然后進行資料收集整理，通過內部討論，最終確定課題的初步設計方案。這個階段需要學生充分發揮自己的主觀能動性去熟悉課題、討論方案以及確定初步方案。從實際情況來看，學生在這個階段常常表現出很大的學習積極性，進行方案匯報時的現場氣氛也很熱烈。此外，由于設計課題涵蓋了這門課程的主要知識點，相應課題方案的初步確定過程也是學生對課程知識的預習階段。這樣可以充分激發他們的求知欲，當教師在課堂上講到相應的知識點時，能抓住學生的注意力，獲得較好的教學效果。
第二階段：主要完成各個章節知識點的講授，這一階段應該注意在課上重點講解如何充分運用教材中的知識完成模塊設計課題，讓學生意識到，這些書本知識并不是抽象的理論知識，只要稍加變通就可以有效地指導生產實際。例如在講到求解高頻功率放大器的題目時，計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為電路負載電阻。而在真正設計功放電路時，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如電阻阻值是需要進行計算的。因此只需要將公式(1)轉化為公式(2)：200cmVRP=(2)轉化后即可用于電路中所采用負載電阻的計算。整個課程講授過程都要將知識點具體化，讓學生意識到，只要將這些公式進行簡單的變化(常常是翻轉)就可以用于電路設計過程中元器件的參數計算，從而使學生可以一邊學習課堂知識，一邊將所學知識應用起來，真正做到活學活用。此外，在實驗課中要指導各小組的電路焊接以及調試工作，并監督其設計進度，從而掌握學生對所學內容的理解程度。在這個階段，真正實現了本教學法所強調的理論聯系實際，即學生可以做到邊學習，邊使用，邊檢驗，整個課程的教學效果良好。最后一個階段是課程的結束階段，主要做好各小組課題的驗收工作，并對各小組所設計的模塊進行點評，最后安排一次期終匯報作為整個課堂教學的結束。本教學法已經實踐了兩年，學生對這種教學法的滿意度較高。此外，學生的平時成績與模塊設計課題制作情況掛鉤，因此各學習小組都投入了較多精力用于電路模塊制作，成功率也較高。并且學生通過電路模塊的制作過程也了解到了如何運用課堂所學知識進行電路設計。
【關鍵詞】 電能量計量 無線通信 智能電網
當前智能電網已經成為今后發展的必然趨勢，智能電網以提升電力服務運行效率為主要目標，在實際發展過程中智能電網的興起和發展對于促進經濟社會的發展有著非常重要地作用。從實際情況來看，電能量計量系統的性能對智能電網具有十分重要地意義，為了保證智能電網的運行就必須要科學合理地設計電能量計量系統。基于無線通信技術的電能量計量系統是今后發展的必然選擇，在今后發展過程中加強對這項技術的研究已經成為今后發展的必然選擇。
1 需求分析和總體框架設計
（1）需求分析。分析需求是進行設計地重要前提，為了實現科學設計首先就需要明確需求。了解真實需要非常重要。從以往的實際情況來看，有線通信方式已經不能夠適應日益復雜的形勢，有線通信方式需要鋪設信號載體、傳輸過程中容易受到破壞且線路檢修很麻煩。正是因為具有這樣多的特點，在今后工作過程中就必須要不斷加強對無線通信技術的研究。無線通信技術本身是不需要布線的，在實際傳輸過程中受到的影響也較小。
以太網技術的引用已經成為今后發展的必然選擇，整個居民的數據都應該引入到以太網中，這項技術的引用對于實現隨時隨地繳納電費有著十分重要地意義。這有助于提升工作人員自身效率。階梯電價計價方式已經成為今后發展的一種重要地計價方式。這種計價方式的應用對于促進人們節約用電將發揮重要作用。
（2）系統總體設計。針對計量系統的設計首先是要從框架上來進行總體設計，在整體設計過程中電能量計量管理系統本身是分為網關層、電能量采集層以及管理層這三個層次的。為了實現科學分析本文將重點研究管理層以下的遠程電能計量部分，具體而言將主要分析電能量采集層及網關層。
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系統級芯片。系統中網管層的主要功能就是要轉換信息傳遞的形式。
2 硬件設計
系統的硬件設計主要是對系統中的采集層測量電路、傳送電路以及網關層硬件來進行設計。對于這幾個部分的設計應該保持高度重視。
（1）采集層測量電路設計。對于采集層測量電路而言，本文將主要采用AD71056芯片來進行設計，在實際工作中CF腳需要同單片機引腳相連，在計量過程中主要是要利用單片機中斷功能來對脈沖進行計算，從而實現計算電能的目的。在實際工作中該芯片的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的輸入引腳。在整個系統中光耦隔離電路將能夠起到隔離電路干擾的作用。
（2）傳送電路設計。信息傳送電路的設計是一個非常重要地環節，在實際工作中對于信息傳送電路的設計需要保持高度重視。在設計過程中對于CC2530芯片應該不斷加強研究，傳送電路主要是以該芯片為主。傳送電路設計過程中芯片VDD1電源需要連接到并聯的去耦電容組上，100nF陶瓷電容的主要作用是為了有效濾除掉高頻干擾。為了適應實際需要，在設計過程中還需要設計一個簡單的平衡-不平衡轉化電路，之所以要這樣是因為該芯片中使用到的單極子是一個不平衡天線。
電路的設計是傳送電路在設計過程中不可忽視的一個環節，實際工作中對于電路設計要能夠保證芯片正常運行，同時還要能夠完成點數據顯示工作。為了實現這一目的就需要設計CC2530數據顯示電路。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實現有效顯示。
（3）網管層硬件設計。網管層設計過程中重點是要做好LM3S9 B96以太網應用電路的設計，該芯片是由以太網接入控制器及物理接口收發器整合而成的。設計過程中該芯片將能夠實現MAC及PHY的有效匹配。這對于簡化設計，降低成本有著十分重要地意義。實際工作中為了保證芯片正常運行就需要通過網絡變壓器把PHY同網卡接口連接起來。為了保證信號耦合，還需要把芯片同外部隔離，這對于芯片的抗干擾及保護也是具有十分重要地意義的。
3 軟件設計
系統中的軟件設計是不可忽視的環節，軟件設計主要是電能采集層軟件設計。具體而言指的是采集層CC2530程序的設計。在實際設計過程中本文將采用事件輪循機制來進行設計。各層在進入初始化狀態之后，系統將會進入到低功耗模式，此時一旦事件發生之后，系統就會被喚醒，系統將會進入到中斷處理事件中，結束之后將會進入到低功耗模式中，當幾個事件同時發生的時候就需要判斷事件優先級，然后根據優先級來對各種事件進行逐步處理。通過采用這樣一種軟件架構對于降低系統功耗有著十分重要地作用。為了實現有效處理，在實際工作中還可以設置計時器。系統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正常運行。系統運行過程中需要輸入以下代碼：
osal―start―timerEx（Caiji―TasklD，Caiji―VOWER_EVT，1 0）;
基于無線通信技術的電能量計量系統的設計對于提升智能電網系統效率有著十分重要地意義，在今后工作過程中對于這樣一種系統應該不斷加強研究。本文重點分析了該系統的設計，今后設計過程中首先是要分析需求，然后是總體設計，最后再來進行硬件和軟件設計。今后要不斷加強這方面的研究，才能夠適應實際發展的要求。
參考文獻：
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[2]史志平.基于嵌入式技術的電力數據采集的發展[J].價值工程，2011，（36）：35.
【關鍵詞】軟件仿真 電子設計 虛擬儀器 測試分析 電子測量
隨著時代的進步，信息技術的高速發展，單純的原理性解讀已不能滿足廣大電子產品設計者對信息攝取的要求。對于電路各部分原理的分析，人們希望能簡化操作，直觀展現現象和結果。Multisim軟件正是一款電子線路仿真軟件，能有效地實現原理圖捕獲、交互式仿真、電路板設計和集成測試等功能的電路仿真與分析軟件。它將虛擬儀器技術靈活地應用于電子設計平臺，彌補測試與設計之間的缺口。
1 Multisim仿真軟件簡述
目前，電子產品的純手工設計已基本上不復存在，現代化的電子產品設計過程，從產品功能的確立，到電路原理、PCB版圖、程序設計、FPGA的構建及仿真、外觀界面、元器件清單等設計生產所需資料全部都可以在計算機上完成。電路設計的計算機應用程度非常之高。multisim仿真軟件在電子線路的設計與分析過程中，起到了很至關重要的作用。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計的電子設計自動化工具。它將專業理論知識用計算機仿真展現出來，很好地解決理論設計與實際測試脫節的問題。Multisim仿真軟件在電子設計中的廣泛應用，將打破傳統電路設計模式難以入門的僵局，能極大地提高電子產品設計愛好者對電路設計與測試的積極性。
2 Multisim仿真軟件的應用性探索
本文以Multisim9版本為例，對電路設計仿真軟件在電子線路設計與分析過程中起到的積極作用進行探索。Multisim9為設計者提供了大量的元件庫及儀器儀表，可進行元器件的編輯、選取、放置和電路圖編輯繪制等操作。可實現電路工作狀態測試和電路特性分析。最后，還可以實現電路圖報表的輸出、打印等功能。所以說，又可將其稱為虛擬電子實驗平臺。
對于剛入門電子技術行業的初學者來講，電路的原理及各元器件的性能分析，無疑是晦澀難懂的。如果用傳統的講解或領悟方式，會使初學者對于電路的設計摸不到頭腦、找不著方向、甚至喪失信心。然而，引入Multisim9仿真軟件以后，電路中各工作點的特性將可透過儀表顯示的數據和波形，會變得清晰明了。
我們以電子技術初學者必須掌握的電路--單管放大電路為例，分析電路仿真軟件在虛擬電子線路設計與測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，引入虛擬儀器進行測試，進而深入分析整個電路的工作狀態。如圖1所示。
首先我們來分析三極管處于放大工作狀態的條件：集電結反向偏置、發射結正向偏置。圖一中XMM1，XMM2兩塊虛擬萬用表所測電壓確實滿足此條件。那么，輸出電壓應該與輸入電壓成電壓幅值放大、相位反向的狀態。我們在信號的輸入端和輸出端引出兩個測試點分別接到示波器的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、輸出信號之間的關系。整個電路的分析過程，理論與實踐相結合，簡單易懂。理論知識不再晦澀難懂，電路分析不再深不可測，都能透過虛擬儀器儀表上顯示的數據，得出實際結果。
而且，就電子技術初學者來講，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，主要還是因為電路的原理沒有分析清楚。基本原理沒有分析清楚，如何拿來應用于難度較大的電路？所以說，基本電路的原理分析，對于每一個電子產品設計者來講，都必須牢牢掌握。在Multisim9仿真軟件界面下，各種失真的現象及此刻電路各元件的工作狀態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，理論計算。在圖1單管放大電路的基礎上，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的失真，如圖3所示。理論上此種失真是由于三極管處于發射結正偏、集電結正偏造成的。而從XMM1和XMM2兩個萬用表上也證實了，確實如此。當三極管處于飽和狀態時，射極電流和集電極電流都比較大，導致三極管C、E兩端分壓很小，從萬用表XMM3的讀數中可以明確這一論斷。三極管飽和狀態的工作原理即刻分析清楚。
同理，改變滑動變阻器R6的值，使得三極管發射結無法達到正向偏置電壓，可得出三極管截止失真狀態的電路分析。詳見圖4。
3 Multisim仿真軟件“實物化”展示
不僅僅是在晦澀難懂的模擬電路設計過程中，Multisim9仿真軟件能分析原理、簡化過程、得出結論。在其他電路中也是一樣，實際應用相當廣泛。這里僅以同步二進制計數器的邏輯分析和十進制計數器的安捷倫數字示波器顯示來說明其具體應用。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芯片確實在對CP1接入的信號進行二進制加法計數，并以指示燈的亮滅來形象化時鐘頻率。
不僅如此，Multisim9仿真軟件還提供了更為貼近實物的器件--3D器件，使得電路圖更貼近實際電路，管腳位置一致[4]。采用的測試儀器界面更是跟實物幾乎完全一樣，使得設計者能感受到如同實物般的真實感。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物儀器儀表。如圖6所示。
4 關于multisim仿真的幾點思考
通過對multisim仿真軟件在電路設計和分析過程中的具體操作，我們不難發現，multisim仿真在電子技術理論研究與實踐探索過程中能發揮其強大優勢。
4.1 檢查驗證電路原理
在實踐工程中，隨時測量出重點部位的電壓電流值，有效地避免因為實物連接而造成的短路斷路現象。能準確地判斷電路中各器件的工作特性，對于不符合要求的參數，可迅速地進行更改。
4.2 加強對電路功能的理解
對于電子技術應用方面的初學者來講，理論知識的學習往往晦澀難懂，單純用理論化的知識加以理解，會感到“力不從心”。這是我們都不愿意看到的。利用仿真軟件，有效地將理論知識拉到現象中，簡單直接，難點更易化解。
4.3 虛擬儀器的使用大幅提升對實際儀器的熟練度
以示波器為例，在使用過程中，經常會出現波形幅值過大，超過顯示屏幕的情況，這時，常常會有設計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，所以應該放大每格表示的大小來使整個波形縮小。這種方式，能糾正很多人在使用儀器時不嚴謹的工作狀態。
4.4 Mlutisim仿真軟件能有效地提高電子技術愛好者的興趣
儀表顯示簡單直觀，理論知識實踐化。能及時糾正錯誤，修正電路，能對似懂非懂的電路進行深入分析，明確電路的結構，能更快更好地理解原理，才會對電路設計有更大的興趣。
總而言之，multisim仿真軟件在電子技術應用過程中，起到了不可小覷的作用，現代化的電子設計，更是全計算機化的設計方式，這種自帶元件庫和虛擬儀器的仿真軟件，對于完全虛擬化的電路設計，起到了有效的補充和積極的測試驗證等作用。所以，須將此應用大力推廣，使更多的電子技術愛好者熟知并使用這類仿真軟件，提高設計電路效率、提升個人專業素質。
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作者簡介
桂丹（1982-），女，湖北省武漢市人。碩士研究生學歷。現為武漢軟件工程職業學院講師。研究方向為PCB制圖與仿真、電子產品CAD與制造、FPGA設計與電路仿真。
作者單位
[關鍵詞]計算機；電路設計；分析；輔助；方法
中圖分類號：TP391.7；TN702 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）35-0284-01
一、 計算機輔助電路設計的優點
電路設計，是指按照一定規則，使用特定方法設計出符合使用要求的電路系統。在進行計算機輔助電路設計的過程中，主要是利用計算機能夠模擬的特點取締傳統采用搭接方式進行電路實驗的方法。利用計算機之后，可以在電路設計階段可以大量減少驗證電路正確過程中使用的時間和工作量，讓進行整個電路設計過程的進程比傳統電路設計的進程速度快得多，同時還保障了電路設計的效率。
在很多相關電路設計的專業軟件里面都會設置有電路設計中會涉及的許多參數數據庫以及圖形數據庫，在進行電路設計的時候，設計人員可以通過這些數據庫中選取到所需用到的電子元件模型，即使數據庫中沒有所需要的電子元件，也能電路設計之前在相關界面中設計出所需的電子元件模型，并設置其參數，然后再將其放入進對應數據庫中，很多電子元件都可以在數據庫中直接拿出來使用。另外在對電路板設計進行印刷的時候，也可以找到相關專業的印刷電路板設計的軟件，這些軟件可以對其電路設計中的電子元件間布線布局的自動進行，還可以起到后期處理的作用。在電路圖紙進行繪制的時候，也能使用專業的軟件進行制版。總之，在計算機的輔助下，讓電路設計更加簡便，大大縮短其設計周期，同時在一定程度上會可以節約電路設計的成本費用。
二、 計算機輔助電路設計的方法
設計一個完整的電路，并讓其實現一個功能，其前提就是要設計好一個完整有效的電路原理圖。通過計算機進行電路設計是非常快捷的，而且還能很容易的將設計好的電路進行再次的修改，通過計算機的相關軟件自帶的自動布線就能夠很容易的把電路原理圖生成電路板版圖。
1、 電路原理圖設計
首先設計人員通過調用電路設計軟件，建立新文件并對其命名，然后加載所需要的原理圖器件庫，因為在電路設計中電子元件的種類存在千差萬別的差距，所以有些時候所需要的元件在對應數據庫中沒有，所以設計人員就要通過元器件生成軟件或者電路設計軟件中自帶可以設計元器件的選項，創造出需要的元器件，然后根據設計電路構思的結構進行電路原理圖的設計，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分出很多條線，就有必要將其明確的標注，有節點的話在電路上應該必須標上節點，否則在后期電路查看和系統會將兩條線認為不相連。
在將電路原理圖設計完畢之后，就應該創建網絡表。網絡表是作為原理圖和印制線路版圖間的橋梁，只有通過網絡表才能將電路原理圖轉換為對應的電路板版圖。調用PCB圖生成軟件，在其加載相關的元器件庫，通過在禁止布線層上畫好PCB圖的外形，然后更改其自動布線，讓其達到前期的設計要求。通過自動布局命令將加載到PCB圖中的組件擺好，然后對其進行自動布線，該過程會需要一段時間，因為有的時候自動布線并不是完全合理有效的，所以在進行自動布線之后還要對其進行手工調整。
2、 電路板版圖設計
電路板廠都是按照用戶設計的PCB圖對電路板進行生產的，針對成型的一塊電路板，想要再制一塊或者多塊的話，就要利用計算機輔助進行電路設計了，通過形成的PCB圖再次進行電路板的生產。
利用刻度尺度量成型的電路板，將對應數據進行記錄后將數據輸入進計算機中，這類方法主要使用在線路簡單的電路板上，在線路上尋找一個點來作為原點，將電路板上的其他點一原點為參照，對照PCB圖左下角的橫縱坐標，將元器件放在對應的PCB圖上。而對于元器件較多且線路復雜的電路板則通常使用掃描儀將其數據輸入進計算機中，因為用尺度量就會太花費時間，且制作也會相比掃描儀粗糙，在對電路板進行掃描的時候也要注意正確的放置電路板的位置，不然會影響掃描效果。
三、結束語
計算機輔助電路設計的出現，讓電路設計擺脫了傳統以手工為主的設計方式，而且在使用計算機進行電路設計的時候，不僅節省設計時間，還能在電路設計出現錯誤的時候方便及時的對其進行修改，大大提升了電路設計的效率，還可以做大程度保障設計的電路產品的性價比。
參考文獻
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【關鍵詞】三人多數表決器 電路設計 Multisim10仿真
在組合邏輯電路設計的學習環節中，將學習過程中接觸到的電路設計題目通過整理分析，不難發現有這樣的兩個特點，其一，對于同一題目電路的設計，可采用基本邏輯門、譯碼器、數據選擇器、加法器等不同的設計方案。學習者通過多種設計方案的整理和分析，可加強對電路的理解，掌握更多的設計思路，這些設計思路將所學知識聯系起來，通過以點到面的學習方式達到系統掌握知識的目的。其二，對于不同題目的電路設計，可采用相同設計方案。如果不同題目根據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計題目搜集和歸類，可以節省大量的電路設計時間，對學生學習效率的提高和知識的綜合應用都會起到很大作用。
本文以三人多數表決器電路設計為例，從兩方面探討和總結了電路設計題目的特點，希望學習者能夠借鑒這種學習方法，達到綜合掌握知識的目的。
1 三人多數表決器電路設計舉例
假設題目要求設計一個三人表決器電路[1]，當表決某個提案時，多數人同意，則提案通過，少數人同意時，提案被否決。
由組合邏輯電路設計步驟[2]，首先定義變量，設三個人分別用A、B、C表示，同意提案時用1表示，否則用0表示，提案表決結果用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，根據上述定義，把題目設計要求的文字信息轉化為數字信息的真值表，具體見表1所示。最后， 由表1所示真值表得到邏輯函數表達式為：
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”在電路設計中的應用
所謂“一題多解法”是指在設計同一個電路時，采用不同的設計方法。由于數字電路是用0、1代碼表示特定含義的電路設計，任何題目在設計是都要把文字信息轉換為數字信息，即用真值表的數字信息來體現電路的功能。根據這個特點在電路設計時，我們除采用傳統的用與或非實現電路設計外，還可以采用各種中規模集成塊來實現電路設計，只要設計出來的電路經過測試，得到的真值表和題目要求的真值表相同，那么就可以實現題目的要求。這種采用不同思路設計電路的做法，對學生思維擴展和知識綜合應用方面起到了積極的作用。下面以三人多數表決器電路設計為例，介紹不同設計思路在電路設計中的應用[3]。
2.1采用基本邏輯門設計
在采用組合邏輯電路現實時，根據表達式（2）的特點，采用1個異或門、一個或門和兩個與門就可完成電路搭建和測試，具體設計電路如圖1所示，筆者用Multisim10仿真軟件進行測試[4]，其結果完全和表1相同，達到了三人多數表決器的設計要求。
圖1 基本邏輯門實現三人表決器功能仿真界面
2.2采用譯碼器設計
譯碼器74LS138是根據三個地址輸入端的輸入情況，在同一時刻輸出其中一個Yi，譯碼器是組合邏輯電路設計中很重要的一個中規模集成電路，根據74LS138的工作原理，我們將表達式（1）化為：
由表達式（3）和譯碼器工作原理可設計出圖2所示電路，經測試結果與表1數據一致，由此可見采用譯碼器也能實現三人表決器的功能。
圖2 譯碼器實現三人表決器功能仿真界面
2.3 采用數據選擇器設計
數據選擇器是根據地址碼的特點，從多路輸入數據中選擇其中一路輸出的中規模集成器件。當邏輯函數的變量個數和數據選擇器的地址輸入變量個數相同時，將變量和地址碼對應連接，就可以用數據選擇器實現邏輯函數的功能。
根據上述工作原理，將八選一數據選擇器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，即可實現三人多數表決器功能。經筆者用Multisim10仿真軟件進行測試，其結果和表1相同，因此，采用數據選擇器同樣可以三人表決器的功能。
圖3 數據選擇器實現三人表決器功能仿真界面
2.4采用全加器設計
由于一位二進制全加器的進位輸出端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對應接到全加器集成塊CT74HC183的Ai、Bi、Ci-1端，輸出Y接到Ci端，即可用全加器實現三人表決器的功能，采用全加器實現三人表決器功能非常簡單，此處不再論述。
3 “多題一解法”在電路設計中的應用
“多題一解法”是指不同功能的電路設計題目，可采用同一個電路來實現。在電路設計過程中，只要設計題目真值表相同，其設計出的電路也就相同。學習者如果善于總結這種規律，當再次遇到真值表相同的設計題目時就可以直接使用原來的電路，這樣可以節省大量的電路設計時間，從而提高學習效率。
通過筆者的搜集和歸類，發現許多不同功能的電路設計題目，都可使用相同電路來實現其功能。例如，題目要求設計一個火災報警系統，設有煙感、溫感和紫外光感三種不同類型的火災探測器，為了防止誤報警，只有當兩種或三種探測去發出探測信號時，報警系統才會產生報警信號。
假設煙感、溫感和紫外光感三種火災探測器分別用個A、B、C表示，發出探測信號時用1表示，否則用0表示，報警信號用Y表示，其中Y為1表示有報警，Y為0表示沒有火災報警。
在此定義下的得到該報警系統的真值表和表1完全一樣，這也意味著火災報警系統的電路設計和三人多數表決器一樣，可使用相同的電路來完成其功能，當然也可采用上述所講的四種方案來實現報警系統的功能。由此看來把不同類型、不同功能的電路設計題目進行歸納和總結，對比各電路真值表的特征，就可以將具有相同真值表的設計題目歸為一類。這樣的學習方法既提高了學習效率，又增強了學習興趣，最終達到了深入理解知識，靈活應用知識的目的。
4 結論
通過“一題多解”和“多題一解”學習方法的總結和歸類，一方面可以讓學生以點學面，把所學知識系統的聯系起來，通過各知識點的相互滲透，達到全面理解知識的目的。另一方面，可以為學習者節約大量的電路設計時間，對學生電路設計思想和興趣的培養方面都會起到積極的作用。
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關鍵詞：輸出接口；擴展；多路控制
0引言
在電路的設計過程中，經常會遇到由于各種各樣的原因需要增加IC輸出接口，從而導致IC資源緊張或輸出接口不夠用。遇到此類問題時，設計者通常會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時常常由于剩余接口資源而造成浪費，而采用替換次要功能的輸出接口方案時常常會造成對電路系統或者該電路系統所對應產品的質量和性能造成影響。特別是對于在當前在國內外激烈競爭的市場中，產品性能和質量無疑是影響企業生存的重要因素。
1設計原理
通常IC的輸出接口信號有三種狀態[1]：高電平(H)、低電平(L)以及高阻態(Z)，本文所設計的電路，其原理正是利用這三種信號作為模塊電路的輸入信號，分別控制不同的三路輸出，其原理模塊示意圖如圖1所示。圖中輸入信號高電平對應輸出信號組K1，低電平對應輸出信號組K2，高阻態對應輸出信號組K3，且每個輸出信號組均由實際的三路輸出組成。
2硬件電路設計
根據設計原理示意圖，設計了如圖2所示的擴展電路模塊電路圖。圖2中Input為輸入控制信號，該信號為從IC輸出的控制信號，Output1，Output2，Output3組成輸出信號組K1、K2、K3。其中二極管D4為低壓降二極管，其導通壓降要求低于三極管Q6發射極導通壓降，從而使得在Input輸入信號為低電平時，三極管Q6處于截止狀態[2]。1）Input輸入信號為高電平時：二極管D4截止，三極管Q6導通。三極管Q6集電極為低電平，二極管D5截止，二極管D6導通，使Output3輸出高電平。同時三極管Q4導通，從而使三極管Q2、Q3截止，Output1輸出低電平。同時由于R1上的壓降大于三極管Q1之間的壓降，故Q1導通，Output2輸出高電平；2）Input輸入信號為低電平時：二極管D6截止，二極管D4導通，由于二極管D4導通壓降低于三極管Q6發射極壓降，從而使三極管Q6截止，Q6集電極輸出高電平，二極管D5導通，Output3輸出高電平。
3實驗
對本文所設計的電路將其應用到美的烹飪機X1上控制兩路溫度采集和風機控制實驗。
4結論
本文介紹了一種輸出接口擴展電路并對該電路進行了邏輯分析和實驗驗證，通過邏輯分析和實驗驗證，證明了該電路能夠通過單個輸出接口的高電平、低電平和高阻態三種信號狀態來分別控制三路輸出，實現了單輸出信號控制多路輸出信號。該電路很好的解決了在電路設計過程中因增加負載而導致IC輸出資源不夠用的問題。
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【關鍵詞】EDA；電子技術；實驗教學；電路設計
引言
電子技術既是電子類專業的重要專業基礎課，又是一門技術性較強的專業必修課，學生除了要掌握扎實的理論基礎，還要具備分析、設計以及應用電路的實踐能力。實驗實踐則是加深和鞏固學生動手實踐和創新能力所必須的一種教學手段和教學途徑。本文對電子技術實驗的薄弱環節進行了分析，并提出了EDA軟件在實驗教學中的應用這一教學手段，經過實踐，取得了較好的效果。
1.電子技術實驗的薄弱環節
第一，傳統的實驗方法是完成硬件電路連接后驗證、調試，得出實驗結論。學生必須熟練使用儀器、儀表或實驗箱等實驗設備，在連接線路調試過程中對出現的問題能夠排除故障。但是由于工科專業對實驗設備的頻繁使用，大部分設備會出現靈敏度降低、器件老化、損壞等問題，那么實驗的效果將會受到嚴重影響。第二，教師的教學方法目前仍存在‘填鴨’式、‘說教’式的上課方式，這種以教師為主的教學方法，教師在臺上講多年未改的教材，學生沒有自己的獨立思考和見解，形成被動灌輸的局面。使學生缺乏創新觀念和意識。大學生對實踐能力的認識和重視程度不夠，難以徹底擺脫知識本位的學習理念，將理論學習、最終成績看得很重，而把實踐能力、實踐過程當作無足輕重的事。第三，實驗課上，主要以理論教學為主，沒有得到學生重視，學生根據實驗指導書照抄實驗目的、實驗原理、實驗內容，每次實驗結束發現學生對實驗的原理都解釋不清楚。教師不僅從實驗方法、步驟、注意事項方面進行一一講解，而且還需手把手進行實驗演示，在檢查學生演示實驗結果時學生一知半解，機械式的操作，不能靈活的將實驗現象與理論知識有機的聯系在一起。學生的學習幾乎處于被動狀態，達不到實驗教學的目的。第四，實驗課的考核方式不完善，實驗課多以出勤、實驗報告的形式給出，對學生的考核不全面。這種形式主義，使得部分學生“渾水摸魚”，進實驗室后對待實驗不認真，小組的成員在進行實驗內容的時候，有些學生卻忙于抄襲上次課的實驗報告，學生的分數不能如實反映學生掌握知識的真實水平。
2.EDA軟件在電子技術實驗中的應用
在電子技術設計領域，可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）的應用，已得到廣泛的普及，這些器件為數字系統的設計帶來了極大的靈活性。這些器件可以通過軟件編程而對其硬件結構和工作方式進行重構，從而使得硬件的設計可以如同軟件設計那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統的數字系統設計方法、設計過程和設計觀念，促進了EDA技術的迅速發展。EDA技術就是以計算機為工具，設計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言VHDL完成設計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術的出現，極大地提高了電路設計的效率和可操作性，減輕了設計者的勞動強度。1)將EDA軟件應用于電子技術實驗教學，以實踐促理論，用理論指導實踐。以往的教學方法側重于理論知識講解，十分抽象,無法實現軟硬件結合而產生的直觀現象，在電子技術實驗中引入EDA軟件教學，以HDL語言示例和MAX+plusII、Protel、AltiumDesigner、multiSIM10等電子電路設計與仿真工具教學軟件引入課堂演示，加深和引導學生對電路設計的感性認識。看似重實踐、輕理論的教學方法既有利于激發學生的學習熱情，通過實驗實踐，掌握理論，在實踐中鞏固理論，用理論指導實踐，從而達到較好掌握知識的目的。，2)將EDA軟件應用于電子技術實驗教學，豐富實驗教學內容。通常實驗中‘填鴨’式、‘說教’式的上課方式所講的實驗內容多年一成不變，不能激發學生的興趣。引入EDA軟件實驗教學，重視實驗內容的趣味性和實用性，更新精心設計每一個實驗，讓學生產生新鮮感，從而激起他們的興趣。3)將EDA軟件應用于電子技術實驗教學，能夠提高設計效率。傳統的硬件電路設計過程都是由人工完成，硬件電路的驗證和調試是在電路構成之后進行的，電路存在問題只能在驗證后發現。EDA軟件設計能夠快速準確的完成電路的設計，利用計算機進行性能和功能的分析，如果發現錯誤或方案不理想，可以重新設計電路再仿真，直至得到滿意的電路，大大提高了設計的質量和效率，并且節省了設計成本。
3.設計舉例
應用EDA軟件設計出一個555定時器的應用電路，這是一個模擬電子電路和數字集成電路的混合電路設計，包含三極管開關放大電路、555構成的多諧振蕩電路、功率放大電路。如果直接在數字電路實驗箱上連接線路，由于器件種類多，器件的選擇和連接稍有不慎，將會影響實驗效果。采用EDA軟件仿真此電路卻能夠節約時間，先觀察實驗現象，若不正確，修改設計再仿真，得出滿意的結果后，再到實驗箱上去連接電路。將軟件設計和硬件實現結合起來，學生的學習興趣得到提高，授課效果有所改善。
4.結語
將EDA仿真軟件與電子技術實驗教學相結合，既能提高實驗教學的質量和效率，又能能夠使學生加深對電路原理的掌握，理論聯系實際，建立學生的感性認識，激發和培養學生的學習興趣，引導他們進行實踐階段學習，鼓勵學生實驗創新。在理論教學與真實實驗之間架起一座溝通的橋梁，對更新實驗教學方法，提高實驗教學質量，降低實驗成本，改善實驗教學效果能夠起到很大的促進作用。
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作為應用型本科院校，在實踐教學環節中如何提高學生的創新能力、實際操作能力、分析和解決問題的能力亟待解決。目前國內大多高校工科專業實驗設備陳舊，更新換代不及時，學生只是在現有的實驗設備上進行簡單的驗證性操作，對學生的各方面能力并沒有很好的進行鍛煉，很多原理性的東西在實驗操作臺上沒有很好的體現［1］。鑒于此，可以對課程中的個別實驗引入自制實驗設備，采用該種手段不僅有利于提高學生創新能力的培養，還可以引入最新的實驗技術手段，提高實驗裝置的利用效率、節約實驗成本［2］。《模擬電路》是電類專業最基礎的專業課程，通過該課程的學習不僅要求學生掌握較強的理論知識，還要求學生具有一定的實踐創新能力，結合多年來對本課程的授課經驗，以該課程為例來說明如何在教學過程中通過自制實驗設備來提高學生的創新應用能力。
1自制實驗設備在教學中的必要性
近年來學校對實驗室的建設經費投入越來越多，其中購買了很多先進的實驗設備和儀器裝置，但有些設備只能進行簡單的驗證性操作，對于高校工科實驗教學的針對性較差。同傳統的實驗模式相比較，自制實驗設備在實驗教學中具有多個優點，在實驗教學中的使用很有必要性［3－5］。
第一，適用性強。教師可根據單門課程或者多門課程設計綜合性實驗，針對不同的專業適當調整實驗的難易程度。
第二，成本低。學生根據教師給出的實驗要求，自行選擇元器件進行電路的焊接，同市場上現有的實驗電路板相比較能夠節約大量成本。
第三，可操作性強。老師可在實驗內容中加入自己的科研內容，既能夠鍛煉學生也能夠提高教師的科研水平。
第四，提高學生專業能力和動手能力。在實驗執行過程中能夠激發學生的學習興趣、鞏固學生的專業知識，并把課堂學到的知識應用到實際當中，能培養學生的設計能力、創新能力、實踐能力和動手操作能力。
商洛學院本科教育進入轉型發展階段，學校以培養應用型本科生為目標，所以實踐教學環節在課程教學中的作用變得尤為重要。對于電類專業的課程，現有的教學儀器設備不能滿足教學要求，自制實驗設備可以降低教學難度、提高課堂效率、拓展學生思維，創造性地制作各種合適的實驗設備，因此具有提升課堂教學效果的突出作用。
2自制實驗設備的實施
以模擬電路課程實驗中“模擬運算放大電路”實驗為例進行說明，該實驗屬于設計性實驗，以往實驗要求學生從電路設計和電路驗證兩方面進行，但是實驗結果并不能使每個學生都能達到預期的教學目的，自制實驗設備將從電路設計、仿真、焊接、調試、驗證等幾方面進行實施，以此來提高學生的電路設計能力、分析能力和動手能力。
2．1電路設計與仿真
此階段主要考察學生對理論知識的綜合應用能力，通過對電路的設計、元器件的選擇拓展學生知識面。根據“模擬電路實驗”教學大綱給出電路設計的要求，要求學生熟悉放大電路的原理，進行電路設計以及電路中元件參數的確定，并提交最終的設計結果。以反相比例運算電路為例，要求設計電路的放大倍數為（－10）倍。學生首先要鞏固反向比例運算電路的原理進行電路的設計，再進行電路的仿真。根據電路設計要求放大倍數為（－10）倍，又因為考慮集成運放兩輸入回路參數對稱，即RN＝RP，綜合考慮，電路中電阻R3＝100kΩ，R1＝10kΩ，R2＝9．1kΩ。其次為了保護集成運放，在電源端分別接兩個二極管以防止電源反接損壞集成運放。通過電路的設計與仿真，對輸入波形和輸出波形進行對比。輸入信號ui設置為1kHz，峰值為100mV的正弦波，由仿真結果可看出，此時輸入信號與輸出信號反相，電壓放大倍數為10，且未出現失真，達到了設計的要求可以進行下一步的電路焊接與測試。
2．2電路焊接與測試
上節以反相比例運算電路為例進行了設計說明，在實驗過程中為了增加實驗內容要求學生對同相比例運算電路、加法運算電路、減法運算電路、微積分電路等都進行設計與仿真。設計完成后列出實驗器件清單進行電路的焊接，在焊接的過程中一方面可以提高學生的動手能力，另一方面也有利于培養學生發現問題解決問題的能力。在該電路板上學生可以通過選擇相應的器件來實現各類運算電路的測試。同樣對反相比例運算電路進行測試，輸入信號ui設置為1kHz，有效值為100mV的正弦波，為電路接入正負電源，根據電路設計圖連接各個電阻，接入信號函數發生器和示波器，觀察輸入輸出波形，通過示波器測試可看出，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約為10倍左右，且輸入與輸出波形方向相反，即達到反相放大的目的。
2．3實驗考核
實驗考核是檢驗學生實驗效果最有效的手段，對于自制實驗設備的實驗項目考核要區別于一般驗證性實驗，首先要求學生提交設計說明、仿真結果、實驗心得，并對學生的作品進行現場的測試，其次在整個實驗成績中加大該類實驗所占的比例，這樣既能夠減輕學生負擔、調動學生的積極性，又可以保證實驗課程的完整性，也杜絕了學生抄襲實驗報告的現象。
本文僅對反相比例運算電路進行了設計說明，對于“模擬運算放大電路”實驗中的同相比例電路、加法電路、積分電路等均可以采取以上的教學方法，既能夠使學生對理論知識有一個清楚的認識，也鍛煉了學生設計電路、焊接電路、調試電路的能力，對學生綜合能力的培養有很大的好處。
3實驗改革的效果
為了檢驗實驗改革的效果，首先在一個班級進行了試驗，主要通過實驗報告、電路設計與仿真、測試效果、期末考核等方式進行改革效果分析，主要取得以下幾方面的成果。
（1）大部分學生能夠按照要求完成最終電路的測試，個別學生在電路焊接環節出現問題。
（2）提高了學生對電路的綜合設計與應用能力，通過自制實驗設備完成實驗的學生在電路設計和焊接方面明顯優于其他學生。
（3）實驗報告相比以前更加規范，設計過程、仿真結果、測試結果更加的詳細，抄襲現象明顯好轉。
（4）通過期末考核，學生對模擬運算電路這部分的理論知識掌握的比較扎實，對知識能夠靈活應用。
（5）實驗教師的各方面能力也得到了鍛煉，在實踐中增長才干，提高自己的理論水平的技術水平。
關鍵詞：卡諾圖 數字電路 邏輯函數 應用
中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：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個方格組成的、并能體現最小項邏輯相鄰關系的幾何圖形。從卡諾圖上能直觀地找出具有相鄰關系的最小項并將其合并化簡，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果，因此卡諾圖在邏輯函數化簡中得以廣泛的應用。
事實上，卡諾圖除了可以化簡邏輯函數，還有很多其他的用途，只要靈活運用，即可大大化簡數字電路的分析和設計過程。本文通過實例，闡述了卡諾圖在邏輯函數化簡之外的幾點巧妙應用。
2 卡諾圖在數字電路中的巧妙應用
2.1利用卡諾圖求邏輯函數的反函數
利用反演規則可以比較容易地求出邏輯函數的反函數，但得到的表達式并一定最簡。如果利用卡諾圖，對邏輯函數表達式中沒有出現的最小項之和進行化簡，即采用包圍0的方法，得到的表達式即為邏輯函數反函數的最簡與或式。
例1：求邏輯函數的反函數。
解：畫出邏輯函數的卡諾圖（如圖1），在卡諾圖中對0加包圍圈，可求出反函數的最簡與或式，即得。
2.2利用卡諾圖分析組合邏輯電路中的競爭冒險
在組合邏輯電路中，門電路的兩個不同電平輸入信號同時向相反方向轉換的現象稱為競爭，由競爭而可能產生輸出干擾脈沖的現象稱為冒險。為保證電路正常工作，設計時需注意判斷和消除競爭冒險現象。判斷和消除競爭冒險的方法有代數法、實驗室法，其中利用卡諾圖判斷有無競爭冒險，并用增加冗余項消去互補變量的方法，直觀、簡便。
卡諾圖法的步驟是：先畫出邏輯函數的卡諾圖，然后在卡諾圖上畫出與表達式中的乘積項相對應的包圍圈，如果圈與圈之間出現相切，且相切處沒有被其他圈包圍，即可判斷出現競爭冒險現象。
例2：判斷邏輯函數是否有可能產生競爭冒險，如果可能應如何消除。
解：由邏輯函數畫出卡諾圖（圖2），并按、畫出包圍圈（圖2上用實線表示），從圖上可看出兩個圈相切，且相切處沒有被其他圈包圍，表明產生了競爭冒險，此時，若對相切部分的相鄰項加包圍圈（圖2上用虛線表示），即增加冗余項，從而實現競爭冒險現象的消除。此時邏輯函數的表達式變為。
2.3利用卡諾圖實現“用具有n 個地址輸入端的數據選擇器設計m變量（n
用具有n 個地址輸入端的數據選擇器設計m變量（n
卡諾圖法步驟是：先畫出邏輯函數的卡諾圖，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，再根據包圍圈中出現1的方格寫出除地址變量外的變量形式，該變量形式即為數據數據端的輸入量Di。
例3：用8選1數據選擇器CC4512實現邏輯函數。
解：畫出邏輯函數的卡諾圖（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），由每個包圍圈中出現1的方格，可得數據輸入端分別為：，，，按此結果可畫出相應的邏輯電路圖（圖4）。
2.4利用卡諾圖實現“用JK觸發器設計時序邏輯電路”
時序邏輯電路設計步驟一般是先根據邏輯功能確定欲實現電路的狀態表，再選定觸發器類型，然后求取輸出方程和觸發器的激勵方程，最后進行自啟動檢查，畫出邏輯圖。若選擇JK觸發器，電路的激勵方程需要間接導出。借助卡諾圖可快速容易地求出JK觸發器的激勵方程。
例4：已知某時序電路的狀態表如表1所示，用JK觸發器實現該電路。
傳統方法：結合時序電路的狀態表（表1）和JK觸發器激勵表（表2）可得表3，據此畫出兩個JK觸發器的輸入J、K和電路輸出Y共計5個卡諾圖。然后遵循卡諾圖化簡原則即可找到觸發器的激勵方程和輸出方程。這種方法要求能準確寫出JK觸發器激勵表，而且卡諾圖使用個數較多。
巧妙方法：直接根據表1畫出次態卡諾圖（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），并在每個部分對出現1的格子畫包圍圈，根據每個包圍圈寫出與項式并相加得到次態表達式，與JK觸發器的激勵方程對比，則很容易地得到觸發器1的激勵方程，同樣的方法可得到觸發器0的激勵方程。
3 結語
綜上所述，卡諾圖在數字電路中應用廣泛，不僅可以化簡邏輯函數，還可以在求邏輯函數的反函數、組合電路中競爭冒險判定、組合邏輯電路設計、時序邏輯電路設計等方面體現其優越性。靈活巧妙地運用卡諾圖，對提高數字電路課程的教學效果和簡化數字電路的分析設計過程，都起到了事半功倍的效果。
參考文獻
【關鍵詞】信息處理 控制子系統 設計
一、信息處理和控制子系統設計過程
信息處理與控制子系統的設計是圍繞著執行子系統的功能需求而進行的，信息處理與控制子系統設計的主要內容有：
1.確定控制子系統的整體方案。構思控制子系統的整體方案必須深入了解被控對象的控制要求。關鍵問題有：（1）控制方式及其與計算機的匹配條件。對于一個機電一體化系統，要實現某些功能可采用多種控制方案、多種控制方法。計算機系統的主要作用是實現一定的控制策略和完成一定的信息處理。當控制系統的功能和主要性能指標確定后，對計算機的基本要求也就隨之確定了。由于工業控制計算機有多種類型，每種類型又包含多種產品，往往有多種方案可以實現同一控制目標。（2）應考慮驅動部件的類型和執行部件（機構）的類型。（3）應考慮對可靠性、精度和快速性有什么要求。（4）應考慮微機在整個控制系統中的作用，是設定計算、直接控制還是數據處理。微機應承擔哪些任務，為完成這些任務，微機應具備哪些功能，需要哪些輸入/輸出通道，配備哪些外圍設備。（5）畫出控制子系統組成的初步框圖，作為下一步設計的依據。
2.確定控制算法。應對控制子系統建立數學模型，確定其控制算法。控制算法決定了控制系統的優劣。應根據不同的控制對象、不同的控制指標要求選擇不同的控制算法。對于復雜的控制系統，其算法也較復雜，使控制較難實現。為此需進行某些合理簡化，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.控制子系統總體設計。控制子系統要綜合考慮硬件和軟件措施，解決微型機、被控對象和操作者三者信息交換的通路和分時控制的時序安排問題，保證系統能正常地運行。通過總體設計，畫出系統的具體構成框圖。
4.軟件設計。微機控制系統的軟件主要分為系統軟件和應用軟件，軟件設計主要指應用軟件的設計。控制子系統對應用軟件的要求是具有實時性、針對性、靈活性和通用性。系統的硬件和軟件需合理結合。在機電一體化系統中，哪些功能用硬件實現、哪些功能用軟件實現等都是設計時應考慮的重要問題。對于運算與判斷、處理等功能適宜用軟件來實現，而其余不少的功能既可用硬件來實現，又可用軟件來實現。為了合理組成控制系統的硬件和軟件，通常根據系統的經濟性和可靠性綜合最優來確定。
二、信息處理與控制系統硬件設計
1.電子部件設計
電子系統的標準部件設計與機械部件設計過程大為不同。對于簡單部件，如電容器、電阻器、電位計和變壓器等，可以像機械設計那樣，將部件設計理解為確定其所有基本性質的過程。部件完全被單個元件的（機械）結構所定義，每個元件又由其形狀、尺寸、材料、表面質量所描述。當然，電磁性質對于材料的選擇是非常重要的。對于像半導體和集成電路這樣的復雜功能部件，對基本設計性質的確定并不能充分地解釋所有可直接處理的設計性質。隨著超大規模集成電路部件上晶體管數量的驚人增長，電子部件設計只能在計算機輔助下，采用層次化、面向系統的方法來進行。電子部件主要由專業化公司設計，在許多方面都實現了高度標準化，如部件值及公差、功能說明、機械封裝（如雙列直插式封裝、表面貼裝技術封裝）、溫度范圍等。只有在一些特殊情況下，機電設計者才需要自行設計電子部件。
2.電路設計
在電子系統中，可以進行電路的功能設計而幾乎獨立于其物理實現，其結果就是電路設計（二維）與電子封裝設計（三維）的分離。電路基本上是由具有傳導聯系的功能部件所構成的二維結構。很少從頭開始設計一個電路。對于典型的功能需求，在技術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/數轉換器、微處理器電路等。電路設計是利用已有元器件創造出新的結構。在設計時，可將設計任務由頂向下地細分為子問題，直至其對應于已知方案解或已知集成部件。電路設計主要基于分析和尺寸確定方法。一旦確定電路圖結構，就可詳細地計算其性能并進行仿真。因而通常的做法是快速提出一個方案解用于電路分析，然后修改該方案直至滿足設計要求。由于一些因素的存在，使得電路功能難以完全獨立于電路圖的物理實現（即封裝），例如：導體尺度限制了能量傳輸和轉換率；電路中的熱功耗完全依賴于機械結構；電磁屏蔽對于微處理器的正常運行極其關鍵；過小的尺寸會引起信號載體間的反饋和串擾；制造公差使得一些規定功能產生了偏差。需要注意的是，以上多數問題都與信號中的能量因素有關，它們實際上是電路設計師和封裝、機械設計師的“接口”問題。與機械設計相比，電子系統的功能設計和物理實現相互之間更加獨立。在描述電子變換功能、部件結構的圖形建模方面，都有相應理論和方法存在，但設計綜合理論非常少。在一定程度上，機械設計理論可以應用于電子部件設計和電子封裝設計。
三、信息處理與控制系統軟件設計
在軟件系統方案設計中，主要問題是生成必需的變換和數據的整體結構。對于一個給定的系統，這個結構通常是唯一的，而其中的程序模塊（如算法）則往往能夠再次應用于其它設計。但是目前，能夠明確軟件模塊的功能和輸入輸出的標準化方法還不存在，這就意味著難于進行功能的分類，軟件模塊的重用也極其有限。所以，軟件設計中的問題通常是“新”的，需要尋求未知解。軟件工程中的設計建模是個薄弱環節。軟件設計非常抽象，只有進入編程階段，設計者才能使用文字和圖表來表達設計的結構和功能。即使在編程階段，設計工作也只能通過程序清單和輸入/輸出數據來進行追溯和記錄。這樣就不可避免地在軟件設計者和外行之間產生了隔閡，因為只有在設計即將完成、程序即將嵌入硬件中時，才能夠對系統的功能進行測試——而這時再想做出任何重大的修改往往就為時已晚了。為了解決這類問題，已經出現了一些方法，例如快速原型設計，即對早期、粗略的程序思想進行功能建模，以期盡快得到用戶反饋、及早發現錯誤，做出修改。但即使應用快速原型設計方法，設計者也有必要大量使用圖形，以便與外行就它的程序功能進行交流。
參考文獻
