時間：2023-12-06 11:31:02
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篇電路設計的方法，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： 土壤濕度檢測； 組容模型； 檢測電路設計； 控制策略
中圖分類號： TN78?34； TP29 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）08?0125?03
土壤濕度，又稱土壤含水率，是植物生長的一個重要影響因素，在園林花卉、蔬菜大棚等自動灌溉控制系統中，土壤濕度檢測準確和穩定是控制系統成功的關鍵?，F有的土壤濕度測定方法基本都屬于電信號測量方式，即土壤作為載體通過電信號時，電信號的特性發生一定的改變。但實際土壤的結構和成分非常復雜，土壤是固相、液相、氣相共同組成的物質[1]，這些物質處于一種微弱的平衡之中。當探測頭插入土壤或電信號通過時，土壤中的平衡被改變，從而使得測量的準確性和穩定度較差。如何在測量過程中能夠保證穩定性和精度，是電信號測量土壤濕度的關鍵問題。
1 恒流源作用下土壤濕度模型
設計試驗土壤濕度檢測的結構如圖1，采用直徑約 1 mm，長100 mm的不銹鋼針作為土壤探針，探針間距離100 mm。當控制開關開通時，恒流源輸出穩定電流（0.5 mA），通過土壤在兩根探針間輸出電壓波形，得到圖2中的電壓瞬態變化曲線。如果測量不同濕度的土壤就可以得到圖2的曲線簇。
從圖2中可以得出以下結論：
（1）在恒流源作用下土壤濕度越大，輸出電壓波形的瞬態過程越長，輸出電壓幅度變化越大。
（2）在恒流源作用下不同土壤濕度情況下，當達到新的平衡時，輸出電壓的大小趨向數值相同。
（3）在恒流源作用下瞬態過程中土壤濕度越大，輸出電壓的初始值越??；土壤濕度越小，輸出電壓的初始值越大。
理論上土壤濕度檢測的電學模型可以用一個阻容網絡進行模擬[2]，在恒流源作用下常用的阻容電路（如圖3所示）很難解釋上述的結論，因此將電學模型修改為如圖4的阻容模型電路來進行解釋。
結合上述結論，對于圖4的阻容等效網絡在恒流源作用下可以得出：
（1）輸出電壓波形符合電容充電的曲線趨勢；
（2）由于不同濕度時，輸出電壓在一定時間穩定后趨向數值一致，可知R0在不同的土壤濕度時基本變化很小；
（3）土壤濕度越大，輸出電壓的初始值越小，由于電容通電“瞬間”導通的原理，可知R1隨著土壤濕度的增加而減小；
（4）土壤濕度越大，輸出電壓波形的瞬態過程越長，可知C隨著土壤濕度的增加而增加，而且R1C也增大。
從阻容等效網絡的物理意義上講，可以認為R0代表了土壤樣本的結構和基本成分，具有一定的穩定性；R1代表了土壤固相、液相和氣相的物理變化，當濕度變化時，三者的比例發生變化，其導電性能變化；C代表土壤的電化學反應，當濕度變化時電解質的活躍程度變化，同時電流輸入時，將會產生一些電解反應。
2 土壤濕度檢測電路設計
從恒流源土壤濕度檢測的分析可知，在實際信號采樣中當電流輸入后輸出信號到達基本穩定時，其檢測結果很難反應出濕度的區別，同時電流的輸入打破了土壤的微弱平衡，其特性可能會發生變化，造成信號自身對測量的干擾。因此信號的采樣應該位于輸出電壓曲線的初始值附近，才能準確反應土壤濕度的變化，同時由于電流作用時間短，電解反應的干擾基本不會出現。
實際采樣電路如圖5所示，在恒流源開通時，利用標準鋸齒波電壓與土壤探針輸出電壓在運放組成的比較電路中產生矩形脈沖，通過斯密特觸發電路整形后進行脈寬捕捉和檢測[3]，得到代表此時輸出電壓大小的矩形波脈寬，得到數據后系統立刻關閉脈寬捕捉功能和恒流源。
從理論上，鋸齒波的頻率越高，系統所捕捉的第一個脈寬越接近探針輸出電壓的初始值。實際上由于在較小恒流源電流作用下，輸出電壓波形的穩定時間基本都在100 ms以上，因此在實際使用中綜合系統捕捉脈寬軟件的技術實現可設計鋸齒波的頻率100 Hz以上即可。在實際制作中金屬探針插入泥土后，對于泥土會產生一定擾動，土壤中的自由離子向金屬表面運動，影響檢測準確性。因此為了保證測試的穩定性，探針的金屬表面與土壤接觸不能太大，同時為了保證探針的插入深度，可采用絕緣材料包裹金屬探針的方式[4] ，金屬探針露出與土壤直接接觸的針長短在1～1.5 cm為宜。測試時應先將探針插入土壤后一定時間（10～15 min）后進行。
圖6顯示實際制作的電路（鋸齒波頻率為100 Hz）在土壤濕度增加時脈沖寬度的變化情況，其濕度?脈沖寬度曲線具有函數單調性。圖7為同一濕度下不同時間段脈沖寬度變化，其穩定性較好。
3 基于土壤濕度檢測的控制系統策略
由于同一土壤在不同濕度時其檢測數據曲線具有一定非線性，為了提高檢測的精度，控制系統CPU（單片機等）可以采用分段線性擬合的方法來實現較高的檢測精度[5?8]（見圖8）。
在系統工作之前，先利用樣本土壤進行濕度數值預置，如5%，10%，15%，…，控制系統利用這些樣本檢測到的脈寬數值進行分段線性擬合曲線，生成分段脈寬?濕度函數。在實際測量時，將檢測到的脈寬數據對應相應區間函數進行運算，即可得到相應的土壤濕度值。同時由于實際上土壤的濕度變化不會很快，因此可采用定期采樣（間隔幾分鐘左右）的方式來進行工作。
在測量不同土壤時，應先清除原有預置值，重新進行樣本土壤濕度預置，生成新的分段脈寬?濕度函數進行工作。
4 結 語
本文所建立的恒流源作用下土壤濕度電學模型較好地表現了土壤濕度變化時探針阻抗變化的特性趨勢，根據本文設計電路和控制策略制作的土壤濕度檢測自動控制系統，經過在農業蔬菜大棚自動澆灌控制系統[9]和陽臺花園自動澆灌控制系統中的應用和實踐，土壤濕度檢測穩定度和區分度比較良好。由于土壤的結構非常復雜，成分之間的相互反應多種多樣，土壤中的微弱平衡很容易受到外界的干擾（如溫度變化等）[10]，如何提高抗干擾還有待進一步深入研究。
參考文獻
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關鍵詞： 組合邏輯電路；Multisim ；仿真
0 引言
組合邏輯電路是指在任何時刻，輸出狀態只決定于同一時刻各輸入狀態的組合，而與電路以前狀態無關，而與其他時間的狀態無關。組合邏輯電路的分析和設計是數字電路中一個重要組成部分[1]，對于初學者和大多數電子設計人員來說，掌握了一定的基本分析和設計方法后，設計出來的結果仍然不夠理想，特別是經過實際焊接電路或在面包板上搭接電路，再用儀表和分析儀器來分析判斷結果后，設計達不到要求，就要重新設計，反反復復不但費時費力，浪費材料，而且在搭接電路過程中由于焊接而帶來的虛焊、漏焊等接觸不良現象，可能引發一系列電路問題，這些都極大的消弱設計者的積極性。隨著計算機技術的發展和電路設計仿真軟件不斷出現，運用電路設計仿真軟件設計電路，是提高組合邏輯電路設計水平和設計能力的有效方法[2]。
Multisim軟件是加拿大Interactive Image Technologies
公司（圖像交互技術公司，簡稱IIT公司）在1998年推出EWB5.0
（Electronic Workbench，稱為“虛擬電子實驗室”）的基礎上推出的一款更高版本的電路設計與仿真軟件[3-4]。將Multisim軟件應用于數字電路教學和科研中，可以使組合邏輯電路的分析和設計變得簡潔、方便，有利于更好更快的達到組合邏輯電路的分析和設計的目的。
因此本文利用四輸入表決電路設計來對比傳統設計方法和Multisim軟件設計方法過程。
1 傳統組合邏輯電路設計
傳統組合邏輯電路設計一般步驟為：分析任務要求列出真值表，通過真值表求出邏輯表達式并根據器件化簡，畫出邏輯電路圖，最后根據邏輯電路圖構建實驗電路驗證結果。邏輯化簡是組合邏輯設計的關鍵步驟之一，為了使電路簡單、使用器件少，要求邏輯表達式盡可能簡化。但是考慮電路選取器件、穩定可靠等要求，最簡化設計往往不是最終的邏輯表達式[5]。下面就以設計四輸入表決電路為例來分析組合邏輯電路設計的一般步驟過程。
2.1 四輸入表決電路分析
現在有四輸入表決電路如圖1所示，這一電路具有怎樣的功能呢？邏輯轉換儀提供了八個輸入和一個輸出端，我們將待分析電路連到邏輯轉換
儀的輸入和輸出端上，如圖3所示，按下按鈕①，可以將待分析電路轉換為真值表，此時可以接著按下按鈕②或③，將會把真值表轉換為邏輯表達式。利用此方法在分析組合邏輯電路時，可以省去復雜的邏輯計算，使得分析復雜組合邏輯電路變得更加簡單。
2.2 四輸入表決電路設計
最后，需要驗證邏輯電路設計，我們可以直接在Multisim
1數字集成電路設計實驗課程教學現狀
數字集成電路設計課程為黑龍江大學集成電路專業學生本科階段的必修課。傳統的數字集成電路設計實驗教學課程可使學生加深對所學理論知識的理解，熟練軟件使用過程，增強動手操作能力，但還存在如下三方面問題:A.實驗教學方法有待改進。在傳統的數字集成電路設計實驗教學中，上課前，學生基本不了解實驗儀器和軟件，也不清楚實驗課的內容。課程開始后，教師需要把相應理論知識、儀器操作和軟件使用等內容一一講授清楚，在有限學時內，更多的講授時間就壓縮了學生動手實驗和探索更深入問題的時間，不利于學生實踐能力的培養。B.實驗課程內容相對簡單。目前，黑龍江大學數字集成電路設計實驗課程的內容較為基礎，基本單元電路的設計仿真占比較大，開放性實驗項目不多。實驗內容主要涉及比較器、編碼器和加法器等基礎門電路的仿真，學生使用ModelSim軟件通過Verilog語言編寫相應電路的網表，然后編寫對應testbench文件并進行仿真驗證所寫電路網表功能的正確性。這類基礎實驗有利于學生熟練掌握編程語言和軟件使用，并加深對基本單元電路的理解，但內容相對簡單，對于學生設計綜合能力的進一步培養還有所欠缺。C.實驗課程考核機制單一。傳統數字集成電路設計實驗課程的考核成績只做為其理論課程總成績的一小部分。黑龍江大學的數字集成電路設計實驗課程的考核形式一般為學生每次實驗課程中是否完成了幾項規定的實驗內容，所有實驗內容完成后所得成績的疊加即為該門實驗課程的總成績。由于實驗內容具有固定性和同一性，成績較好的學生快速完成實驗內容后難于進一步進行探索研究，這種簡單的考核方式無法很好反映出學生掌握實驗技能的梯度，也不利于學生發揮創新型思維進行設計實驗，阻礙了學生的實踐能力發展。
2基于翻轉課堂教學模式的改革探索
A.課堂翻轉，提升學生學習質量。在翻轉課堂教學模式中，教師應由專注“如何教”轉向研究學生“如何學”。在數字集成電路設計實驗教學中，教師可根據本次課程的實驗內容，在課程開始前一周將相應的學習知識點、軟件操作、硬件搭建及要解決的問題以電子文檔或視頻的形式放于共享平臺上。學生需要在共享平臺上進行課前學習，學習期間應查閱相關參考資料，將簡單的知識點盡量通過自學解決，將重點難點問題標記出來，在課堂中與教師或學習小組交流、討論，并最終解決問題［2］。這種翻轉課堂教學模式改變了傳統課堂的教學方式，強化了學生主動學習的意識，提高了課堂時間利用率，可提升學生的學習質量［3］。B.實驗課程內容和模式改革。實驗課程對學生基礎知識掌握情況的檢驗和設計能力的培養至關重要，因此，應打破傳統實驗課程輔助理論課程開設的現狀，將數字集成電路設計課程實驗部分作為一門擁有獨立學分的必修課。實驗內容應具有基礎性、多樣性、創新性和完整性，確保學生在做好基礎性實驗后，切實提升創新性實驗能力。實驗內容中應增加綜合電路設計題目所占比重。目前，實驗室擁有SEED－XDTKFPGA教學實驗平臺，擁有視頻顯示、LED顯示、數碼管等驗證設備，可開設多種實驗教學項目。學生可利用該平成編寫源代碼、綜合、編寫測試文件、功能仿真、約束設計、布局布線后仿真、生成FPGA下載代碼文件、FPGA下載程序和實驗平臺驗證結果全流程。應充分利用SEED－XDTKFPGA教學實驗平臺的強大功能，將該平臺貫穿數字集成電路設計實驗課程始終，如:可增加數碼管顯示、LED跑馬燈、頻率計等基礎實驗項目，獨立電路設計項目也應利用該平臺進行開展。這對于提高學生的數字電路設計能力、動手實踐能力和掌握FPGA開發過程具有重要意義。C.完善實驗課程考核機制，注重學生創新能力培養。應建立課前學習考核制度，督促學生做好課前學習。翻轉課堂教學模式若要在數字集成電路設計實驗教學中達到好的效果，就必須建立適當的課前考核機制?？蓪W生課前學習時長和通過課前學習掌握基礎知識的程度作為一項課程考核指標，考核分數計入最終實驗課程成績內(占實驗總成績的20%)，進而督促學生必須做好課前學習。數字集成電路設計課程實驗部分的主要任務是培養學生的數字集成電路設計能力，因此，要注重實驗中創新性設計能力的考核。以往實驗總成績由每次實驗得分累加獲得，改革后，實驗總成績應為課前學習考核得分(20%)、每次完成實驗內容考核得分(20%)和完成一個獨立電路設計實驗考核得分(60%)三項累加獲得。獨立電路設計實驗需要完成電路建模、電路網表編寫、testbench編寫和在FPGA實驗箱進行功能驗證等工作。教師可根據學生在設計過程中每一步驟的完成情況給出準確的評價分數，這樣可以較為細致地檢驗學生對基礎知識和電路設計能力的掌握情況，而且獨立電路設計實驗分值占比較高，如果不能完成電路設計，則該門課程無法通過考核，可通過這種方式調動學生的積極性，加強學生的緊迫感，提高學生的學習質量。
3結語
通過對翻轉課堂教學模式的研究，結合黑龍江大學數字集成電路設計實驗教學課程現狀，探索了基于翻轉課堂的實驗教學方法。該方法根據目前實驗教學課程存在的問題，提出了課堂翻轉、完善課程考核機制和實驗內容改革的方法，可以增強師生之間的交互性，增加學生動手實驗的時間，有助于教師在課堂上更好地掌握每一位學生真正的學習狀態和學習效果，從而有效提升學生的數字集成電路設計能力、創新思維能力和實踐能力。
參考文獻:
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[關鍵詞]數字電子電路；EDA技術；應用；探究
在微電子技術飛速發展的背景下，數字電子電路的設計的難度也在不斷加大，電子產品翻新的速度也在不斷加快，這給數字電子電路設計帶來了較大的壓力。EDA技術是數字電子電路的設計中較為先進的技術，具有其他技術不具備的優勢，使數字電子電路的設計得到了革命性的發展[1]。EDA技術的優勢在于當程序修改錯誤時，不需要使用額外的硬件電路，且在使用EDA技術進行電子產品設計時能夠使電子產品的成本降低和設計周期縮短。因而，EDA技術在數字電子電路設計中得到了越來越廣泛的運用，也推動了數字電子電路的設計領域的變革，促進電子產品的發展。對此，我們需要EDA技術在數字電子電路的設計中應用有所了解。
1EDA技術概述
EDA（ElectronicDesignAutomation，電子設計自動化）技術是逐漸從計算機輔助測試、計算機輔助制造、計算機輔助設計以及計算機輔助工程中發展而來的[2]。該技術主要是將計算機作為載體，在EDA軟件平臺上，設計者主要采用硬件描述語言VHDL進行設計，進而由計算機自動完成各項工作。EDA技術是一種融合了當前多種新型技術的新技術，它以計算機為載體，將計算機技術、信息技術、電子技術以及智能技術相互融合起來，進而完成電子產品的自動化設計工作，這樣有效促進了電路設計的可操作性以及效率性，不僅保障了電路設計的質量和效率，同時也極大地減輕了設計者的工作強度，同時也降低了電子產品的生產成本。具體來說，EDA技術的特點以及EDA技術設計流程如下。
1.1EDA技術的特點
相比于傳統的CAD（ComputerAidedDesign，計算機輔助設計）技術而言，EDA技術具有顯著的特點。首先一點，EDA技術在硬件電路選擇軟件設計方式方面上，它可以選擇多種設計輸入，如VHDL語言、波形等等，它在完成下載配置前能夠在沒有硬件設備的情況下能夠自行完成。與此同時，它在修改硬件設備也是非常簡單、易于操作，這種修改硬件設備的方式和軟件程序修改方式非常接近，采用軟件測試的方法對其進行測試，這樣就能科學有效地設計特定功能的硬件電路[3]。第二點，EDA技術能夠儀自動化的形式進行產品直面設計。它可以通過HDL語言和電路原理圖等自動化的邏輯編譯的相關程序輸入其中，并生成相應的目標系統。簡單說來，這種技術能夠以計算機為依托，從電路功能模擬、電路性能分析、電路的設計以及優化、電路功能的測試和完善等全部流程都可以以自動化的形式實現。第三點，EDA技術具有較高的集成化特點，并可以自身構成片上系統。EDA技術在數字電子電路設計中是以芯片為載體進行設計的一種設計方式。因而，當前大規模集成線路的不斷發展能夠有效促進繁雜的芯片設計工作的完成，同時也能夠完成專業化的集成電路設計[4]。第四點，EDA技術可以大大提高系統升級的工作效率，它能夠當場進行目標系統的編程，實現有效的系統升級。第五點，EDA技術具有自動化的特點，且進行技術開發的時間并不長，且能夠有效節約設計的費用，避免了資源的浪費，同時EDA技術也具有極大的靈活性和實用性，可操作性較強。
1.2EDA技術設計流程簡介
EDA技術對于數字電子電路設計的意義可以認為是它將推動了數字電子電路設計的一個發展變革，使其進入了一個發展的新時期。傳統的電路設計的模式多是以硬件搭試調試焊接的方式，而E-DA技術以計算機自動化的設計模式對傳統的電路設計模式進行了創新。EDA技術設計流程主要包含8個流程依次為[5]：設計指標設計輸入（將電路系統采用一定的表達式輸入計算機，其中包括圖形輸入以及文本輸入）邏輯編譯（將設計者在EDA中輸入的圖形或文本進行有效的編排轉化）邏輯綜合（將電路中高級的語言轉化為低級的，并與基本結構相應射）器件適配（將由綜合器產生的網表文件配置到指定文件中，使之能夠下載文件）功能仿真（跟進吧算法和仿真庫對涉及進行模擬，以驗證其涉及是否和要求一致）下載編程（將適配后生成的配置文件和下載文件以編程器下載）目標系統。
2可編程邏輯器件
數字邏輯編輯器具有自身的發展歷程，一般可以將其分為分立元件、中小型標準芯片以及可編程邏輯器件等三個階段。對邏輯器分類方面可以將其分為固定邏輯器和可編程邏輯器。其中固定邏輯器的電路是固定的、不可變的，而可編程邏輯器則可以為使用者提供多種邏輯能力，也可以在不同的時間內進行改變，進而完成不同的功能[6]。可編程邏輯器件（programmablelogicdevice，PLD）產生于通用集成電路，根據使用者對器件編程來確定其邏輯功能?？删幊踢壿嬈骷哂休^高的集成度，一般能夠滿足大多數數字系統設計的需求。在科學技術快速發展的情況下，可編程邏輯器件也隨之不斷發展。當前，可編程邏輯器件已經成為解決邏輯方案的首選，這主要是因為它能夠根據用戶的需求進行相應的產品功能增加以及產品升級，且操作較為簡便，具有低成本、低消耗、多功能、高集成性等優勢。與此同時，當前一些公司也在不斷對其進行研究，不斷完善可編程邏輯器件的功能，并獲得了較為顯著的效果，如Altra公司的FLEX10K的系列產品、Xilinx公司的XC4000的系列產品[7]。
3VHSIC硬件描述語言
VHSIC硬件描述語言（Very-High-SpeedInte-gratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，VHDL）是電路設計中使用的一種高級語言，主要在20世紀80年代由美國國防部認定的標準硬件描述語言，之后其他公司紛紛推出了VHSIC硬件描述語言設計環境。對此，我們需要對VHSIC硬件描述語言具有一個較為清晰的了解。數字電子電路設計的第一步就是使用EDA技術以及相應的軟件開發工具進行設計輸入。簡單地說就是簡要描述電路設計、硬件設計以及測試方法。在設計一些規模不大的數字電子電路時，一般硬件描述的方式為原先的時序波在設計一些大規模的數字電子電路時，其描述方式就需要采用具有較強針對性的硬件描述語言。VHSIC硬件描述語言不僅能夠詳細描述硬件電路的功能、定時與信號連接的關系，而且還能采用簡潔的模式準確描述硬件電路中邏輯較為抽象的部分[8]。由于VHSIC硬件描述語言具有詳細準確描述硬件電路功能的特征，因而，VHSIC硬件描述語言成為EDA技術在數字電子電路設計中最為常用的設計輸入方式和描述語言。在數字電子電路設計中，VHSIC硬件描述語言已經成為使用最為廣泛的硬件電路應用描述語言。這主要是因為VHSIC硬件描述語言具有硬件特點的語句，其結構和語法具有高級計算機具有高度相似性。除此之外，VHSIC硬件描述語言在程序結構上也有著十分明顯的優勢，它進行實體設計時能夠將其設為可視部分和不可視部分。從中可以發現，VHSIC硬件描述語言與綜上所述，可以看出VHDL硬件描述語言比傳統的其他硬件描述語言相比，如AHDL、VBLE，具有強大的描述功能，能夠有效規避器件的復雜結構，進而對數字電子電路設計進行有效的描述[9]。具體說來，與其他硬件描述語言相比，VHSIC硬件描述語言的特點主要有以下幾個方面：其一，具有強大的功能以及靈活的設計。這主要是VHSIC硬件描述語言有著功能強大的語言結構，能夠采用簡短的語言進行復雜邏輯的描述；同時，它也具備多層次的設計功能，支持多種設計方法。其二，具有廣泛的支持性，且易于修改。由于VHSIC硬件描述語言已經成為使用最為廣泛應用描述語言，因而具有廣泛的支持性；由于其結構化和易讀化的特征，因而易于修改。其三，系統硬件描述能力強大，VHSIC硬件描述語言可以進行結構描述、寄存器傳輸描述、行為描述，也可以進行三者混合描述。其四，與器件設計相對獨立，在進行VHSIC硬件描述語言可以不用考慮器件設計情況，專心用于VHSIC硬件描述語言設計的優化。其五，移植能力強，能夠共享。VHSIC硬件描述語言設計完成后可以將成果進行分享，避免電路的重復設計。除此之外，VHSIC硬件描述語言還具有其他的特征：其一，VHSIC硬件描述語言屬于設計輸入語言，它能夠通過計算機詳細描述硬件電路的運行狀態，并將其與數字電路的設計系統自動綜合。其二，VHSIC硬件描述語言是常用的測試語言，它能夠以測試基準對數字電子電路進行可以仿真與模擬，進而判斷其功能情況。其三，VHSIC硬件描述語言是標準化語言，它是當前設計語言中使用最為廣泛的語言之一，也是當前電子領域普遍認可的標準化語言。其四，VHSIC硬件描述語言是可讀性語言，它不僅可以被計算機識讀，同時也可以被設計者識讀。其五，VHSIC硬件描述語言一種網表語言，它獨特的語言結構讓其在計算機設計中工作較好，同時它在設計工具間聯系的格式中屬于低級設計工具，即它在門級網表文件形成中具有相互轉化的功能和高度兼容性。
4EDA技術在數字電子電路設計中的應用
我們可以通過設計一個數字鐘電路來展現E-DA技術在數字電子電路設計中的應用，該數字電路鐘能夠顯示秒、分、時。
4.1準備的設備
本次實驗主要是選用FPGA芯片EDA技術實驗工具以及電子計算機。
4.2實驗設計方法
依照EDA技術的設計規范進行分層設計，其內容包括數字鐘；時計數、分計數、秒計數以及譯碼顯示；24進位制計數器、60進位制計數器以及譯碼顯示電路。在VHDL語言描述上，要使用VHDL語言對60進位制計數器、24進位制計數器進行描述編程，并將兩者進位標準進行調整，使其一致。關于譯碼顯示電路的設計。在設計中可以使用動態譯碼掃描處理電路進行處理，這能夠某個時間點點亮單個數字碼而達到6個同時顯示的視覺效果，這樣不僅將電路能耗降到最低，同時也節約了器件資源，并延長了器件的使用壽命[11]。關于頂層設計，在這一設計中需要建立在底層設計模塊的基礎上，通過原理圖方法將兩者進行有機的融合，進而獲得一個完整電路。
4.3編譯下載
集成電路作為關系國民經濟和社會發展全局的基礎性和先導性產業，是現代電子信息科技的核心技術，是國家綜合實力的重要標志。鑒于我國集成電路市場持續快速的增長，對集成電路設計領域的人員需求也日益增加。集成電路是知識密集型的高技術產業，但人才缺失的問題是影響集成電路產業發展的主要問題之一。據統計，2012年我國對集成電路設計人才的需求是30萬人 [1-2]。為加大集成電路專業人才的培養力度，更好地滿足集成電路產業的人才需求，2003年教育部實施了“國家集成電路人才培養基地”計劃，同時增設了“集成電路設計和集成系統”的本科專業，很多高校都相繼開設了相關專業，大力培養集成電路領域高水平的骨干專業技術人才[3]。
黑龍江大學的集成電路設計與集成系統專業自2005年成立以來，從本科教學體系的建立、本科教學內容的制定與實施、師資力量的培養與發展等方面進行不斷的探索與完善。本文將結合多年集成電路設計與集成系統專業的本科教學實踐經驗，以及對相關院校集成電路設計專業本科教學的多方面調研，針對黑龍江大學該專業的本科教學現狀進行分析和研究探索，以期提高本科教學水平，切實做好本科專業人才的培養工作。
一、完善課程設置
合理設置課程體系和課程內容，是提高人才培養水平的關鍵。2009年，黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業制定了該專業的課程體系，經過這幾年教學工作的開展與施行，發現仍存在一些不足之處，于是在2014年黑龍江大學開展的教學計劃及人才培養方案的修訂工作中進行了再次的改進和完善。
首先，在課程設置與課時安排上進行適當的調整。對于部分課程調整其所開設的學期及課時安排，不同課程中內容重疊的章節或相關性較大的部分可進行適當刪減或融合。如：在原來的課程設置中，“數字集成電路設計”課程與“CMOS模擬集成電路設計”課程分別設置在教學第六學期和第七學期。由于“數字集成電路設計”課程中是以門級電路設計為基礎，所以學生在未進行模擬集成電路課程的講授前，對于各種元器件的基本結構、特性、工作原理、基本參數、工藝和版圖等這些基礎知識都是一知半解，因此對門級電路的整體設計分析難以理解和掌握，會影響學生的學習熱情及教學效果；而若在“數字集成電路設計”課程中添加入相關知識，與“CMOS模擬集成電路設計”課程中本應有的器件、工藝和版圖的相關內容又會出現重疊。在調整后的課程設置中，先開設了“CMOS模擬集成電路設計”課程，將器件、工藝和版圖的基礎知識首先進行講授，令學生對于各器件在電路中所起的作用及特性能夠熟悉了解；在隨后“數字集成電路設計”課程的學習中，對于應用各器件進行電路構建時會更加得心應手，達到較好的教學效果，同時也避免了內容重復講授的問題。此外，這樣的課程設置安排，將有利于本科生在“大學生集成電路設計大賽”的參與和競爭，避免因學期課程的設置問題，導致學生還未深入地接觸學習相關的理論課程及實驗課程，從而出現理論知識儲備不足、實踐操作不熟練等種種情況，致使影響到參賽過程的發揮。調整課程安排后，本科生通過秋季學期中基礎理論知識的學習以及實踐操作能力的鍛煉，在參與春季大賽時能夠確保擁有足夠的理論知識和實踐經驗，具有較充足的參賽準備，通過團隊合作較好地完成大賽的各項環節，贏取良好賽果，為學校、學院及個人爭得榮譽，收獲寶貴的參賽經驗。
其次，適當降低理論課難度，將教學重點放在掌握集成電路設計及分析方法上，而不是讓復雜煩瑣的公式推導削弱了學生的學習興趣，讓學生能夠較好地理解和掌握集成電路設計的方法和流程。
第三，在選擇優秀國內外教材進行教學的同時，從科研前沿、新興產品及技術、行業需求等方面提取教學內容，激發學生的學習興趣，實時了解前沿動態，使學生能夠積極主動地學習。
二、變革教學理念與模式
CDIO（構思、設計、實施、運行）理念，是目前國內外各高校開始提出的新型教育理念，將工程創新教育結合課程教學模式，旨在緩解高校人才培養模式與企業人才需求的沖突[4]。
在實際教學過程中，結合黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業的“數模混合集成電路設計”課程，基于“逐次逼近型模數轉換器（SAR ADC）”的課題項目開展教學內容，將各個獨立分散的模擬或數字電路模塊的設計進行有機串聯，使之成為具有連貫性的課題實踐內容。在教學周期內，以學生為主體、教師為引導的教學模式，令學生“做中學”，讓學生有目的地將理論切實應用于實踐中，完成“構思、設計、實踐和驗證”的整體流程，使學生系統地掌握集成電路全定制方案的具體實施方法及設計操作流程。同時，通過以小組為單位，進行團隊合作，在組內或組間的相互交流與學習中，相互促進提高，培養學生善于思考、發現問題及解決問題的能力，鍛煉學生團隊工作的能力及創新能力，并可以通過對新結構、新想法進行不同程度獎勵加分的形式以激發學生的積極性和創新力。此外，該門課程的考核形式也不同，不是通過以往的試卷筆試形式來確定學生得分，而是以畢業論文的撰寫要求，令每一組提供一份完整翔實的數據報告，鍛煉學生撰寫論文、數據整理的能力，為接下來學期中的畢業設計打下一定的基礎。而對于教師的要求，不僅要有扎實的理論基礎還應具備豐富的實踐經驗，因此青年教師要不斷提高專業能力和素質?？赏ㄟ^參加研討會、專業講座、企業實習、項目合作等途徑分享和學習實踐經驗，同時還應定期邀請校外專家或專業工程師進行集成電路方面的專業座談、學術交流、技術培訓等，進行教學及實踐的指導。
三、加強EDA實踐教學
首先，根據企業的技術需求，引進目前使用的主流EDA工具軟件，讓學生在就業前就可以熟練掌握應用，將工程實際和實驗教學緊密聯系，積累經驗的同時增加學生就業及繼續深造的機會，為今后競爭打下良好的基礎。2009―2015年，黑龍江大學先后引進數字集成電路設計平臺Xilinx和FPGA實驗箱、華大九天開發的全定制集成電路EDA設計工具Aether以及Synopsys公司的EDA設計工具等，最大可能地滿足在校本科生和研究生的學習和科研。而面對目前學生人數眾多但實驗教學資源相對不足的情況，如果可以借助黑龍江大學的校園網進行網絡集成電路設計平臺的搭建，實現遠程登錄，則在一定程度上可以滿足學生在課后進行自主學習的需要[5]。
其次，根據企業崗位的需求可合理安排EDA實踐教學內容，適當增加實踐課程的學時。如通過運算放大器、差分放大器、采樣電路、比較器電路、DAC、邏輯門電路、有限狀態機、分頻器、數顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設計和仿真分析，令學生掌握數字、模擬、數?；旌霞呻娐返脑O計方法及流程，在了解企業對于數字、模擬、數模混合集成電路設計以及版圖設計等崗位要求的基礎上，有針對性地進行模塊課程的學習與實踐操作的鍛煉，使學生對于相關的EDA實踐內容真正融會貫通，為今后就業做好充足的準備。
第三，根據集成電路設計本科理論課程的教學內容，以各應用軟件為基礎，結合多媒體的教學方法，選取結合于理論課程內容的實例，制定和編寫相應內容的實驗課件及操作流程手冊，如黑龍江大學的“CMOS模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”課程，都已制定了比較詳盡的實踐手冊及實驗內容課件；通過網絡平臺，使學生能夠更加方便地分享教學資源并充分利用資源隨時隨地地學習。
四、搭建校企合作平臺
【關鍵詞】電子；電路設計；常用；調試方法；步驟探討
伴隨時代的不斷發展和科學技術的不斷進步，人們越來越關注社會生產力的提升。采取科學的方式進行電子電路的設計與工作流程的部署和管理，能夠滿足當下社會生產力發展的基本需求，也能夠促進行業的生產進步。當下我國電子行業發展的過程當中都越來越重視相關的技術升級，采取高效率的生產和設計模式才能夠實現對理論的進一步應用，也能夠滿足實際的生產工作需求。模擬的設計構想在實踐工作的驗證體系下常常顯示出各種問題，需要以更加科學、安全、有效的方式實現對相關工作體系的完善，并在具體的工作當中以實踐經驗論證設計理念，保證電子行業發展的前景要求。
1電子電路設計的原理
電子電路的設計工作具有相關的工作原理和原則，需要遵循一定的制度和規律進行相關工作的設計，以此實現對工作體系的完善性需求。首先，電子電路的設計工作原理要求，設計的相關內容需要符合整體性要求，在實際的設計工作當中要針對電路工作的各個節點進行監督與功能實踐。其次，設計的工作要保證具體功能的落實，針對每個電路的工作職能進行細致的劃分。再者，應當進行電路設計的最優化選擇，保證電路設計的穩定性和完善性，在實際的工作應用中具備可靠的特征。最后，應當實際的考量到市場經濟的價值和效益需求，進行性價比的研究分析并最終完成設計。
2電子電路設計的流程
電子電路的設計工作流程比較復雜，具體的工作內容也具有較高的嚴謹性和準確性。在實際工作進行的過程當中，應當重視對設計目標的確認，在具體工作中明確電子功能的設計。針對電子產品的核心功能應用進行整體的考量，設計的電路能夠符合單一操作的要求，進行優化的職能選擇。在設計形成初期進行整體研究，包含對電子電路的測試實踐。重視對電子電路的調試和功能定位，保證未來工作進行的順利要求。重視電子電路功能的設計才是保證產品能夠高效率工作和服務的基礎，也是確認核心功能和輔助功效的重要工作內容。實現設計初期的檢查和測試，能夠保證設備未來使用的優越性。
3調試儀器概述
具體的電子電路設計功能測試與調節工作要求的比較準確和細致，在實際的工作過程當匯總需要進行相關儀器的使用和完善，避免當中一些環節出現問題。在調試儀器使用的過程中涉及到眾多的零部件，包含萬能用的工具表，顯示波動幅度的器械，以及信號發出的設備等。針對具體的調試工作進行觀察，玩能用的工具表主要是為了測量設備使用期間的電流量和電壓力，以及存在的電阻等元素。顯示波動幅度的器械主要是為了更準確的測量信號，關注波動變化。信號的發出設備是為了在監測過程中收集信息，確定監測工作準確性和保證基本交流。
4電子電路調試具體流程
電子電路的調試工作可以劃分為諸多細致的流程，在具體工作開展的過程中還需要進行整體工作的完善和優化。調試的工作需要進行電路的線路監測，在實際的工作驗收中觀察通電的效果。調試的工作還需要確保對電子設備的功能監測，保證實際的工作過程能夠正常的運作，充分實現對信息傳播的要求。在實際工作開展的過程當中要進行電源的調試，減少工作阻礙，進行指標的規范和數據的驗收。除此之外，調試工作還可以劃分為兩種方式，分別是整體和分區域的調試工作。細致的劃分主要是為了給保證驗收工作的嚴謹性要求。最后需要針對環境進行監測，考量實際工作需求進行優化處理。
5調試工作需要重視問題
在調試工作進行過程當中還需要重視對工作細節的優化處理，保證人員施工的科學性安排，在實際的操作過程當中需要進行設備功能的優化，確保功能的準確性要求。重視對細節工作的監督和管理，在調試的信息記錄中掌握數據中存在的差異，為維護系統工作提供良好的基礎，也有助于及時的解決系統工作出現的問題。除此之外，還需要認識到系統調試工作反復執行的重要性，針對測量工作進行反復的操作才能夠保證電子電路的設計符合實際生產需求。
6結論
綜上所述，本次研究針對電子電路設計的相關工作展開分析和研究，希望在實際的工作過程當中掌握實踐的工作經驗，在未來的電子電路設計工作當中采取先進的科學手段，實現對相關工作內容的整合，滿足時展的進步要求。在傳統電子電力設計的相關工作基礎上實施切實有效的完善策略，保證基本工作的流暢性原則，在實施科學有效的方式和方法進行相關設計工作的管理，滿足實際工作的需要，進行不同線路的測試和驗收，保證電子電線設計工作的優越功能。重視對電子電路工作的設計工作，在實際工作開展的過程中進行調試工作的監督與管理，進一步促進我國現代化生產效率的提升。
參考文獻
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1CAD軟件在電子電路教學中的應用
CAD軟件系統是當下電路設計軟件中圖形設計功能作為全面的應用軟件，其在電子電路設計教學中的應用也十分廣泛。在電路設計教學的開展中，CAD軟件為課程開展提供了繪圖，幾何造型以及特征計算等功能，在進行電路設計過程中，教師能夠通過帶領學生進行元件設計，是學生進一步掌握不同電路元件的功能，并以此為基礎，使學生利用不同元件的特性進行電路的功能設計。CAD軟件在為電路教學設置元件設計功能的同時，也自帶有元件庫，電路的實際設計可以直接對元件進行調用，這也能夠有效節約電路原理圖設計時間。在利用該軟件開展教學時，教師還要強調實際元件和虛擬元件的區別，并通過在教學過程中著重強調，以保證學生實際電路連接的準確性和安全性。
2EWB軟件在教學中的具體應用分析
EWB計算機軟件是一種用于電路設計與仿真的EDA工具軟件，與CAD軟件不同，EWB軟件中包含更多的高品質模擬電路元件和組件模型。教師在開展電子電路設計教學時能夠在元件調用的基礎上，引導學生利用軟件進行多種功能仿真，如對以連接的電路結構進行交流頻率特性分析，靜態分析和參數掃描分析等。EWB軟件主要結構包括函數信號發生器和仿真電路模板等，學生能夠在課程設計中通過元件調用和參數整合，完成電路設計，并通過將電路系統調用與仿真模板中，對其進行功能測試。在電路仿真教學過程中，教師應首先開展信號發生器教學，使得學生能夠依據實際電路結構設計選定對應的激勵信號，以此保證電子電路結構仿真結構的準確性和有效性。
3PSPICE仿真軟件在電路設計教學中的應用
作為現階段不同類型電路分析與設計仿真軟件之一，PSPICE軟件具有十分優越的實用性能。該軟件主要包括電子線路仿真，圖形方式輸出，模擬計算電路功能和網表生成等功能，不僅能夠對模擬電子線路進行仿真與模式實驗，也能夠與實體電路結構進行連接并開展模擬仿真。在電子電路的設計教學中，教師要將課程演示重點放在利用PSPICE軟件模擬連接電路上，使學生能夠在掌握元件參數的基礎上，更為全面的掌握電路波形和電壓電流值的檢測方法。PSPICE仿真軟件的應用，也為電路設計教學中元件參數的優化提供了科學有效的途經，教師通過對比軟件中不同模擬元件的功能，以選擇靈敏度高和容差關系穩定的軟件開展教學，這能夠極大的優化電路設計中的元件參數，并使得電子電路設計的教學質量得到有效提升。
4結束語
不同類型計算機軟件在電子電路教學中的應用，為電路設計與功能檢測提供了有效的教學方式。教師在備課過程中通過對比不同電路軟件的應用特點，并選取更具教學價值的應用軟件開展電子電路教學，能夠更為全面的對電路參數進行講解，進而培養學生電路工程設計的眼光，為學生今后的就業與發展打下堅實的基礎。
作者：顧玲芙 單位：江蘇省無錫汽車工程中等專業學校
顧玲芙 江蘇省無錫汽車工程中等專業學校 214153
【文章摘要】
計算機技術的迅速發展，為軟件
的開發與應用創造了廣闊的發展空
間。在電子線路設計領域中，軟件應
用作為其重要組成部分，能夠為電路
設計提供更為高效的參數優選方案，
其在當下社會應用和教學中所占比
重也日漸增加。在電路研究與設計過
程中，已有越來越多的設計者利用電
腦仿真技術對電路設計進行分析與
調試，計算機軟件的應用逐漸成為當
下電子電路設計中的重要工具。本文
從電子電路設計過程中的設計質量，
設計周期及成本計算角度出發，對電
子電路設計教學中的軟件應用進行
分析，并通過探討不同類軟件在電子
電路設計教學中的應用特點，為電子
電路教學提供有效的教學依據。
【關鍵詞】
軟件應用；電子電路設計；設計教學
1 電子電路設計教學發展概況
隨著計算機技術的飛速進步，軟件的
開發與利用日漸成為當下社會各領域發
展的重要構成部分，在現階段的電子電路
設計中，各類軟件的應用在為電路設計提
供極大便利的同時，也為電子線路連接及
功能的驗證提供了有效途徑。各類軟件在
日漸普及和廣泛應用中得以不斷完善，這
也極大的促進了計算機軟件在電子電路
設計中的應用。在電子電路的實際設計應
用中，由于電子電路結構設計和線路搭建
涉及到了多個電子領域，如電路圖繪制，
電路設計，元件設計及結構調動等，都需
要不同類型的軟件進行應用設計。在當下
我國電子電路的設計與教學中，理論課程
與課程實驗的有機結合為學生的電路學
習設計提供了良好的發展空間。計算機軟
件的應用教學，使得學生在掌握了軟件應
用的基礎上，能夠以軟件工具開展電子電
阻的設計，搭建和線路調試。在計算機軟
件的電子電路教學設計與應用中，模擬電
子技術實驗教學是一個極具代表性的實
例，學生在模擬電子電路設計的課程中，
能夠在課程內容中學習到電路技術和計
算機技術的基礎知識，并通過課堂練習和
課程實踐不斷加深對計算機軟件應用和
電子電路設計的認知，在課程教學后期的
課程實踐中，教師通過帶領學生開展電路
設計實踐，以進一步促進學生軟件知識和
電子電路知識的有機融合。電子電路教學
的開展，為計算機軟件和電路設計應用的
結合提供了發展前提，這也為我國電子電
路技術的發展奠定了基礎。
各類軟件在電子電路
設計教學中的運用
顧玲芙 江蘇省無錫汽車工程中等專業學校 214153
2 電子電路設計教學中軟件應用意
義探討
在電子電路的實際設計與開發中，
電路結構的軟件設計仿真測試已成為當
下最具有效性的技術，加之越來越多的電
子電路設計者選擇運用計算機軟件對電
子電路設計進行研究，這就使計算機軟件
應用在電子電路的設計中具有十分重要
的意義。計算機軟件提供的軟件仿真功能
為電子電路的方案設計提供了有力的參
考，學生能夠利用軟件進行對預先設計好
的電路方案進行仿真，并通過對比方案設
計與當真結果對具體內容進行改進，這在
幫助學生完善仿真方案的同時，也進一步
鞏固了其對知識的掌握，提升了電路設計
中發現問題和處理問題的能力。與傳統形
式的電路測量檢驗方式不同，計算機軟件
的應用僅需要將電路接口連接到實驗箱，
通過程序調試模擬實際應用環境，以更為
高效率的檢測出電路系統的設計錯誤。軟
件應用在為電子電路設計提供仿真環境
的同時，也能夠在學生的電子理論學習中
起到極大的輔助作用。在電子電路教學開
展過程中，課程理論和實驗設計的有機結
合能夠進一步加深學生對電路知識的理
性認知，而在電路的設計和應用檢測過程
中，由于校園客觀環境的限制，電路的檢
驗與應用通常無法得到充分開展，而利用
計算機軟件設計則能夠有效實現對電路
設計的檢驗和校正，使得學生能夠在真正
意義上掌握電子電路設計課程中的研究
方法。
3 各類軟件在電子電路教學中的具
體運用
3.1 CAD 軟件在電子電路教學中的
應用
CAD 軟件系統是當下電路設計軟件
中圖形設計功能作為全面的應用軟件，其
在電子電路設計教學中的應用也十分廣
泛。在電路設計教學的開展中，CAD 軟
件為課程開展提供了繪圖，幾何造型以及
特征計算等功能，在進行電路設計過程
中，教師能夠通過帶領學生進行元件設
計，是學生進一步掌握不同電路元件的功
能，并以此為基礎，使學生利用不同元件
的特性進行電路的功能設計。CAD 軟件
在為電路教學設置元件設計功能的同時，
也自帶有元件庫，電路的實際設計可以直
接對元件進行調用，這也能夠有效節約電
路原理圖設計時間。在利用該軟件開展教
學時，教師還要強調實際元件和虛擬元件
的區別，并通過在教學過程中著重強調，
以保證學生實際電路連接的準確性和安
全性。
3.2 EWB 軟件在教學中的具體應用
分析
EWB 計算機軟件是一種用于電路設
計與仿真的EDA 工具軟件，與CAD 軟件
不同，EWB 軟件中包含更多的高品質模
擬電路元件和組件模型。教師在開展電子
電路設計教學時能夠在元件調用的基礎
上，引導學生利用軟件進行多種功能仿
真，如對以連接的電路結構進行交流頻
率特性分析，靜態分析和參數掃描分析
等。EWB 軟件主要結構包括函數信號發
生器和仿真電路模板等，學生能夠在課程
設計中通過元件調用和參數整合，完成電
路設計，并通過將電路系統調用與仿真模
板中，對其進行功能測試。在電路仿真教
學過程中，教師應首先開展信號發生器教
學，使得學生能夠依據實際電路結構設計
選定對應的激勵信號，以此保證電子電路
結構仿真結構的準確性和有效性。
3.3 PSPICE 仿真軟件在電路設計教
學中的應用
作為現階段不同類型電路分析與設
計仿真軟件之一，PSPICE 軟件具有十分
優越的實用性能。該軟件主要包括電子線
路仿真，圖形方式輸出，模擬計算電路功
能和網表生成等功能，不僅能夠對模擬電
子線路進行仿真與模式實驗，也能夠與實
體電路結構進行連接并開展模擬仿真。在
電子電路的設計教學中，教師要將課程演
示重點放在利用 PSPICE 軟件模擬連接
電路上，使學生能夠在掌握元件參數的基
礎上，更為全面的掌握電路波形和電壓電
流值的檢測方法。PSPICE 仿真軟件的應
用，也為電路設計教學中元件參數的優化
提供了科學有效的途經，教師通過對比軟
件中不同模擬元件的功能，以選擇靈敏度
高和容差關系穩定的軟件開展教學，這能
夠極大的優化電路設計中的元件參數，并
使得電子電路設計的教學質量得到有效
提升。
4 結束語
不同類型計算機軟件在電子電路教
學中的應用，為電路設計與功能檢測提供
了有效的教學方式。教師在備課過程中通
過對比不同電路軟件的應用特點，并選取
更具教學價值的應用軟件開展電子電路
教學，能夠更為全面的對電路參數進行講
解，進而培養學生電路工程設計的眼光，
為學生今后的就業與發展打下堅實的基
礎。
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【關鍵詞】電子電路設計；調試方法；步驟
當前，隨著社會經濟的不斷發展和科學技術的不斷進步，我國的電子行業已在市場經濟領域中得到了大規模的發展，同時也得到了廣泛的應用。其中，對于電子設備來說，電子電路的設計是其中的一個關鍵性內容，為了有效地滿足社會對電子行業的需求，人們對電子電路的設計質量也提出了更高的要求，而電力的調試工作作為電子電路設計中的一個核心內容，重視和完善電路的調試工作便顯得尤為重要，其對優化電子電路的設計質量具有非常重要的影響。
1電子電路設計常用的調試方法
電子電路設計常用的調試方法主要有兩種，即分別為分塊調試法和整體調試法。下面主要對此兩種方法進行了一定的分析。
1.1分塊調試法
在進行電子電路設計時，分塊調試法的應用主要是將整個電子電路按照一定的規律分成不同類型的模塊，然后再對每個模塊進行調試。通常情況下，其主要是按照電路的不同功能進行劃分的，由此則可以對不同電路部分的性能進行單獨地調試。其中，在實際調試作業過程中，為了保障電子電路分塊的科學合理性以及調試工作的正常開展，相關工作人員應首先對電子電路的工作方式、工作原理進行具體地掌握，然后在實際的調試過程中應嚴格按照電路的信號流通線路進行具體地劃分，從而便可以將電子電路劃分成多個級別。在此前提下，工作人員則可以對電子電路進行一級一級地作業，以更加有效地完成對電子電路的調試。此外，分塊調試法還適用于邊安裝邊調試的情況下，即在整個電子電路中每安裝完一個模塊就可以對其進行相應的調試工作。與在電子電路安裝完畢之后再進行分塊調試的模式相比較的話，雖然該調試方式會在一定程度上增加調試工作的難度，但是該工作的效果卻是比較理想的，其不僅可以在電力電路安裝的過程中立即發現其間可能存在的故障模塊，且當電子電路安裝完畢之后，與之相對應的調試作業也便同時完成了。在實際作業過程中，分塊調試法常被普遍應用于較小的電路中。
1.2整體調試法
與分塊調試法不同，整體調試法主要是在整個電子電路都安裝完畢之后再對其進行一次性地總調試，而并不對每一模塊進行單獨地調試。一般情況下，整體調試法常被應用于結構簡單的電子電路中，但其也可以取得良好的調試效果，尤其是對于一些無法分塊調試的產品來說，整體調試法的應用在其中具有著極其重要的意義。
2電子電路設計常用的調試步驟
在對整個電子電路進行調試的作業時，相關工作人員需掌握具體的調試方法和調試步驟，以保證調試工作的正常開展。其中，在進行電子電路調試工作之前，其需做好相應的準備工作。①工作人員需準備好相關性的技術文件，這是保證調試工作正常運行的首要內容，如準備好電子電路的線路圖、電力系統的設計原理、設計說明書等文件，這些重要的文件都可以為調試工作提供良好的理論依據。②在進行調試工作時，其也需要借助相應的儀器設備，因此工作人員需準備好相應的使用儀器。一般情況下，調試工作的開展需要的儀器工具主要有萬用表、示波器、信號發生器等，因此在進行電路調試的時候，工作人員還需掌握儀器的性能和使用，以更加有效地完成調試工作。除此之外，在準備好相應的儀器設備后，工作人員還需檢查儀器是否完好。③調試場地的準備也是調試工作中的一個重要內容，工作人員需做好調試場地的準備工作，如保證場地的清潔、無漏電風險等。在做好相應的電子電路調試前的準備工作之后，則需開始進行具體的調試步驟。一般情況下，電子電路設計常用的調試步驟主要有四步，則分別為線路檢查、通電檢查、功能檢測以及指標檢測。下面主要對此步驟進行了具體地分析。
2.1線路檢查
在電子電路設計調試作業中，開展線路檢查的內容主要包括兩個方面。①線路檢查即為直觀性的檢查，在該作業過程中，其主要是檢查電子電路的線路連接是否正確，看是否存在錯線、少線、多線的情況。此時，為了保障檢查工作的質量，相關檢查人員可根據電路的設計圖紙進行一定的對比，并可在檢查的過程中在圖紙進行相應的標記，以此不僅可以保障檢查工作的思路清晰性，且還能全面地提升線路檢查的效果，避免出現漏查的現象。②線路檢查還需對元器件的連接方式進行相應的檢查，此時在作業過程中則需要借助一定的儀表檢查元件的連接是否正確、元件的連接是否到位等。例如，在實際檢查作業中，工作人員可以運用數字萬用表進行測試，其主要需觀察連線兩端連接的元件引腳位置是否與設計圖紙的相對應，而通過觀察則可及時發現引腳與連線接觸不良的故障等。
2.2通電檢查
通電檢查主要是對接入電源的電子電路進行通電性的檢查，以保障整個電路的安全性能。其中，在實際檢查作業中，通電檢查是不接入任何信號源的，其主要是在接入電源之后觀察整個電子電路是否存在冒煙、冒火、出現異味等一些異常的情況，且只有首先進行最初的觀察與判斷才利于后續的進一步檢查。對于正常運行的電子電路來說，其在通電之后并不會出現發熱、發燙的情況，因此當觀察到通電檢查中存在任何的異常情況時，相關人員也無需太過緊張，其首先需要做的事便是立即切斷電源，然后根據實際發生故障的位置進行相應的處理，如可將發生故障的元器件拔出，待排除其存在的故障之后再對其進行電源測試。此時，在接入元器件時，其需認真檢查元器件的引腳連接是否正確以及檢查電源電壓是否處于正常狀態下，待確定電子電路所處的狀態為正常狀態時，其可再一次接通電源實行通電檢查。
2.3功能檢測
通常情況下，功能檢測也是不需要接入信號源的。在電子電路設計調試中，功能檢測的主要內容是檢測電路在靜態工作下的參數值，即主要是測試電路靜態的工作狀態，看其所顯示的相關數據是否合理。例如，在實際作業過程中檢測放大功能的元器件的工作狀態是否處于正常的放大區域內；檢測數字電子電路中的各個電路輸入端、輸出端的電瓶電壓值是否合理，以及檢測其內部的邏輯關系是否正常等；對于運算放大器來說，工作人員在檢查電路中的正、負電源之外，還需進一步檢查調零電路是否存在零點漂移的情況，以此保障整個電子電路的正常運行。此外，為了在一定程度上實現全面化的電子電路功能檢測，在進行功能檢測作業時還需在電路輸入端接入一定的幅度、頻率的信號源，與此同時可通過雙蹤示波器的運用來進一步觀察輸入、輸出信號的波形形狀、信號幅值、相位關系、頻率等相應的參數值，而檢測人員即可逐級對此進行全面地檢測。
2.4指標檢測
在經過前面幾個步驟的檢測作業之后，則可以基本上確定電子電路的正常運行狀況。其中，指標檢測是整個調試作業中的最后一個步驟，其主要是在前面三個步驟的基礎上對電子電路的應用效果進行一定的檢測。對于整個電子電路的設計來說，其首先便會具備一定的設計要求，而指標檢測作業的開展則是根據設計的實際需求對其中的相關性技術指標進行測試。在實際作業過程中，其可以通過準確地記錄測試數據來進行全面地分析與研究，以通過確定電子電路中的技術參數是否合格來實現指標檢測的目標。其中，如若相關參數標準存在不合格的現象，則相關人員需對整個電子電路設計圖紙進行再一次地分析與研究，以通過不斷開展調試作業來實現設計圖紙的合理性。
3結束語
綜上所述，在電子電路的設計過程中，人們應對電路的調試工作給予高度的重視，并需在實際作業過程中加強對電路的調試管理，以根據實際情況采取有效的調試方法，從而通過對電子電路進行有效性的調試管理來優化電子電路的設計質量，以在一定程度上實現電子電路的真正實效性設計。
參考文獻
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關鍵詞：Multisim ； 數字電子技術 ； 課程設計
中圖分類號：G40―012.9 文獻標識碼：A 文章編號：1671―1580（2013）12―0058―03
一、《數字電子技術》課程設計概述
數字電子技術是計算機、電子等專業必修的重要專業技術平臺課，也是理論與實踐緊密結合的課程。本課程除了理論與實驗教學外，通常在課程教學結束后還會安排一到二周的集中綜合拓展性課程設計實踐教學環節。學生需要在教師指導下通過對數電課程所學知識的系統整合與綜合應用完成典型電子產品的設計、制作和調試。主要培養學生對所學理論知識綜合分析應用能力、典型電子產品電路的設計方法及電路制作和調試實踐能力。使學生的實踐能力、創新能力、分析和解決工程技術實際問題的能力不斷提高。同時培養學生獨立思考、勇于探索、刻苦鉆研的科學學習作風和科學素養。更好滿足社會應用型崗位對人才的需求。
二、Multisim在《數字電子技術》課程設計教學中的優勢
傳統《數字電子技術》課程設計教學中，學生根據教師下達的設計任務要求通過理論分析、計算來設置電路參數，在紙上手工畫出設計圖，對電路設計的合理性、正確性以及實際運行結果只有在電路硬件制作好后才可以通電測試驗證。若發現故障往往也會由于線路復雜、學校實驗條件有限等原因導至排故、電路結構修改很困難。造成耗時、耗力、耗材，學生往往也會缺乏耐性，整個設計過程較枯燥難以激發學生興趣，缺乏大膽嘗試精神和創新意識。為此在設計中引入了Multisim仿真軟件。Multisim開放虛擬電子實驗室中提供了大量豐富的虛擬儀器儀表、元件庫，不僅為模電、數電、模數混合電路、單片機電路等提供了立體化設計平臺，更具有強大的仿真分析功能。學生可以做到邊設計邊仿真實時觀察運行結果驗證電路的合理、正確性。且排故和修改電路結構、增減元器件等也只需動動鼠標即可，省時、省力、省材。學生可以無所顧忌大膽嘗試用不同型號元器件進行不同方案的設計。提高設計效率同時激發了學生不斷探索創新的精神，設計過程充滿了挑戰和樂趣，從而使設計過程更加科學規范，提高了學生綜合分析設計能力。
三、Multisim在《數字電子技術》課程設計教學中的應用
《數字電子技術》課程設計教學通常按教師根據不同設計題目下達主要設計任務、學生收集資料、確定設計方案、設計繪制電路圖、電路制作、調試，最后撰寫設計報告等步驟進行。通常一個班級會有多個設計題目如數字鐘、交通燈、搶答器等。根據設計題目的不同將學生分為不同組，整個教學中以學生自主設計學習為主，以教師給予一定的理論知識與技能輔導為輔。Multisim主要應用在課程設計教師教學輔導和學生學習兩方面。
（一）Multisim應用在課程設計教師教學輔導中。主要體現集中教學輔導和按課題不同分組教學輔導。集中教學輔導中教師可以通過某個電路仿真設計案例的動態演示向學生講解電子產品電路的常規設計方法、電路設計過程及規范繪制電路圖的方法并使學生掌握對Multisim軟件的使用方法等。按課題不同分組教學輔導主要針對不同課題組學生對指定課題進行小組或個別教學輔導。通過對相關電路仿真案例演示，明確設計任務要求并向學生講解單元電路功能原理和總電路結構原理、設計思路和方法，以便為學生獨立設計提供幫助與參考，使學生對要設計的電子產品有系統性的認識。分組教學環境相對開放與放松，教師可以面對面對學生進行輔導。利用Multisim講解單元電路時，要突出電路的主要功能原理分析，不用象在課堂教學中講得那么詳細，否則容易束縛學生的思維，應給學生留有充分想象、思考和拓展的空間，使其具有舉一反三的能力，教師可以提供參考性的建議。
（二）Multisim應用在學生電路設計學習過程中。主要體現學生在掌握電路原理的基礎上能學習和熟練使用Multisim軟件并將其應用到整個電路設計中，電路設計過程嚴格要求學生在仿真環境下完成對單元電路、總電路的設計與繪制，并會利用虛擬儀器進行仿真測量、排故、調試，實時驗證運行結果。最后，要求學生將最終調試好的電路設計圖、測量數據都要記入課程設計報告中。
（三）Multisim在數字鐘電路設計中的應用舉例
數字鐘電路是課程設計中常用的典型題目，教師可以提供預先準備的簡單數字鐘電路仿真實例為參考，為學生講解各單元電路和總電路的設計過程，使學生對電路的基本功能結構框架有初步的了解和認識。以24小時制六位數字鐘電路設計為例。
1.設計任務。設計一個24小時制并顯示時、分、秒的六位數字鐘。可以分別對時、分進行校時且具有整點報警功能。
2.任務分析。數字鐘電路主要由秒脈沖產生電路、時分秒計數電路、顯示電路、校時電路和整點報警等單元電路構成。其中時計數器為24進制，分、秒計數器都為60進制，校時電路采用自動校時法。整點報警電路可采用蜂鳴器發聲達到報警功能。
3.單元電路的設計與仿真
（1）1HZ秒脈沖電路的設計與仿真。秒脈沖電路主要為數字鐘的秒計數電路提供頻率為1HZ的時鐘脈沖信號，其精確度和穩定性直接決定著數字鐘的走時精度。本設計簡單采用555定時器構成的多諧振蕩器實現，通過計算其RC的參數使其輸出1HZ脈沖。根據該振蕩器的輸出脈沖的周期計算公式
圖1 秒脈沖產生電路
由于頻率低，此款電路穩定性和精度不高，若精度要求高可以采用32768HZ石英晶體振蕩器經分頻電路獲得秒脈沖，也可以用555定時器產生1KHZ再經分頻電路獲得秒脈沖。由于虛擬環境中的秒信號要比現實生活中1S信號要慢得很多，因此為調試方便以下虛擬過程中都直接用脈沖電源代替秒信號電路。
（2）時分秒計數、顯示電路設計與仿真。時、分、秒計數電路各采用兩片74LS160十進制計數器級聯構成。時計數器采用兩片74LS160級聯成24進制計數器，時十位利用置數法接成三進制（0-2），當十位顯示2時將個位變成四進制計數器使時個位只顯示0-3。這樣時計數器在分計數器提供的時鐘信號觸發下即可在00時-23時之間循環計數（如圖2所示）。分、秒計數電路原理相同，將兩片74LS160接成60進制即十位接成六進制（0-5），且采用置數法使計數器回到初始計數狀態。個位為十進制（0-9），個位的進位輸出端作為十位的時鐘脈沖端。這樣在時鐘脈沖的觸發下可以在00-59間循環計數（如圖3所示）。
圖2 24進制時計數電路
圖3 60進制分、秒計數電路
顯示電路設計中采用四管腳的虛擬LED七段數碼管，其將七段顯示譯碼器功能與實際的七段數碼管顯示功能集成在一起，直接輸入四位二進制數完成數碼顯示。在實際設計時可以用七段譯碼器驅動普通七段數碼管顯示。
（3）時、分校時電路的設計與仿真
時、分采用相同的校時電路，本設計中采用機械開關與RS觸發器構成快速自動校時電路，可以分別對時、分計數電路快速自動校時，分自動校時電路，如圖4所示：
圖4 分自動校時電路
本設計通過機械開關S在1HZ秒脈沖信號和秒計數電路提供的時鐘觸發信號間實現切換輸出至分個位CP時鐘脈沖端，實現快速自動較時。由于機械開關在動作瞬間往往會發生抖動使輸入信號產生“毛刺”干擾信號導致電路工作出錯，因此，運用基本RS觸發器存儲記憶功能構成“防抖動”電路，無論開關如何動作，觸發器的輸出端均沒有抖動現象。當開關S撥向A，觸發器為1態（U1輸出1，U2輸出0），將來自1HZ秒脈沖信號輸出至分個位CP端同時，阻斷來自秒計數器時鐘觸發信號，實現自動快速校時功能。當開關S撥向B，觸發器為0態（U1輸出0，U2輸出1），將來自秒計數器時鐘觸發信號輸出至分個位CP端，同時阻斷來自1HZ秒脈沖信號，恢復正常運行。
（4）整點報警電路
本設計整點報警電路是通過蜂鳴器發聲來實現的。當分顯示00時蜂鳴器開始鳴叫且只從00分00秒開始間隔響十聲后停止鳴叫，如圖5：
圖5 整點報警電路
圖中QD、QC、QB、QA分別為計數器的輸出端，當整點時蜂鳴器開始間隔發聲。蜂鳴器的頻率可以調整，頻率設置越高聲音越細亮。
4.數字鐘總電路圖設計仿真
數字鐘總電路設計仿真電路即將上述各單元模塊電路合理組合連線設計而成?？梢赃M行整體電路的調試與仿真運行，檢測各單元電路功能運行效果是否正常。仿真測試電路如圖6所示。
圖6 數字鐘仿真電路圖
單元電路講解時，教師可以對不同進制數（24小時制或12小時制）、校時方式、整點報警方式或采用元器件型號等對每個學生提出不同的功能設計任務要求；校時電路還可以嘗試手動校時；整點報警電路可以采用發光管發光等不同電路實現不同的報警方式，使學生在掌握基本功能設計原理基礎上還具有對電路功能的拓展創新能力?？傠娐吩O計中教師重點講解電路組成結構和各模塊間連接方法，特別是時分秒計數電路間的級聯方法，通過對總電路運行、調試演示電路的運行效果，使學生對所設計的題目有系統性的感性認識。
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關鍵詞： 繼電接觸器控制系統 主體思路 方法
1.引言
對電動機或其他電氣設備的通斷，當前國內較多地采用繼電接觸器控制器件。秦曾煌教授編寫的《電工技術》第十章“繼電接觸器控制系統”就是講解本知識。本文就講授本章知識的主體思路和方法進行探討，以期提高學生的學習效率［1］。
2.直接起動電路設計
繼電接觸器控制系統的講解要偏重實踐。在課堂教學的時候，首先以直接起動電機為例進行講解。對于小功率的電機，常常采用如圖1―1的方法起動，其中L1，L2，L3為三相電，M為電機，QS為機械式開關，FU為熔斷器。對于QS、FU的理解，可以讓同學們參照家里面的閘刀開關和保險絲進行學習掌握。
圖1-1所示電路在不停電的場合可以正常使用，但是如果停電，則電機停止運轉，突然來電則自行起動運轉，帶來安全隱患。此外，對于大功率的電機，起動時還要采取各種方法降低啟動電流，因此需要對電路進行擴展。另外，對于使用機械開關直接控制也不夠方便，因此經常使用如圖1―2所示電路進行直接啟動。其中FR為熱繼電器，主要提供過載保護，與FU不同在于，FU主要提供短路保護。圖1―2電路的主要改進在于引入了按鈕SB和交流接觸器KM。下面介紹SB及KM的工作原理。
按鈕的工作機理在于彈簧的作用力，如圖1―3所示，當按下按鈕帽后，斷開常閉觸頭，接通常開觸頭。當松開手后，靠彈簧力的作用，常開觸頭重新斷開，常閉觸頭重行閉合，完成一次電路的通斷。
接觸器相當于對按鈕進行了改進，如圖1―4所示，下面黑色的環體代表線圈，只要給線圈通電，即產生磁力，磁力克服彈簧力，吸引彈片向下，使常閉觸頭斷開，常開觸點閉合。當線圈斷電，靠彈簧力的作用，常開觸頭重新斷開，常閉觸頭重行閉合，完成一次電路的通斷。
只要對照圖形理解元器件作用，就能很快理解圖1―2的原理，因此對繼電接觸器控制系統就有了一個基礎的理解。
3.正反轉電路設計
首先介紹正反轉電路的主電路。正反轉電路的主電路無非是實現正傳和反轉，根據電動機的原理，只需調換兩根相線即可。因此主電路如圖2―1所示。
對于正反轉的控制電路，實則是兩路的直接啟動控制線路。即如圖2―2所示。其運行方式為正傳―停止―rc 轉。圖2―2雖然簡單，但可能會誤操作，adk 正傳―反轉，則會引起短路。因此加入互鎖環節，如圖2―3所示，這樣，電路的工作方式還是正傳―停止―反轉，但不會出現短路的情況。但是這種設計仍然不能采用直接正反轉，因此使用復合按鈕設計如圖2―4的控制線路，可以完成直接的正反轉。
在這里需要注意兩個方面的問題：不可讓線圈串聯，因為串聯分壓，可能使電磁鐵磁力不夠。此外，對于接觸器和按鈕的常開和常閉觸頭，需要注意先斷開后閉合的問題。
4.行程控制電路設計
電機正反轉能夠讓電動小車前行和后退，因此加入檢測元件進行行程控制。此處選擇檢測元件為行程開關，行程開關的原理和按鈕類似。壓下去就成反態，離開就恢復原態。
電動小車往復控制主電路與正反轉主電路一樣，這一點容易理解。
難點在于控制電路如何設計。使用行程開關觸點取代按鈕，但為了前行啟動，又能后行啟動，因此將行程開關觸點和按鈕并聯，如圖3所示。圖中，ST為行程開關。
5.時間控制電路設計
時間控制電路設計來講，主要是使用時間繼電器完成延時控制。時間繼電器的工作原理為，延時動作，即得電延時和失電延時，對應的線圈亦不一樣。
以星型―三角型降壓啟動電路的設計，講解時間控制。
主電路的設計依據星型三角型聯接方式即可得到，如圖4―1，其控制電路的設計可以由正反轉電路演化而來。
正反轉電路中的正轉可以當做是星型啟動，反轉是三角型運行。因此只需將反轉啟動按鈕換成時間繼電器的延時觸點即可。
時間繼電器的延時觸點有了位置，則要擺放線圈位置，線圈可與星型啟動的線圈并聯。則基本的電路設計完畢。
設計好后，需要改進電路。延時動作完成，電動機三角型正常運轉后，需要切斷延時線圈，因此加入互鎖控制。經過改進后的電路如圖4―2所示。
6.結語
本文分析了繼電接觸器控制系統講解的主體思路和方法。設計有兩條思路：串并聯思路、特殊功能觸點取代按鈕。此思路是貫穿整個繼電接觸器控制設計的講授，這一點一定要和同學們講清楚，以便其以后開展自行設計。講解本章知識，切忌直接給圖，讓同學們讀圖進行理解。以上方法為個人教學總結，以期能對講授本章知識提供參考。
計算機系統所要求解決的問題日趨復雜，與此同時，計算機系統本身的結構也越來越復雜。而復雜性的提高就意味著可靠性的降低，實踐經驗表明，要想使如此復雜的實時系統實現零出錯率幾乎是不可能的，因此人們寄希望于系統的容錯性能：即系統在出現錯誤的情況下的適應能力。對于如何同時實現系統的復雜性和可靠性，大自然給了我們近乎完美的藍本。人體是迄今為止我們所知道的最復雜的生物系統，通過千萬年基因進化，使得人體可以在某些細胞發生病變的情況下，不斷地進行自我診斷，并最終自愈。因此借用這一機理，科學家們研究出可進化硬件（EHW,EvolvableHardWare），理想的可進化硬件不但同樣具有自我診斷能力，能夠通過自我重構消除錯誤，而且可以在設計要求或系統工作環境發生變化的情況下，通過自我重構來使電路適應這種變化而繼續正常工作。嚴格地說，EHW具有兩個方面的目的，一方面是把進化算法應用于電子電路的設計中；另一方面是硬件具有通過動態地、自主地重構自己實現在線適應變化的能力。前者強調的是進化算法在電子設計中可替代傳統基于規范的設計方法；后者強調的是硬件的可適應機理。當然二者的區別也是很模糊的。本文主要討論的是EHW在第一個方面的問題。
對EHW的研究主要采用了進化理論中的進化計算（EvolutionaryComputing）算法,特別是遺傳算法（GA）為設計算法，在數字電路中以現場可編程門陣列（FPGA）為媒介，在模擬電路設計中以現場可編程模擬陣列（FPAA）為媒介來進行的。此外還有建立在晶體管級的現場可編程晶體管陣列（FPTA），它為同時設計數字電路和和模擬電路提供了一個可靠的平臺。下面主要介紹一下遺傳算法和現場可編程門陣列的相關知識，并以數字電路為例介紹可進化硬件設計方法。
1．1遺傳算法
遺傳算法是模擬生物在自然環境中的遺傳和進化過程的一種自適應全局優化算法，它借鑒了物種進化的思想，將欲求解問題編碼，把可行解表示成字符串形式，稱為染色體或個體。先通過初始化隨機產生一群個體，稱為種群，它們都是假設解。然后把這些假設解置于問題的“環境”中，根據適應值或某種競爭機制選擇個體（適應值就是解的滿意程度），使用各種遺傳操作算子（包括選擇，變異，交叉等等）產生下一代（下一代可以完全替代原種群，即非重疊種群；也可以部分替代原種群中一些較差的個體，即重疊種群），如此進化下去，直到滿足期望的終止條件，得到問題的最優解為止。
1．2現場可編程邏輯陣列(FPGA)
現場可編程邏輯陣列是一種基于查找表(LUT,LookupTable)結構的可在線編程的邏輯電路。它由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態，工作時需要對片內的RAM進行編程。當用戶通過原理圖或硬件描述語言（HDL）描述了一個邏輯電路以后，FPGA開發軟件會把設計方案通過編譯形成數據流，并將數據流下載至RAM中。這些RAM中的數據流決定電路的邏輯關系。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA能夠反復使用，灌入不同的數據流就會獲得不同的硬件系統，這就是可編程特性。這一特性是實現EHW的重要特性。目前在可進化電子電路的設計中，用得最多得是Xilinx公司的Virtex系列FPGA芯片。
2進化電子電路設計架構
本節以設計高容錯性的數字電路設計為例來闡述EHW的設計架構及主要設計步驟。對于通過進化理論的遺傳算法來產生容錯性，所設計的電路系統可以看作一個具有持續性地、實時地適應變化的硬件系統。對于電子電路來說，所謂的變化的來源很多，如硬件故障導致的錯誤，設計要求和規則的改變，環境的改變（各種干擾的出現）等。
從進化論的角度來看，當這些變化發生時，個體的適應度會作相應的改變。當進化進行時，個體會適應這些變化重新獲得高的適應度?；谶M化論的電子電路設計就是利用這種原理,通過對設計結果進行多次地進化來提高其適應變化的能力。
電子電路進化設計架構如圖1所示。圖中給出了電子電路的設計的兩種進化，分別是內部進化和外部進化。其中內部進化是指硬件內部結構的進化，而外部進化是指軟件模擬的電路的進化。這兩種進化是相互獨立的，當然通過外部進化得到的最終設計結果還是要由硬件結構的變化來實際體現。從圖中可以看出，進化過程是一個循環往復的過程，其中是根據進化算法（遺傳算法）的計算結果來進行的。整個進化設計包括以下步驟：
（1）根據設計的目的，產生初步的方案，并把初步方案用一組染色體（一組“0”和“1”表示的數據串）來表示，其中每個個體表示的是設計的一部分。染色體轉化成控制數據流下載到FPGA上，用來定義FPGA的開關狀態，從而確定可重構硬件內部各單元的聯結，形成了初步的硬件系統。用來設計進化硬件的FPGA器件可以接受任意組合的數據流下載，而不會導致器件的損害。
（2）將設計結果與目標要求進行比較，并用某種誤差表示作為描述系統適應度的衡量準則。這需要一定的檢測手段和評估軟件的支持。對不同的個體，根據適應度進行排序，下一代的個體將由最優的個體來產生。
（3）根據適應度再對新的個體組進行統計，并根據統計結果挑選一些個體。一
部分被選個體保持原樣，另一部分個體根據遺傳算法進行修改，如進行交叉和變異，而這種交叉和變異的目的是為了產生更具適應性的下一代。把新一代染色體轉化成控制數據流下載到FPGA中對硬件進行進化。
（4）重復上述步驟，產生新的數代個體，直到新的個體表示的設計方案表現出接近要求的適應能力為止。
一般來說通過遺傳算法最后會得到一個或數個設計結果，最后設計方案具有對設計要求和系統工作環境的最佳適應性。這一過程又叫內部進化或硬件進化。
圖中的右邊展示了另一種設計可進化電路的方法，即用模擬軟件來代替可重構器件，染色體每一位確定的是軟件模擬電路的連接方式，而不是可重構器件各單元的連接方式。這一方法叫外部進化或軟件進化。這種方法中進化過程完全模擬進行，只有最后的結果才在器件上實施。
進化電子電路設計中，最關鍵的是遺傳算法的應用。在遺傳算法的應用過程中，變異因子的確定是需要慎重考慮的，它的大小既關系到個體變異的程度，也關系到個體對環境變化做出反應的能力，而這兩個因素相互抵觸。變異因子越大，個體更容易適應環境變化，對系統出現的錯誤做出快速反應，但個體更容易發生突變。而變異因子較小時，系統的反應力變差，但系統一旦獲得高適應度的設計方案時可以保持穩定。
對于可進化數字電路的設計，可以在兩個層面上進行。一個是在基本的“與”、“或”、“非”門的基礎上進行進化設計，一個是在功能塊如觸發器、加法器和多路選擇器的基礎上進行。前一種方法更為靈活，而后一種更適于工業應用。有人提出了一種基于進化細胞機（CellularAutomaton）的神經網絡模塊設計架構。采用這一結構設計時，只需要定義整個模塊的適應度，而對于每一模塊如何實現它復雜的功能可以不予理睬，對于超大規模線路的設計可以采用這一方法來將電路進行整體優化設計。
3可進化電路設計環境
上面描述的軟硬件進化電子電路設計可在圖2所示的設計系統環境下進行。這一設計系統環境對于測試可重構硬件的構架及展示在FPGA可重構硬件上的進化設計很有用處。該設計系統環境包括遺傳算法軟件包、FPGA開發系統板、數據采集軟硬件、適應度評估軟件、用戶接口程序及電路模擬仿真軟件。
遺傳算法由計算機上運行的一個程序包實現。由它來實現進化計算并產生染色體組。表示硬件描述的染色體通過通信電纜由計算機下載到有FPGA器件的實驗板上。然后通過接口將布線結果傳回計算機。適應度評估建立在儀器數據采集硬件及軟件上，一個接口碼將GA與硬件連接起來，可能的設計方案在此得到評估。同時還有一個圖形用戶接口以便于設計結果的可視化和將問題形式化。通過執行遺傳算法在每一代染色體組都會產生新的染色體群組，并被轉化為數據流傳入實驗板上。至于通過軟件進化的電子電路設計，可采用Spice軟件作為線路模擬仿真軟件，把染色體變成模擬電路并通過仿真軟件來仿真電路的運行情況，通過相應軟件來評估設計結果。
4結論與展望
進化過程廣義上可以看作是一個復雜的動態系統的狀態變化。在這個意義上，可以將“可進化”這一特性運用到無數的人工系統中，只要這些系統的性能會受到環境的影響。不僅是遺傳算法，神經網絡、人工智能工程以及胚胎學都可以應用到可進化系統中。雖然目前設計出的可進化硬件還存在著許多需要解決的問題，如系統的魯棒性等。但在未來的發展中，電子電路可進化的設計方法將不可避免的取代傳統的自頂向下設計方法，系統的復雜性將不再成為系統設計的障礙。另一方面，硬件本身的自我重構能力對于那些在復雜多變的環境，特別是人不能直接參與的環境工作的系統來說將帶來極大的影響。因此可進化硬件的研究將會進一步深入并會得到廣泛的應用而造福人類。
