導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電路設(shè)計步驟，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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在現(xiàn)今的市場經(jīng)濟環(huán)境下，任何的消費者都是追求性價比最大的原則。在使用一些電子元件的時候，一方面要注意產(chǎn)品的質(zhì)量，同時還要在選擇產(chǎn)品元件的時候注意價格因素，在價格和質(zhì)量之間找到一個完美的結(jié)合點，這樣的產(chǎn)品才是最受歡迎的和市場競爭力高的產(chǎn)品。

2電子電路設(shè)計的基本步驟

電子電路設(shè)計的基本步驟的了解也是進行電子電路調(diào)試的一個重要的環(huán)節(jié)，這樣的話在調(diào)試的過程中間，我們也可以利用設(shè)計的步驟進行相反的推演。

2.1分析設(shè)計課題，明確功能要求

在看到設(shè)計的課題的時候，我們應(yīng)該認真的研究課題，找到課題的重心，和中心，然后對課題進行深入的研究，確定課題的每個方面，考慮到每個細節(jié)，最后確定設(shè)計的電路的功能，所需要的元件，各個元件的功能，制造出顧客滿意的電子電路。

2.2確定核心功能器件和總體設(shè)計方案

在明確設(shè)計課題的思路之后，對課題的設(shè)計的電子電路有一個明確的定位，根據(jù)設(shè)計的電子電路的具體功能有了具體的了解，我們才好確定所需要的功能器件，再采購功能器件，最后設(shè)計一整套的設(shè)計方案，當(dāng)然方案的設(shè)計最好多設(shè)計幾套，畢竟方案是理論的產(chǎn)物，現(xiàn)實的需要中可能會出現(xiàn)偏差，這也是有備無患，況且也可以在這些方案中間選擇一個最優(yōu)的方案實施。

2.3功能單元電路的設(shè)計與選擇

在設(shè)計功能單元電路的時候，我們要明確對各個單元的電路的要求，針對這些具體的要求在制定出準(zhǔn)確的指標(biāo)參數(shù)。選擇各個單元的功能的時候我們要注意的是不是單純的選擇，還要根據(jù)這個元件的連接的各個元件之間的配合來選擇這樣的單元電路的設(shè)計才是符合整體性的要求，設(shè)計出來的電路不是單純的零件的組合，而是各個零件的相互的配合，最后形成的一個有機的結(jié)合體。

2.4初步形成整體設(shè)計

在完成以上步驟的前提之下，就要形成一個相對完整的設(shè)計方案，這個方案要求是考慮到各個方面的因素，不會出現(xiàn)低級的錯誤，加上加工整理形成一個電路設(shè)計的雛形，建立一個宏觀的框架。

2.5電路試制

在電路圖的設(shè)計定稿之后，就可以進行電路的試制，制作出相應(yīng)的電路板，焊接相應(yīng)的電路元件，最后檢查相應(yīng)的元件是否完好，連接的是否緊密，安裝好之后還可以進行通電調(diào)試，看看是否需要優(yōu)化。

2.6電路的調(diào)試和定性

最后在以上的各個步驟完成之后，就要在制作的樣品中間進行測試調(diào)節(jié)，然后選出最好的電路設(shè)計，在這個過程中間首先是進行調(diào)試，對其中的問題進行檢查維修，在交友相關(guān)的部門試用，確定適合以后在定性生產(chǎn)，在調(diào)試定性的過程中間我們要詳細的記錄下來各種數(shù)據(jù)。本文來自于《電子科技》雜志。電子科技雜志簡介詳見

3調(diào)試儀器的介紹

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關(guān)鍵詞：可靠性仿真技術(shù)；課改要求；任務(wù)驅(qū)動；電路設(shè)計

1基于可靠性仿真技術(shù)的電路設(shè)計需求分析

基于可靠性仿真技術(shù)的電路設(shè)計主要是以虛擬儀器設(shè)備替代現(xiàn)實電子元器件，從而為電子電路的實踐教學(xué)提供有效支撐，從而更好了踐行“理實一體化”的教學(xué)理念，促進學(xué)生實踐技能的提升，促使課程回歸教學(xué)的本質(zhì)。1.1實踐性教學(xué)開展的內(nèi)在需求。基于可靠性仿真技術(shù)的電路設(shè)計，學(xué)生可以參與擬訂設(shè)計方案、仿真模擬等環(huán)節(jié)，從電路的設(shè)計方案、仿真模擬等環(huán)節(jié)，能夠?qū)⒒逎y懂的理論知識與實踐知識相結(jié)合，幫助學(xué)生提升實踐技能。1.2實現(xiàn)層次化和差異化教學(xué)的必然選擇。關(guān)涉電路設(shè)計的技術(shù)型教學(xué)內(nèi)容涉及的元器件較為繁雜，且不同元器件性能、參數(shù)、封裝形式、價格、功耗等存在較大區(qū)別，在教學(xué)過程中需要反復(fù)的實驗、測試，這增加了設(shè)備投資成本，而且因為學(xué)生個性化差異，學(xué)習(xí)、接受能力各不相同，加之電子元器件復(fù)雜程度的不同，應(yīng)該據(jù)此分層次設(shè)定目標(biāo)，以貼近生活、學(xué)生所喜愛的教學(xué)內(nèi)容，以“任務(wù)驅(qū)動”的形式引導(dǎo)學(xué)生進入知識和技能的學(xué)習(xí)，但這勢必增加電子元器件的投入，而仿真模擬電路的設(shè)計可以利用仿真軟件呈現(xiàn)電子電路的操作面板和功能，并通過交互式操作完成相應(yīng)測試任務(wù)，不僅滿足了教學(xué)需求，而且控制了教學(xué)成本。

2基于可靠性仿真技術(shù)的電路設(shè)計方案

2.1電路設(shè)計的整體流程。可靠性仿真技術(shù)可以檢驗電路存在的故障并發(fā)現(xiàn)設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，從而有針對性的進行改進，為了遵循由簡入繁的原則，以有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和積極性，本文以典型電路電源模塊設(shè)計為例，設(shè)計過程中首先應(yīng)該進行可靠性仿真實驗，其具體的流程如圖1所示。2.2電路設(shè)計的具體步驟。2.2.1設(shè)計信息采集。為了實現(xiàn)電源電路的優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)詳細搜集其應(yīng)用環(huán)境和使用方法等信息，具體包含所采用的元器件、原材料特性2.2.2數(shù)字樣機建模。電路設(shè)計中數(shù)字樣機建模須采用專業(yè)軟件實現(xiàn)，但因為學(xué)生學(xué)習(xí)、接受能力存在差異，應(yīng)該目標(biāo)層次，將設(shè)計過程進行分解，并以“任務(wù)驅(qū)動”的形式，將不同設(shè)計知識分配到各個任務(wù)之中，讓學(xué)生通過分步設(shè)計完成理論知識的實踐應(yīng)用，由此才能確保電路設(shè)計學(xué)習(xí)的效果，通常存在熱設(shè)計信息和振動設(shè)計信息兩類建模方式，具體的建模步驟為：首先根據(jù)將所獲取的電路信息進行簡化，完成CAD數(shù)字樣機模型的構(gòu)建，并依據(jù)熱設(shè)計信息建立CFD數(shù)字樣機模型，而后依據(jù)振動設(shè)計信息建立FEA數(shù)字樣機模型。其次，為確保CFD數(shù)字樣機與物理樣機的一致性，須對其進行修正與驗證，利用對電源模塊工作狀態(tài)熱測量的方式，獲取其關(guān)鍵元器件點溫度測試數(shù)據(jù)，并根據(jù)所得結(jié)果修正電源模塊CFD數(shù)字樣機的邊界條件、期間參數(shù)，由此實現(xiàn)對CFD數(shù)字樣機的修正。再次，同理，也須采用相同的方法對FED數(shù)字樣機進行修正，且測試過程中，應(yīng)該在約束條件下對電源模塊重點部位，關(guān)鍵元器件進行模態(tài)分析，并依據(jù)結(jié)果完成修正。2.2.3應(yīng)力分析。溫度應(yīng)力分析選用MentorGraphics公司的FloTherMV90分析計算電源模塊CFD數(shù)字樣機模型，經(jīng)過分析可知，電源模塊設(shè)計中如元器件排布不合理，則會導(dǎo)致電路設(shè)計存在熱分布過度集中的缺陷。分析中，平臺環(huán)境溫度70℃設(shè)定為第一參考溫度條件，電源模塊表層軍溫度72℃設(shè)為第二參考溫度條件，經(jīng)過分析，為電源模塊所在分級提供5V工作電源的功率器區(qū)域，是熱分布較集中的部位，需要修正電路設(shè)計方案。而對于振動應(yīng)力分析，則選用ANSYS公司的ANSYSWorkbench12.1分析計算電源模塊FEA數(shù)字樣機模型，分析結(jié)果顯示，電源模塊中元器件數(shù)量和重量排布、安裝方式設(shè)計不合理，使得電源模塊產(chǎn)生局部共振的設(shè)計問題，應(yīng)該據(jù)此進行及時修正，以優(yōu)化電路設(shè)計。

3結(jié)束語

本文將可靠性仿真技術(shù)引入電路設(shè)計之中，將電路細化分類，并根據(jù)學(xué)生個體差異由簡入繁、逐步引導(dǎo)，實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)的分層實現(xiàn)，也將培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能真正落實到實處。

作者:宋月麗 劉立軍 單位:遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

參考文獻

[1]王朝新,任斌,陳潔,董緒.基于虛擬實驗平臺的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計開發(fā)與仿真[J].電子設(shè)計工程,2012,14:44-47.

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1.電子技術(shù)課程設(shè)計的重點與要求

本課程的重點是電路設(shè)計，內(nèi)容側(cè)重綜合應(yīng)用所學(xué)知識，設(shè)計制作較為復(fù)雜的功能電路或小型電子系統(tǒng)。一般給出實驗任務(wù)和設(shè)計要求，通過電路方案設(shè)計、電路設(shè)計、電路安裝調(diào)試和指標(biāo)測試、撰寫實驗報告等過程，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，提高電路設(shè)計水平和實驗技能。在實踐中著重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計的綜合分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐的能力。電子技術(shù)課程設(shè)計一般要求學(xué)生根據(jù)題目要求，通過查閱資料、調(diào)查研究等，獨立完成方案設(shè)計、元器件選擇、電路設(shè)計、仿真分析、電路的安裝調(diào)試及指標(biāo)測試，并獨立寫出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹⑽睦硗樀膶嶒瀳蟾妗?/p>

具體地說，學(xué)生通過課程設(shè)計教學(xué)實踐，應(yīng)達到以下基本要求：建立電子系統(tǒng)的概念，綜合運用電子技術(shù)課程中所學(xué)習(xí)到的理論知識完成一個電子系統(tǒng)的設(shè)計；掌握電子系統(tǒng)設(shè)計的基本方法，了解電子系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)；進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用器件的原則；掌握查閱有關(guān)資料和使用器件手冊的基本方法；掌握用電子設(shè)計自動化軟件設(shè)計與仿真電路系統(tǒng)的基本方法；進一步熟悉電子儀器的正確使用方法；學(xué)會撰寫課程設(shè)計總結(jié)報告；培養(yǎng)嚴(yán)肅認真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

2.電子技術(shù)課程設(shè)計的教學(xué)過程

電子技術(shù)課程設(shè)計是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生獨立完成課題，達到對學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的綜合性訓(xùn)練，要求本課程設(shè)計涵蓋模擬電路知識和數(shù)字電路知識，因此課程設(shè)計的選題要求包含數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)。教學(xué)環(huán)節(jié)可以分為以下四個部分。

2.1課堂講授。

課程設(shè)計開始前，需要確定指導(dǎo)老師。由指導(dǎo)老師通過兩學(xué)時的教學(xué)，明確課程設(shè)計的要求，主要內(nèi)容包括課程介紹、教學(xué)安排、成績評定方法等。在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，指導(dǎo)老師介紹課題的基本情況與要求，要求學(xué)生從多個課題中選擇一個。

2.2設(shè)計與調(diào)試環(huán)節(jié)。

2.2.1前期準(zhǔn)備、方案及電路設(shè)計。

前期準(zhǔn)備包括選擇題目、查找資料、確定方案、電路設(shè)計、電路仿真等。在確定方案時要求學(xué)生認真閱讀教材，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，進行方案分析、論證和計算，獨立完成設(shè)計。設(shè)計工作內(nèi)容如下：題目分析、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、具體電路設(shè)計。學(xué)生根據(jù)所選課題的任務(wù)、要求和條件進行總體方案的設(shè)計，通過論證與選擇，確定總體方案。此后是對方案中單元電路進行選擇和設(shè)計計算，稱為預(yù)設(shè)計階段，包括元器件的選用和電路參數(shù)的計算。最后畫出總體電路圖（原理圖和布線圖），此階段約占課程設(shè)計總學(xué)時的30％。

2.2.2在實驗室進行電路安裝、調(diào)試，指標(biāo)測試等。

在安裝與調(diào)試這個階段，要求學(xué)生運用所學(xué)的知識進行安裝和調(diào)試，達到任務(wù)書的各項技術(shù)指標(biāo)。預(yù)設(shè)計經(jīng)指導(dǎo)教師審查通過后，學(xué)生即可購買所需元器件等材料，并在實驗箱上或試驗板上組裝電路。運用測試儀表調(diào)試電路、排除電路故障、調(diào)整元器件、修改電路（并制作相應(yīng)電路板），使之達到設(shè)計指標(biāo)要求。此階段往往是課程設(shè)計的重點與難點，所需時間約占總學(xué)時的50％。

2.3撰寫總結(jié)報告，總結(jié)交流與討論。

撰寫課程設(shè)計的總結(jié)報告是對學(xué)生寫科學(xué)論文和科研總結(jié)報告能力的訓(xùn)練。學(xué)生寫報告，不僅要對設(shè)計、組裝、調(diào)試的內(nèi)容進行全面總結(jié)，而且要把實踐內(nèi)容上升到理論高度。總結(jié)報告應(yīng)包括以下方面：系統(tǒng)任務(wù)與分析、方案選擇與可行性論證、單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算及元器件選擇、元件清單和參考資料目錄。除此之外，還應(yīng)對以下幾部分進行說明：設(shè)計進程記錄，設(shè)計方案說明、比較，實際電路圖，功能與指標(biāo)測試結(jié)果，存在的問題及改進意見，等等。總結(jié)報告具體內(nèi)容如下：課題名稱、內(nèi)容摘要、設(shè)計內(nèi)容及要求、比較和選擇設(shè)計的系統(tǒng)方案、畫出系統(tǒng)框圖、單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇。畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理。組裝調(diào)試的內(nèi)容，包括使用的主要儀器和儀表；調(diào)試電路的方法和技巧；測試的數(shù)據(jù)和波形并與計算結(jié)果比較分析；調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法。總結(jié)設(shè)計電路的特點和方案的優(yōu)缺點，指出課題的核心及實用價值，列出系統(tǒng)需要的元器件清單，列出參考文獻，收獲、體會，并對本次設(shè)計提出建議。

2.4成績評定。

課程的實踐性不僅體現(xiàn)實際操作能力，而且體現(xiàn)獨立完成設(shè)計和分析的能力。因此，課程設(shè)計的考核分為以下部分：設(shè)計方案的正確性與合理性。設(shè)計成品：觀察實驗現(xiàn)象，是否達到技術(shù)要求。（安裝工藝水平、調(diào)試中分析解決問題的能力）實驗報告：實驗報告應(yīng)具有設(shè)計題目、技術(shù)指標(biāo)、實現(xiàn)方案、測試數(shù)據(jù)、出現(xiàn)的問題與解決方法、收獲體會等。課程設(shè)計答辯：考查學(xué)生實際掌握的能力和表達能力，設(shè)計過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、工作作風(fēng)和科學(xué)精神及創(chuàng)新精神，等等。

3.電子技術(shù)課程設(shè)計的步驟

在“電子技術(shù)基礎(chǔ)”理論課程教學(xué)中，通常只介紹單元電路的設(shè)計。然而，一個實用的電子電路通常是由若干個單元電路組成的。通常將規(guī)模較小、功能單一的電子電路稱為單元電路。因此，一個電子系統(tǒng)的設(shè)計不僅包括單元電路的設(shè)計，還包括總體電路的系統(tǒng)設(shè)計（總體電路由哪些單元電路構(gòu)成，以及單元電路之間如何連接，等等）。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，各種通用和專用的模擬和數(shù)字集成電路大量涌現(xiàn)，電子系統(tǒng)的設(shè)計除了單元電路的設(shè)計外，還包括集成電路的合理選用。電子電路的系統(tǒng)設(shè)計越來越重要，不過從教學(xué)訓(xùn)練角度出發(fā)，課程設(shè)計仍應(yīng)保留一定的單元電路內(nèi)容。電子系統(tǒng)分為模擬型、數(shù)字型及兩者兼而有之的混合型三種。雖然模擬電路和數(shù)字電路設(shè)計的方法有所不同（尤其單元電路的設(shè)計），但總體電路的設(shè)計步驟是基本相同的。電子電路的一般設(shè)計方法與步驟包括：總體方案的設(shè)計與方案論證、單元電路的設(shè)計、單元電路間的連接方法、繪制總體電路草圖、關(guān)鍵電路試驗、EDA仿真、繪制正式的總體電路圖等。

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關(guān)鍵詞：組合邏輯電路設(shè)計 競爭冒險現(xiàn)象 門電路多余輸入端

中圖分類號：TN492 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）08-0155-01

組合邏輯電路的設(shè)計是根據(jù)給定的邏輯功能要求，用最少的邏輯門加以實現(xiàn)的過程，通常以電路簡單，所用器件最少為目標(biāo)。

1 組合邏輯電路的設(shè)計

在教學(xué)過程中，學(xué)生對組合邏輯電路的設(shè)計過程覺得比較難，不知從何入手。筆者經(jīng)過多年的教學(xué)，總結(jié)組合邏輯電路的設(shè)計步驟大致如下：

（1）根據(jù)對電路邏輯功能的要求，列出真值表；

（2）簡化和變換邏輯表達式；

（3）畫出邏輯圖。

當(dāng)然，上述設(shè)計步驟不是一成不變的，有些邏輯問題較簡單，某些設(shè)計步驟就可以省略。這三個設(shè)計步驟中，最關(guān)鍵的是第一步，即根據(jù)邏輯要求列真值表。在列真值表時需弄清楚以下三個方面的概念：1）輸入、輸出變量是什么？2）0、1代表的含義是什么？3）輸入輸出的關(guān)系是什么？

下面通過具體例子來說明組合邏輯電路的設(shè)計步驟與方法。

例如設(shè)計一個交通燈故障報警電路，用與非門實現(xiàn)。交通燈有紅、黃、綠三色，只有其中一只亮為正常狀態(tài)，其余情況為故障狀態(tài)。

第一步：由題意找出輸入、輸出變量，列真值表。

題中出現(xiàn)紅、黃、綠三色交通燈，可分別用三個變量A、B、C來表示，其中每個變量1表示燈亮，0表示燈滅；Y表示電路是否報警，其中1表示報警，0表示不報警，根據(jù)題意，列出真值表，如表1所示。

第二步：將真值表寫入卡諾圖如圖1所示，化簡并轉(zhuǎn)換成與非結(jié)構(gòu)。

第三步：根據(jù)輸出邏輯式畫邏輯圖，如圖2所示。

綜上所述，可看出設(shè)輸入、輸出變量是邏輯電路設(shè)計的第一關(guān)鍵，只有變量設(shè)得恰當(dāng)，才能根據(jù)題意順利地列出正確的真值表。

2 組合邏輯電路設(shè)計中注意事項

上面介紹的是組合邏輯的一般設(shè)計方法，實際遇到的問題往往比較復(fù)雜，所以設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點。

2.1 注意組合邏輯電路的競爭冒險

組合邏輯電路設(shè)計時，都沒有考慮邏輯門的延遲時間對電路產(chǎn)生的影響。實際上，信號在通過連線和邏輯門電路時，都有一定的延時。延時的大小與連線的長短和邏輯門的數(shù)目有關(guān)，同時還受器件的制造工藝、工作電壓、溫度等條件的影響。信號的高低電平轉(zhuǎn)換也需要一定的過渡時間。由于存在這兩方面因素，多路信號的電平值發(fā)生變化時，在信號變化的瞬間，可能與穩(wěn)態(tài)下的邏輯功能不一致，產(chǎn)生錯誤輸出，這種現(xiàn)象就是電路中的競爭冒險。冒險現(xiàn)象降低了邏輯電路的可靠性，因此在設(shè)計組合電路時要盡量地發(fā)現(xiàn)和消除冒險現(xiàn)象。

2.2 注意門電路多余輸入端的處理

利用邏輯門電路（CMOS或TTL）實現(xiàn)具體的電路時，應(yīng)注意邏輯門多余端的處理。

集成邏輯門電路在使用時，一般不讓多余的輸入端懸空，以防止干擾信號引入。對于多余端的處理一是將它與其他輸入端并接在一起。二是根據(jù)邏輯要求，與門或與非門的多余輸入端通過1～3kΩ電阻接正電源，對CMOS電路可以直接接電源；或門或者或非們的多余輸入端接地。對于高速電路的設(shè)計，并接會增加輸入端等效電容性負載，而使信號的傳輸速度下降，最好采用如圖3所示。

參考文獻

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[2]許小軍.電子技術(shù)試驗與課程設(shè)計指導(dǎo)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2004.

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數(shù)字電路教學(xué)設(shè)計項目教學(xué)學(xué)習(xí)興趣現(xiàn)代化電子技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)字電路更是以系統(tǒng)集成化、設(shè)計自動化、用戶專業(yè)化和測試、智能化的趨勢出現(xiàn)。數(shù)字電路教學(xué)中如何能應(yīng)對電子技術(shù)的發(fā)展，同時又遵循高等職業(yè)教育以職業(yè)為基礎(chǔ)、以能力為本、理論夠用為度的原則，圓滿完成課程的教學(xué)任務(wù)，用項目教學(xué)法是行之有效的手段。

一、關(guān)于項目教學(xué)法

1.項目教學(xué)的概念

項目教學(xué)法，是圍繞一個實踐項目而展開的教學(xué)活動，其目的是在項目實施過程中使理論與實踐教學(xué)同步進行，從而充分調(diào)動學(xué)生參與的積極性，提高學(xué)生解決實際問題的綜合能力。

2.項目教學(xué)法的關(guān)鍵

項目教學(xué)法的關(guān)鍵，是把整個學(xué)習(xí)過程分解為一個個具體的工程或事件，設(shè)計出一個個合適的項目教學(xué)方案。這樣，不僅傳授給學(xué)生理論知識和操作技能，更重要的是培養(yǎng)他們的職業(yè)能力。

3.項目教學(xué)法的優(yōu)點

項目教學(xué)法，是讓學(xué)生實施一個具體的項目，學(xué)生學(xué)習(xí)的目的很明確，能極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)興趣。項目教學(xué)法大多要分小組完成，通過小組內(nèi)及小組間的充分交流、討論、決策等，提高學(xué)生合作能力，強化學(xué)生的團隊意識。而合作能力和團隊意識，恰恰是當(dāng)前社會化大生產(chǎn)所要求的基本素質(zhì)。項目教學(xué)法在實施過程中會涉及到很多學(xué)科知識，能促進課程間的整合。

二、項目教學(xué)法的教學(xué)實踐

數(shù)字電路課程是高職電氣專業(yè)一門承上啟下的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有較強的邏輯性、應(yīng)用性和工程實踐性。內(nèi)容包括數(shù)字電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路基礎(chǔ)、組合邏輯集成電路、時序邏輯電路基礎(chǔ)、時序邏輯集成電路、半導(dǎo)體存儲器與可編程邏輯器件、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器和脈沖信號的產(chǎn)生與整形共8章節(jié)。按照“以能力為本位，以職業(yè)實踐為主線，以項目課程為主體的模塊化專業(yè)課程體系”的總體教學(xué)設(shè)計要求，本門課程以培養(yǎng)靈活應(yīng)用常用數(shù)字集成電路來實現(xiàn)邏輯功能的能力為基本目標(biāo)，打破學(xué)科課程的設(shè)計思路，緊緊圍繞工作任務(wù)完成的需要來選擇和組織課程內(nèi)容，突出工作任務(wù)與知識的聯(lián)系，讓學(xué)生在職業(yè)實踐活動的基礎(chǔ)上掌握知識，增強課程內(nèi)容與職業(yè)崗位能力要求的相關(guān)性，提高學(xué)生的就業(yè)能力。本課程可以分成6個項目完成，分別是：全加器電路設(shè)計、搶答器的設(shè)計與制作、同步計數(shù)器電路設(shè)計、數(shù)字鐘電路的設(shè)計與制作、用可編程邏輯器件設(shè)計數(shù)字鐘電路和A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換功能仿真。第1到3章劃為第一個項目，內(nèi)容是：全加器電路設(shè)計。以下就以第一個項目為例完成教學(xué)設(shè)計。

1.教材分析

這部分內(nèi)容包含3個章節(jié)：數(shù)字電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路基礎(chǔ)、組合邏輯集成電路。每章節(jié)后面都有本章小結(jié)、思考題與習(xí)題、技能要求和實訓(xùn)內(nèi)容以及書最后的實驗內(nèi)容部分。很顯然，編者也在強調(diào)技能和實訓(xùn)的重要性，但在進行教學(xué)設(shè)計時采用項目教學(xué)法能很好地體現(xiàn)實踐能力為主。

2.教學(xué)設(shè)計

此部分內(nèi)容重點是掌握邏輯函數(shù)的表示方法，會進行邏輯函數(shù)的變換和化簡；能正確理解基本門電路邏輯功能；會用基本邏輯門電路設(shè)計簡單組合邏輯電路。如何把內(nèi)容連貫，用某個項目來體現(xiàn)，我們可以結(jié)合實驗內(nèi)容以及常見的電路來解決。那么，學(xué)習(xí)項目選取的基本依據(jù)是該門課程涉及的工作領(lǐng)域和工作任務(wù)范圍，在具體設(shè)計過程中，還以相關(guān)專業(yè)的典型產(chǎn)品為載體，使工作任務(wù)具體化，產(chǎn)生具體的學(xué)習(xí)項目。項目的難度要適中，要適合學(xué)情，讓學(xué)生都能動手參與，能充分調(diào)動他們的積極性，使學(xué)習(xí)更有目的性，讓學(xué)生在職業(yè)實踐活動的基礎(chǔ)上掌握知識。本項目內(nèi)容是全加器的電路設(shè)計。采用全加器的設(shè)計這樣的項目內(nèi)容，那么，組合邏輯集成電路，此部分章節(jié)中的編碼器、譯碼器與數(shù)碼顯示器等內(nèi)容暫時就使用不到，我們可以把這些內(nèi)容劃分到下一個項目中去，而只是涉及到它的前面一部分內(nèi)容二進制加法器。這樣，不會顯得項目量過大，知識太擁擠，學(xué)生學(xué)習(xí)困難的問題。

3.教學(xué)過程的組織實施

項目教學(xué)法的教學(xué)步驟，具體是以下六個步驟：情景設(shè)置，操作示范，獨立探索，明確項目，協(xié)作學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)評價。本項目可以包含這幾個模塊：（1）完成基本門電路的測試；（2）用74LS00實現(xiàn)多種邏輯功能；（3）用基本門電路設(shè)計全加器電路。每個模塊參考學(xué)時都可以是4學(xué)時，它們的學(xué)習(xí)目標(biāo)不相同，由淺入難，循序漸進，慢慢引導(dǎo)學(xué)生掌握理論知識，增加實踐經(jīng)驗。每個模塊除了列出的工作任務(wù)以外，根據(jù)學(xué)生層次的不同，還可添加相應(yīng)的拓展知識。模塊一邏輯門電路測試工作任務(wù)包含測試TTL門電路74LS00、74LS04、74LS20、74LS32、74LS86邏輯功能并記錄測試數(shù)據(jù)和整理歸納總結(jié)，列出74LS00、74LS04、74LS32、74LS86 邏輯表達式，狀態(tài)真值表。它相關(guān)的理論知識：基本邏輯運算和復(fù)合邏輯運算，基本門電路邏輯功能，邏輯函數(shù)的基本表達式。模塊二用與非門電路實現(xiàn)多種邏輯功能工作任務(wù)有用74LS00實現(xiàn)下列邏輯功能：或非F=A+B、與或F=AB+CD、4輸入與F=ABCD、異或和同或。相關(guān)理論知識：邏輯代數(shù)的基本定律和規(guī)則，邏輯函數(shù)的化簡方法，邏輯函數(shù)表達式。模塊三全加器的設(shè)計與制作工作任務(wù)：用基本門電路設(shè)計判奇電路，用基本門電路設(shè)計半加器電路，用基本門電路設(shè)計全加器電路。相關(guān)理論知識：組合邏輯電路的分析方法，用基本門電路實現(xiàn)組合邏輯功能。全加器是能夠計算低位進位的二進制加法電路，全加器的邏輯圖如圖所示。

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本文簡要分析了電子電路設(shè)計中關(guān)鍵的設(shè)計原則、設(shè)計方法，以及設(shè)計和制作的過程。

【關(guān)鍵詞】電子電路 設(shè)計 制作 調(diào)試

【關(guān)鍵詞】電子電路 設(shè)計 制作 調(diào)試

隨著科技的發(fā)展和社會的不斷進步，越來越多的新型電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。電子電路作為這些電子產(chǎn)品的核心部分，直接關(guān)系到電子產(chǎn)品的性能及質(zhì)量。因此，對電子電路的設(shè)計原則、設(shè)計方法、設(shè)計步驟以及制作調(diào)試過程進行研究分析，具有重要的意義。

1 電子電路的設(shè)計原則

1.1 整體性原則

在電子電路的設(shè)計中，既要以整體為出發(fā)點，也要注重考慮其內(nèi)部的各個組成部分之間的相互關(guān)系，同時還應(yīng)注意電路的整體受到外部環(huán)境影響的因素。在設(shè)計的過程當(dāng)中，應(yīng)該注意以綜合為前提，以分析為主。在對電路進行分析時要局部綜合考慮，而在綜合時也要對各元件的功能具體分析。

1.2 功能性原則

將整個的電子電路系統(tǒng)劃分成幾個不同的模塊，每個模塊能夠獨立完成一項或者幾項功能。設(shè)計電子電路時，對各個模塊分別進行設(shè)計分析，然后再將之組合成最終所需要的系統(tǒng)。

1.3 最優(yōu)化原則

當(dāng)電子電路的設(shè)計初步完成時，系統(tǒng)已能夠初步實現(xiàn)所需要達到的功能，但該系統(tǒng)的各個模塊在相互配合的過程中可能還存在著一些問題，使功能不能實現(xiàn)最優(yōu)化。這就需要對各個模塊或者各個調(diào)整元器件的參數(shù)進行調(diào)整分析，從而找到最優(yōu)值，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的最優(yōu)化。

2 電子電路的設(shè)計方法

2.1 層次化設(shè)計方法

該方法的設(shè)計思路就是對電子電路系統(tǒng)分模塊、分層次的進行設(shè)計。層次設(shè)計中的子模塊可以調(diào)用現(xiàn)有的、比較成熟的模塊，也可以對模塊進行創(chuàng)新性設(shè)計。電子電路系統(tǒng)的層次設(shè)計包括了系統(tǒng)級的頂層設(shè)計、電路級的中層設(shè)計以及物理實現(xiàn)級的底層設(shè)計這三個不同的設(shè)計層次。

2.2 漸近式的組合設(shè)計方法

該設(shè)計方法是在基礎(chǔ)單元電路熟練掌握之后，按照電子電路的功能要求，快速完成組合圖的設(shè)計。具體過程是首先根據(jù)設(shè)計要求確定電子電路的功能指標(biāo)以及技術(shù)參數(shù)，然后以此來提出設(shè)計思路并按照設(shè)計思路畫出組合圖。在設(shè)計的過程中，邊設(shè)計邊完善，最終達到設(shè)計要求。

2.3 最佳化設(shè)計方法

對于集成電路等難以調(diào)整的電路來說，在設(shè)計的時候就需要綜合考慮各種因素，對電路進行準(zhǔn)確設(shè)計。因該種設(shè)計精度要求高，且計算較為復(fù)雜，因此就需要選擇計算機輔助設(shè)計來實現(xiàn)。該方法的關(guān)鍵是構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)數(shù)學(xué)模型。

3 電子電路的設(shè)計步驟

3.1 明確電子電路設(shè)計的基本要求

在設(shè)計之前，首先要對設(shè)計的電路所需實現(xiàn)的功能以及性能指標(biāo)等進行認真分析，明確設(shè)計要求。根據(jù)分析確定各元器件的技術(shù)參數(shù)并盡量使之精準(zhǔn)。

3.2 制定總體設(shè)計方案

在對電子電路進行設(shè)計時，綜合分析所要實現(xiàn)的功能，然后根據(jù)自己掌握的知識及查閱資料，建立幾套備選方案。設(shè)計方案時，在滿足要求的前提下，應(yīng)盡量使得設(shè)計的電路經(jīng)濟、簡潔、實用。然后對這幾套方案進行認真分析研究，反復(fù)比對，找出最優(yōu)方案。

3.3 各個單元電路的設(shè)計

在對各個單元的電路進行設(shè)計的過程中，要確定各單元的性能指標(biāo)及技術(shù)參數(shù)等，注意各單元之間的相互關(guān)系，保證所設(shè)計的電路簡單可靠。在設(shè)計時，盡量使用現(xiàn)成電路，若實在找不到，則在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加以改進。

3.4 電路接線圖的設(shè)計

電路接線圖的設(shè)計是整個設(shè)計過程當(dāng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一旦電路接線圖有問題，不但達不到需要的功能，還很有可能會造成危害。在對電路接線圖進行設(shè)計時，要考慮到各種各樣的因素，其中包括各元器件的位置尺寸、電路板之間的相互關(guān)系、功放管散熱問題以及是否便于維修等。綜合考慮這些因素之后，就可以根據(jù)所確定的電路板的尺寸以及安裝方式等，對電路圖進行設(shè)計。

在對電路接線圖進行設(shè)計時，應(yīng)該滿足一下幾個要求：一是要保證電路的有序排列，以減少各部分間的影響，使效果最優(yōu)；二是將地線安裝在電路板中間，以減少相互干擾；三是可調(diào)整元件的安裝位置要便于調(diào)節(jié)，功耗大的部件靠近外側(cè)，便于散熱；四是電阻器的安放盡量選擇平臥，以提高電子電路系統(tǒng)的可靠性。

4 電子電路的制作、安裝和調(diào)試

4.1 電子電路的制作及安裝

在電子電路設(shè)計圖完成之后，需要以此制作印刷電路板，然后測試選用的元器件，測試無誤后安裝到印刷電路板上，完成制作。各元器件以插座的方式與電路板相連接，以便于損壞后的更換。焊接時，還應(yīng)該盡量避免掛錫以及虛焊現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 電子電路的調(diào)試

在電子電路安裝完畢之后，必須對其進行調(diào)試，使之達到設(shè)計要求，才算最終完成。電子電路的調(diào)試分以下幾步：（1）對電路進行仔細檢查，看其連接是否正確，包括電容極性、元器件的安裝位置以及電源的正負極連接等。（2）對電路進行通電檢測，看是否有元器件發(fā)熱以及冒煙等現(xiàn)象發(fā)生，一旦發(fā)現(xiàn)，立即斷電檢查，問題解決后重新檢測，直到無異常現(xiàn)象發(fā)生為止。（3）對電子電路進行分塊調(diào)試，把電子電路劃分為幾個不同的功能模塊，然后分別對其調(diào)試，首先對其進行靜態(tài)調(diào)試，合格后再做動態(tài)調(diào)試。（4）對電子電路進行聯(lián)機調(diào)試，分塊調(diào)試完畢后，將各模塊聯(lián)接起來做聯(lián)機調(diào)試，看其運行結(jié)果是否已達到設(shè)計要求。

5 總結(jié)

電子電路與人們的生活息息相關(guān)。隨著其發(fā)展，電子電路的設(shè)計方法越來越得到完善，但是仍然存在著需要改進的地方。對電子電路的設(shè)計加以研究，有利于提高電子產(chǎn)品的性能及使用壽命，為今后電子電路的設(shè)計提供了參考依據(jù)。

參考文獻

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關(guān)鍵詞：電子電路設(shè)計 創(chuàng)新 路徑

中圖分類號：TN702 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（b）-0115-02

科技的不斷進步和發(fā)展，電子產(chǎn)品逐漸的滲透到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，成為國家科技生產(chǎn)水平的主要組成因素，推動者計算機技術(shù)的不斷進步，成為國家發(fā)展的動力，為技術(shù)的全面進步提供必要的條件。但是現(xiàn)階段我國進行電子電路設(shè)計的過程中存在一定的問題，創(chuàng)新能力不足，自主知識產(chǎn)權(quán)意識較弱，造成整體發(fā)展水平出現(xiàn)滯后性，因此在今后的發(fā)展中需要對電子電路設(shè)計的創(chuàng)新路徑進行分析，全面的掌握創(chuàng)新方法，保證電子電路自主研發(fā)能力的提升，促進我國科技水平的全面進步。

1 電子電路設(shè)計概述

1.1 電子電路設(shè)計的原則

電子電路設(shè)計需要遵循相關(guān)的原則，這樣才能更好地保證設(shè)計的科學(xué)性，首先需要對電子電路內(nèi)部的各項原件相互之間的關(guān)系進行全面的分析，掌握設(shè)計的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及外部結(jié)構(gòu)，整體上對原件內(nèi)部的各項構(gòu)造進行分析，綜合地對電子電路的各項類型進行分析，全面地掌握各項設(shè)計類型。其次需要關(guān)注設(shè)計的功能性原則，在進行設(shè)計的過程中需要將電子電路系統(tǒng)進行更加細致全面的劃分，掌握不同模塊的實際功能，考慮到實現(xiàn)這些模塊和功能的途徑，從而在設(shè)計中了解掌握原件的情況，實現(xiàn)電子電路設(shè)計的規(guī)范性。在進行電子電路設(shè)計的過程中需要保證各項功能的完整性，在進行設(shè)計的過程中需要針對每一個部件的實際使用效果進行分析，確定整體的設(shè)計成果符合實際使用的效果，這樣才能進一步提升設(shè)計的科學(xué)性與合理性，在實際使用中保證使用的質(zhì)量。

1.2 電子電路設(shè)計的技術(shù)

進行電子電路設(shè)計需要采用合適的方法，具體的方法包括遺傳算法。這種方法在進行設(shè)計的過程中將關(guān)注的焦點放在需要解決的問題上，針對性地進行代碼設(shè)計，對需要解決的問題進行相應(yīng)的編程，這樣的方式可以在進行程序編制的過程中避免因為競爭機制帶來不同遺傳操作和交叉變異的問題，滿足現(xiàn)實情況下的管理機制，對其中較差的個體進行替代，保證代碼的使用更加符合技術(shù)的需要，不斷地滿足現(xiàn)實條件，對結(jié)果進行更加全面的管理，對實際問題進行整體解決。而現(xiàn)場可編程邏輯陣列是將邏輯電路方式進行應(yīng)用，采用在線編程的方式，將存儲芯片設(shè)置在RAM內(nèi)，在需要編程的過程中通過原理圖和硬件對語言進行描述，然后將數(shù)據(jù)存儲到RAM內(nèi)，這樣將數(shù)據(jù)進行存儲的方式使得相關(guān)的邏輯關(guān)系得到更加科學(xué)的處理，一旦對其中的FPGA開發(fā)軟件進行斷電之后，就會出現(xiàn)RAM的邏輯關(guān)系空白，為整體的數(shù)據(jù)存儲節(jié)省較多的空間，提升FPGA系統(tǒng)的使用效率，將不同的數(shù)據(jù)流灌入到硬件系統(tǒng)中，提升電子電路設(shè)計的整體質(zhì)量，便于對設(shè)計方法進行全面的創(chuàng)新。

2 電子電路設(shè)計的創(chuàng)新基本方法

2.1 對電子電路進行層次化的設(shè)計

進行電子電路層次化的設(shè)計首先需要將基本構(gòu)造分成相應(yīng)的模塊，對不同的模塊進行分層次的設(shè)計描述，整體設(shè)計過程中需要按照從硬件頂層抽象描述向最底層結(jié)構(gòu)進行轉(zhuǎn)換，直到實現(xiàn)硬件單元描述為止，層次化設(shè)計在進行管理設(shè)計的過程中相比較而言較為靈活，可以根據(jù)實際特點選擇適宜的設(shè)計方式，既能夠是自頂向底的方式，也可以是自底向頂?shù)姆绞剑唧w情況需要按照實際情況進行分析，對電子電路的設(shè)計進行全面科學(xué)的管理。

2.2 對電子電路進行漸進式設(shè)計

漸進式設(shè)計也是電子電路設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的情況，這種設(shè)計方式主要是將一些附加功能帶入到管理中，將設(shè)計的相關(guān)指標(biāo)使用到設(shè)計中，其中包括高頻、低頻模擬電路、數(shù)字電子線路的結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后依據(jù)實際情況設(shè)計相應(yīng)的單元電路結(jié)構(gòu)，將電子電路工作的特點和運行方式融入到設(shè)計中，并將線路設(shè)計進行全面的整合，注重輸入與輸出之間的相互關(guān)系，保證電路設(shè)計的規(guī)范性，將電子電路設(shè)計得更加便于操作。同時在進行設(shè)計的過程中需要對漸進式設(shè)計的步驟M行分析，根據(jù)應(yīng)用型電子電路的功能，及時地對電子電路進行組合，在進行拼裝時需要關(guān)注連接點信號連接的強度、幅度以及電壓值之間的關(guān)系，將整體電路進行更加科學(xué)的設(shè)計。

2.3 硬件語言描述設(shè)計

在進行電子電路設(shè)計的過程中還可以使用基于硬件語言描述的形式，首先需要對設(shè)計目標(biāo)進行全面的管理，熟悉電子設(shè)計中對信號進行控制的相關(guān)原理，保證信號處理的各項參數(shù)。在具體信息確定完成之后需要對系統(tǒng)進行分解，找出硬件的總體框架，之后對設(shè)計圖進行仿真設(shè)計，將較為重要的位置使用相關(guān)的記號進行標(biāo)注，然后借助CAD軟件對設(shè)計進行仿真測試，保證電子電路設(shè)計的邏輯關(guān)系、正負極值、時序等的正確性，提升方案設(shè)計的規(guī)范性。

3 電子電路設(shè)計的創(chuàng)新路徑

3.1 電子電路構(gòu)架設(shè)計

進行設(shè)計創(chuàng)新首先需要對整體的設(shè)計構(gòu)架進行管理，在設(shè)計中對FPGA系統(tǒng)進行重新定義，在硬件單元內(nèi)部建立連接，找出更加明確的構(gòu)建系統(tǒng)，對設(shè)計途徑進行創(chuàng)新。在設(shè)計結(jié)束之后需要對設(shè)計目標(biāo)以及設(shè)計結(jié)果進行對比，可以采用錯誤的代碼，驗證系統(tǒng)在進行甄別過程中的效果，對于出現(xiàn)問題的地方及時進行改進。在結(jié)束之后選擇適宜的子系統(tǒng)，其中一部分保持原本的運行狀態(tài)，一部分按照遺傳算法進行一定的修改，這樣可以對系統(tǒng)進行更加完善的處理，使操作的適應(yīng)性更強。進行改進之后再對系統(tǒng)進行整體的驗證，不斷地對設(shè)計方案進行改進，使得設(shè)計更加符合方案的需要。

3.2 對設(shè)計環(huán)境進行創(chuàng)新

在設(shè)計過程中需要對系統(tǒng)的環(huán)境進行創(chuàng)新，用于測試的環(huán)境需要將測試的硬件與顯示的FPGA構(gòu)架和硬件進行全面的控制，制定適宜的仿真軟件。計算機在使用的過程中可以通過通信電纜將數(shù)據(jù)從計算機下載到FPGA系統(tǒng)中，使用規(guī)范化的儀器對數(shù)據(jù)采集中的硬件和軟件進行連接，對設(shè)計方案進行全面的評估，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化進行應(yīng)試實驗，對軟件進行仿真處理，提升系統(tǒng)整體運行環(huán)境。

4 結(jié)語

電子電路設(shè)計對于科技的發(fā)展具有較為關(guān)鍵的作用，需要對系統(tǒng)進行全面的管理，對設(shè)計方法進行不斷的創(chuàng)新，使設(shè)計在多變的環(huán)境中實現(xiàn)自我重構(gòu)，提升設(shè)計的科學(xué)性，使抽象的理論形象化、復(fù)雜的電路實際化。不僅能提高理解分析能力，而且能提高設(shè)計能力。通過設(shè)計和模擬仿真可以快速地反映出所設(shè)計電路的性能，使設(shè)計更加生動、直觀、實時、高效，更好地為人類造福。

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【關(guān)鍵詞】容錯技術(shù)硬件冗余 VHDL代碼

1 引言

數(shù)字硬件電路設(shè)計越來越精密，但其故障的檢測也越來越難。而數(shù)字電路的設(shè)計大都是用VHDL語言來描述的，因此提出了一個在VHDL描述中自動插入故障容錯結(jié)構(gòu)的工具。采用這種工具來做容錯電路的設(shè)計，用戶可以根據(jù)不同的需求在VHDL源碼級自動做電路故障容錯設(shè)計。

2 電路源碼級故障容錯的插入工具

數(shù)字電路自動化實現(xiàn)故障容錯，也就是在用VHDL語言設(shè)計數(shù)字電路時，自動化的加入故障容錯結(jié)構(gòu)，并且最后得到具有容錯功能的VHDL描述的數(shù)字電路。這個自動化的過程用一個工具來實現(xiàn)，也就是故障容錯結(jié)構(gòu)自動插入工具。該工具由六部分組成，如圖1所示。

VHDL源碼經(jīng)過分析器轉(zhuǎn)化成一種特殊的中間數(shù)據(jù)格式，存儲在設(shè)計庫中；這種數(shù)據(jù)格式以有向無環(huán)圖（DAG）的形式組織起來，保存了VHDL完整的語義信息。用戶通過用戶接口輸入某些信息，來定位所需容錯的關(guān)鍵部件及從故障容錯器選擇所用的容錯器件。容錯后的數(shù)據(jù)重新送回到設(shè)計庫中，用反編譯系統(tǒng)再次恢復(fù)成VHDL代碼。本文對基于硬件冗余技術(shù)對源碼級容錯結(jié)構(gòu)插入過程進行闡述。

3 硬件冗余技術(shù)

硬件冗余技術(shù)采用在系統(tǒng)中多加的硬件資源，包括被動冗余、主動冗余及主被動相結(jié)合三種形式。

被動冗余又稱為靜態(tài)冗余（Masking Redundancy ），它不改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，靠附加的元器件來屏蔽掉故障元器件的作用。常用的被動冗余稱為三模冗余（Triple Modular Redundancy， TMR）結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由相同功能的三個模塊及表決器構(gòu)成，三個相同模塊同步運行，三個模塊的輸出作為表決器的輸入，系統(tǒng)的輸出是多數(shù)表決的結(jié)果。

所謂的主動冗余技術(shù)，就是能讓系統(tǒng)配置動態(tài)的改變，從而消除故障對系統(tǒng)的影響，同時補充系統(tǒng)冗余。當(dāng)系統(tǒng)模塊發(fā)生故障時，依靠存儲多個模塊和故障檢測機構(gòu)，通過系統(tǒng)內(nèi)部的一次重組來切除或替換故障模塊。

4 硬件冗余的插入過程

數(shù)字電路設(shè)計者在使用該工具時，首先需要編寫電路的VHDL源碼、同時要提供采用的容錯技術(shù)類型及想要的容錯的位置（設(shè)計單元名和需復(fù)制的對象名）這些信息。

此處假定需要容錯的位置是：設(shè)計單元A，需復(fù)制的對象RESULT，而容錯技術(shù)采用硬件被動冗余中的三模冗余技術(shù)。插入技術(shù)主要由以下過程來實現(xiàn)。

4.1 三個新信號的拷貝

如圖2所示，首先通過設(shè)計庫的search（pname，sname）函數(shù)從庫中找到用戶所輸入的設(shè)計單元A，然后再使用符號表的 search（object_name，global）函數(shù)從符號表中查找目標(biāo)對象RESULT，進行相對應(yīng)的屬性修改后，清空temp。經(jīng)過這些步驟后，完成了三模冗余技術(shù)所需要的新對象的聲明。

4.2 語句的復(fù)制

如圖3所示，該流程圖是對于語句的修改。

經(jīng)過上面的步驟，完成了三模冗余技術(shù)的對象復(fù)制部分，將這些信息修改完成后再返存入設(shè)計庫中，實現(xiàn)了在數(shù)字電路的VHDL源碼級進行故障容錯結(jié)構(gòu)的插入。

5 結(jié)語

利用自動化工具在數(shù)字電路的VHDL源碼級進行故障容錯結(jié)構(gòu)的插入，能夠有效的提高設(shè)計者的工作效率。

參考文獻

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自主式課題教學(xué)法

針對目前課堂教學(xué)的現(xiàn)狀，提出自主式課題教學(xué)法。其基本理念就是改革課堂教學(xué)，即在課堂上系統(tǒng)地講授電路設(shè)計方法，而不是僅僅教會學(xué)生解題。此外，將學(xué)生分成若干個學(xué)習(xí)小組，給每個小組布置不同的電路模塊設(shè)計課題，通過完成自己的課題達到初步實踐電路設(shè)計方法的目的。同時，由于學(xué)生都是帶著設(shè)計課題聽課的，這樣也會提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)理論知識的積極性。具體實施步驟如下：

在課程教學(xué)初期，指導(dǎo)學(xué)生自由組成學(xué)習(xí)小組，提供若干模塊設(shè)計課題供各小組挑選。選定的模塊設(shè)計任務(wù)伴隨該小組整個課程學(xué)習(xí)過程。這個階段的教學(xué)要點如下：①盡量保證學(xué)生按照自己的意愿組合形成學(xué)習(xí)小組，這樣小組成員在課題設(shè)計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(shè)計任務(wù)。②該階段是課程教學(xué)初期，學(xué)生對各個模塊設(shè)計課題還不了解，教師應(yīng)占用一定的課堂時間對課題進行解釋和指點，充分激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生自發(fā)地利用課余時間收集資料，選定設(shè)計方案。③當(dāng)學(xué)習(xí)小組初步完成課題資料的收集和整理后，則安排一次課堂報告，由各個小組制作幻燈片向全班同學(xué)匯報其對課題的理解以及初步選定的設(shè)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(shè)計課題應(yīng)涵蓋所講授課程的各個章節(jié)，這樣利于在講課過程中通過講解各個模塊設(shè)計方法串聯(lián)課程各章節(jié)的知識點。同時，講課內(nèi)容與學(xué)生正在進行的設(shè)計任務(wù)相關(guān)聯(lián)，容易調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

在課程教學(xué)中期，將模塊設(shè)計課題融入到各個章節(jié)的課堂教學(xué)中，教會學(xué)生具體的電路設(shè)計方法，同時在實驗課上指導(dǎo)學(xué)生進行電路調(diào)試以及指標(biāo)測試。這個階段的教學(xué)要點如下：①要求各小組通過課堂學(xué)習(xí)不斷改進自己初期擬定的電路設(shè)計方案以及元器件參數(shù)計算方法。充分體現(xiàn)了自主式課堂教學(xué)法的教學(xué)理念，即激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，從而自主采用課堂講授方法改進自己的電路設(shè)計，使其感受到如何將課堂所學(xué)理論知識運用到實際的電路設(shè)計中。②向?qū)W生灌輸團隊設(shè)計的理念，針對電路設(shè)計和調(diào)試過程中團隊成員間的溝通和討論，使學(xué)生認識到如何進行團隊協(xié)作，同時在教師和團隊間建立暢通的交流渠道，使學(xué)生的問題能得到解答，從而有信心完成課題設(shè)計任務(wù)。③安排課堂報告，各小組制作幻燈片向全班同學(xué)匯報課題設(shè)計進展，由任課教師對學(xué)生的設(shè)計進行中期考核并指出下一步工作重點。

在課堂教學(xué)后期，對各學(xué)習(xí)小組制作的模塊電路進行驗收和總結(jié)。這個階段的教學(xué)要點如下：①督促各學(xué)習(xí)小組做好指標(biāo)測試工作，驗證自己設(shè)計的電路是否達到設(shè)計要求，同時總結(jié)整個設(shè)計過程的經(jīng)驗教訓(xùn)。②安排課堂報告，各小組制作幻燈片向全班同學(xué)匯報課題制作成果，由任課教師對設(shè)計成果進行總結(jié)。③各小組提交課題設(shè)計報告，詳細介紹整個電路設(shè)計原理、參數(shù)計算過程，并記錄系統(tǒng)的性能指標(biāo)，總結(jié)電路調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的經(jīng)驗教訓(xùn)。

自主式課題教學(xué)法的應(yīng)用實例

我們在通信電子線路課上使用了這種教學(xué)法。首先，根據(jù)整個課程內(nèi)容設(shè)計8個模塊的設(shè)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(xué)生自由組合形成學(xué)習(xí)小組并從這8個課題中選擇一個，作為該小組在課程學(xué)習(xí)期間的設(shè)計任務(wù)。由小組成員相互配合進行資料收集以及設(shè)計方案的論證。在課程開始后的第二個教學(xué)周，組織各小組制作幻燈片報告該小組擬定的設(shè)計方案以及設(shè)計時間安排。需要說明的是，各小組進行方案設(shè)計的時候，相應(yīng)的知識點還沒有在課堂上進行系統(tǒng)地講授，完全由學(xué)生先自學(xué)各自課題相關(guān)基礎(chǔ)知識，然后進行資料收集整理，通過內(nèi)部討論，最終確定課題的初步設(shè)計方案。這個階段需要學(xué)生充分發(fā)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(xué)生在這個階段常常表現(xiàn)出很大的學(xué)習(xí)積極性，進行方案匯報時的現(xiàn)場氣氛也很熱烈。此外，由于設(shè)計課題涵蓋了這門課程的主要知識點，相應(yīng)課題方案的初步確定過程也是學(xué)生對課程知識的預(yù)習(xí)階段。這樣可以充分激發(fā)他們的求知欲，當(dāng)教師在課堂上講到相應(yīng)的知識點時，能抓住學(xué)生的注意力，獲得較好的教學(xué)效果。

第二階段：主要完成各個章節(jié)知識點的講授，這一階段應(yīng)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(shè)計課題，讓學(xué)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(dǎo)生產(chǎn)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(shè)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(shù)如電阻阻值是需要進行計算的。因此只需要將公式(1)轉(zhuǎn)化為公式(2)：200cmVRP=(2)轉(zhuǎn)化后即可用于電路中所采用負載電阻的計算。整個課程講授過程都要將知識點具體化，讓學(xué)生意識到，只要將這些公式進行簡單的變化(常常是翻轉(zhuǎn))就可以用于電路設(shè)計過程中元器件的參數(shù)計算，從而使學(xué)生可以一邊學(xué)習(xí)課堂知識，一邊將所學(xué)知識應(yīng)用起來，真正做到活學(xué)活用。此外，在實驗課中要指導(dǎo)各小組的電路焊接以及調(diào)試工作，并監(jiān)督其設(shè)計進度，從而掌握學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解程度。在這個階段，真正實現(xiàn)了本教學(xué)法所強調(diào)的理論聯(lián)系實際，即學(xué)生可以做到邊學(xué)習(xí)，邊使用，邊檢驗，整個課程的教學(xué)效果良好。最后一個階段是課程的結(jié)束階段，主要做好各小組課題的驗收工作，并對各小組所設(shè)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(xué)的結(jié)束。本教學(xué)法已經(jīng)實踐了兩年，學(xué)生對這種教學(xué)法的滿意度較高。此外，學(xué)生的平時成績與模塊設(shè)計課題制作情況掛鉤，因此各學(xué)習(xí)小組都投入了較多精力用于電路模塊制作，成功率也較高。并且學(xué)生通過電路模塊的制作過程也了解到了如何運用課堂所學(xué)知識進行電路設(shè)計。

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關(guān)鍵詞： 組合邏輯電路；電路設(shè)計；Multisim；仿真；交通信號燈；監(jiān)控器

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）29-6625-04

1 概述

數(shù)字電子技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，組合邏輯電路是數(shù)字電路重要的組成部分，也是時序邏輯電路設(shè)計的基礎(chǔ)，在實踐中被廣泛應(yīng)用。組合邏輯電路的輸出僅與當(dāng)前的輸入狀態(tài)有關(guān)，而與輸入之前的信號狀態(tài)無關(guān)，因此組合邏輯電路沒有記憶功能，在其電路中沒有反饋延遲電路[1-2]。

Multisim的前身是EWB（Electronics Workbench）軟件，是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的交互式SPice仿真和電路分析軟件，專用于原理圖捕獲、交互式仿真、電路板設(shè)計和集成測試[3-5]。Multisim軟件包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。

本文以交通信號燈監(jiān)控器為例，分別運用與非門74LS00、中規(guī)模集成數(shù)據(jù)選擇器74LS151和中規(guī)模集成譯碼器74LS138為主要元件設(shè)計三種實現(xiàn)監(jiān)控交通信號燈狀態(tài)的控制電路，并利用Multisim 12.0軟件進行仿真測試。

2 組合邏輯電路的設(shè)計

2.1 組合邏輯電路設(shè)計的一般步驟

組合邏輯電路設(shè)計主要是將用戶的具體設(shè)計要求用邏輯函數(shù)加以描述，再用具體的電路加以實現(xiàn)的過程。組合邏輯電路的設(shè)計可分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、定制或半定制集成電路的設(shè)計[6]。其設(shè)計的一般步驟可用圖1來表示：

1）首先對命題要求進行分析，確定輸入變量、輸出變量的個數(shù)和狀態(tài)，并以真值表的形式列出；

2）根據(jù)真值表寫出邏輯函數(shù)表達式；

3）通過邏輯化簡，寫出最簡的邏輯函數(shù)表達式；

4）根據(jù)邏輯功能要求以及實際情況，選擇合適的門器件，把最簡的表達式轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的表達式；

5）根據(jù)表達式畫出該電路的邏輯電路圖。

2.2 組合邏輯電路的設(shè)計方法

組合邏輯電路可以采用分立元件實現(xiàn)，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和集成電路工藝水平的提高，單塊芯片的集成度越來越高，價格越來越便宜，也可用通過小規(guī)模集成電路SSI，中規(guī)模集成電路MSI、定制或半定制集成電路等來實現(xiàn)[7]。

本文以監(jiān)控交通信號燈工作狀態(tài)的監(jiān)控器為例分析組合邏輯電路的設(shè)計方法。交通信號燈是交通信號中的重要組成部分，是道路交通的基本語言，每一組交通信號燈由紅、黃、綠三盞燈組成。正常工作情況下，任何時刻必有一盞燈點亮，而且也僅有一盞燈亮。當(dāng)出現(xiàn)其他狀態(tài)時，電路發(fā)生故障，這時監(jiān)控器發(fā)出故障信號以提醒維護人員前去修理。

2.2.1 命題分析

根據(jù)交通信號燈監(jiān)控器的工作原理，確定紅、黃、綠三盞燈的狀態(tài)為輸入變量，分別用A、B、C表示；取故障信號為輸出變量，用F表示。

假設(shè)：A、B、C取1時，表示燈亮，A、B、C取0時，表示燈不亮；F為1時，表示工作狀態(tài)正常，F(xiàn)為1時表示發(fā)生故障。

2.2.2 列寫真值表

根據(jù)命題分析列出邏輯真值表，如表1所示。

計算機工程應(yīng)用技術(shù)＼jxy02.jpg> （1）

運用卡諾圖化簡，可得簡化的邏輯函數(shù)表達式：

2.2.4把最簡的表達式轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的表達式

邏輯電路圖是根據(jù)邏輯函數(shù)表達式得出的，因此畫邏輯電路圖之前要根據(jù)邏輯功能要求以及實際情況確定元件，將最簡的表達式轉(zhuǎn)換為與所選用元件相對應(yīng)的表達式。

1）選用與非門實現(xiàn)

選用集成與非門74LS00、74LS20實現(xiàn)交通信號燈監(jiān)控器，將輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)換為與非表達式。通過表達式變換，得到式3。

數(shù)據(jù)選擇器是一種多路輸入、單路輸出的邏輯部件。它在控制信號作用下，從多個輸入數(shù)據(jù)中選一個送到輸出端。式4給出了數(shù)據(jù)選擇器輸出與輸入的邏輯關(guān)系，其中，A0、A1、……Ak表示控制信號，Y表示輸出信號，Di為數(shù)據(jù)輸入信號，mi為控制信號的最小項表示，2k=n。

從表達式4中可以看出，其輸出實際上是數(shù)據(jù)輸入與地址輸入的最小項相與的關(guān)系，所以數(shù)據(jù)選擇器可以實現(xiàn)各種組合邏輯功能。選用中規(guī)模集成數(shù)據(jù)選擇器74LS151可實現(xiàn)交通信號監(jiān)控器。74LS151是八選一數(shù)據(jù)選擇器，對式1進行變換，可得式5：

[F =ABC+ABC+ABC+ABC+ABC =m0+m3+m5+m6+m7 =m0?1+m1?0+m2?0+m3?1+m4?0+m5?1+m6?1+m7?1] （5）

由式5可以看出，選用74LS151實現(xiàn)交通信號監(jiān)控器需使F=Y，A=A2，B=A1，C=A0，則有D0=D3=D5=D6=D7=1，D1=D2=D4 =0。

3）選用變量譯碼器實現(xiàn)

變量譯碼器是組合邏輯電路中一個重要的器件，它是一個將n個輸入變?yōu)?n個輸出的多輸出端的組合邏輯電路。變量譯碼器的輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系可用式6表示：

（6）

其中，Yi 是輸出端，mi是關(guān)于輸入變量An-1，An-2，……，A0的最小項，0

由于譯碼器電路的輸出列出了該電路的所有最小項表達式，而任何一個組合邏輯電路都可以寫成最小項表達式的形式，因此我們可運用譯碼器電路實現(xiàn)各種組合邏輯電路。選用中規(guī)模集成譯碼器74LS138來實現(xiàn)交通信號燈監(jiān)控器。由于74LS138的輸出是反變量形式，低電平有效，因此變換式1得：

[F=ABC+ABC+ABC+ABC+ABC=m0+m3+m5+m6+m7 =m0+m3+m5+m6+m7=m0?m3?m5?m6?m7] （7）

使74LS138的三個數(shù)據(jù)輸入端分別為：A=A2，B=A1，C=A0，且三個使能端有效，則74LS138中的8個輸出可分別與交通信號燈監(jiān)控器輸出的最小項一一對應(yīng)。

2.2.5 根據(jù)表達式畫出邏輯電路圖

為了便于邏輯電路圖的驗證，利用Multisim 12.0設(shè)計邏輯電路圖。根據(jù)2.2.4小節(jié)中三種設(shè)計方法的相應(yīng)表達式：式3、式5、式7畫出邏輯電路圖，分別如圖2、圖3、圖4所示。

圖2～圖4中的XLC1 為邏輯轉(zhuǎn)換儀，它是Multisim軟件的一種虛擬裝置，可以接入交通信號燈監(jiān)控器的輸入與輸出端，測試與驗證其邏輯功能。通過邏輯轉(zhuǎn)換儀中的“邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表”的功能分別驗證了圖2～圖4的邏輯功能，得到的真值表相同，如圖5所示，該電路真值表及邏輯函數(shù)表達式與設(shè)計的要求一致。

2.3設(shè)計方法分析比較

選用不同的元件最后設(shè)計出的電路形式雖然差別很大，但是實現(xiàn)的邏輯功能卻相同。選用如本文選用的74LS00、74LS20等SSI來實現(xiàn)電路，所用的集成電路芯片數(shù)量多，線路復(fù)雜，通用性不強，僅能夠適應(yīng)某一特殊的函數(shù)要求。在用SSI設(shè)計電路時，要力求邏輯門電路的數(shù)量、種類以及輸入端的數(shù)量均應(yīng)達到最少。

選用MSI設(shè)計組合邏輯電路，如本文選用的74LS151、74LS138，可以減少元件的數(shù)目，具有較強的通用性，可靠性高，易于設(shè)計、生產(chǎn)、調(diào)試和維護[8]。

3 組合邏輯電路的仿真

對于設(shè)計好的組合邏輯電路，不僅可以通過 Multisim中的邏輯轉(zhuǎn)換儀來驗證，還可以在Multisim窗口中搭建電路來仿真。從Multisim元件庫在已經(jīng)繪制好的邏輯電路圖中添加電源、地、電阻、發(fā)光二極管等電器元件并進行連線，得到仿真電路圖。由于篇幅有限，文中只給出了用74LS138實現(xiàn)交通信號燈監(jiān)控器的仿真電路圖，如圖6所示。

在仿真過程中，S1、S2、S3三個開關(guān)在全部打開、全部閉合以及任意兩個閉合的情況下，發(fā)光二極管就會亮，此時表示交通信號燈出現(xiàn)故障。

4 結(jié)束語

本文以交通信號燈監(jiān)控器為例分析了組合邏輯電路設(shè)計的過程并進行了Multisim仿真測試。可以看出組合邏輯電路設(shè)計中，要實現(xiàn)相同的邏輯功能可根據(jù)實際情況選用不同的設(shè)計方法；同時，借助于EDA軟件Multisim，可以顯著提高電路設(shè)計工作的效率，為組合邏輯電路的設(shè)計仿真提供了一定的借鑒方法。

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