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電路設(shè)計的步驟范文第1篇

【關(guān)鍵詞】電子電路設(shè)計；調(diào)試方法；步驟

當(dāng)前，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國的電子行業(yè)已在市場經(jīng)濟領(lǐng)域中得到了大規(guī)模的發(fā)展，同時也得到了廣泛的應(yīng)用。其中，對于電子設(shè)備來說，電子電路的設(shè)計是其中的一個關(guān)鍵性內(nèi)容，為了有效地滿足社會對電子行業(yè)的需求，人們對電子電路的設(shè)計質(zhì)量也提出了更高的要求，而電力的調(diào)試工作作為電子電路設(shè)計中的一個核心內(nèi)容，重視和完善電路的調(diào)試工作便顯得尤為重要，其對優(yōu)化電子電路的設(shè)計質(zhì)量具有非常重要的影響。

1電子電路設(shè)計常用的調(diào)試方法

電子電路設(shè)計常用的調(diào)試方法主要有兩種，即分別為分塊調(diào)試法和整體調(diào)試法。下面主要對此兩種方法進(jìn)行了一定的分析。

1.1分塊調(diào)試法

在進(jìn)行電子電路設(shè)計時，分塊調(diào)試法的應(yīng)用主要是將整個電子電路按照一定的規(guī)律分成不同類型的模塊，然后再對每個模塊進(jìn)行調(diào)試。通常情況下，其主要是按照電路的不同功能進(jìn)行劃分的，由此則可以對不同電路部分的性能進(jìn)行單獨地調(diào)試。其中，在實際調(diào)試作業(yè)過程中，為了保障電子電路分塊的科學(xué)合理性以及調(diào)試工作的正常開展，相關(guān)工作人員應(yīng)首先對電子電路的工作方式、工作原理進(jìn)行具體地掌握，然后在實際的調(diào)試過程中應(yīng)嚴(yán)格按照電路的信號流通線路進(jìn)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(jìn)行一級一級地作業(yè)，以更加有效地完成對電子電路的調(diào)試。此外，分塊調(diào)試法還適用于邊安裝邊調(diào)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(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試工作。與在電子電路安裝完畢之后再進(jìn)行分塊調(diào)試的模式相比較的話，雖然該調(diào)試方式會在一定程度上增加調(diào)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(fā)現(xiàn)其間可能存在的故障模塊，且當(dāng)電子電路安裝完畢之后，與之相對應(yīng)的調(diào)試作業(yè)也便同時完成了。在實際作業(yè)過程中，分塊調(diào)試法常被普遍應(yīng)用于較小的電路中。

1.2整體調(diào)試法

與分塊調(diào)試法不同，整體調(diào)試法主要是在整個電子電路都安裝完畢之后再對其進(jìn)行一次性地總調(diào)試，而并不對每一模塊進(jìn)行單獨地調(diào)試。一般情況下，整體調(diào)試法常被應(yīng)用于結(jié)構(gòu)簡單的電子電路中，但其也可以取得良好的調(diào)試效果，尤其是對于一些無法分塊調(diào)試的產(chǎn)品來說，整體調(diào)試法的應(yīng)用在其中具有著極其重要的意義。

2電子電路設(shè)計常用的調(diào)試步驟

在對整個電子電路進(jìn)行調(diào)試的作業(yè)時，相關(guān)工作人員需掌握具體的調(diào)試方法和調(diào)試步驟，以保證調(diào)試工作的正常開展。其中，在進(jìn)行電子電路調(diào)試工作之前，其需做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。①工作人員需準(zhǔn)備好相關(guān)性的技術(shù)文件，這是保證調(diào)試工作正常運行的首要內(nèi)容，如準(zhǔn)備好電子電路的線路圖、電力系統(tǒng)的設(shè)計原理、設(shè)計說明書等文件，這些重要的文件都可以為調(diào)試工作提供良好的理論依據(jù)。②在進(jìn)行調(diào)試工作時，其也需要借助相應(yīng)的儀器設(shè)備，因此工作人員需準(zhǔn)備好相應(yīng)的使用儀器。一般情況下，調(diào)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(fā)生器等，因此在進(jìn)行電路調(diào)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(diào)試工作。除此之外，在準(zhǔn)備好相應(yīng)的儀器設(shè)備后，工作人員還需檢查儀器是否完好。③調(diào)試場地的準(zhǔn)備也是調(diào)試工作中的一個重要內(nèi)容，工作人員需做好調(diào)試場地的準(zhǔn)備工作，如保證場地的清潔、無漏電風(fēng)險等。在做好相應(yīng)的電子電路調(diào)試前的準(zhǔn)備工作之后，則需開始進(jìn)行具體的調(diào)試步驟。一般情況下，電子電路設(shè)計常用的調(diào)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(biāo)檢測。下面主要對此步驟進(jìn)行了具體地分析。

2.1線路檢查

在電子電路設(shè)計調(diào)試作業(yè)中，開展線路檢查的內(nèi)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(yè)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(zhì)量，相關(guān)檢查人員可根據(jù)電路的設(shè)計圖紙進(jìn)行一定的對比，并可在檢查的過程中在圖紙進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)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(xiàn)漏查的現(xiàn)象。②線路檢查還需對元器件的連接方式進(jìn)行相應(yīng)的檢查，此時在作業(yè)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(yè)中，工作人員可以運用數(shù)字萬用表進(jìn)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(shè)計圖紙的相對應(yīng)，而通過觀察則可及時發(fā)現(xiàn)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(jìn)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(yè)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(xiàn)異味等一些異常的情況，且只有首先進(jìn)行最初的觀察與判斷才利于后續(xù)的進(jìn)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(xiàn)發(fā)熱、發(fā)燙的情況，因此當(dāng)觀察到通電檢查中存在任何的異常情況時，相關(guān)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(jù)實際發(fā)生故障的位置進(jìn)行相應(yīng)的處理，如可將發(fā)生故障的元器件拔出，待排除其存在的故障之后再對其進(jìn)行電源測試。此時，在接入元器件時，其需認(rèn)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(tài)下，待確定電子電路所處的狀態(tài)為正常狀態(tài)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(shè)計調(diào)試中，功能檢測的主要內(nèi)容是檢測電路在靜態(tài)工作下的參數(shù)值，即主要是測試電路靜態(tài)的工作狀態(tài)，看其所顯示的相關(guān)數(shù)據(jù)是否合理。例如，在實際作業(yè)過程中檢測放大功能的元器件的工作狀態(tài)是否處于正常的放大區(qū)域內(nèi)；檢測數(shù)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(nèi)部的邏輯關(guān)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(fù)電源之外，還需進(jìn)一步檢查調(diào)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(xiàn)全面化的電子電路功能檢測，在進(jìn)行功能檢測作業(yè)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(jìn)一步觀察輸入、輸出信號的波形形狀、信號幅值、相位關(guān)系、頻率等相應(yīng)的參數(shù)值，而檢測人員即可逐級對此進(jìn)行全面地檢測。

2.4指標(biāo)檢測

在經(jīng)過前面幾個步驟的檢測作業(yè)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(biāo)檢測是整個調(diào)試作業(yè)中的最后一個步驟，其主要是在前面三個步驟的基礎(chǔ)上對電子電路的應(yīng)用效果進(jìn)行一定的檢測。對于整個電子電路的設(shè)計來說，其首先便會具備一定的設(shè)計要求，而指標(biāo)檢測作業(yè)的開展則是根據(jù)設(shè)計的實際需求對其中的相關(guān)性技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測試。在實際作業(yè)過程中，其可以通過準(zhǔn)確地記錄測試數(shù)據(jù)來進(jìn)行全面地分析與研究，以通過確定電子電路中的技術(shù)參數(shù)是否合格來實現(xiàn)指標(biāo)檢測的目標(biāo)。其中，如若相關(guān)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在不合格的現(xiàn)象，則相關(guān)人員需對整個電子電路設(shè)計圖紙進(jìn)行再一次地分析與研究，以通過不斷開展調(diào)試作業(yè)來實現(xiàn)設(shè)計圖紙的合理性。

3結(jié)束語

綜上所述，在電子電路的設(shè)計過程中，人們應(yīng)對電路的調(diào)試工作給予高度的重視，并需在實際作業(yè)過程中加強對電路的調(diào)試管理，以根據(jù)實際情況采取有效的調(diào)試方法，從而通過對電子電路進(jìn)行有效性的調(diào)試管理來優(yōu)化電子電路的設(shè)計質(zhì)量，以在一定程度上實現(xiàn)電子電路的真正實效性設(shè)計。

參考文獻(xiàn)

[1]張泓.電子電路設(shè)計常用調(diào)試方法與步驟[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016，24：124.

[2]王向東.淺談常用電子電路的設(shè)計和調(diào)試方法[J].科技與企業(yè)，2012，22：304.

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電路設(shè)計的步驟范文第2篇

關(guān)鍵詞 分析設(shè)計法；電氣控制；原理圖

中圖分類號：TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0124-01

1 分析設(shè)計法

分析設(shè)計法是根據(jù)生產(chǎn)機械對電氣控制的要求，收集、分析、參考國內(nèi)外現(xiàn)有的同類生產(chǎn)機械的電氣控制電路，利用基本控制環(huán)節(jié)和典型控制單元電路，按各部分的作用和聯(lián)系組合起來，經(jīng)過補充、修改和綜合處理，以滿足控制要求的完整電路。

1）設(shè)計主電路：按照產(chǎn)品設(shè)計要求，設(shè)計電動機的起動、運行、調(diào)速和制動的主電路。

2）設(shè)計控制電路：設(shè)計滿足主電路各電動機的運轉(zhuǎn)要求的控制電路。

3）特殊控制環(huán)節(jié)的設(shè)計：連接各單元環(huán)節(jié)構(gòu)成滿足整機生產(chǎn)工藝要求，實現(xiàn)加工過程自動運行的控制電路。

4）輔助控制電路設(shè)計：對保護(hù)、聯(lián)鎖、檢測等控制環(huán)節(jié)的設(shè)計。

2 分析設(shè)計法的步驟

1）主電路設(shè)計：按照產(chǎn)品工藝，對電動機提出的起動、運轉(zhuǎn)和制動的要求，設(shè)計主電路。

2）基本控制電路設(shè)計：根據(jù)主電路運行的要求，設(shè)計出基本的控制電路。

3）特殊控制環(huán)節(jié)的設(shè)計：根據(jù)機構(gòu)運行時的特殊要求，設(shè)計特殊控制環(huán)節(jié)。

4）聯(lián)鎖保護(hù)控制的設(shè)計。

5）綜合檢查、完善和簡化電路，必要時可通過實驗驗證。

3 分析設(shè)計法之設(shè)計舉例

橫梁升降機構(gòu)的電氣控制設(shè)計：

1）主電路設(shè)計。橫梁升降機構(gòu)控制：按照設(shè)計要求，分別由電動機M1，來拖動橫梁的升降。用電動機M2，來拖動橫梁的夾緊。并且按要求兩臺電機要實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，采用四只接觸器kM1、kM2、kM3、kM4分別控制兩臺電機正反轉(zhuǎn)，如圖1所示，為主電路。

圖1 主電路

2）控制電路基本環(huán)節(jié)的設(shè)計。橫梁的升降調(diào)整運動：采用四只接觸器kM1、kM2、kM3、kM4分別控制兩臺電機正反轉(zhuǎn)。用上升點動按鈕SB1和下降點動按鈕SB2，通過中間繼電器KA1和KA2實現(xiàn)對四只接觸器kM1、kM2、kM3和kM4的控制。如圖2所示。

圖2 基本控制電路

3）控制電路特殊環(huán)節(jié)的設(shè)計。橫梁上升運動：使夾緊電機M2先工作至橫梁放松后，M2停止工作，同時M1升降電機工作，帶動橫梁上升。橫梁下降運動：先放松再下降控制，下降結(jié)束后有短時回升運動，用斷電延時型時間繼電器kT進(jìn)行控制。如圖3所示。

4）聯(lián)鎖保護(hù)控制的設(shè)計。限位保護(hù)，由行程開關(guān)SQ2上升限位，SQ3擰下降限位控制。互鎖保護(hù)：KA1控鍆上升與下降的互鎖，kA2控夾緊與放松互鐺。短路保護(hù)：由熔斷器FU1、FU2和FU3執(zhí)行。經(jīng)過上述多次修正，使橫梁升降電氣控制電路達(dá)到完善，如圖3所示。

圖3 修正后的橫梁升降電氣控制電路

4 結(jié)束語

分析設(shè)計法，步驟清晰，循序漸進(jìn)，簡單易掌握。一張比較完善的電氣控制原理圖完成后，應(yīng)反復(fù)審核電路工作情況，并安裝控制電路運行，發(fā)現(xiàn)問題及時修正電路，以滿足生產(chǎn)技術(shù)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]許繆編.電機與電氣控制[M].機械工業(yè)出版社，2009.

[2]麥崇裔編著.電氣控制與技能練[M].電子工業(yè)出版社，2010.

電路設(shè)計的步驟范文第3篇

【關(guān)鍵詞】Pspice 模擬電子電路 電子電路設(shè)計

在電氣、電子、自動化、計算機等類型的專業(yè)中，模擬電子電路設(shè)計是基礎(chǔ)的技術(shù)課程，其理論知識較為抽象且電路的原理較為復(fù)雜，對于學(xué)生來說比較困難，教師也難以教好。本文提出將Pspice應(yīng)用在模擬電子電路設(shè)計中，有了該軟件，就等于有了電路以及實驗室，完美地將理論與實踐結(jié)合，為教師和學(xué)生提供便利。

1 Pspice軟件概述

Pspice軟件由Schematics（電路模擬器）、Pspice（仿真軟件的數(shù)據(jù)處理器）、Probe（軟件的圖形后期處理器）、Stmed（產(chǎn)生信號的工具）、Parts（為器件建立模型的工具）和Pspice Optimizer（軟件的優(yōu)化設(shè)置工具）等組成，能夠提供強大的電路圖繪制、電路模擬仿真、圖形后期處理等功能。

Pspice包括以下主要功能：直流特性分析，其中包囊直流靜態(tài)工作點分析、直流靈敏度分析、直流掃描分析以及直流小信號傳遞函數(shù)值分析；交流掃描分析，包括頻率特性分析和噪聲分析；瞬態(tài)特性分析；蒙特卡羅分析；溫度特性和參數(shù)掃描分析；最壞情況分析等。

在設(shè)計電子電路期間，以既定的功能及技術(shù)參數(shù)來制定設(shè)計方案，可以應(yīng)用Pspice模擬和連接電路并檢測電路設(shè)計有無達(dá)到預(yù)期效果，也可以在計算機上對電路的結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改，不斷測試、觀察輸出的波形，直至達(dá)到設(shè)計要求，以便取得電路的最優(yōu)技術(shù)指標(biāo)，為電路設(shè)計的精準(zhǔn)性評價提供便利。此外，還能夠分析容差、敏捷性、最壞狀況、溫度特性等，這些都是傳統(tǒng)的方法難以完成的，還能夠比較各種設(shè)計方案的優(yōu)劣，方便選擇最優(yōu)的方案，使電路設(shè)計最優(yōu)化。

2 Pspice軟件的仿真實例

Pspice軟件在電子電路設(shè)計中的應(yīng)用可以提高教學(xué)效率，仿真電路的步驟大致分為五步：第一，繪制電路圖；第二，分析電路的特性和仿真參數(shù)；第三，仿真測驗；第四，顯示仿真的結(jié)果；第五，分析并輸出相應(yīng)的實驗結(jié)果。下面對Pspice軟件的仿真實例進(jìn)行分析。

2.1 限幅電路的設(shè)計實驗

限幅電路的示意圖如圖1所示，二極管的型號為DIN4148，電阻為1kΩ，電源電壓為3伏特，當(dāng)輸入電壓達(dá)到6sin wt的時候，電路要達(dá)到限制輸入電壓幅值的目的。

設(shè)置直流掃描分析以及瞬態(tài)分析，得出輸入電壓Ui以及輸出電壓U0的波形，如圖2所示，可見電路對輸入電壓幅值的限制效果。

在限幅電路的瞬態(tài)分析結(jié)果示意圖中可見（圖3），當(dāng)輸入的電壓超出固定范圍時，超出的部分就會被截止，這樣就能使信號的電壓在一定的幅值內(nèi)，防止電路受信號電壓的影響出現(xiàn)故障。

2.2 RC正弦振蕩電路設(shè)計實驗

RC振蕩電路在電子技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，振蕩電路在自動進(jìn)行振蕩的過程中，其達(dá)到平衡的條件所花費的時長極短，在課堂上，教師直接講授相關(guān)的理論會令學(xué)生難以在有限的課堂時間內(nèi)理解并掌握，因為學(xué)生難以根據(jù)抽象的理論想象出波形。就此，將Pspice運用到其中，可以觀察出振蕩電路建立振蕩的過程以及振蕩器在穩(wěn)定之后的波形，同時，可以改變電阻或電容，觀察其對振蕩電路會產(chǎn)生怎樣的影響，更加便捷、直觀地掌握振蕩電路的設(shè)計原理及運行原理。

3 總結(jié)

從上述的設(shè)計實驗中可知，在模擬電子電路設(shè)計中應(yīng)用Pspice能夠使設(shè)計仿真的效果精準(zhǔn)且直觀形象，為電子電路的設(shè)計提供極大便捷。Pspice是應(yīng)用極廣的電路設(shè)計及分析軟件，具有繪制電路圖、模擬仿真電路、圖形后期處理等強大功能，在建立真實的電路之前，在該軟件上設(shè)計、繪制仿真電路，依據(jù)具體的需求來設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，斷定電路設(shè)計是否科學(xué)、性能是否可靠、能否達(dá)到設(shè)計的要求、有無必要修改電路等，還可以對元件的變化會對電路造成怎樣的影響進(jìn)行綜合評估，同時也能對一些電路的特性進(jìn)行測量分析?？傊琍spice的應(yīng)用能夠為電子電路的模擬仿真設(shè)計帶來很好的內(nèi)外部條件，幫助設(shè)計者設(shè)計出最優(yōu)電路，提高教師的教學(xué)效率和學(xué)生的掌握速率，從根本上減少成本支出，使電路設(shè)計最優(yōu)化，提高電路性能的可靠性，是模擬電子電路設(shè)計中必不可少的仿真設(shè)計軟件。

參考文獻(xiàn)

[1]楊慧梅，朱勇.PSPICE仿真軟件在《低頻電子線路》教學(xué)中的應(yīng)用[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010（05）.

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[3]段天睿，滕照宇，姚勇，李興紅.柔性線路板串?dāng)_Pspice仿真分析及應(yīng)用[J].安全與電磁兼容，2009（05）.

[4]宋國民，王寧，張愛云，周維.Pspice仿真平臺在共軌ECU設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代車用動力，2009（03）

[5]周潤景，張麗娜，王志軍.Pspice 電子電路設(shè)計與分析[M].北京： 機械工業(yè)出版社，2011

電路設(shè)計的步驟范文第4篇

計算機系統(tǒng)所要求解決的問題日趨復(fù)雜，與此同時，計算機系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。而復(fù)雜性的提高就意味著可靠性的降低，實踐經(jīng)驗表明，要想使如此復(fù)雜的實時系統(tǒng)實現(xiàn)零出錯率幾乎是不可能的，因此人們寄希望于系統(tǒng)的容錯性能：即系統(tǒng)在出現(xiàn)錯誤的情況下的適應(yīng)能力。對于如何同時實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性和可靠性，大自然給了我們近乎完美的藍(lán)本。人體是迄今為止我們所知道的最復(fù)雜的生物系統(tǒng)，通過千萬年基因進(jìn)化，使得人體可以在某些細(xì)胞發(fā)生病變的情況下，不斷地進(jìn)行自我診斷，并最終自愈。因此借用這一機理，科學(xué)家們研究出可進(jìn)化硬件（EHW,EvolvableHardWare），理想的可進(jìn)化硬件不但同樣具有自我診斷能力，能夠通過自我重構(gòu)消除錯誤，而且可以在設(shè)計要求或系統(tǒng)工作環(huán)境發(fā)生變化的情況下，通過自我重構(gòu)來使電路適應(yīng)這種變化而繼續(xù)正常工作。嚴(yán)格地說，EHW具有兩個方面的目的，一方面是把進(jìn)化算法應(yīng)用于電子電路的設(shè)計中；另一方面是硬件具有通過動態(tài)地、自主地重構(gòu)自己實現(xiàn)在線適應(yīng)變化的能力。前者強調(diào)的是進(jìn)化算法在電子設(shè)計中可替代傳統(tǒng)基于規(guī)范的設(shè)計方法；后者強調(diào)的是硬件的可適應(yīng)機理。當(dāng)然二者的區(qū)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(jìn)化理論中的進(jìn)化計算（EvolutionaryComputing）算法,特別是遺傳算法（GA）為設(shè)計算法，在數(shù)字電路中以現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）為媒介，在模擬電路設(shè)計中以現(xiàn)場可編程模擬陣列（FPAA）為媒介來進(jìn)行的。此外還有建立在晶體管級的現(xiàn)場可編程晶體管陣列（FPTA），它為同時設(shè)計數(shù)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(xiàn)場可編程門陣列的相關(guān)知識，并以數(shù)字電路為例介紹可進(jìn)化硬件設(shè)計方法。

1．1遺傳算法

遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過程的一種自適應(yīng)全局優(yōu)化算法，它借鑒了物種進(jìn)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(chǎn)生一群個體，稱為種群，它們都是假設(shè)解。然后把這些假設(shè)解置于問題的“環(huán)境”中，根據(jù)適應(yīng)值或某種競爭機制選擇個體（適應(yīng)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(chǎn)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(jìn)化下去，直到滿足期望的終止條件，得到問題的最優(yōu)解為止。

1．2現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)

現(xiàn)場可編程邏輯陣列是一種基于查找表(LUT,LookupTable)結(jié)構(gòu)的可在線編程的邏輯電路。它由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)，工作時需要對片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。當(dāng)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，F(xiàn)PGA開發(fā)軟件會把設(shè)計方案通過編譯形成數(shù)據(jù)流，并將數(shù)據(jù)流下載至RAM中。這些RAM中的數(shù)據(jù)流決定電路的邏輯關(guān)系。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用，灌入不同的數(shù)據(jù)流就會獲得不同的硬件系統(tǒng)，這就是可編程特性。這一特性是實現(xiàn)EHW的重要特性。目前在可進(jìn)化電子電路的設(shè)計中，用得最多得是Xilinx公司的Virtex系列FPGA芯片。

2進(jìn)化電子電路設(shè)計架構(gòu)

本節(jié)以設(shè)計高容錯性的數(shù)字電路設(shè)計為例來闡述EHW的設(shè)計架構(gòu)及主要設(shè)計步驟。對于通過進(jìn)化理論的遺傳算法來產(chǎn)生容錯性，所設(shè)計的電路系統(tǒng)可以看作一個具有持續(xù)性地、實時地適應(yīng)變化的硬件系統(tǒng)。對于電子電路來說，所謂的變化的來源很多，如硬件故障導(dǎo)致的錯誤，設(shè)計要求和規(guī)則的改變，環(huán)境的改變（各種干擾的出現(xiàn)）等。

從進(jìn)化論的角度來看，當(dāng)這些變化發(fā)生時，個體的適應(yīng)度會作相應(yīng)的改變。當(dāng)進(jìn)化進(jìn)行時，個體會適應(yīng)這些變化重新獲得高的適應(yīng)度。基于進(jìn)化論的電子電路設(shè)計就是利用這種原理,通過對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行多次地進(jìn)化來提高其適應(yīng)變化的能力。

電子電路進(jìn)化設(shè)計架構(gòu)如圖1所示。圖中給出了電子電路的設(shè)計的兩種進(jìn)化，分別是內(nèi)部進(jìn)化和外部進(jìn)化。其中內(nèi)部進(jìn)化是指硬件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)化，而外部進(jìn)化是指軟件模擬的電路的進(jìn)化。這兩種進(jìn)化是相互獨立的，當(dāng)然通過外部進(jìn)化得到的最終設(shè)計結(jié)果還是要由硬件結(jié)構(gòu)的變化來實際體現(xiàn)。從圖中可以看出，進(jìn)化過程是一個循環(huán)往復(fù)的過程，其中是根據(jù)進(jìn)化算法（遺傳算法）的計算結(jié)果來進(jìn)行的。整個進(jìn)化設(shè)計包括以下步驟：

（1）根據(jù)設(shè)計的目的，產(chǎn)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(shù)據(jù)串）來表示，其中每個個體表示的是設(shè)計的一部分。染色體轉(zhuǎn)化成控制數(shù)據(jù)流下載到FPGA上，用來定義FPGA的開關(guān)狀態(tài)，從而確定可重構(gòu)硬件內(nèi)部各單元的聯(lián)結(jié)，形成了初步的硬件系統(tǒng)。用來設(shè)計進(jìn)化硬件的FPGA器件可以接受任意組合的數(shù)據(jù)流下載，而不會導(dǎo)致器件的損害。

（2）將設(shè)計結(jié)果與目標(biāo)要求進(jìn)行比較，并用某種誤差表示作為描述系統(tǒng)適應(yīng)度的衡量準(zhǔn)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(jù)適應(yīng)度進(jìn)行排序，下一代的個體將由最優(yōu)的個體來產(chǎn)生。

（3）根據(jù)適應(yīng)度再對新的個體組進(jìn)行統(tǒng)計，并根據(jù)統(tǒng)計結(jié)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(jù)遺傳算法進(jìn)行修改，如進(jìn)行交叉和變異，而這種交叉和變異的目的是為了產(chǎn)生更具適應(yīng)性的下一代。把新一代染色體轉(zhuǎn)化成控制數(shù)據(jù)流下載到FPGA中對硬件進(jìn)行進(jìn)化。

（4）重復(fù)上述步驟，產(chǎn)生新的數(shù)代個體，直到新的個體表示的設(shè)計方案表現(xiàn)出接近要求的適應(yīng)能力為止。

一般來說通過遺傳算法最后會得到一個或數(shù)個設(shè)計結(jié)果，最后設(shè)計方案具有對設(shè)計要求和系統(tǒng)工作環(huán)境的最佳適應(yīng)性。這一過程又叫內(nèi)部進(jìn)化或硬件進(jìn)化。

圖中的右邊展示了另一種設(shè)計可進(jìn)化電路的方法，即用模擬軟件來代替可重構(gòu)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(gòu)器件各單元的連接方式。這一方法叫外部進(jìn)化或軟件進(jìn)化。這種方法中進(jìn)化過程完全模擬進(jìn)行，只有最后的結(jié)果才在器件上實施。

進(jìn)化電子電路設(shè)計中，最關(guān)鍵的是遺傳算法的應(yīng)用。在遺傳算法的應(yīng)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(guān)系到個體變異的程度，也關(guān)系到個體對環(huán)境變化做出反應(yīng)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(yīng)環(huán)境變化，對系統(tǒng)出現(xiàn)的錯誤做出快速反應(yīng)，但個體更容易發(fā)生突變。而變異因子較小時，系統(tǒng)的反應(yīng)力變差，但系統(tǒng)一旦獲得高適應(yīng)度的設(shè)計方案時可以保持穩(wěn)定。

對于可進(jìn)化數(shù)字電路的設(shè)計，可以在兩個層面上進(jìn)行。一個是在基本的“與”、“或”、“非”門的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)化設(shè)計，一個是在功能塊如觸發(fā)器、加法器和多路選擇器的基礎(chǔ)上進(jìn)行。前一種方法更為靈活，而后一種更適于工業(yè)應(yīng)用。有人提出了一種基于進(jìn)化細(xì)胞機（CellularAutomaton）的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計架構(gòu)。采用這一結(jié)構(gòu)設(shè)計時，只需要定義整個模塊的適應(yīng)度，而對于每一模塊如何實現(xiàn)它復(fù)雜的功能可以不予理睬，對于超大規(guī)模線路的設(shè)計可以采用這一方法來將電路進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計。

3可進(jìn)化電路設(shè)計環(huán)境

上面描述的軟硬件進(jìn)化電子電路設(shè)計可在圖2所示的設(shè)計系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行。這一設(shè)計系統(tǒng)環(huán)境對于測試可重構(gòu)硬件的構(gòu)架及展示在FPGA可重構(gòu)硬件上的進(jìn)化設(shè)計很有用處。該設(shè)計系統(tǒng)環(huán)境包括遺傳算法軟件包、FPGA開發(fā)系統(tǒng)板、數(shù)據(jù)采集軟硬件、適應(yīng)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(xiàn)。由它來實現(xiàn)進(jìn)化計算并產(chǎn)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(jié)果傳回計算機。適應(yīng)度評估建立在儀器數(shù)據(jù)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(shè)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(shè)計結(jié)果的可視化和將問題形式化。通過執(zhí)行遺傳算法在每一代染色體組都會產(chǎn)生新的染色體群組，并被轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)流傳入實驗板上。至于通過軟件進(jìn)化的電子電路設(shè)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(yīng)軟件來評估設(shè)計結(jié)果。

4結(jié)論與展望

進(jìn)化過程廣義上可以看作是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)變化。在這個意義上，可以將“可進(jìn)化”這一特性運用到無數(shù)的人工系統(tǒng)中，只要這些系統(tǒng)的性能會受到環(huán)境的影響。不僅是遺傳算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能工程以及胚胎學(xué)都可以應(yīng)用到可進(jìn)化系統(tǒng)中。雖然目前設(shè)計出的可進(jìn)化硬件還存在著許多需要解決的問題，如系統(tǒng)的魯棒性等。但在未來的發(fā)展中，電子電路可進(jìn)化的設(shè)計方法將不可避免的取代傳統(tǒng)的自頂向下設(shè)計方法，系統(tǒng)的復(fù)雜性將不再成為系統(tǒng)設(shè)計的障礙。另一方面，硬件本身的自我重構(gòu)能力對于那些在復(fù)雜多變的環(huán)境，特別是人不能直接參與的環(huán)境工作的系統(tǒng)來說將帶來極大的影響。因此可進(jìn)化硬件的研究將會進(jìn)一步深入并會得到廣泛的應(yīng)用而造福人類。

電路設(shè)計的步驟范文第5篇

關(guān)鍵詞：學(xué)分制；“數(shù)字電子技術(shù)”；項目式；教學(xué)研究

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）45-0194-04

一、引言

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)積極推動本科教學(xué)，提出本科生的完全學(xué)分制教育，將“數(shù)字電子技術(shù)”課程的學(xué)時壓縮至54學(xué)時，留出更多的時間讓學(xué)生來主動學(xué)習(xí)和增強動手能力。筆者試圖在“數(shù)字電子技術(shù)”課程的基礎(chǔ)教學(xué)中增加一個項目式教學(xué)環(huán)節(jié)，它使學(xué)生自己通過設(shè)計和搭建一個實用電子產(chǎn)品雛形，鞏固和加深在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中的理論基礎(chǔ)和實驗中的基本技能，訓(xùn)練電子產(chǎn)品制作時的動手能力。這需要研究出適合學(xué)生動手實踐的項目，學(xué)生根據(jù)項目要求設(shè)計出符合要求的電路，從而掌握數(shù)字電路的一般設(shè)計方法和步驟，訓(xùn)練并提高學(xué)生在文獻(xiàn)檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力，同時為畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)以后從事電子技術(shù)方面的科研和開發(fā)打下一定的基礎(chǔ)[1]。

二、項目式教學(xué)的目的

通過數(shù)字電子技術(shù)項目式教學(xué)，使學(xué)生能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本方法，能合理、靈活地應(yīng)用各種標(biāo)準(zhǔn)集成電路（SSI、MSI、LSI等）器件實現(xiàn)規(guī)定的數(shù)字系統(tǒng)[2]。培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、獨立準(zhǔn)備資料、獨立設(shè)計規(guī)定功能的數(shù)字系統(tǒng)的能力，培養(yǎng)學(xué)生獨立進(jìn)行實驗，包括電路布局、安裝、調(diào)試和排除故障的能力，培養(yǎng)學(xué)生書寫綜合設(shè)計實驗報告的能力[3]。

三、項目式教學(xué)的步驟

學(xué)生根據(jù)設(shè)計教師步驟的項目任務(wù)，從選擇設(shè)計方案開始，進(jìn)行電路設(shè)計[4]；選擇合適的器件，畫出設(shè)計電路圖；通過安裝、調(diào)試，直至實現(xiàn)任務(wù)要求的全部功能，對電路要求布局合理，走線清晰，工作可靠，經(jīng)驗收合格后，寫出完整的課程設(shè)計報告[5]。

1.總體方案選擇。設(shè)計電路的第一步就是選擇總體方案，就是根據(jù)提出的設(shè)計任務(wù)要求及性能指標(biāo)，用具有一定功能的若干單元電路組成一個整體，來實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)提出的各項要求和技術(shù)指標(biāo)[6]。設(shè)計過程中，往往有多種方案可以選擇，應(yīng)針對任務(wù)要求，查閱資料，權(quán)衡各方案的優(yōu)缺點，從中選優(yōu)。

2.單元電路的設(shè)計。（1）設(shè)計單元電路的一般方法和步驟：①根據(jù)設(shè)計要求和選定的總體方案原理圖，確定對各單元電路的設(shè)計要求，必要時應(yīng)詳細(xì)擬定主要單元電路的性能指標(biāo)。②擬定出各單元電路的要求后，對它們進(jìn)行設(shè)計。③單元電路設(shè)計應(yīng)采用符合的電平標(biāo)準(zhǔn)。（2）元器件的選擇。針對數(shù)字電路的課程設(shè)計，在搭建單元電路時，對于特定功能單元選擇主要集成塊的余地較小。比如時鐘電路選555，轉(zhuǎn)換電路選0809，譯碼及顯示驅(qū)動電路也都相對固定。但由于電路參數(shù)要求不同，還需要通過選擇參數(shù)來確定集成塊型號。一個電路設(shè)計，單用數(shù)字電路課程內(nèi)容是不夠的，往往同時摻有線性電路元件和集成塊，因此還需熟悉相應(yīng)內(nèi)容，比如運算放大器的種類和基本用法、集成比較器和集成穩(wěn)壓電路的特性和用法?？傊?，構(gòu)建單元電路時，選擇器件的電平標(biāo)準(zhǔn)和電流特性很重要。普通的門電路、時序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產(chǎn)生電路、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣和存儲電路等，參數(shù)選擇恰當(dāng)可以發(fā)揮其性能并節(jié)約設(shè)計成本。

單元電路設(shè)計過程中，阻容元件的選擇也很關(guān)鍵。它們的種類繁多，性能各異。優(yōu)選的電阻和電容輔助于數(shù)字電路的設(shè)計可以使其功能多樣化、完整化。

3.單元電路調(diào)整與連調(diào)。數(shù)字電路設(shè)計以邏輯關(guān)系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關(guān)系與它們之間的正確傳遞決定了設(shè)計內(nèi)容的成敗。具體步驟要求每一個單元電路都須經(jīng)過調(diào)整，有條件的情況下可應(yīng)用邏輯分析儀進(jìn)行測試，確保單元正確。各單元之間的匹配連接是設(shè)計的最后步驟，主要包含兩方面，分別是電平匹配和驅(qū)動電流匹配。它也是整個設(shè)計成功的關(guān)鍵一步。

4.衡量設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。工作穩(wěn)定可靠；能達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?；電路簡單，成本低，功耗低；器件?shù)目少，集成體積小，便于生產(chǎn)和維護(hù)。

5.課程設(shè)計報告要求。課程設(shè)計報告應(yīng)包括以下內(nèi)容：對設(shè)計課題進(jìn)行簡要闡述；設(shè)計任務(wù)及其具體要求；總體設(shè)計方案方框圖及各部分電路設(shè)計（含各部分電路功能、輸入信號、輸出信號、電路設(shè)計原理圖及其功能闡述、所選用的集成電路器件等）；整機電路圖（電路圖應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號繪制，電路圖中應(yīng)標(biāo)明接線引出端名稱、元件編號等）；器件清單；調(diào)試結(jié)果記錄；課程設(shè)計報告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊、數(shù)據(jù)翔實。

四、項目式教學(xué)實例

1.實例簡述。為了確保十字路口的車輛順利、暢通地通過，往往都采用自動控制的交通信號燈來進(jìn)行指揮。其中紅燈（R）亮表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；綠燈（G）亮表示允許通行。交通燈控制器的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.設(shè)計任務(wù)和要求。設(shè)計一個十字路通信號燈控制器，其要求如下。

（1）滿足如圖2的順序工作流程。圖中設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR、NSY、NSG，東西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR、EWY、EWG。它們的工作方式，有些必須是并行進(jìn)行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。

（2）應(yīng)滿足兩個方向的工作時序，即東西方向亮紅燈時間應(yīng)等于南北方向亮黃、綠燈時間之和，南北方向亮紅燈時間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。時序工作流程圖見圖3所示，假設(shè)每個單位時間為3秒，則南北、東西方向綠、黃、紅燈亮的時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。其中紅燈亮的時間為綠、黃燈亮的時間之和，黃燈是間歇閃耀。

（3）十字路口要有數(shù)字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。

（4）可以手動調(diào)整和自動控制，夜間為黃燈閃耀。

（5）在完成上述任務(wù)后，可以對電路進(jìn)行以下幾方面的電路改進(jìn)或擴展。①在某一方向（如南北）為十字路口主干道，另一方向（如東西）為次干道，主干道由于車輛、行人多，而次干道的車輛、行人少，所以主干道綠燈亮的時間可以選定為次干道綠燈亮的時間的2倍或3倍。②用LED發(fā)光二極管模擬汽車行駛電路。當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，這一方向的發(fā)光二極管接通，并一個一個向前移動，表示汽車在行駛；當(dāng)遇到黃燈亮?xí)r，移位發(fā)光二極管就停止，而過了十字路口的移位發(fā)光二極管繼續(xù)向前移動；紅燈亮?xí)r，則另一方向轉(zhuǎn)為綠燈亮，那么，這一方向的LED發(fā)光二極管就開始移位（表示這一方向的車輛行駛）。

3.可選用器材。①通用實驗底板；②直流穩(wěn)壓電源；③交通信號燈及汽車模擬裝置；④集成電路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及門電路；⑤顯示：LC5011-11，發(fā)光二極管；⑥電阻；⑦開關(guān)。

4.設(shè)計方案提示。根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求，參考交通燈控制器的邏輯電路，設(shè)計方案可以從以下幾部分進(jìn)行考慮。

（1）秒脈沖和分頻器。因十字路口每個方向綠、黃、紅燈所亮?xí)r間比例分別為5∶1∶6，所以，若選4秒（也可以3秒）為一個單位時間，則計數(shù)器每計4秒輸出一個脈沖，這一電路就很容易實現(xiàn)。邏輯電路參考前面有關(guān)課題。

（2）交通燈控制器。計數(shù)器每次工作循環(huán)周期為12，所以可以選用12進(jìn)制計數(shù)器。計數(shù)器可以用單觸發(fā)器組成，也可以用中規(guī)模集成計數(shù)器。這里我們選用中規(guī)模74LS164八位移位寄存器組成扭環(huán)形12進(jìn)制計數(shù)器。扭環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)表如表1所示。

由于黃燈要求閃耀幾次，所以用時標(biāo)1s和EWY或NSY黃燈信號相“與”即可。

（3）顯示控制部分。顯示控制部分實際上是一個定時控制電路。當(dāng)綠燈亮?xí)r，使減法計數(shù)器開始工作（用對方的紅燈信號控制），每來一個秒脈沖，使計數(shù)器減1，直到計數(shù)器為“0”而停止。譯碼顯示可用74LS248 BCD碼七段譯碼器，顯示器用LC5011-11共陰極LED顯示器，計數(shù)器材用可預(yù)置加、減法計數(shù)器，如74LS168、74LS193等。

（4）手動/自動控制、夜間控制。這可以用一個選擇開關(guān)進(jìn)行。置開關(guān)在手動位置，輸入單次脈沖，可使交通燈在某一位置上，開關(guān)在自動位置時，則交通信號燈按自動循環(huán)工作方式運行。夜間時，將夜間開關(guān)接通，黃燈閃亮。

（5）汽車模擬運行控制。用移位寄存器組成汽車模擬控制系統(tǒng)，即當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，則綠燈亮“G”信號使該路方向的移位通路打開，而當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r，則使該方向的移位停止。如圖4所示，為南北方向汽車模擬控制電路。

五、結(jié)語

項目教學(xué)法主張先練后講、先學(xué)后教，強調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，主動參與，從嘗試入手，從練習(xí)開始，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、創(chuàng)造性、積極性等，學(xué)生唱“主角”，而教師轉(zhuǎn)為“配角”，實現(xiàn)了教師角色的換位，有利于加強對學(xué)生自學(xué)能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。筆者就多個方面對項目教學(xué)法進(jìn)行了嘗試性的研究與實踐，也取得了非常好的效果。

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