电子电路设计范文

导语：如何才能写好一篇电子电路设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词:电子电路设计；创新；路径

科技的不断进步和发展,电子产品逐渐的渗透到生产和生活的各个领域,成为国家科技生产水平的主要组成因素,推动者计算机技术的不断进步,成为国家发展的动力,为技术的全面进步提供必要的条件。但是现阶段我国进行电子电路设计的过程中存在一定的问题,创新能力不足,自主知识产权意识较弱,造成整体发展水平出现滞后性,因此在今后的发展中需要对电子电路设计的创新路径进行分析,全面的掌握创新方法,保证电子电路自主研发能力的提升,促进我国科技水平的全面进步。

1电子电路设计概述

1.1电子电路设计的原则

电子电路设计需要遵循相关的原则,这样才能更好地保证设计的科学性,首先需要对电子电路内部的各项原件相互之间的关系进行全面的分析,掌握设计的内部结构以及外部结构,整体上对原件内部的各项构造进行分析,综合地对电子电路的各项类型进行分析,全面地掌握各项设计类型。其次需要关注设计的功能性原则,在进行设计的过程中需要将电子电路系统进行更加细致全面的划分,掌握不同模块的实际功能,考虑到实现这些模块和功能的途径,从而在设计中了解掌握原件的情况,实现电子电路设计的规范性。在进行电子电路设计的过程中需要保证各项功能的完整性,在进行设计的过程中需要针对每一个部件的实际使用效果进行分析,确定整体的设计成果符合实际使用的效果,这样才能进一步提升设计的科学性与合理性,在实际使用中保证使用的质量。

1.2电子电路设计的技术

进行电子电路设计需要采用合适的方法,具体的方法包括遗传算法。这种方法在进行设计的过程中将关注的焦点放在需要解决的问题上,针对性地进行代码设计,对需要解决的问题进行相应的编程,这样的方式可以在进行程序编制的过程中避免因为竞争机制带来不同遗传操作和交叉变异的问题,满足现实情况下的管理机制,对其中较差的个体进行替代,保证代码的使用更加符合技术的需要,不断地满足现实条件,对结果进行更加全面的管理,对实际问题进行整体解决。而现场可编程逻辑阵列是将逻辑电路方式进行应用,采用在线编程的方式,将存储芯片设置在RAM内,在需要编程的过程中通过原理图和硬件对语言进行描述,然后将数据存储到RAM内,这样将数据进行存储的方式使得相关的逻辑关系得到更加科学的处理,一旦对其中的FPGA开发软件进行断电之后,就会出现RAM的逻辑关系空白,为整体的数据存储节省较多的空间,提升FPGA系统的使用效率,将不同的数据流灌入到硬件系统中,提升电子电路设计的整体质量,便于对设计方法进行全面的创新。

2电子电路设计的创新基本方法

2.1对电子电路进行层次化的设计

进行电子电路层次化的设计首先需要将基本构造分成相应的模块,对不同的模块进行分层次的设计描述,整体设计过程中需要按照从硬件顶层抽象描述向最底层结构进行转换,直到实现硬件单元描述为止,层次化设计在进行管理设计的过程中相比较而言较为灵活,可以根据实际特点选择适宜的设计方式,既能够是自顶向底的方式,也可以是自底向顶的方式,具体情况需要按照实际情况进行分析,对电子电路的设计进行全面科学的管理。

2.2对电子电路进行渐进式设计

渐进式设计也是电子电路设计中经常出现的情况,这种设计方式主要是将一些附加功能带入到管理中,将设计的相关指标使用到设计中,其中包括高频、低频模拟电路、数字电子线路的结构设计,然后依据实际情况设计相应的单元电路结构,将电子电路工作的特点和运行方式融入到设计中,并将线路设计进行全面的整合,注重输入与输出之间的相互关系,保证电路设计的规范性,将电子电路设计得更加便于操作。同时在进行设计的过程中需要对渐进式设计的步骤进行分析,根据应用型电子电路的功能,及时地对电子电路进行组合,在进行拼装时需要关注连接点信号连接的强度、幅度以及电压值之间的关系,将整体电路进行更加科学的设计。

2.3硬件语言描述设计

在进行电子电路设计的过程中还可以使用基于硬件语言描述的形式,首先需要对设计目标进行全面的管理,熟悉电子设计中对信号进行控制的相关原理,保证信号处理的各项参数。在具体信息确定完成之后需要对系统进行分解,找出硬件的总体框架,之后对设计图进行仿真设计,将较为重要的位置使用相关的记号进行标注,然后借助CAD软件对设计进行仿真测试,保证电子电路设计的逻辑关系、正负极值、时序等的正确性,提升方案设计的规范性。

3电子电路设计的创新路径

3.1电子电路构架设计

进行设计创新首先需要对整体的设计构架进行管理,在设计中对FPGA系统进行重新定义,在硬件单元内部建立连接,找出更加明确的构建系统,对设计途径进行创新。在设计结束之后需要对设计目标以及设计结果进行对比,可以采用错误的代码,验证系统在进行甄别过程中的效果,对于出现问题的地方及时进行改进。在结束之后选择适宜的子系统,其中一部分保持原本的运行状态,一部分按照遗传算法进行一定的修改,这样可以对系统进行更加完善的处理,使操作的适应性更强。进行改进之后再对系统进行整体的验证,不断地对设计方案进行改进,使得设计更加符合方案的需要。

3.2对设计环境进行创新

在设计过程中需要对系统的环境进行创新,用于测试的环境需要将测试的硬件与显示的FPGA构架和硬件进行全面的控制,制定适宜的仿真软件。计算机在使用的过程中可以通过通信电缆将数据从计算机下载到FPGA系统中,使用规范化的仪器对数据采集中的硬件和软件进行连接,对设计方案进行全面的评估,并将数据转化进行应试实验,对软件进行仿真处理,提升系统整体运行环境。

4结语

电子电路设计对于科技的发展具有较为关键的作用,需要对系统进行全面的管理,对设计方法进行不断的创新,使设计在多变的环境中实现自我重构,提升设计的科学性,使抽象的理论形象化、复杂的电路实际化。不仅能提高理解分析能力,而且能提高设计能力。通过设计和模拟仿真可以快速地反映出所设计电路的性能,使设计更加生动、直观、实时、高效,更好地为人类造福。

参考文献

[1]梁光胜.电子技术系列课程教学改革的研究与实践[A].中国光学学会光电技术专业委员会,教育部高等学校电子信息科学与工程类专业教学指导分委员会,全国高等学校光学教育研究会.全国光学、光电和电子类专业教学经验交流、研讨会专集[C].中国光学学会光电技术专业委员会,教育部高等学校电子信息科学与工程类专业教学指导分委员会,全国高等学校光学教育研究会,2012.

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[3]宋菲.电子电路设计的创新路径分析[J].数字技术与应用,2015(6):17.

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【关键词】Pspice 模拟电子电路 电子电路设计

在电气、电子、自动化、计算机等类型的专业中，模拟电子电路设计是基础的技术课程，其理论知识较为抽象且电路的原理较为复杂，对于学生来说比较困难，教师也难以教好。本文提出将Pspice应用在模拟电子电路设计中，有了该软件，就等于有了电路以及实验室，完美地将理论与实践结合，为教师和学生提供便利。

1 Pspice软件概述

Pspice软件由Schematics（电路模拟器）、Pspice（仿真软件的数据处理器）、Probe（软件的图形后期处理器）、Stmed（产生信号的工具）、Parts（为器件建立模型的工具）和Pspice Optimizer（软件的优化设置工具）等组成，能够提供强大的电路图绘制、电路模拟仿真、图形后期处理等功能。

Pspice包括以下主要功能：直流特性分析，其中包囊直流静态工作点分析、直流灵敏度分析、直流扫描分析以及直流小信号传递函数值分析；交流扫描分析，包括频率特性分析和噪声分析；瞬态特性分析；蒙特卡罗分析；温度特性和参数扫描分析；最坏情况分析等。

在设计电子电路期间，以既定的功能及技术参数来制定设计方案，可以应用Pspice模拟和连接电路并检测电路设计有无达到预期效果，也可以在计算机上对电路的结构和相关参数进行修改，不断测试、观察输出的波形，直至达到设计要求，以便取得电路的最优技术指标，为电路设计的精准性评价提供便利。此外，还能够分析容差、敏捷性、最坏状况、温度特性等，这些都是传统的方法难以完成的，还能够比较各种设计方案的优劣，方便选择最优的方案，使电路设计最优化。

2 Pspice软件的仿真实例

Pspice软件在电子电路设计中的应用可以提高教学效率，仿真电路的步骤大致分为五步：第一，绘制电路图；第二，分析电路的特性和仿真参数；第三，仿真测验；第四，显示仿真的结果；第五，分析并输出相应的实验结果。下面对Pspice软件的仿真实例进行分析。

2.1 限幅电路的设计实验

限幅电路的示意图如图1所示，二极管的型号为DIN4148，电阻为1kΩ，电源电压为3伏特，当输入电压达到6sin wt的时候，电路要达到限制输入电压幅值的目的。

设置直流扫描分析以及瞬态分析，得出输入电压Ui以及输出电压U0的波形，如图2所示，可见电路对输入电压幅值的限制效果。

在限幅电路的瞬态分析结果示意图中可见（图3），当输入的电压超出固定范围时，超出的部分就会被截止，这样就能使信号的电压在一定的幅值内，防止电路受信号电压的影响出现故障。

2.2 RC正弦振荡电路设计实验

RC振荡电路在电子技术中得到广泛应用，振荡电路在自动进行振荡的过程中，其达到平衡的条件所花费的时长极短，在课堂上，教师直接讲授相关的理论会令学生难以在有限的课堂时间内理解并掌握，因为学生难以根据抽象的理论想象出波形。就此，将Pspice运用到其中，可以观察出振荡电路建立振荡的过程以及振荡器在稳定之后的波形，同时，可以改变电阻或电容，观察其对振荡电路会产生怎样的影响，更加便捷、直观地掌握振荡电路的设计原理及运行原理。

3 总结

从上述的设计实验中可知，在模拟电子电路设计中应用Pspice能够使设计仿真的效果精准且直观形象，为电子电路的设计提供极大便捷。Pspice是应用极广的电路设计及分析软件，具有绘制电路图、模拟仿真电路、图形后期处理等强大功能，在建立真实的电路之前，在该软件上设计、绘制仿真电路，依据具体的需求来设置相应的参数，断定电路设计是否科学、性能是否可靠、能否达到设计的要求、有无必要修改电路等，还可以对元件的变化会对电路造成怎样的影响进行综合评估，同时也能对一些电路的特性进行测量分析。总之，Pspice的应用能够为电子电路的模拟仿真设计带来很好的内外部条件，帮助设计者设计出最优电路，提高教师的教学效率和学生的掌握速率，从根本上减少成本支出，使电路设计最优化，提高电路性能的可靠性，是模拟电子电路设计中必不可少的仿真设计软件。

参考文献

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[2]付巍.Pspice在模拟电子电路设计中的应用[J].机械工程与自动化，2006（03）.

[3]段天睿，滕照宇，姚勇，李兴红.柔性线路板串扰Pspice仿真分析及应用[J].安全与电磁兼容，2009（05）.

[4]宋国民，王宁，张爱云，周维.Pspice仿真平台在共轨ECU设计中的应用[J]. 现代车用动力，2009（03）

[5]周润景，张丽娜，王志军.Pspice 电子电路设计与分析[M].北京： 机械工业出版社，2011

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在现今的市场经济环境下，任何的消费者都是追求性价比最大的原则。在使用一些电子元件的时候，一方面要注意产品的质量，同时还要在选择产品元件的时候注意价格因素，在价格和质量之间找到一个完美的结合点，这样的产品才是最受欢迎的和市场竞争力高的产品。

2电子电路设计的基本步骤

电子电路设计的基本步骤的了解也是进行电子电路调试的一个重要的环节，这样的话在调试的过程中间，我们也可以利用设计的步骤进行相反的推演。

2.1分析设计课题，明确功能要求

在看到设计的课题的时候，我们应该认真的研究课题，找到课题的重心，和中心，然后对课题进行深入的研究，确定课题的每个方面，考虑到每个细节，最后确定设计的电路的功能，所需要的元件，各个元件的功能，制造出顾客满意的电子电路。

2.2确定核心功能器件和总体设计方案

在明确设计课题的思路之后，对课题的设计的电子电路有一个明确的定位，根据设计的电子电路的具体功能有了具体的了解，我们才好确定所需要的功能器件，再采购功能器件，最后设计一整套的设计方案，当然方案的设计最好多设计几套，毕竟方案是理论的产物，现实的需要中可能会出现偏差，这也是有备无患，况且也可以在这些方案中间选择一个最优的方案实施。

2.3功能单元电路的设计与选择

在设计功能单元电路的时候，我们要明确对各个单元的电路的要求，针对这些具体的要求在制定出准确的指标参数。选择各个单元的功能的时候我们要注意的是不是单纯的选择，还要根据这个元件的连接的各个元件之间的配合来选择这样的单元电路的设计才是符合整体性的要求，设计出来的电路不是单纯的零件的组合，而是各个零件的相互的配合，最后形成的一个有机的结合体。

2.4初步形成整体设计

在完成以上步骤的前提之下，就要形成一个相对完整的设计方案，这个方案要求是考虑到各个方面的因素，不会出现低级的错误，加上加工整理形成一个电路设计的雏形，建立一个宏观的框架。

2.5电路试制

在电路图的设计定稿之后，就可以进行电路的试制，制作出相应的电路板，焊接相应的电路元件，最后检查相应的元件是否完好，连接的是否紧密，安装好之后还可以进行通电调试，看看是否需要优化。

2.6电路的调试和定性

最后在以上的各个步骤完成之后，就要在制作的样品中间进行测试调节，然后选出最好的电路设计，在这个过程中间首先是进行调试，对其中的问题进行检查维修，在交友相关的部门试用，确定适合以后在定性生产，在调试定性的过程中间我们要详细的记录下来各种数据。本文来自于《电子科技》杂志。电子科技杂志简介详见

3调试仪器的介绍

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关键词：电子电路设计教学；软件实际应用

随着计算机技术的发展进步，计算机软件的开发应用发展空间也越来越广阔。计算机软件对于电子线路设计而言，其重要性不言而喻，可提供给电路设计更合理的参数方案，无论是教学应用中亦或社会应用中，均占有极高的比重和地位。目前，已有诸多设计者在设计和研究电路的过程中，利用电脑仿真技术来分析调试电路设计，充分证实计算机软件是实现电子电路设计的关键工具。

一、电子电路设计教学和计算机软件的发展现状

在计算机技术迅猛发展的当前，几乎任何行业的发展都离不开计算机软件的开发利用，特别是电子电路设计领域，应用各类计算机软件进行电路设计既快捷便利，又能有效验证电子线路的功能及连接。而随着计算机软件的普及应用，其类型功能等越来越完善，也得到了广泛的认可。在实际的电路设计中，无论设计亦或搭建线路，都需要电路图绘制、结构调动、电路及元件设计等电子领域共同参与，这就表明需要用到的计算机类型也不尽相同，也是促进计算机软件完善发展的内在动力。

目前，我国大多数高校开设的电子电路设计课程主要以“理论+实践”为主，这种课程模式提供给学生学习电路设计更广阔的发展空间。而使用计算机软件辅助教学，让学生掌握软件使用方法，可利于学生通过软件工具设计电子电阻，搭建和调试其线路。在电路设计教学中应用辅助软件，最具有代表性的实例即模拟电子技术实验教学，其不但能使学生获得基础性知识，通过课堂的实践练习更加深入认知电路设计和仿真软件应用，也可在课程后期实践中，更进一步融合电子电路知识与软件知识。从这个角度来看，进行电子电路教学，对电路设计结合计算机软件意义非凡，也是我国电子电路技术发展的基础前提。

二、电子电路设计教学中辅助软件的应用

（一）Portues软件的应用

目前，在电子电路设计的教学中，Portues软件的应用较为普遍，此软件具有强大的辅助设计功能，作为仿真教学软件之一，在科技水平大幅度提高的今天，逐渐受到电子电路专业师生的青睐。Portues软件的应用需通过在界定页面演示后，根据仿真实验结果所得结论制定或优化相关解决方案。这种仿真模式能提高软件利用效率，得出一系列仿真波形和图像，实现更深入的修改。通常来说，在传统的设计过程中，设计者需要将初始的原理图做成实际测试版进行调试，发现问题后，需要进行电路板的修改和完善。使用该软件则可避免这一环节，只要通过该软件就能分析原始电子电路设计，并自动生成其研究结果。从这个角度来说，该软件具有操作便利、功能全面的优势，并及时调整电子电路设计过程中产生的数据，在学生实训实验的过程中，也有利于解决电子电路设计教学中的问题。同时，该软件的检测手段更科学，可完全取代传统落后检测模式，且能够大大降低实验成本，对提高教学效率减少设计时间作用巨大。

（二）CAD软件的应用

CAD软件在电子电路设计教学中的应用，与其他软件相比具有研究不同图像的特点，在教学中应用相对广泛。而在电子电路教学不断发展的今天，该软件不但有利于电路制图，也有益于核算相关数据和绘制几何图形。教师在利用该软件进行电子电路设计教学时，可根据电子电路设计类型的不同，展示不同设计的方案及措施。而且，学生利用该软件进行实践，可了解到电子电路设计中的各种问题，并更便捷快速地解决面临的问题，使学生在实践中不断累积经验，提高自身动手能力及解决问题的能力，进而避免这些问题对教学的干扰。另外，CAD软件本身拥有元件整理库，故能在教学中设置电子电路设计的相关元件，还能直接及时地给出解决电路设计中所存问题的方案。在教学中利用该软件辅助，可有效减少制作原理图像的时间，使学生深刻记忆制作设计的图像。但需要注意一点，即教师要详细说明模拟元件与真实元件的区别，以免学生在实践操作中受到不安全因素的威胁。

（三）EWB软件的应用

EWB软件是技术型仿真软件，其中涉及大量高科技元件与电路模型。从仿真软件角度来说，EWB软件的使用功能十分强大，能够进行整体的电子电路分析，并可提出相关问题。该软件与其他软件相比，更具适用性，可以实现不同的电子电路设计。因此，当教师利用该软件辅助教学时，应注重强调其不同所在，既要让学生充分利用软件主要功能，也要了解相关拓展功能。例如，系统的扫描分析电子电路形式时，该软件在仿真各种函数的同时，也可模拟电路生成。另外，在学生利用软件中涉及的高科技元件和功能完善原始电子电路设计的过程中，教师应详细地向学生介绍并解释相关软件的生成，以确保学生能够全面掌握软件使用方法，进而开展高效的学习。在电子电路设计中只有不断了解EWB软件，将其全面融入其中才能展现其精准程度与时效性。

三、结束语

通过上文分析可知，辅助软件应用于电子电路设计教学中，无疑是对电路设计和功能检测教学方法的最佳补充。教师在备课期间，应对各种辅助软件运用特点进行合理比较，以便择取更具备教学价值的软件进行教学，实现对电路参数的全面讲解，培养学生独到电力工程设计见地，进而为其将来就业发展奠定良好基础。

参考文献：

[1]李叶明.浅析Multisim仿真软件在电子电路实验教学中的运用[J].都市家教（上半月），2015，（4）：268-268.

[2]顾玲芙.各类软件在电子电路设计教学中的运用[J].电子制作，2013，（20）：132-132.

[3]顾学俊.分析各类软件在电子电路设计教学中的应用[J].电子测试，2015，（7）：130-131，122.

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电子技术是一门实践性很强的课程，其中电子电路设计是一个重要的实践环节，掌握单元电路的设计方法是每个电子工程师必备的能力。具体介绍了单元电子电路设计步骤及几种重要单元电路的设计方法。

电子技术是一门实践性很强的课程，加强技能的训练及培养，是提高工程人员的素质和能力的必要手段。在电子信息类教学中，电子电路设计是一个重要的实践环节，着重让学员从理论学习过渡到实际的应用，为以后从事技术工作打下坚实的基础。

设计电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各个部分进行单元的设计，参数计算和器件选择，最后将各个部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。因此，掌握单元电路的设计方法和实际设计电路的能力，是电子工程师必备的能力。

一、电子技术及单元电路概念

所谓电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的一门学科。包括信息电子技术和电路电子技术两大分支。信息电子技术包括模拟电子技术和数字电子技术。电子技术是对电子信号进行处理的技术，处理的方式有信号的发生、放大、滤波、转换。

电子电路是由两部分组成，即电子元件和电子器件。电子原件是指电子设备中的电阻器、电容器、变压器和开关等，而电子器件通常由电子管、离子管、晶体管等构成。电子电路按组成方式可分为分立电路和集成电路。单元电路是整个电子电路系统的一部分，常用的单元电路有放大电路，整流电路，震荡电路，检波电路，数字电路。总体来说是与门，非门，或门及其组合的计数电路，触发器，加减运算器等。单元电路的设计训练是为了能提高整体电子电路的设计水平。

二、单元电路的设计步骤

1.明确任务

单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟定出单元电路的性能指标，这是单元电路设计最基本的条件。通过计算电压放大的倍数、输入及输出电阻的大小，并且根据电路设计的简单明了、成本低、体积小、可靠性高等特点进行单元电路的设计。

2.参数计算

参数计算是为了保证单元电路的功能指标达到所需的要求，参数计算需要电子技术知识，对这方面的理论要求很高。例如，放大器电路中我们通常需要计算各电阻值以及他们的放大倍数；振荡器中我们通常需要计算电阻电容以及震荡频率。进行参数计算时，同一个电路可能得出不止一组数据，我们要注意选择数据的方法，选择的这组数据需要完成电路设计的要求，并且在实践中能真正可行。

3.画出电路图

为详细表述单元电路与整机电路的连接关系，设计时需要绘制完整的电路图。通过单元电路之间的相互配合和前后之间的关系使得设计者尽量简化电路结构。例如对于单元电路之间的级联设计，在各单元电路确定以后，还要认真仔细地考虑它们之间的级联问题，从而到达减少浪费，从而降低工作量。注意各部分输入信号、输出信号和控制信号的关系，模拟输入、输出，使得输入、输出、电源、通道间全隔离，将

转贴于

直流电流、电压信号分成多路相同或不同的电流、电压信号，实现不同设备同时采集控制。

（1）注意电路图的可读性

绘图时尽量把主电路图画在一张纸上，比较独立和次要部分画在令一张纸上，图的端口和两端做好标记，标出各图纸之间信号的引入及引出。

（2）注意信号的流向及图形符号

一般从输入端和信号源画起，又左至右或者由上至下按信号的流向依次画出单元电路。图中应加适当的标注，并且图形符号要标准，

（3）注意连接线画法

各元件之间的连接线应为直线，并且尽量减少交叉。通常情况下连接线应水平或垂直布置，无特殊情况不画斜线，互相连接的交叉用原点表示。

三、几种典型单元电路的设计方法

单元电路的设计是否合理，能够关系到整个电子电路的设计是否能够正常运行。因此，各个单元设计的工程师纷纷致力于单元电路的设计。

1.对于线性集成运放组成的稳压电源的设计

稳压电源设计的一般思路是让输入电压先通过电压变压器，再通过整流网络，然后经过滤波网络最后经过稳压网络。在单元电路中，对于串联反馈式稳压电路大体上可分为调整部分、取样部分、比较放大电路、基准电压电路等。经过这样设计的线路，具有过流及短路保护功能，当负载电流到达限额是能起到保护电路的功能工作。其具体设计方法为：对于整流出来的直流电是很少用来直接带动负载，还必须滤波后降低其纹波系数，但这种电路不能起到稳压的作用。所以稳压电源都应满足一定的技术指标。

2.单元电路之间的级联设计

各单元电路确定以后，还要认真仔细地考虑它们之间的级联问题。如电器特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合以及相互干扰等问题。

对于电气性能相互匹配的问题有些涉及到的是模拟单元电路之间的匹配，有的涉及到的是数字单元电路之间的匹配，有的则需要两者兼顾。从提高放大倍数和负载能力考虑，希望后一级的输入电阻要大，前一级的输入电子要小，但从改善频率响应角度考虑，则刚好相反。

信号耦合方式有直接耦合、间接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光耦合。直接耦合方式最简单，但是在静态情况下，存在两个单元电路的相互影响，因此在电路分析时应加以考虑。

时序配合的问题比较复杂，先对系统中各个单元电路的信号关系进行详细的分析，来确定系统的时序，以确保系统正常工作下的信号时序。最后设计出实现该时序的方法。

3.对于运算放大器电路的设计

运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元，在实际电路中通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。运算放大器的设计中，其基本参数应当选择单、双电源供电，电源电流。而且应当输入失调电压、输入失调电流、输入电阻。并且转换速率、建立时间。设计中应当正确认识、对待各种参数，不盲目片面追求指标的先进。其中值得引起重视的是：依据推荐参数在规定的消振引脚之间接入适当的电容消振，这是为了消除运放的高频自激，同时为了减小消振困难这一情况，应尽量避免两级以上放大级级连。

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【关键词】电子工程设计;高频电路;教学研究

1.引言

《电子工程设计》是电子信息工程专业的一门专业课和必修课。本课程是学生学习电子技术十分重要的教学环节之一，是对学生学习电子技术知识的综合实践训练。通过电子技术实践教学环节，使学生巩固所学的电子技术理论知识，培养学生解决实际问题的能力，加强基本技能的训练，切实提高学生的实践动手能力和创新能力。教学任务是通过本课程的学习使学生掌握常用电子元器件基本知识，常见电子电路的设计，综合电子应用电路的设计，电子线路板元件布置与布线基本知识，元件焊接技术，硬件电路的调试技术，电信号的检测技术。

课程内容中高频电路设计部分是重点也是难点，高频电路设计包括各种调谐电路的设计、高频振荡器的设计以及实际电路的制作和调试。学生在进行各种参数选择和电路调试的过程中很容易出现问题，本文针对高频电路设计和调试方法进行了深入的教学研究，结合课程讲授过程中的实际问题对此部分教学内容做了详细分析，并取得了良好的教学效果。

2.调谐放大电路的设计和调试方法研究

调谐放大器是一种选频放大器，即从所输入的信号中选出有用信号并进行电压放大。调谐放大器在各种电子设备、发射和接收机中被广泛应用。在调谐放大器中由L、C元件组成并联谐振回路，对信号进行选频[1]。放大器件可以是双极型晶体管，也可以是场效应管。

2.1 原理电路

图1 原理电路一

图2 原理电路二

RB1、RB2、RE提供管子的静态工作点，使管子处在放大状态。电路之一中的L、C组成并联谐振回路，决定谐振频率。电路只对谐振频率及其通频带内的信号进行电压放大，而对通频带以外的输入信号不放大，从而实现选频放大。电路之二的直流偏置与电路之一相同。电路中的C、L1、L2决定谐振回路的谐振频率。放大的电压信号经L1、L2之间的互感耦合，由L2两端输出。上述电路在发射和接收设备中被广泛应用。如超外差收音机的中放电路、电视机的中放电路等普遍使用上述电路。

2.2 电路的设计方法

（1）按所需谐振频率选择LC参数

谐振频率由L、C参数共同决定，在设计中一般先固定电容的参数，选择电感元件的参数。在设计高频谐振回路时，由于管子的结电容和元件分布电容影响谐振频率，选择电容参数时适当将容量选的小些。电感最好选用具有磁帽的电感，以方便电路调试时微调电感量。如果选用有骨架电感，可通过增减匝数来微调电感量;如果选用空心电感也可通过改变匝与匝之间距离来微调电感。

（2）三极管放大电路的设计

电路属于小信号放大电路，设计时参照中频段单管放大电路的设计过程。其实就是通过设计使管子具有合适的静态工作点，并具有合适的动态范围。如UCEQ≈1/2VCC。注意：对直流来说LC回路相当于短路。

2.3 电路的调试方法

（1）静态调试

调试电路的静态工作点，使电路中管子的静态电流和有关电压达到设计值。UCEQ最好接近1/2VCC。

（2）动态调试

在信号输入端输入接近LC回路谐振频率的频率可变的信号，用毫伏表测试LC回路的电压。将输入信号由低到高改变频率，观察毫伏表读数，当毫伏表读数最大时，所输入的信号频率就是该电路所放大的信号频率。

上述毫伏表可以用示波器代替。当示波器显示波形幅度最大时，所输入的信号频率即为该LC回路的谐振频率，也就是该电路所放大的频率。在没有毫伏表的情况下，也可以用万用表直流电压档测量管子的UCE，在LC谐振时UCE最小。如果电路的谐振频率偏离设计频率，可以通过微调电感量进行谐振频率的微调。如果谐振频率偏离设计值太多，可先改变电容的容量，然后再微调电感量。如果有条件最好用扫频仪调试放大电路的频率特性。

3.高频正弦振荡电路的设计和调试方法研究

所谓高频正弦振荡器是指产生几百kHz以上正弦信号的电路（几赫兹～几千赫兹正弦信号由RC正弦振荡器产生）。

高频振荡器按选频网络分为LC正弦振荡器和石英晶体正弦振荡器[2]。LC正弦振荡器的频率稳定度为10-2～10-5，石英晶体正弦振荡器的频率稳定度为10-7～10-9。

LC正弦振荡器的振荡频率可通过改变电感量实现微调。如果需要使振荡频率该变量较大，一般先改变谐振回路电容的容量，然后微调电感量。当石英晶体的标称频率选定后，石英晶体振荡器的振荡频率基本固定，虽然理论上可通过改变配谐电容的容量来微调振荡频率，但由于配谐电容的容量很小，在实际中通过改变配谐电容容量对电路振荡频率的改变很很小。只要应用场合对振荡器振荡频率稳定度的要求不是很高，实际中高频振荡器大多是LC正弦振荡器。

3.1 LC正弦振荡器的电路设计

从理论上讲，LC正弦振荡电路有变压器反馈式、电感三点式、电容三点式、改进的电容三点式（克拉拨电路）。实际中的LC正弦振荡电路上述四种形式都有，但最多的是电容三点式和改进的电容三点式[3]。这是由于电容三点式电路管子的结电容和元件分布电容对谐振频率的影响小。电容三点式电路原理电路如图3所示。

图3

由管子和RP、R1、R2、R3、R4、C1、C2组成的电路是小信号放大电路。显然它是阻容耦合共基极放大电路。电阻决定电路中管子的直流偏置，由于整体电路为振荡电路，管子在处于放大状态的前提下，应尽量使直流偏置小些，即静态工作点靠近截止区，如管子的静态集电极电流一般在（1～2）mA。电容C1、C2为隔直通交电容，它们的容量视振荡频率决定[4]。

振荡频率计算公式近似为：

在选择C3和C4容量时，要注意C4对谐振频率的容抗决定正反馈的大小，其容抗越大则正反馈量就越大，电路容易起振[5]。但正反馈量过大会使管子退出放大状态，反而电路不能振荡。在设计中先选择C的容量，然后计算L的电感量。振荡频率在几MHz以下时，C的容量选几百pF;振荡频率几十MHz时，选C为几十pF。在C的容量选定后，根据振荡频率f0确定L的值。

3.2 电路的调试方法

先调试放大电路的静态工作点：先将LC谐振回路用短路线短路，则整体电路仅为放大电路。放大电路的调试仅调节静态工作点即可。即通过调节RP的阻值，改变管子的静态工作点，使其达到设计值（一般小功率振荡电路，静态ICQ=1～2mA）。

静态调试完成后调试动态：即将原跨接在LC谐振回路的短路线去掉，通电后用示波器观察振荡波形。在LC回路元件参数选择合理时，只要电路的静态合适，接通电源后一般都能振荡。

振荡频率的微调：振荡频率的微调一般通过改变电感量实现。如果使用无骨架电感，通过增减线圈匝数或改变匝间距离改变电感量;如果使用有磁芯电感，则通过调节磁芯与线圈的距离改变电感量;如果使用无磁芯有骨架电感，只能通过增减线圈匝数改变电感。

电路不起振可能是下列原因之一：

（1）电路的静态工作点过低，或管子的β值太小

解决的方法分别是通过减小RP阻值来提高静态工作点。这个工作可在用示波器观察着振荡波形的情况下微调RP阻值。

如果是管子β值太小引起的不起振，则应更换β值大一些的管子。一般β值在几十以上就可，β值过高会使电路工作不稳定。

（2）电路中LC回路的Q值太低

解决的办法是增大L/C的数值，即在LC乘积为常数的情况下增大L/C的比值。或减小线圈的损耗电阻（改用线径粗的绝缘漆包线绕制电感），或减小负载对谐振回路的影响。前两个原因往往是LC回路设计时元件参数选择的不十分合理。

（3）正反馈量过小或过大

解决的办法是在保证总电容量基本不变的情况下，改变C3、C4的比值。C4对振荡频率的容抗越大，正反馈就越大。

4.小结

通过理论教学和实践教学过程中得到的经验，对高频调谐电路和高频振荡电路设计的设计方案，参数选择方法和电路调试方法进行了总结，根据理论计算数据调试电路是教学的难点，也是把理论应用于实践的关键，采用了上述教学方法能够有效地解决学生在调试过程中出现的各种问题，提高学生的设计水平和能力。

参考文献

[1]付家才.电子工程实践技术[M].化学工业出版社，2003.

[2]戴伏生.基础电子电路设计与实践[M].国防工业出版社，2002.

[3]吴慎山.电子线路设计与实践[M].电子工业出版社，2005.

[4]姚福安.电子电路设计与实践[M].山东科学技术出版社，2005.

篇7

（1）线路检查主要包括两个方面：一是检查线路连接是否正确，有无错线、少线、多线，特别注意检查电源、地线连接是否正确，可以通过对照设计电路图进行核查，按照一定的顺序逐级对应检查，思路要清晰，避免漏查，可以在图上将检查过的线路进行标记。二是要注意一些元器件的连接是否正确，例如二极管和电解电容的极性是否接对，三极管和集成电路各引脚是否接对，还可以轻拔元器件，看焊点是否牢固等。

（2）通电观察：将经过准确测量的电源电压接入电路，但先不接入信号源，观察电路是否出现一些异常现象，比如冒烟、放电打火、闻到异味、轻触元器件是否发烫等等，若有也切记不可惊慌，应该立即切断电源，找出故障元器件，采用相关措施排除故障后再接入电源。然后再测试集成块的电源引脚电压值是否正常，确保电路可以正常通电。

（3）功能测试：先不接入信号源，对于模拟电路，主要测试电路的静态工作点参数是否正常，比如放大器件能否正常工作在放大区；对于数字电路，主要测试各门电路输入、输出端的电平电压值是否正常，以及逻辑关系是否正常；对于运算放大器，除了检查正、负电源外，还要检查调零电路，能否消除零点漂移的影响。然后在电路输入端接入适当频率和幅度的信号源，可以通过双踪示波器观察输入、输出信号的波形形状、信号幅值、相位关系、频率、放大增益等相关参数，逐级进行测试。

（4）指标测试：经过前几个步骤的检测，可以确定电路能够正常工作，然后根据设计要求对相关技术指标进行测试。准确记录测试数据，进行分析，得出结论，确定电路的技术参数是否合格，如果有需要，再进一步对电路参数做出合理的修正。

其次，调试方法主要有两种：分块调试法和整体调试法。

（1）分块调试法：这种方法是把整体电路按照每部分的不同功能分成若干个模块，然后对每个模块的性能单独进行调试。为了确保模块分拆合理，调试顺利，必须先熟悉电路工作原理，然后调试的时候最好按照信号的流向展开，一级一级的进行，逐步扩大调试范围，最后将所有模块的调试结果进行综合测试，完成总调。另外，分块调试可以是边安装边调试，即每安装完一个模块就调试一个模块，也可以将电路整体安装完毕后，再进行分块调试。分块调试因为是在较小的模块内进行，所以比较容易发现问题，也便于解决，因此，这种方法比较适合新设计的电路。

（2）整体调试法：这种方法是把电路整体安装完毕后，进行一次性总调，不单独分块调试。它适合于结构比较简单的电路，或者一些不能分块调试的以及定型的产品。

最后，在调试过程中要注意的一些问题：

（1）在调试之前，应当先确定所用仪器的完好，并且熟悉它们的功能和使用方法，调试时应注意仪器的地线与被测试电路的地线是否连接好，避免因为仪器使用不当而做出错误的判断。

（2）对于所使用的信号发生器、直流稳压电源、时钟信号产生电路等等，要单独进行调试，只有它们是可靠的才能保证电路的正常工作。

（3）调试发现问题需要更换元件，或者更改线路连接，切记一定要先切断电源，虽然一些电源电压值不足以对人体造成伤害，但不能保证连接过程中由于电路结构改变可能对元件造成的损害，要确定连接无误后再接入电源。

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关键词：电子线路；抗干扰；设计

中图分类号：TM13 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0245-01

在电子线路实际设计过程中，需要从多方面、系统化找寻电子线路各项抗干扰措施，正确在此领域少走弯路，节省劳力与时间，防止完成设计之后，因出现严重干扰或不合要求状况，避免由此而对工作所产生的负面影响。干扰电子产品的各类因素主要有：（1）干扰源。即为干扰的信号、设备与元件，比如高频电路、可控硅、电磁波、雷电、电机及继电器等，这些均能成为干扰源；（2）传播途径。即为干扰自干扰源向敏感器件传播的媒介或通路；（3）敏感器件。指易扰的对象，如弱信号放大器、数字Ic及单片机等。针对上述问题，需在设计原理图及绘制电路板图时，尽可能将干扰源抑制消除，将其传播途径彻底切断，实现敏感器件相应抗干扰性能的提升。

1 原理图设计的抗干扰技术

对于电子线路运行现场环境而言，以恶劣居多，易引发严重设备事故。至此，结合差模干扰特征方面所持有的差异性，选用适宜电路，能够有效且符合实际需要的抑制差模干扰，选择如下：（1）对于差模干扰频率而言，如果其在有用信号频率的两侧位置存在着，那么，可结合实际需要，选用带通滤波器；（2）若差模干扰频率接近于有用信号频率，可用补偿法；（3）差模干扰频率在某个相对固定的频率上，可选用带阻滤波器；（4）若传感器为开关型输出，可设置阈值平，以此对低幅度差模所造成的干扰进行有效性抑制；（5）对于差模干扰相位而言，如果其与被测信号之间出现差别比较大的情况，可选用对被测信号相位进行测量的方法，完成电路设计。

2 选择器件的抗干扰技术

通过合理化选择器件，同样能够最大化减少干扰，特别是当前比较先进的数字逻辑器件，用此可产生非常有益的射频能量：（1）在变换成逻辑状态过程中，如若所选择的元件具有比较小的输入电流消耗。需注重的是，当具有最大的容性负载时，器件全部管脚同时进行逻辑切换，由此而产生出的最大尖峰电流，既不是非静态电流，也不是平均电流。（2）选用与功能要求相符且具有较低速率的逻辑器件。虽然具有较低速率的器件，实现较为困难，但仍然需要尽可能避免为达成一般逻辑功能，而对亚纳秒级器件进行盲目性运用。（3）在选择接地管脚与电源时，需尽可能选择位于封装中央的，并且以处于相邻状态的逻辑器件为宜。（4）若所选择器顶部有金属芯或者是陶瓷外壳，需依据实际需要，选择切实有效的接地散热器。

3 PCB布线抗干扰设计

3.1 双面与单面板布线的要点

（1）单面PCB。射频返回电流仅有唯一概念层面的设计技术，此技术便是运用接地走线，另外，还能促使其在物理层面上，尽可能接近于高敏感信号的走线旁。无论是系统的电源，还是对应的接地返回电路，都需要着手平行布线，另外，对于可能有能量输入至电源输入开关的器件，需布置必要的去耦电容。如若采用接地设计及网格电源时，需指出的是，网格需尽量连接合并。如果不选用网格系统，对于此时的器件而言，其所产生的射频环路电流，在无需任何方法辅助的状况下，可能不好寻找一个阻抗较低并且与之相融的射频返回路径。（2）双面PCB。多采用对称排列器件，来替代射频电流，形成返回路径。对于电磁所持有的兼容性而言，采用双层板，乃为一种实用型技术，能够将低阻抗路径提供给射频RF返回电流。

3.2 多层板的益处

（1）若多层或一层板子专用于接地与电源，便会形成固体绝缘层。（2）去耦结构较好。（3）当电环路的面积出现相应减少时，其敏感度与差模辐射，同样也会出现减少，另外，差模电流在其情况下，也会随之减少，对于共模RF能量，能够形成抑制。（4）对于电源返回路径，以及信号的阻抗而言，其大小也会得到相应减小。

3.3 旁路与去耦

对于旁路与去耦能偶而言，其能够有效的避免能量自一个电路单一性的传送至另外一电路，以此来达到提升电源质量的目的。其有三类电路，分别是器件、内部电源连接及电源与接地层。针对去耦合来讲，其对于从数字电路，切换成逻辑状态，能够有效规避，乃是一种切实有效的干扰手段。针对数字逻辑，通常情况下，其状态有两种，分别为“0”与“1”。

4 结语

总而言之，电子线路在运行中存在有诸多的干扰因素，这些因素会影响线路的正常运行，因此，采取有效的抗干扰设计方案，对于规避此状况尤为重要。

参考文献

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关键词：数字电路 EDA 设计系统 仿真

中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0102-01

数字电路的发展经过了电子管、半导体分立器件以及集成电等几个阶段，与模拟电路发展类似，到上世纪六十年代，数字电路逐渐发展成为了由双极型工艺制成的小规模、中规模的逻辑器件。随着计算机技术的不断发展，微处理器的出现，到七十年代末，数字电路在性能上又发生了飞跃性的变化。

1 数字电路与EDA实验设计系统

1.1 数字电路

数字电路即是以数字信号来对数字量进行运算的电路，包括算术运算与逻辑运算。由于数字电路同时具有逻辑运算与处理的功能，因此也被称为逻辑电路，是由若干数字集成器件所构成的。随着数字电路中可编程逻辑器件PLD的出现，以及现场可编程门阵列FPGA的发展，数字电子技术规模不断扩大，而在结合相应软件后器件功能更加完善，使用更加灵活。

1.2 EDA实验设计系统

EDA实验设计系统即电子设计自动化，是一种用软件设计方式对电子系统到硬件系统进行设计的新的实验设计系统。该系统的设计载体为大规模可编程逻辑器件，设计工具包括计算机、大规模可编程逻辑器件的开发设计与试验系统开发软件等。EDA实验设计系统的应用实现了逻辑编译、逻辑分割，以及逻辑综合、化简与优化，同时也实现了逻辑布局与仿真，进而对特定的目标芯片进行适配编译、逻辑映射、编程下载，最终形成集成电子系统。

2 数字电路及EDA的应用及意义

2.1 数字电路及EDA的应用

随着数字电路的迅速发展，EDA在科研、教学、产品设计中的应用逐渐扩大，尤其是在教育领域，电子科技类高校几乎都上设置了EDA 课程，包括EDA概念、原理的学习，以及VHDL 描述系统逻辑方法和EDA电子电路模拟仿真实验的学习等等。高校教学中，可借助CPLD/ FPGA 器件进行课程设计、实验教学、设计竞赛与毕业设计等，进而提升实验设备与设计电子系统的经济性、可靠性、快速性，使之容易实现，方便修改，更多的提供学生践动手的机会，达到提高学生分析能力、思维能力、创新能力、动手能力以及设计开发能力。

通过电路模拟工具来完成对电路的设计、仿真与调试等应用，CPLD/ FPGA 器件的开发可直接应用到少量产品的芯片中，也能够在具体的仪器设备中使用，同时也可以应用到大批量产品的芯片前期开发中，尤其是机电产品的改造与升级，能够大幅度的提升产品的性能、质量、技术含量等。

2.2 应用意义

首先，EDA实验设计系统是现代电子设计的原动力。数字电路与EDA实验设计系统技术的掌握，对广大的高职学生、等学历的电子工程师来说意义重大，并且势在必行，只有与时俱进掌握EDA 技术，才能够有效地提升设计效率，参与到世界电子工业市场竞争中来，得以长远的发展。EDA实验设计系统的发展是电子设计、电子产品发展，以及电子产业的一项技术革命，这对电子类课程教学也提出了更高的要求。理工科的高校都开设了此类课程，特别是对电子信息类专业的学生而言，在日常的教学过程、毕业设计等都可以借助CPLD/FPGA器件，使试验设备具有高可靠性，设计出的电子系统经济快速。通过以上方面的训练，学生的实践动手能力乃至创新能力大大提升。

其次，EDA实验设计系统能够增加电子设计的核心竞争力。电子技术发展迅速，电子产品更新换代时间很短，而EDA作为电子产品开发的原动力，掌握好该技术能够增加电子设计的核心竞争力。EDA技术在科研、产品设计以及教学等方面都发挥着很大的作用。在产品设计方面，无论从微处理器到彩电音响等，EDA技术不单在前期的工作中如计算机模拟仿真等，也在电子设备研制与电路板制作等过程中有很大的作用。在科研方面，其目的是利用有效电路工具进行电路设计仿真，将某些元器件应用开发到仪器设备中，利用虚拟的仪器进行产品调试。在传统的机电产品开发升级过程中，CPLD/FPGA的应用可提高传统产品的性能，提高产品的市场竞争力。对于电子产品的研发而言，EDA技术是赋予产品的源源不断的生命力，是现代电子设计核心所在。

3 结语

随着电子技术全面的纳入了EDA的范畴，而各学科也因电子自动界限变得更加模糊与相互包容，尤其体现在以下几个方面：

（1）ASIC作为基于EDA实验系统设计工具的设计标准单元，已经在IP核模块以及大规模的电子系统中得以运用；（2）硬件与软件IP核在电子自动化行业不断发展；（3）电子设计成果可能以自主知识产权的模式予以明确的表达和确认。

参考文献

[1]谢良友.SZX数字电路实验箱.湖南师范大学自然科学学报.第18卷第2期.1995.6.

[2]周仲.国产集成电路应用500例北京：电子工业出版社出版，1988.

篇10

关键词： 数字电路设计； 现代数字逻辑设计方法； 数字电路教学改革； 转换真值表

中图分类号： TN710?34； TP302.1 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）07?0139?04

Research on the necessity of change in digital circuit design method

based on CPLD/FPGA

SHUANG Kai， CAI Hong?ming

（College of Geophysics and Information Engineering， China University of Petroleum （Beijing）， Beijing 102249， China）

Abstract： Application of large?scale programmable logic device has brought great flexibility to digital system design. The introduction of standard logic design language has greatly changed the design method， design process and design concepts of traditional digital system. As a technical foundation teaching link in the university， it should be adjusted accordingly. The problems of the traditional design approach and advantages of modern logic design methods are compared through the combinational logic and sequential logic design examples. By contrast， the modern logic design techniques has replaced the traditional method of digital system design and become the mainstream of the digital circuit design， which is the inevitable trend of development of electronic technology.

Keyword： digital circuit design； modern digital logic design method； digital circuit teaching reform； conversion truth table

0 引 言

20世纪90年代，国际上电子和计算机技术较为先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过类似软件编程的方式对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使硬件设计像软件设计那样方便快捷。这就极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了数字逻辑电路设计技术的迅速发展。本文通过几个设计实例的对比阐述一个道理，随着数字电路中先进设计方法的引入，高等学校中数字电子技术的教学内容必须随之得到改善，使之与技术进步相互适应[1?3]。

数字电路根据逻辑功能的特点，分成两类，一类叫组合逻辑电路（简称组合电路），另一类是时序逻辑电路（简称时序电路）。组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅取决于该时刻的输入，与电路初态无关。而时序逻辑电路任意时刻的输出不仅取决于当时的输入信号，还取决于电路原来的状态。本文从这两方面就传统手工设计存在的问题进行讨论。

1 组合逻辑设计中传统设计方法与可编程逻辑

设计方法的对比

列真值表，逻辑关系式，逻辑化简是组合逻辑设计的几个重要步骤。但这一经典的组合逻辑设计步骤并不总是必须的。实现特定逻辑功能的逻辑电路也是多种多样的。为了使逻辑电路的设计更简洁，通过各种方法对逻辑表达式进行化简是必要的。组合电路设计就是用最简单的逻辑电路实现给定逻辑表达式。在满足逻辑功能和技术要求基础上，力求电路简单、可靠。实现组合逻辑函数可采用基本门电路，也可采用中、大规模集成电路。

例1：三个人表决一件事情，结果按“少数服从多数”的原则决定这一逻辑问题[4?5]。在“三人表决”问题中，将三个人的意见分别设置为逻辑变量A、B、C，只能有同意或不同意两种意见。将表决结果设置为逻辑函数F，结果也只有“通过”与“不通过”两种情况。

传统的逻辑设计需要由下面的4个步骤完成：

（1） 列真值表

对于逻辑变量A、B、C，设同意为逻辑1，不同意为逻辑0。对于逻辑函数F，设表决通过为逻辑1，不通过为逻辑0。

根据“少数服从多数”的原则，将输入变量不同取值组合与函数值间的对应关系列成表，得到函数的真值表如表1所示。

表1 例1的真值表（共有23=8行）

[A＼&B＼&C＼&F＼&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） 列逻辑函数表达式

三人表决器的逻辑表达式为：

[F=ABC+ABC+ABC+ABC] （1）

设N为上式中的逻辑项数，这时，共有逻辑项[N=C23+C33=4]项。

（3） 逻辑化简

三人表决器的逻辑表达式可化简为：

[F=BC+AC+AB]

（4） 画出逻辑电路图如图1所示。

尽管上面的分析看上去没有错误，但上例中的“三人表决器”设计给学生一个误导，好像按照上述的设计步骤就可以进行组合逻辑设计了。可以推导，若表决人数用[p]来表示，逻辑表达式的项数为[Np=k=p2+1pCkp，]其中[Ckp]为逻辑项的组合数。以[p=7]为例，这时表1中的表项为27=128项，式（1）中的逻辑项数N变为[N7=C47+C57+C67+C77=64]。

图1 例1的逻辑图

显然，随着表决者数量的增加，逻辑项数急剧增加，真值表不易绘制，逻辑公式无法手工书写，逻辑化简也非常困难。

多数表决器的逻辑公式由于过多的项数不易采用公式法化简。如果采用卡诺图化简法也会因输入变量过多而导致传统化简方法失效。

标准逻辑设计语言的出现给大规模逻辑设计带来了新的希望。硬件描述语言（HDL）的采用可以使设计者的精力集中于所设计的逻辑本身，不必过多的考虑如何实现这个逻辑以及需要用哪些定型的逻辑模块。这在以往中小规模集成电路逻辑设计与大规模可编程逻辑设计方法上产生了本质的差别。Verilog是一种以文本形式来描述数字系统硬件结构和行为的语言，用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式，还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。在此，用Verilog设计一个“七人表决”逻辑，以考察采用现代逻辑设计方法较传统设计方法的优势。

在表决器的设计中，关键是对输入变量中为1的表决结果进行计数，如果把全部的逻辑状态列表分析，势必存在冗余的设计资源。根据多数表决的性质，考虑采用加法逻辑来统计表决结果，之后再判决加法器输出中1的个数即可实现该逻辑。Verilog设计如图2所示。

图2 七人表决的Verilog逻辑

在“七人表决”逻辑中，不再专注于每个逻辑变量状态的变化，只抓住关键问题多数表决有效，并用条件操作符“？”设计出所需的Verilog行为逻辑，剩下的实现问题交由计算机综合（synthesis）。可以看到，采用标准化的硬件描述语言，能有效地避开以往组合逻辑设计中逐一考察每个输入逻辑状态所带来的逻辑状态分析的爆炸，从而可以用较短的设计时间得到正确的逻辑输出。众所周知，加法器、比较器都是传统的组合逻辑教学内容，但以往的教学中由于采用手工分析方法，很难把这些不同的逻辑设计内容综合考虑进来。笔者认为，现代逻辑设计方法的引入将逐渐转化人们对传统逻辑设计中的关注点，势必引起逻辑设计教学方法的更新。有必要加大逻辑功能综合设计的内容，减少元器件级逻辑单元选型在教学中的比例。

2 时序逻辑设计中传统设计方法与现代可编程

逻辑设计方法的对比

数字电路的另一类设计内容是时序逻辑设计。时序逻辑设计分为同步与异步时序逻辑设计。一般地，同步时序逻辑设计的难度要高于异步时序逻辑。因此，也在时序逻辑电路设计上占有较多的学时。如果在教学改革中仅把可编程逻辑设计作为传统时序逻辑设计内容的补充，不但不能使学生体会到先进的计算机辅助逻辑设计所带来的便捷，还可能使学生按照传统的手工时序逻辑设计步骤去理解可编程时序逻辑，导致时序逻辑设计的复杂化，增加逻辑验证的成本。因此，有必要探讨传统设计方法与现代逻辑设计方法之间的差别。下面根据一个典型的时序逻辑设计来说明。

例2：试设计一个序列编码检测器[6?7]，当检测到输入信号出现110序列时，电路输出1，否则输出0。

这个序列编码检测器如果按照传统的时序设计步骤，将会异常繁琐：

（1） 由给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表

从给定的逻辑功能可知，电路有一个输入信号A和一个输出信号Y，电路功能是对输入信号A的编码序列进行检测，一旦检测到信号A出现连续编码为110的序列时，输出为1，检测到其他编码序列时，输出为0。

设电路的初始状态为a，如图3中箭头所指。在此状态下，电路输出[Y=0，]这时可能的输入有[A=0]和[A=1]两种情况。当CP脉冲相应边沿到来时，若[A=0，]则是收到0，应保持在状态a不变；若[A=1，]则转向状态[b，]表示电路收到一个1。当在状态[b]时，若输入[A=0，]则表明连续输入编码为10，不是110，则应回到初始状态[a，]重新开始检测；若[A=1，]则进入状态[c，]表示已连续收到两个1。在状态[c]时，若A=0，表明已收到序列编码110，则输出[Y=1，]并进入状态d；若[A=1，]则收到的编码为111，应保持在状态[c]不变，看下一个编码输入是否为[A=0；]由于尚未收到最后的0，故输出仍为0。在状态[d，]若输入[A=0，]则应回到状态[a，]重新开始检测；若[A=1，]电路应转向状态[b，]表示在收到110之后又重新收到一个1，已进入下一轮检测；在[d]状态下，无论[A]为何值，输出[Y]均为0。根据上述分析，可以得出如图3所示的原始状态图和表2所示的原始状态表。

图3 例2的原始状态图

表2 例2的原始状态表

[现态

[（Sn）]＼&次态/输出[Sn+1Y]＼&现态

[（Sn）]＼&次态/输出[Sn+1Y]＼&[A=0]＼&[A=1]＼&[A=0]＼&[A=1]＼&[a]

[b]＼&[a/0]

[a/0]＼&[b/0]

[c/0]＼&[c]

[d]＼&[d1]

[a/0]＼&[c/0]

[b/0]＼&]

（2） 状态化简

观察表2现态栏中[a]和[d]两行可以看出，当[A=0]和[A=1]时，分别具有相同的次态[a、][b]及相同的输出0，因此，[a]和[d]是等价状态，可以合并。最后得到化简后的状态表，见表3。

表3 例2经化简的状态表

[现态

[（Sn）]＼&次态/输出[Sn+1Y]＼&现态

[（Sn）]＼&次态/输出[Sn+1Y]＼&[A=0]＼&[A=1]＼&[A=0]＼&[A=1]＼&[a]

[b]＼&[a/0]

[a/0]＼&[b/0]

[c/0]＼&[c]

＼&[a1]

＼&[c/0]

＼&]

（3） 状态分配

化简后的状态有三个，可以用2位二进制代码组合（00，01，10，11）中的任意三个代码表示，用两个触发器组成电路。观察表3，当输入信号A=1时，有abc的变化顺序，当A=0时，又存在ca的变化。综合两方面考虑，这里采取00011100的变化顺序，会使其中的组合电路相对简单。于是，令a=00，b=01，c=11，得到状态分配后的状态图，如图4所示。

图4 例2状态分配后的状态图

（4） 选择触发器类型

这里选用逻辑功能较强的JK触发器可以得到较简化的组合电路。

（5） 确定激励方程组和输出方程组

用JK触发器设计时序电路时，电路的激励方程需要间接导出。表4所示的JK触发器特性表提供了在不同现态和输入条件下所对应的次态。而在时序电路设计时，状态表已列出现态到次态的转换关系，希望推导出触发器的激励条件。所以需将特性表做适当变换，以给定的状态转换为条件，列出所需求的输入信号，称为激励表。根据表4建立的JK触发器激励表如表5所示。表中的[x]表示其逻辑值与该行的状态转换无关。

表4 JK触发器特性表

[[Qn]＼&[J]＼&[K]＼&[Qn+1]＼&[Qn]＼&[J]＼&[K]＼&[Qn+1]＼&0＼&0＼&0＼&0＼&1＼&0＼&0＼&1＼&0＼&0＼&1＼&0＼&1＼&0＼&1＼&0＼&0＼&1＼&0＼&1＼&1＼&1＼&0＼&1＼&0＼&1＼&1＼&1＼&1＼&1＼&1＼&0＼&]

表5 JK触发器的激励表

[[Qn]＼&[Qn+1]＼&[J]＼&[K]＼&[Qn]＼&[Qn+1]＼&[J]＼&[K]＼&0＼&0＼&0＼&[x]＼&1＼&0＼&[x]＼&1＼&0＼&1＼&1＼&[x]＼&1＼&1＼&[x]＼&0＼&]

根据图4和表5可以列出状态转换真值表及两个触发器所要求的激励信号，见表6。

表6 例2的状态转换真值表及激励信号

[[Qn1]＼&[Qn0]＼&[A]＼&[Qn+11]＼&[Qn+10]＼&[Y]＼& 激励信号＼&[J1]＼&[K1]＼&[J0]＼&[K0]＼&0＼&0＼&0＼&0＼&0＼&0＼&0＼&[x]＼&0＼&[x]＼&0＼&0＼&1＼&0＼&1＼&0＼&0＼&[x]＼&1＼&[x]＼&0＼&1＼&0＼&0＼&0＼&0＼&0＼&[x]＼&[x]＼&1＼&0＼&1＼&1＼&1＼&1＼&0＼&1＼&[x]＼&[x]＼&0＼&1＼&1＼&0＼&0＼&0＼&1＼&[x]＼&1＼&[x]＼&1＼&1＼&1＼&1＼&1＼&1＼&0＼&[x]＼&0＼&[x]＼&0＼&]

据此，分别画出两个触发器的输入J、K和电路输出Y的卡诺图，如图5所示。图中，不使用的状态均以无关项x填入。

图5 激励信号及输出信号的卡诺图

化简后得到激励方程组和输出方程。

[J1=Q0AK1=AJ0=AK0=AY=Q1A]

（6） 画出逻辑图，并检查自启动能力

根据激励方程组和输出方程画出逻辑图，如图6所示。

图6 例2的逻辑图

如果发现所设计的电路不能自启动，还应修改设计，直到能自启动为止。

由上面所列举的设计方法可以想见，继续增加检测位数会使逻辑设计更加复杂。

从上例可以看到，传统的时序逻辑设计方法尽管可以用来实现时序逻辑的设计，但设计步骤不仅复杂且需要设计者大费周折。可以预见，使用传统的时序逻辑设计方法设计复杂时序电路的难度很大。那么，采用什么方法才能使教学与现代逻辑设计技术接轨呢？

时序电路也被称为有限状态机（FSM）[6，8]，因为它们的功能行为可以用有限的状态个数来表示。在与可编程逻辑设计的对比分析中，这里采用FSM设计这个序列检测器。

根据图3的状态转换图（采用图4中化简的状态转换图亦可），给逻辑状态[a，b，c，d]分别分配以Gray编码（00，01，11，10）。之所以采用Gray编码方法，是可以省掉序列检测中的计数检测。序列检测器的FSM逻辑如图7所示。经仿真验证，符合设计要求。

图7 例2的FSM实现

从上面的对比可以看出，传统时序逻辑设计以人工逻辑分析为基础，现有逻辑器件为基础构件，历经基本逻辑方程转换及最后的状态验证等多个环节，设计周期长，仅适合设计小规模、时序简单的逻辑单元[9]；现代标准逻辑设计语言的设计方法以逻辑状态转换本身为要点，从逻辑门与触发器级逻辑设计上升的行为逻辑设计，更易于用来设计复杂的现代大规模时序逻辑。

3 结 论

现代逻辑设计方法的引入将逐渐转化人们对传统逻辑设计的关注点，大学基础教学中逻辑电路的设计方法也应随着这一技术的引入更新它的内容，改变传统逻辑设计占主导地位的现状。可以预见，大规模可编程逻辑器件的引入将会从根本上改变数字电子技术的教学模式。现代逻辑设计概念的引入，减少手工逻辑设计方法的比重、增加现代数字电路设计方法，注重基本概念的灵活运用都是数字电路教学改革的选题。广泛开展现代逻辑设计方法的研究，势必带来逻辑设计方法教学的变革。对于高等学校的教师来说，做好改革的思想准备已经是刻不容缓的了。

参考文献

[1] 鲍家元，毛文林.数字逻辑[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 吕乐，杨爱琴.谈《数字电路与逻辑设计》课程教学改革[J].中国成人教育，2008（3）：125?127.

[3] 李小珉，叶晓慧.深化《数字电路与逻辑设计》课程改革[J].长江大学学报：自科版，2004，1（4）：124?125.

[4] 侯建军，路而红，熊华刚，等.数字电子技术基础[M].2版.北京：高等教育出版社，2007.

[5] 易亚军.《数字电子技术》教学研究[J].教育研究，2008（6）：121?122.

[6] 康华光，邹寿彬，秦臻.电子技术基础：数字部分[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.

[7] 邓水先.《数字逻辑电路》课程的教改探索[J].职业教育研究，2008（8）：68?69.