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電子系統設計范文1
主要問題分析
課堂教學。教學效果雖然取決于學生和教師兩個方面，但歸根到底還是看教學方法是否得當。“電子系統設計”課程一般安排在第7學期，此時大部分學生專注于考研和找工作，學習積極性和時間投入不足；本課程涉及面較廣，不僅需要靈活運用前修課程的相關知識，而且須加強對實際電子系統（產品）的分析和綜合能力，有一定的難度。這些特點對課堂教學方法提出了較高要求。雖然很多教師對多媒體課件制作、雙主體課堂教學模式等方面進行了有益的改進和運用，但是在授課的深入淺出、知識的融會貫通、理論聯系實際等方面普遍存在不足，難以調動學生的積極性和主動性。實踐教學。“電子系統設計”課程的實踐性極強，一般配備綜合課程設計等實踐環節。實踐科目的設計是其中的重點和難點，常常存在以下問題，達不到預期訓練效果：難度及工作量偏大或便小；覆蓋面經常偏小，等同于一個課程實驗；趣味性或實用性不夠，難以引起學生興趣；設計及制作成本考慮不足，給學校或學生造成負擔；較大的課題以團隊形式完成，但任務分工及考核量化不明確，等等。另外，實踐教學手段較單一，沒有很好體現教學與行業應用、與教師科研的合理結合。
改進方法探討
針對上述教學環節中存在的主要問題，結合筆者多年“電子系統設計”課程的教學實踐，提出如下改進方法。合理編排教學內容，既體現課程內涵，又聯系當前的技術發展和現實需求。以系統級設計為主線，重點講解現代電子系統設計的基本方法和基本流程，以及如何利用典型電路和軟硬件模塊構造高性價比的電子信息系統，而局部環節的“技術級設計”應由前修課程完成[1，2]。例如，電子系統設計的流程包括需求性論證、系統方案設計（含成本、功耗、可靠性分析等）、硬件/軟件設計、抗干擾設計、系統仿真、制作/調試、產品化設計等；模擬系統/數字系統/混合系統（智能系統）的重點、難點內容；自頂向下設計方法；CDA和EDA工具的運用；各級仿真在設計中的應用等。充實新器件、新技術及新方法的有關內容。重點以新型集成元器件、PLD器件為基礎，以新型單片機、嵌入式或DSP芯片為核心構建現代電子系統，例如程控放大器、程控濾波器在信號調理中的應用、單片機+FPGA的系統設計、多種串行總線及外設接口方法等；無線傳感器網絡、RFID、物聯網等新興技術在電子系統設計中應用等。加強電子系統軟件設計方面的內容和訓練。重點講解接口、通信和上位機應用程序的設計方法。以學生引導為目標、以案例教學方法為手段，提高教學效果。
電子系統設計范文2
關鍵詞：電子系統；設計方法；設計環境
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）08-0223-02
Abstract： With the development of China's economic and social development， electronic information technology has been a good environment for development. And as a kind of new circuit design environment. ASEDA can to electronic system design constraints and performance as the starting point， macro mode topology structure and actively set up， through the synthesis and optimization of the level of development， as well as the macro model automatic creation tools used， simulation is carried out， to obtain the optimal system design solution， so as to promote the design quality and accuracy of the whole system. Therefore， this paper mainly analyzes the standards and drawbacks of the electronic design system， studies the process and environment of the electronic system design and its characteristics， which is helpful to the progress and development of the electronic system design in our country.
Key words： electronic system； design method； design environment
作為一種新型技術形式，電子系統設計自動化技術突破了傳統自底向上的設計方式，能夠有效權衡設計周期、系統成本以及系統性能之間的關系，以此實現我國電子信息技術的健康發展。因此，筆者主要針對這一問題進行分析與研究，從而為我國的電子信息系統的發展做出相應的貢獻。
1 電子設計系統的衡量標準與弊端
所謂電子設計自動化就是Edlectronic Design Automation，簡稱為EDA。主要是通過CAD（Computer Aided Design）的技術，實施電子系統與專用集成電路設計的技術。隨著向20世紀90年代的邁進，EDA技術已經具有了一些鮮明的特征，如系統仿真、高級語言描述以及綜合優化等，這時的EDA就被稱作ESDA。以往的電子系統都是借助自底向上的設計方式，通過SPICE，將模擬驗證方式完成。這種形式需要設計者具有較多的設計經驗。目前，EDA借助了自頂向下的途徑，能夠積極權衡設計周期、系統成本與系統性能之間的關系，屬于層次化的設計方式。當前很多普通的硬件平臺能夠對CAD軟件的運行進行支持。這種自頂向上的形式有助于對整個項目的劃分與管理，可以使設計隊伍的管理得以簡化，能夠避免一些不必要的重復，促進設計成功率的提升等[1]。
對于電子自動化系統的衡量標準主要有三方面，首先一般性。借助這種自動化系統，可以比較準確地達到電路與性能的要求；其次是精確性。借助這種設計方式，可以積極保證設計精度。最后就是有效性。電路設計編譯所需時間，以及綜合優化過程中消耗的CPU時間的有效性等[2]。從目前來看，我國的電子系統設計環境仍然具有一定的問題。系統層次比較單一，庫單元不足，結構具有固定性特點，不能進行充分地修改與擴充；另外，由于自動化程度不高，還要借助人工設計的方式。另外一些核心算法存在一定的問題，設計時間與精度與理想的要求不符。因此，應該積極重視這些問題與弊端，積極總結以往設計環境的經驗，運用性的電子系統設計環境，促進電子系統的積極發展。
2 ASEDA的設計流程與環境
如圖1所示，電子系統設計流程能夠抽象出如此的模式。一方面，設計師進行概念的設計，是針對要求的設計性能與設計限制，也就是將系統信號流程圖積極建立起來。從ASEDA中將模塊選擇出來，達到ASEDA中進行層次化設計，對框架進行綜合與優化等。接下來，輸出形式應該借助電路圖，以及文本格式等，當做版圖設計級，進行輸入，最終能夠出現VHDL描述。
如圖2所示，ASEDA設計的層次化綜合與優化流程。這一系統的核心內容主要是能夠逐漸分解系統與設計限制，使之成為更小的部件與設計限制，以此進行設計綜合，另外每層電路的分析綜合與優化過程是相同的[3]。
首先，作為性能要求與設計限制文件來說，這些最高層主要是用戶提出的。低層次的則是上一層自動生成的。其次，針對性能要求與設計限制，可以選取適當的宏模型拓撲結構，這主要在相應層次的宏模型庫中生成，主要是根據模糊匹配的原則，同時為用戶提供一個及一個以上的拓撲結構，以此來讓用戶進行選擇。若是用戶對系統自耦東選擇的結構較為滿意，那么便可以進行接下來的設計工作。若是用戶不滿意，那么必須要進行自行修改，并且也要構造出新的結構，利用相關的模型等工具來進行宏模型的建立，之后在對其進行設計。對于電路來說，屬于變化多樣的拓撲結構，所有用戶的需求對于一個單元庫來說，具有一定的難度，這就需要構建新的電路拓撲[4]。因此，自動建立電路宏模型能夠促進設計效率的提升。
在相應的拓撲結構被確定之后，要能對其進行參數方面的優化，以及宏模型仿真，并且要以主要設計的目標以及相關的限制目標進行處理，對系統的性能指標以及相關產量進行優化。對于優化方法來說，主要方式有以下幾種：首先是最速下降法，此方式能夠在一般情況下進行局部最優解。其次就是模擬退火法，這是在計算機技術逐漸發展的過程中，逐漸產生并且得到廣泛應用的一種方式。宏模型主要是利用相關的符號模擬以及數值模擬等形式，來對最終的結果進行優化。若是相關的驗證結構域合計要求存在較大的偏差，那么必須要對其進行重新拓撲，或者是進行結果方面的優化處理。同時在針對各個層次上的仿真，一定要避免將該層次的錯誤帶到下一層。以此來充分提升設計的成功幾率。
另外，若是宏模型的仿真通過了，那么將要準備好下一層次的設計工作，可以將該層的拓撲結構進行分解，將其分解成各個子模塊，同時也要對各個子模塊的功能進行分解以及限制，這也就是所謂的對子模塊進行性能指標的確定，以及設計上的限制。對于該環節的工作來說，其對下一層的設計合理與否有很大的影響。在完成分解工作之后，要向著各個模塊中的設計轉入，以此來進行下一層的設計。這一設計工作需要不斷進行，直到最終整個系統設計工作的完成[5]。
ASEDA中主要借助符號模擬技術，將電路的符號模型建立起來。由于相應的符號模擬技術沒有對電路的形式以及相關性能進行約定，這樣將會解決一般性的問題，電路議程將會自動生成，這樣將會有效縮短準備時間。對于宏模型來說，其具有層次結構，同時也具有自動化特征，這樣將會有效減少綜合優化的時間，解決相關的問題。另外，要借助非參數統計分析方式，來建立起電路宏模型，以此來充分將線性回歸模型函數固定形式造成偏差進行解決。作為一種具有較強功能、較高效率，方便科學核工程計算的交互式軟件包，最新的MATLAB for Windows的4.0版，具有以往交互式編程功能以外，還能將大量的MATLAB配套工具箱進行提供，主要有優化工具箱、神經網絡工具箱、信號處理工具箱以及控制系統工具箱等。除此以外，還能對別的語言接口加以提供，從而增強其功能。所以，在ASEDA中，主要用作系統級仿真。
3 ASEDA設計環境的特征
設計者借助ASEDA提供的工具，可以設計出各種電子系統，主要涉及仿真、輸入、測試與實現等。因此對于ASEDA來說，主要具有以下幾方面的特點：
首先，作為電子系統設計與仿真來說，圖形用戶界面是統一的；其次，借助MATLAB，在系統級仿真過程中，能夠幫助對設計結構中問題的及時發現，防止設計工作的浪費現象的出現[6]。再有，其自身的電路綜合設計具有層次化的框架，這與自頂向下的系統設計要求相符合；另外，對反饋回路的多級嵌套具有一定的支持作用，能夠適應多級、復雜的系統要求；此外，關于電路宏模型庫的建立，主要具有層次化與可擴充性特征，可以積極保障分層次系統的設計，也使得設計的靈活性得以提升，縮減了設計所需的時間。并且設計環境自身的綜合優化算法具有高效性特征，借助靈活的方式，通過用戶人工干預的形式，還可以是通過計算機自動生成的形式，得到各層次的宏模型。除此以外，體系結構具有開放性特征，不但可以對其他設計工具的接口進行提供，還能讓設計人員擁有自主性，可以在系統中對設計工具進行擴充與建立等，以此便于各種設計人員的電子系統設計工作，尤其是幫助模數混合的電子系統設計。最后，可以借助多用電路模擬與驗證方式，除掉傳統的SPICE等數值模擬工具以外，還能借助符號模擬工具，來驗證模擬電路等，能夠幫助設計人員適當地折中設計精度與時間等。
4 結論
總而言之，電子系統的設計發展離不開電子系統設計自動化方式與設計環境的作用。合理運用科學的電子系統設計自動化方式，有助于我國電子系統設備的發展。因此，對于相關電子信息借助的設計人員來說，應該加強對電子系統性能與設計限制的分析與研究，借助有效的方式科學設計電子系統。在當前信息時代的發展浪潮中，為了能夠適應社會的發展趨勢，應該積極增強自身的科學技術水平，提升信息技術人才的綜合素質與能力，以此可以為我國的信息技術的發展做出相應的貢獻，并且能夠使我國積極走向現代化、信息化的道路中，實現我國的綜合國力的增強，以及生活質量的提升。
參考文獻：
[1] 江朝暉.“電子系統設計”教學的問題分析與方法探討[J].教育教學論壇，2013（3）：89-90.
[2] 肖忠.《電子系統設計》課程教學方法的探討[J].科技信息，2011（26）：56-58.
[3] 余小平，庹先國，奚大順，高嵩，劉明哲.《電子系統設計實踐》教學改革嘗試[J].實驗科學與技術，2011（6）：126-127.
[4] 吳平，楊衛波，徐孟，等.電子系統設計相關課程教學改革與實踐[J].中國電力教育，2013（14）：63-65.
電子系統設計范文3
關鍵詞： 業務流程建模； 工作流引擎； 異常處理； 分布式業務； 協同
中圖分類號： TN99?34； TM417 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）01?0145?04
Abstract： A business organization and coordination tool based on workflow technology is studied and designed proceeding from the actual demand. The activity network diagram was extended with the business process modeling to divide the nodes into the activity node and logic node， which makes the template can better describe the business process. The template verification algorithm is introduced to check the logical error in the template design process. The workflow engine is expanded and separated， which is convenient for the system deployment， configuration and maintenance. The exception handling mechanism is introduced into the workflow engine to make the system have better fault tolerance. The distributed business organization tool was constructed by means of the agent mechanism， which can accomplish the mission requirements of the distributed business organization in local area network. The collaborative work among multiple business processes was realized with the coordination control mechanism.
Keywords： business process modeling； workflow engine； exception handing； distribution business； collaboration
0 引 言
隨著互聯網的快速發展和企業業務需求的不斷增長，企業中出現大量的遺留軟件系統，短時間內很難完全通過全新的軟件系統來取代。如果能將這些遺留的軟件系統通過某種技術組合起來滿足企業新的業務需求，必將為企業節省巨大的經濟開支。本文基于上述需求，在大量理論研究的基礎上，結合現有的工作流系統設計并實現了一個基于工作流的業務組織管理系統，將具有特定功能的軟件當作流程中的任務節點，通過定義流程模板將軟件與任務節點聯系起來，實現不同軟件的協調運行，共同完成特定業務流程。
1 基于工作流技術的業務組織工具研究
1.1 業務組織工具的總體架構
業務組織工具采用MVC架構設計，將該工具的系統分成三層：描述層、邏輯層、數據庫層。業務組織工具的系統架構如圖1所示。
1.2 業務流程模型設計
業務模板在設計完成后進行模板驗證用以判斷用戶設計的邏輯是否合理。驗證一個業務流程模板，首先要對其進行模板解析以便進行驗證。模板解析最主要的工作是解析出流程模板中定義的各個節點的屬性信息和它們之間的邏輯關系以及各條邊中定義的轉移條件。其中各個節點之間的邏輯關系用前驅節點和后繼節點的集合來表述，@取拓撲關系的算法思想是讀取流程模板中的每條邊，將該邊的終止節點加入到起始節點的后繼節點集中，將該邊的起始節點加入到終止節點的前驅節點集中，這樣當處理完所有邊后，整個模板的邏輯拓撲關系就都通過每個節點的前驅和后繼節點集保存起來。
為了判斷流程模板的正確性，首先應該對流程模板進行一些規則性的約束，這樣能夠以這些規則來判斷流程模板的正確性，下面描述對應的約束條件：業務模板開始節點和結束節點惟一，并且它們不能直接相連；子流程中子開始節點和子結束節點惟一，并且不能直接相連；除活動節點外，其他邏輯節點必須成對出現，流程中必須有開始節點和結束節點，出現與分支、或分支、循環開始必須有與其對應的與匯聚、或匯聚、循環結束節點出現；各節點的邊約束必須有規定，例如：開始節點只有輸出邊，結束節點只有輸入邊等；在模板中邏輯控制節點不能交叉出現，但可以相互包含；邊必須有前驅節點和后繼節點；從開始節點出發，到模板中的每一個節點都有一個可達路徑。
1.3 工作流引擎設計
（1） 工作流引擎總體設計
工作流引擎中最基本的也是最重要的模塊是流程調度模塊，該模塊主要包含：控制中心、任務管理、依賴檢查、轉移控制。工作流引擎的內部組成如圖2所示。
（2） 工作流引擎調度算法設計
流程調度算法是整個工作流引擎的核心內容，引擎調度算法涉及的數據結構主要包括四個隊列：RS：未完成隊列；ES：執行中隊列；SS：已完成隊列；MSG：消息隊列。
以上隊列可以由數組模擬實現，其中RS，ES，SS三個隊列用于存儲節點的ID，MSG隊列存儲的是引擎的執行狀態消息，引擎的狀態消息可由一個二元組表示WFMessage=。其中NodeId是節點ID，msgType表示節點的執行狀態情況，其中：0表示執行成功，1表示執行失敗，2表示執行錯誤。
1.4 工作流異常處理設計
（1） 基于改進ECA規則和案例推理的工作流異常處理模型
SECA_CBR異常處理方法模型的主要思想是：在處理異常時，首先系統通過SECA規則庫進行查詢，判斷規則庫中的規則是否存在對應的處理方法，如果有對應的規則，則按照已定的規則處理相應的異常；如果不存在對應的規則，通過案例推理方法進行匹配和推理新異常處理方法，推理出來的方法并不立即執行而是將該方法推送給用戶，讓用戶決定是通過推理出的方法還是使用自己判斷的處理方法。當用戶對新異常確定處理方法后，系統會將其新的處理方法存入異常案例庫以擴展新的案例，通過規則轉化為SECA規則存入SECA規則庫，這樣既豐富了案例庫使案例推理更加準確，又能在該異常再次發生時通過SECA規則迅速處理。
（2） 基于SECA規則的異常處理
本工具通過改進的ECA規則設計出SECA（Super ECA），將流程的模板設計和工作流異常處理設計徹底分開，這將降低業務模板的復雜程度，而且方便對異常規則的維護。
SECA規則通過添加模板ID和異常活動的ID信息用于標識不同模板，實現了將SECA規則庫和流程模板分開，讓流程文件更加簡潔便于維護，如果需要添加新的規則不必在模板文件中添加，只需在SECA規則庫中添加，方便用戶的操作，同時提高了系統的可維護性。
（3） 基于案例推理的異常處理
本業務組織工具需將案例通過一些規則轉換成SECA規則，并將已處理過的異常案例通過對應的規則轉換成SECA規則并存到SECA規則庫，在下次遇到該異常時可以直接查詢SECA規則庫中的規則對異常進行處理，這樣可以繞開復雜的案例推理過程，提高異常處理的速度和效率。
2 業務組織工具協同機制研究
2.1 業務流程分布式運行機制研究
（1） 基于的分布式架構
為了實現業務組織工具工作的分布式和充分利用計算機資源，本文設計并實現獨立的部件。有自己的端口，可以接收本地任務和外部發來的任務請求。收到請求后，首先通過預處理對數據進行處理、數據映射以及加密和解密工作；然后根據相應的請求調用已定義的業務軟件，并將相應的參數傳入啟動的軟件或服務中，等處理完成后將執行的結果和狀態返回給對應的工作流引擎。
工作流程大概如下：工作流A執行過程中遇到活動節點將該節點交給去處理，判斷該節點的屬性是否是本地執行，是則啟動相應程序并將執行完的結果返回給業務組織工具；否則將活動節點的詳細信息通過通信協議發送給其他（如B，C，D等）。假如B收到信息判斷是本執行，則啟動相應的應用程序，并將執行完成后的結果返回。其他收到信息后判斷與自己無關自動忽略。
（2） 分布式框架的實現
是由登錄、系統配置、業務處理、服務和監控管理模塊組成。監控管理模塊的接口與業務組織工具的異常處理保持一致，可以通過業務組織工具管理服務的異常情況；系統配置涉及到的東西和業務組織工具的分布式協同關系不大。
2.2 業務流程協同機制研究
（1） 協同機制架構
為實現多流程之間的協同工作任務要求，本文在工作流引擎之間引入了協同控制機制，如圖3所示。通過該機制能蛐調需要多流程協同工作的業務流程。
（2） 協同工作流
一般情況下協同工作流的實現都會有對應的協同模板，將協同模板作為優先級高的流程進行執行，當有需要執行的協同模板活動時就會執行對應的協同交互工作。本工具將協同模板設計省略，通過采用可視化的方法對模板之間的活動添加對應的時序約束關系。在工作流引擎執行協同流程時通過查詢時序約束關系自動完成流程之間的時序約束關系。
（3） 協同機制的實現
本工具不將協同規則寫入對應的模板文件中，而是把協同規則存入獨立的協同規則庫。在設計協同規則時通過業務組織工具的模板驗證模塊獲取流程的拓撲結構，獲取每個流程模板中的活動節點，然后設定各模板中活動節點的時間約束性。
3 基于工作流的業務組織工具的實現
3.1 業務流建模工具的實現
（1） 模板繪制
業務組織工具、建模工具的繪制功能主要通過Qt圖形視圖框架進行開發，Qt開發圖形視圖框架由項（Item）、場景（Scene）和視圖（View）三層構成。其中項提供各種圖形供繪制功能使用；場景是項的存儲容器，可以用來管理圖形項；視圖是控制可視化窗口部件，主要使場景中的內容可見。
（2） 界面展示
本工具將業務建模工具集成在業務組織工具中，主要有新建模板、打開模板、保存模板、另存為模板等功能。從實際需求出發繪制的業務流程模板，如圖4所示。
3.2 工作流引擎的實現
（1） 本地引擎的實現
引擎實現類主要由WorkFlowInstance構成。其主要的函數有：模板寫入數據庫函數，控制流程引擎的主函數，模板的邏輯結構拓撲結構生成函數，獲取該節點信息函數，初始化節點函數，MSG消息隊列的處理函數，向隊列中加入節點函數，處理開始節點函數，處理結束節點函數，處理活動節點函數，處理與分支節點函數，處理與匯聚節點函數，處理或分支節點函數，處理或匯聚節點函數，處理循環開始節點函數，處理循環結束節點函數，處理子流程節點函數，處理邊上條件設置的判斷并返回結果函數，線程啟動時內存初始化設置函數，根據異常處理模塊返回的處理建議處理函數，重新執行某個節點函數。
（2） 業務監控工具的實現
業務流程監控模塊的主要功能是當用戶啟動一個業務流程后，對流程實例進行實時管理和控制，其主要組成部分包括：正在執行的流程管理，執行完畢的流程管理，流程運行狀態監控，已執行完的流程回放等。
3.3 異常處理模塊的實現
3.3.1 異常處理功能類的實現
異常處理模塊的主要應用環境是業務流實例執行活動節點發生異常情況，對異常情況進行適當的處理使流程能夠繼續執行下去。該功能模塊主要由WFException，WFExceptionMonitor和WFEManualDlg三個類實現，其中三個類之間相互關聯。
3.3.2 功能展示
業務流程由項目目標、需求分析、設計方案、提交方法四個活動組成。在設計項目方案時必須先獲取項目要實現的目標，這樣才能根據目標進行分析并設計執行方案，假如在調用項目目標軟件獲取項目要實現的目標時，獲取不到查詢結果，此時系統拋出異常，該異常被異常探測模塊捕獲并將獲取到的異常信息發送給異常分析模塊，該模塊收到信息后首先查詢SECA規則庫。
SECA規則庫中沒有關于該異常的規則，因此異常分析模塊將異常信息發給案例推理模塊，案例推理模塊接收到異常信息后首先用改進后的案例匹配算法對案例庫進行檢索，獲取與該異常相似的案例組，然后通過案例修正算法對匹配到的案例中的解方法進行修正使其適合處理新異常，最后將修正后的處理方法作為異常處理建議發給用戶。
3.4 分布式和協同模塊實現
3.4.1 分布式的實現
在流程模板設計時，活動節點需要指定由哪個角色和用戶執行，該角色和用戶是計算機登錄采用的賬號，分布式工作的設計在設計活動節點屬性時已經指定。界面記錄所有的登錄情況，包括用戶名稱、IP地址、訂閱信息等。通過該可以接收和發送請求，其發送請求過程類似三次握手，邀請?同意?確定其左側為對應的邀請信息，右側為本收到的返回信息。通過右側收到的實時狀態反饋，對本任務進行對應的操作。
3.4.2 協同控制機制實現
業務組織工具通過引入協同控制機制來協調多流程之間的協同工作問題，業務協調機制最主要的是協同規則的表述問題。通過具體的協同工作實例來展示該機制的工作方式。其中參加協同工作的業務流程模板如圖5，圖6所示。
在設計上述流程模板后，需要將該模板設置成協同模板組。本文將對應的協同工作組添加到對應的數據空中為其建立惟一標識。
其中流程模板信息展示協同模板組中各模板的信息，包括：模板ID、模板名稱、活動節點號、活動節點名稱等。該功能是通過模板驗證模塊的拓撲關系圖來實現的。
4 結 論
本文在大量理論研究的基礎上，結合現有的工作流系統設計并實現了一個基于工作流的業務組織工具，將具有特定功能的軟件當作流程中的任務節點，通過定義流程模板將軟件與任務節點聯系起來，實現不同軟件的協調運行，共同完成特定業務流程。
參考文獻
[1] 楊博，劉大有，楊鯤.移動Agent系統通信效率的分析c優化[J].計算機研究與發展，2004，41（4）：531?538.
[2] 袁清珂，趙汝嘉.并行工程環境下設計任務調度原理與實現方法的研究[J].計算機學報，2000，23（4）：440?443.
[3] 柴學智，曹健.面向云計算的工作流技術[J].小型微型計算機系統，2012，33（1）：90?95.
[4] JIANG P， SHAO X Y， QIU H B， et al. Interoperability of cross?organizational workflows based on process?view for colla?borative product development [J]. Concurrent engineering， 2008， 16（1）： 73?87.
[5] 杜彥華，范玉順.基于事件?狀態?過程規則的跨組織工作流協同方法[J].計算機集成制造系統，2008，14（7）：1342?1348.
[6] 范玉順，吳澄.基于協調理論的工作流建模方法[J].計算機集成制造系統，2001，7（4）：1?6.
[7] 石俊萍，李必云.基于工作流的管理系統開發模型[J].吉首大學學報（自然科學版），2010，31（6）：49?52.
電子系統設計范文4
【關鍵詞】熱阻 電力電子系統 熱設計
電力電子技術是綜合電子學、電力學、控制領域等學科的交叉學科。電力電子系統集成是電子技術領域大眾普遍關注的課題，電力電子技術必然成為未來領域研究的熱點和方向，也在一定程度上決定電力電子技術未來的興衰命運。此時，相對應的冷卻技術也應與之保持同步發展狀態。但電力電子裝置的負載下與其應用之前的矛盾更加尖銳，也會阻礙電力電子技術的發展。制定熱控制方案時，電子元器件最高允許溫度和功耗為主要設計參數，熱分析是展開熱設計的基礎，安全、可靠的熱分析是進行熱評估的主要手段。熱分析應貫穿熱設計始終，為修改并完善整個方案提供重要依據。文中以熱設計要求和傳遞方式為基礎，以直流-直流電源模塊熱設計實例介紹熱設計要點和安全性。
1 熱設計的基本要求及傳遞方式
1.1 熱設計基本要求
運用計算機模擬手段，在設計初期獲得溫度分布數據。設計初期即可掌握產品存在的熱缺陷，并對其設計進行改進，創建一個滿足要求的環境溫度控制系統。換言之，就是設計相應的冷卻系統，由熱源至熱沉間提供低熱阻通道，確保熱量順利傳遞下去。同時，該設計能控制所有電子元器件溫度，確保其設備所處環境不超過最高允許值，保障電子產品在合理的熱環境下進行工作。電子產品熱設計要依據產品可靠性及其所處環境確定熱設計目標，通常情況下，設計師根據熱設計目標及設備重量、結果等展開設計，主要包含選擇恰當的冷卻方法、安裝元器件、設置變壓器、模塊散熱結構等。電力電子系統熱設計應與電路設計和結構相結合，保障滿足設備的可靠性要求。
1.2 熱傳遞主要方式
1.2.1 傳導散熱
傳導散熱是當物體直接接觸時進行能量交換的情況。必須注意，不同物體的導熱機理有所不同，非導電固體、液體利用物體內部分子運動的彈性波達到傳遞熱量的效果。在金屬材料中，主要利用自有電子運動傳遞能力。因此，導電性能較好的材料，其導熱性能佳。傳導散熱計算公式為：
Q=KAt/L （1）
上述式子中，Q表示傳導散熱量，A表示導體橫截面積，L表示傳熱路徑長度，表示傳熱路徑兩端溫差。
1.2.2 輻射散熱
輻射散熱是利用電磁波傳遞能量的情況。熱量傳遞過程中，由熱能轉變為輻射能，被物體吸收后變為熱能。熱輻射無需介質，在真空環境下熱輻射最強，因此，外層飛行器運用輻射換熱非常有利。輻射散熱計算公式如下：
Q=??T4 （2）
其中，Q表示輻射散熱量，T表示絕對溫度。
1.2.3 對流換熱
對流換熱設置流體流過固體壁面發生的能量交換情況，它與流通宏觀運動密切相關，且與流體物理性質及換熱面幾何形狀，設計位置等因素密切有關。流散熱量計算公式為：
Q=hAt （3）
在上述式子中，Q表示對流散熱量，h表示換熱系數，A表示有效換熱面積，t 表示換熱面積與流體溫差。
2 熱設計主要考慮因素
2.1 系選定的熱阻模式
電力電子系統模塊是發熱體與散熱體相互組合的形式，從熱管理層面來說，更多的關注該系統內部發熱體與散熱體如何進行熱傳遞。在各種熱傳遞方式中，熱阻表示某物體阻止熱傳遞的能力，熱阻是阻止熱量向下一個環節傳遞的重要設計。熱阻和電阻的概念有一定相似之處，如果某個物體傳熱功率為1W時，促使導熱路徑兩端存在溫差。
從進行熱設計的方面來說，其主要工作是將發熱體所產生的熱量借助相應的散熱體傳遞至系統外環境中。發熱體主要零件有：電阻、變壓器、功率半導體等，發熱體內部熱流抵抗稱作內熱阻。模塊根據設計的電路圖，對各個發熱零組件實施構裝設計。散熱體主要由致冷器、導熱膠等零件組成，在零組件空間內的等效熱阻稱作外熱阻。電力電子系統熱阻模式如圖1。系統等效熱阻是發熱體總等效熱阻與不同散熱體等效熱阻串聯方式呈現的效果。
2.2 熱平衡驗證
熱分析就是以能量守恒為基礎設計的熱平衡方程，借助有限元法計算不同節點溫度，并獲取其它熱物理參數。
熱分析就是以能量守恒為基礎設計的熱平衡方程，借助有限元法計算不同節點溫度，并獲取其它熱物理參數。熱分析主要包括穩態和瞬態傳熱，從傳熱學理論角度來說，熱分析根據能量守恒定律，
Q-W=U+KE+PE （4）
上述公式中，Q和W分別表示熱量、做工，U、KE表示系統內能和動能，PE 表示系統勢能，部分工程傳熱問題中，一般考慮是否做工，如果W=0，則Q=U；對穩態熱進行分析，Q=U=0，表明流入和流出熱量處于相等狀態；瞬態熱分析如下：q=Du/dt，表示流入和流出熱傳遞數量與系統內能為相等狀態。分證傳熱計算的正確性就是判定熱量是否滿足熱平衡方程。熱平衡能力守恒程序部分代碼為：
POST1 //進入后處理；
SET，LAST //讀取最后一步結果；
*GET，NMAX，NODE，NuM，MAX //獲取模型的最大節點號；
*GET，NUMBER，NODE，COUNT //獲取節點數；
*IF，NSEL（K_B），EQ，1，THEN //判定本節點是否選中；
*GET，S，NODE，K_B，ABS（HFLU） //若是將該節點的HFLU賦給變量S；
*SET，SUM，SUM+S
*ENDDO.
2.3 發熱零組件
挑選發熱零組件時，應充分考慮各組件實施組裝是接觸外部結構的散熱裝置，例如：散熱片、導熱膠等。必須注意，發熱零件或設計的模塊不同，在單位時間內其散熱量也有所差異，導致各組件進行構裝時均存在一定距離，待系統電源有所穩定后，熱傳導方可達到熱平衡效果。環境溫度不管是自然或強制對流，如果外部散熱系數增加，熱阻值變小。
3 分析直流-直流電源模塊熱設計
目前，直流-直流模塊電源廣泛用在傳輸、交換、數據等通信和監控設備內容，如何提出高|量、可靠性高、低成本的電源來提升產品競爭力，成為每個業界人士重點關注的課題，為適應市場對電源性能提出的高要求，以熱阻為基礎進行熱設計尤為重要。在對直-直流模塊展開設計時，優秀設計者從低壓大電流、高效率、寬輸入范圍等要求內，盡可能滿足客戶對電源效能的期望和需求。
3.1 選用分布式電源
分布式與集中式電源概念有所差異，前者進行設計透過前端電源，提出由直流埠分配至不同直-直流模塊的電源管理方法，這種設計可有效分散熱源并對其實施優化處理。設計者必須注意不要讓個別供電超過最大功率值，使用者要保障整個系統設計的功率不超過系統設定上限，檢驗電源供應器設計的建議功率值。
3.2 散熱問題
想要移除直-直流模塊內變壓器所產生的熱，主要使用風扇冷卻或增設散熱片空氣對流等方法達到散熱的目的。不得不說，上述兩種散熱方法均有一定限制。部分變壓器因受到鐵芯外露、材料等方面的影響，促使散熱片尺寸增加。此時，系統中發熱零件產生的熱能主要集中在某個區域內也是困難所在。
4 結論
總之，熱設計射界物理學、化學、環境學、傳熱學等多學科知識，一個優秀的熱設計師必須掌握熱設計基本理論及相關知識，從系統、單元、模塊至元器件、材料等進行綜合分析和設計，如果一個環節失控，就無法達到預想的設計效果。因此，文中根據熱阻對電力電子系統進行熱設計，以期為從事熱設計人員一些啟發和引導。
參考文獻
[1]黃韜.大容量通用電力電子功率模塊散熱系統的設計[J].華電技術，2013，17（09）：15-18.
[2]吳芳.現代電子系統中電源技術的發展和應用[J].電源技術應用，2014，11（03）：18-18.
[3]張婭妮，胡清.某機載電子設備熱設計[J].現代電子技術，2013，36（03）：151-153，157.
電子系統設計范文5
[關鍵詞] 智能電子系統； 煤礦； 保護插件測試
由于不同規格的電子保護插件具體電路和接線存在很大差異，當維修和測試電子保護插件時，目前只能將各種規格的電子保護插件分別安裝于所屬的設備內部，接通380V和660V電源，逐臺測試保護插件的動作性能。這種落后的測試設備和手段，既復雜繁瑣，測試精度又不高，從而造成礦用電子保護插件的介電性能和保護動作性能得不到可靠保證，客觀上造成設備不完好，當在井下使用時引起誤動作或該動作而不動作，造成事故隱患，影響安全生產。
1 煤礦智能電子保護插件測試研究意義
以往的煤礦智能電子測試系統很難保證測試結果的精確度，這嚴重影響了煤礦生產作業的順利進行，并導致智能電子測試系統工作效率難以滿足預定要求，而且使井下人員對于那些不必要的故障難以實現預先檢修，這就導致煤礦井下生產安全與人員生命很難得到保障。測試工作作為煤礦安全生產的基礎條件，對整個礦區及周邊環境都有著重要的意義和影響，并在總體的規劃目標、礦區定位及安全工作等方面給其他的專業設計提供了正確的引導?？紤]到井下環境的復雜性與多變性，因此在研究時不得不在綜合測試方面謹慎考慮，從而涉及到智能電子測試系統的全部內容。在此方面，關于優化開采作業、自動測試與信息反饋等較為少見，這就間接體現了煤礦生產在互動式測試系統控制上存在的不足。因此，在很大程度上，智能電子測試系統給煤礦工程帶來了一定的時代挑戰意義，而智能電子測試技術在煤礦安全生產中的應用無疑決定著煤礦工作的優劣性。
眾所周知，煤礦井下生產環境惡劣，地物結構復雜，許多電氣設備由于缺乏固定的測試手段很容易發生短路、漏電等安全事故。但是僅憑當前的智能電子測試系統，幾乎不可能準時準確地實現對設備故障測試預警工作，這就給煤礦井下故障處理增添了很多麻煩，并且白白浪費了許多的人力和物力。所以說，根據煤礦智能電子測試的現場量測數據與資料，建立一套系統、方便實用的反演方法和數值模擬分析方法，勢必有利于煤礦工作的技術經濟效益，對煤礦企業的運營與安全將會有非常好的借鑒與指導意義。筆者以為，假如對煤礦井下供電智能電子微機測試系統加以利用，實時實地對井下生產工作進行測試，并以聲光信號的模式建立報警系統，就可以使檢測人員及時地掌握故障發生部位及原因，這樣一來，我們不但可以再最短時間內尋得故障處理辦法，節省不必要的人力財力，有效地提升了智能電子測試系統的工作效率，最優化配置煤礦生產資源。
2 智能電子保護插件測試系統設計中的應用
智能電子技術是建立在以集成電路為核心的各種半導體器件基礎上的高新電子技術，特點是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快，智能電子技術對信息化時代具有巨大影響。其之所以稱為智能電子技術，主要是因為整個計算機網絡的任意兩個節點之間的連接并沒有傳統專網所需的端到端的物理鏈路，而是架構在公用網絡服務商所提供的網絡平臺，如Internet、ATM（異步傳輸模式）、Frame Relay （幀中繼）等之上的邏輯網絡，用戶數據在邏輯鏈路中傳輸。它涵蓋了跨共享網絡或公共網絡的封裝、加密和身份驗證鏈接的專用網絡的擴展。核心技術主要采用了隧道技術、加解密技術、密鑰管理技術和使用者與設備身份認證技術。在設計智能網絡設計之前，要嚴格劃分煤炭礦區資源線路數據，并實施圖層管理，再通過矢柵劃分的方式進行數據儲存，這是因為存儲空間數據的格式在系統端口緩存中有著至關重要的作用。
煤礦智能電子保護插件測試系統以所有插件局部決策結果為對象，屬于決策級融合的范疇，所以，為針對各個插件屬性作出單獨判斷，必須先對其進行變換處理，之后對每個插件屬性判決進行順序融合。換句話說，就是在獨立判決每個插件之后，再進行全局判決。在煤礦插件智能電子保護插件結構中，具體的檢測結果是插件進行特征提取操作的主要依據，并根據檢測結果作出判決，之后將其傳輸到融合中心；融合中心再以所有插件判決為依據作出最終的全局判決。智能電子保護插件測試系統中，插件組建而成的集合即為因素集，一般情況下，需要對融合系統決策結果進行等級劃分，得到決策集，融合規則要求，對二元假設檢測問題融合規則設計進行推廣，以便局部插件可以進行多級或軟判斷。假設各個局部判決器的觀測域均可以劃分為個子區域，且其相互間不相容，那么當插件的觀測處于子區域中。能電子插件測試系統硬件總體框圖。
3 智能電子保護插件測試系統設計與應用
3.1 軟件平臺要求及選型
系統結構采用國際流行的Client/Server結構，即客戶/服務器結構。操作系統應具備開放性、可靠性等特點，支持遠程查詢服務和數據處理。服務器端使用的主流網絡操作系統Windows NT4.0中文版（ServieePaek6、Internet Information Server4.0）。客戶端同樣使用Microcoft公司的Windows95/98/2000，以保證系統的兼容。網絡系統采用國際標準的協議，包括廣域連接協議，各種局域網協議，路由協議等。
3.2 數據庫的分成自動化連續更新
基于當前計算機軟件技術環境下，所有的智能電子數據庫的信息系統都應該實行統一模式管理，其數據庫內容可以下述方法進行分層自動化連續更新：首先，不斷地通過智能電子元件處的數據自動采集系統對本地數據庫的實時記錄進行自動更新。該數據更新模式，通常可以同時運用于發電廠、變電站、煤礦等單位控制中心的數據庫，并且直接對上一個控制中心的數據庫進行相關的修改更新。這樣就能有效的克服了系統操作顯示速度太慢的弊端。及時建立緩沖區于服務器端，大量存儲常用數據，提升服務器操作效率，進而提升工作流網絡的性能。如此一來，隨著底下數據庫信息資源的改變，“級聯式”自動化連續更新工作也就展開了，區域控制中心、中央控制中心的數據庫自然而然地就自動地實現了更新的目的。
3.3 智能電子保護插件測試系統的自動化控制和管理
由上述內容可知，在統一模式下的信息系統中，智能電子對煤礦保護插件測試子系統的控制管理內容，可以通過四個步驟來得以實現，即自動檢查、自動尋的、自動求解和自動執行。這當中的“被控制管理的智能電子子系統”既能夠是一個系統層子系統，也可以是智能電子元件或廠/站層子系統。對于一個系統層子系統而言，其功能就是通過利用各級調度控制中心的管理權限，對待測試插件在煤礦智能電子測試系統的安全性、合理性、經濟性進行盡可能全面的分析，并對系統的所有目的狀態實施檢查和監視，實現對互動式智能電子子系統所有狀態的互動式化測試。比如對插件子系統L1來說，如果被測試的煤礦井下狀態與目標限定數值不一致，那么互動式智能電子測試系統就會自動啟動相關的任務處理，對限定以外的突發時間進行控制并做狀態輸出，并作用在該插件子系統所包含的智能電子元件G1-G7和站層子系統 S1、S2上，進而對該插件子系統 L1 的輸出狀態實施調控，最終將它調回正常運行狀態。
3.4 測試系統交互組件設計
所謂測試系統交互組件具備維護與信息更新查詢功能，該組件可以根據煤礦井下生產中機器設備和管理設施的起止運行時間、種類等屬性及時預警消息，煤礦設備信息變化時它可以及時更新維護數據。業務交互組件還擁有設置煤礦管理系統的相關參數、維護系統數據庫、權限管理等維護功能。地圖渲染組件包含兩個組成部分，這兩部分即為矢量和柵格，這是它運用了矢柵混合技術產生的結果。操作人員還可以應用屬性查詢組件點選查詢各種設施屬性信息或者利用SQL語言實現更為復雜的查詢功能。在使用矢柵混合地圖服務之前，要嚴格劃分煤礦環境下的空間數據，并實施圖層管理，再通過矢柵劃分的方式進行數據儲存，這是因為存儲空間數據的格式在系統端口緩存中有著至關重要的作用。緩存管理組件還能組合煤礦地圖顯示組件，對用戶操作人員提出的請求在第一時間作出響應，在對端口緩存的幾何、屬性數據進行篩選之后，把篩選后有效的數據提供到煤礦測試人員面前。測試柜配有插件抽屜和綜合測試臺進行連接的萬能插頭，連接測試非常方便。測試系統的整體布局。
4 結論
綜上所述，將智能電子網絡技術運用到煤礦安全生產中來，并對煤礦保護插件測試系統加以利用，實時實地對井下生產工作進行測試，并以智能電子的模式建立插件測試系統，就可以使測試人員及時地掌握插件故障發生部位及原因，這樣一來，我們不但可以再最短時間內尋得故障處理辦法，節省不必要的人力財力，有效地提升了智能電子保護插件測試系統的工作效率，最優化配置煤礦生產資源。
[參考文獻]
[1] 趙洪山，米增強，牛東曉等，利用混雜系統理論進行電力系統建模的研究[J]，中國電機工程學報，2003，23（1）：20-25.
電子系統設計范文6
關鍵詞：FPGA;VHDL;狀態機；錄音與回放
中圖分類號：TN40文獻標識碼：B
文章編號：1004-373X(2009)03-130-03
Design of Electronic Organ System Recording and Replaying Based on FPGA
LI Xuemei
(Leshan Teachers College,Leshan,614000,China)
Abstract：Most designs of electronic organs have the essential functions of playing and replaying,but few are equipped with the device of dynamic recorging of the music being played and the device of speed adjustment.This design is based upon QuartusⅡ6.0,adopting the design of VHDL state machine,thus making the recording and replaying speed of the electronic organ adjustable,which indicates that it is feasible to adopt FPGA to record and replay music.This design brings forth a favorable prospect for music recording and replaying and provids a new technic for the design of bulky sound chips of diversified multimedia.
Keywords：FPGA;VHDL;state machine;recording and repalying
0 引 言
樂曲都是由一連串的音符組成,因此按照樂曲的樂譜依次輸出這些音符所對應的頻率,就可以在揚聲器上連續地發出各個音符的音調。大多數的電子琴設計都有彈奏和播放功能,但能自動對彈奏的樂曲進行錄音并可改變回放快慢可調的設計卻很少［1-3］。要實現錄音和回放功能,就必須將彈奏的音符值在相應的寫控制信號控制下存儲到FPGA芯片內部的隨機存儲器(RAM)中,而在相應的讀控制信號控制下,將RAM中存儲的音符值讀出來,送給相應的發聲控制等模塊。進入20 世紀90 年代以后,EDA 技術得到了飛速的發展,電子系統的設計方法發生了很大的變化,傳統的設計方法正逐步退出歷史舞臺,而基于EDA 技術的可編程邏輯芯片設計成為電子系統設計的主流。本設計基于QuartusⅡ6.0開發平臺,采用VHDL語言在FPGA芯片上成功地實現了電子琴動態錄音與回放功能［4-6］。
1 電子琴動態錄音與回放系統設計
已經設計成功的多功能電子琴樂曲硬件演奏設計電路主要包括：鍵盤演奏、人工選曲并播放樂曲、錄音/回放、可控制播放歌曲的節奏快慢、液晶顯示當前系統狀態等功能。其中在FPGA芯片中實現的電路設計有4個模塊,分別為鍵盤掃描和按鍵功能設置模塊、ROM/RAM控制器模塊、發聲控制模塊、LCD驅動控制模塊。系統設計框圖如圖1所示。
工作原理如下：首先通過鍵盤掃描和按鍵功能設置模塊將一個4*4的鍵盤上各按鍵進行功能設置,然后根據相應的操作要求進行發聲和液晶顯示。如果選中當前狀態是彈奏模式,則發聲控制模塊直接把琴鍵送來的音符對應的分頻系數轉換成相應頻率送到揚聲器發聲,字幕信息通過液晶顯示驅動模塊驅動液晶顯示;如果選中當前工作模式為播放模式,則ROM/RAM控制器模塊把事先存儲在ROM中的音樂數據提出來送至發聲模塊,完成自動播放功能；如果選中當前工作狀態是錄音回放模式,則啟動ROM/RAM控制器模塊中RAM狀態機控制器進行讀寫操作。
這里重點介紹由ROM/RAM控制模塊通過狀態機設計產生錄音/回放功能的實現。
2 ROM/RAM控制模塊的設計
ROM/RAM控制模塊的作用是通過對系統當前所處的模式進行判斷,并根據輸入的控制信號,對CycloneⅡ FPGA內嵌的RAM的讀寫信號、讀寫時鐘及讀寫地址進行控制。其中ROM/RAM控制模塊的外部接口符號圖如圖2所示。
此模塊定義了10個輸入端口,分別為：mode_key(鍵盤演奏模式)、mode_auto(播放歌曲模式)、mode_tape(錄音回放模式)、time_up(節奏上升)、time_down(節奏下降)、song_select(曲目選擇)、tape(錄音)、playback(放音)、reset(系統復位)、clk(時鐘)。定義了15個輸出端口：rom_add(ROM地址)、rom_clk(ROM時鐘)、rom_en(ROM時鐘使能)、ram_wradd(RAM寫地址)、ram_wren(RAM寫使能)、ram_wrclk(RAM寫時鐘)、ram_rdadd(RAM讀地址)、ram_rden(RAM讀地址)、ram_rdclk(RAM讀地址)、full(錄音滿信號)、over(回放完畢信號)以及5個提供LCD驅動顯示用的信號。
RAM/ROM控制模塊中的RAM控制部分分成兩個小部分,采用有限狀態機(FSM)分別對RAM讀狀態和RAM寫狀態進行操作控制。當系統當前模式為“錄音/回放模式”時,如果“錄音”按鍵按下,則RAM進行寫操作,從首地址開始進行存儲。如果存儲滿1 024個地址空間,則提示“錄音滿”,寫操作終止,等待用戶命令,以進行下一步操作。當系統當前模式為“錄音/回放模式”時,如果“回放”按鍵按下,則RAM進行讀操作,從首地址開始將RAM單元中的數據送給發聲控制模塊進行播放。如果讀完1 024個地址空間,則提示“回放完畢”,讀操作終止,等待用戶命令,以進行下一步操作。
寫操作的FSM狀態轉移流程以及轉移條件如圖3所示;讀操作的FSM狀態轉移流程以及轉移條件如圖4所示。
用狀態機對RAM進行讀寫控制的部分源程序如下：
--------------------------
process( ram_wrclk000,reset,mode_tape,tape,playback)
begin
if reset=′0′then tape_state＜=tape_state0;
elsif ram_wrclk000′event and ram_wrclk000=′1′ then
tape_state＜=tape_state;
case tape_state is
when tape_state0 => if mode_tape=′0′ then tape_state＜=tape_state0;
ram_wren＜=′0′;
ram_wradd000＜=″0000000000″;
else tape_state＜=tape_state1;
--如果電子琴使能端reset為0或者錄音模式mode_tape為0,則狀態機處于等待狀態tape_state0,否則進入下一狀態tape_state1。
end if;
when tape_state1 => if tape=′0′ then tape_state＜=tape_state0;
ram_wren＜=′0′;
ram_wradd000＜=″0000000000″;
else tape_state＜=tape_state2;
end if;
--如果錄音控制鍵tape為0,則回到初始狀態。否則進入下一狀態tape_state2。
when tape_state2 => if (playback=′1′ or mode_tape=′0′) then full＜=′0′;
ram_wren＜=′0′;
ram_wradd000＜=″0000000000″;
tape_state＜=tape_state0;
elsif tape=′1′ thenfull＜=′0′;
ram_wren＜=′1′;ram_wradd000＜=ram_wradd000+1;
tape_state＜=tape_state2;
--如果回放控制鍵playback為1,或錄音模式mode_tape為0則回到初始狀態,且對RAM寫控制端ram_wren為0。否則進入下一狀態tape_state2。
elsif ram_wradd000=″1111111111″ then full＜=′1′;
--錄滿音提示
ram_wren＜=′0′;tape_state＜=tape_state0;
--如果錄音地址飽和,則回到為tape_state0初始狀態,且對RAM寫控制端ram_wren為0。
else full＜=′0′;
ram_wren＜=′1′;
tape_over_add＜=ram_wradd000;--錄音截止地址,作為RAM讀地址的末地址
tape_state＜=tape_state2;
end if;
when others => tape_state＜=tape_state0;
end case;
end if;
ram_wradd＜=ram_wradd000;
end process;
---------------------------
其仿真波形圖如圖5所示。從仿真圖上可以看出,RAM/ROM控制模塊電路既產生了控制RAM存儲器的時鐘ram_wrclk信號,也產生了相應的控制RAM的使用使能信號ram_wren和寫入地址ram_wradd。
3 RAM隨機存儲器的設計
設計一個雙端口的存儲深度為1 024、存儲寬度為6位的隨機存儲器RAM,用來存儲彈奏的樂曲,并可播放出來。生成的RAM單元如圖6所示。data［5..0］端口為彈奏電子琴時由發聲控制模塊產生的音符數據。當系統處于“錄音/回放模式”的“錄音”狀態時,將當前所彈奏的音符進行轉換,輸出作為RAM的存儲數據“DATA”。wraddress［9..0］代表十位寬度的寫地址端口,rdaddress［9..0］代表十位寬度的讀地址端口。wrclock為RAM寫入時鐘,rdclock為RAM讀出時鐘。Q［5..0］為從RAM中讀出所存放數據,即data。
從圖6可以看出,此雙口RAM具有獨立的讀寫時鐘和讀寫使能。選擇這樣的RAM的目的是為了以一個固定頻率wrclock(本設計取4 Hz)的時鐘對RAM進行寫操作,即以一個固定的采樣頻率對所彈奏的樂曲進行采樣存儲；另一方面以節奏控制部分輸出的時鐘rdclock作為RAM的讀時鐘信號,使得回放過程可以以不同的節奏將儲存的樂曲播放出來。這是其新穎之處,使電子琴在回放過程中更加靈活多變,功能更多。
其仿真波形圖如圖7所示。從仿真圖上可以看出,RAM存儲器在寫使能信號和讀使能信號控制作用下依次寫入數據信號,并按寫入地址先后次序再準確地讀出來，實現了錄音和回放的功能要求。
本設計采用杭州康芯電子有限公司開發的電子設計應用板(型號： KX-DVP3F)進行對系統的調試與功能驗證。利用QuartusⅡ6.0軟件生成.sof或者.pof編程文件,通過USB下載器將編程文件配置到CycloneⅡ EP2C8Q208芯片中,經過數次的調試,多功能電子琴的全部技術指標和功能很好地符合設計要求,發聲準確,易操作,可視性強。
有限狀態機設計技術是實用數字系統中的重要組成部分,也是實現高效率高可靠邏輯控制的重要途徑。它具有類似CPU的高速運算和控制能力,程序層次分明,結構清晰,易讀易懂；在排錯、修改和模塊移植方面也有獨到之處。
參考文獻
［1］王思聰,康潤生.用CPLD實現簡易音樂發生器［J］.焦作工學院學報：自然科學版,2001,20(2):98-99.
［2］杜世民,楊潤萍,張川.用VHDL設計樂曲演奏電路［J］.寧波高等?？茖W校學報，2003,15(4):41-49.
［3］姜田華.基于FPGA的樂曲發生器設計［J］.現代電子技術，2003,26(18):67-69.
［4］郭培源,喬美華.基于FPGA，CPLD芯片的音樂存儲與回放系統設計［J］ .電聲技術,2004(10):54-57.
［5］楊國慶.基于FPGA動態顯示樂曲演奏片上系統的分析與設計［J］.電聲技術,2006(19)：162-164.
［6］楊國慶.基于VHDL動態顯示樂曲播放器的設計與實現［J］.天津工業大學學報，2006,25(4)：34-37.
［7］潘松,黃繼業.EDA技術實用教程［M］.北京：科學出版社,2006.
［8］陳瓊,潘禮,黃松.FPGA系統設計與實踐［M］.北京：電子工業出版社,2004.
［9］王振紅.VHDL數字電路設計與應用實踐教程［M］.北京：機械工業出版社,2006.
［10］顧斌,趙明忠,姜志鵬.數字電路EDA設計［M］.西安：西安電子科技大學出版社,2004.
［11］朱明程,董爾令.可編程邏輯器件原理與應用［M］.西安：西安電子科技大學出版社,2004.
