李珊瓊

摘? 要：近年來(lái)，電子技術(shù)飛速發(fā)展，超大規(guī)模的集成電路在各項(xiàng)芯片的設(shè)計(jì)中有了廣泛的應(yīng)用，數(shù)字電路的設(shè)計(jì)問(wèn)題變得越來(lái)越復(fù)雜，尤其是電子產(chǎn)品的自動(dòng)化設(shè)計(jì)問(wèn)題愈發(fā)復(fù)雜，該文分析了如何在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中明確研究目標(biāo)，優(yōu)化電路的設(shè)計(jì)模塊化發(fā)展，促進(jìn)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)質(zhì)量提升。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路? 模塊化? 優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN79 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）10（a）-0038-02

隨著集成電路的電子產(chǎn)品在生活中普及，對(duì)數(shù)字電路的要求變得愈發(fā)高，數(shù)字電路在設(shè)計(jì)與優(yōu)化的過(guò)程中要確保電路的準(zhǔn)確性，進(jìn)行模塊化處理，使其在未來(lái)應(yīng)用的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)信息化、智能化以及共享化的優(yōu)勢(shì)。該文分析了數(shù)字電路優(yōu)化設(shè)計(jì)的必然發(fā)展趨勢(shì)，提出了模塊化設(shè)計(jì)的思路。

1? 數(shù)字電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)與模塊化設(shè)計(jì)的對(duì)比

數(shù)字電路是超大集成電路發(fā)展的必然結(jié)果，可以將規(guī)模龐大的電路問(wèn)題以更便捷的命令指控的方式解決，通過(guò)數(shù)字電路的模塊化設(shè)計(jì)，可以讓大規(guī)模的電路變得具有信息共享的功能，電路的整體優(yōu)化效果也可以得到全方位的保障。在整理數(shù)字電路的模塊化設(shè)計(jì)思路的過(guò)程中，需要將原來(lái)復(fù)雜、龐大的電路問(wèn)題進(jìn)行逐一分解，以簡(jiǎn)單的電路模塊進(jìn)行由繁入簡(jiǎn)的操作，在問(wèn)題簡(jiǎn)單化之后進(jìn)行邏輯性步驟的重新梳理，逐個(gè)地實(shí)現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)?？梢哉f(shuō)，模塊化的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路是一個(gè)思想簡(jiǎn)化的過(guò)程，將規(guī)模龐大、復(fù)雜、完整的數(shù)字電路系統(tǒng)變成許多個(gè)簡(jiǎn)單、小規(guī)模的電路系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)建模的方式進(jìn)行數(shù)字電路功能的逐一描述，逐個(gè)開展模塊化設(shè)計(jì)，這一過(guò)程中，各類型的電路問(wèn)題可以以輸入變量和輸出變量的方式進(jìn)行總結(jié)、類比，確保電路的整體設(shè)計(jì)問(wèn)題具有簡(jiǎn)潔化的特點(diǎn)。

在數(shù)字電路優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要將真值表當(dāng)作一個(gè)完整的數(shù)字電路系統(tǒng)，將數(shù)字電路系統(tǒng)的輸入變量與輸出變量進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，最后將輸入的組合尾數(shù)當(dāng)作子系統(tǒng)的輸入信號(hào)，將其余的信號(hào)當(dāng)作通信信號(hào)，通過(guò)不同的設(shè)計(jì)思路優(yōu)化方式，將各個(gè)敏感的負(fù)荷電纜作為單獨(dú)的電路線路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不同的功能電路模塊選擇不同的供電區(qū)域，讓整個(gè)數(shù)字電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)效果達(dá)到最佳。

模塊化的電路優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)相比較，在算法的使用上具有兩個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：第一個(gè)優(yōu)勢(shì)是模塊化的電路優(yōu)化算法解決了電路選擇系統(tǒng)的隨機(jī)性問(wèn)題;第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是模塊化的電路優(yōu)化設(shè)計(jì)使用的進(jìn)化算法減少了子系統(tǒng)的輸入尾數(shù)的特點(diǎn)，縮減算法尋找求解的空間，讓算法可以更快地尋找到最優(yōu)解，尋找最優(yōu)解的難度也大大降低，有助于進(jìn)一步提升模塊化設(shè)計(jì)算法的成功率。

2? 數(shù)字電路的模塊化電路優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

2.1 數(shù)字電路的染色體編碼優(yōu)化

在對(duì)數(shù)字電路的模塊化進(jìn)行結(jié)構(gòu)編程的時(shí)候，染色體編碼的算法優(yōu)勢(shì)有利于確保遺傳算法的順利執(zhí)行，在邏輯思考的過(guò)程中將染色體進(jìn)行獨(dú)立劃分，建立多個(gè)相互獨(dú)立的子系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)之間具備不同的通信號(hào)位、連線編碼以及編碼功能，確保優(yōu)化數(shù)字電路設(shè)計(jì)的遺傳算法在使用的時(shí)候可以應(yīng)用實(shí)數(shù)進(jìn)行編碼，確保染色體數(shù)字結(jié)構(gòu)中的各個(gè)子系統(tǒng)之間快速合成，形成一個(gè)單獨(dú)且完整的染色體結(jié)構(gòu)，獨(dú)立運(yùn)行，并不會(huì)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的進(jìn)化產(chǎn)生影響。在數(shù)字電路結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時(shí)候，基于電力資源節(jié)約的原則，染色體子系統(tǒng)之間的邏輯應(yīng)當(dāng)互相獨(dú)立，編碼方案如圖1所示。

2.2 在數(shù)字電路優(yōu)化的過(guò)程中設(shè)計(jì)適應(yīng)度函數(shù)

基于遺傳算法進(jìn)行數(shù)字電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，要確保遺傳算法可以開展適應(yīng)度函數(shù)設(shè)計(jì)，否則會(huì)直接影響數(shù)字電路的最終模塊化設(shè)計(jì)結(jié)果。在設(shè)計(jì)適應(yīng)度函數(shù)的時(shí)候，要通過(guò)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行合理性分析，適應(yīng)度函數(shù)的計(jì)算結(jié)果點(diǎn)評(píng)數(shù)字電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)合理性，對(duì)比適應(yīng)度函數(shù)的輸出值與期望值，分析比較二者數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果來(lái)判斷數(shù)字電路模塊化優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果是否符合預(yù)期。具體的適應(yīng)度函數(shù)如下：

2.3 數(shù)字電路優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程的選擇操作

基于數(shù)字電路模塊化設(shè)計(jì)原則，可以應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)選擇的策略進(jìn)行操作，從父代數(shù)字電路的基礎(chǔ)上在模塊化的電路中進(jìn)行隨機(jī)選擇，選擇一定數(shù)量的遺傳個(gè)體，借助適應(yīng)度函數(shù)的計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的合理性分析，對(duì)各個(gè)遺傳個(gè)體的計(jì)算效果急性逐一比較，最終將適應(yīng)度最高的遺傳個(gè)體篩選出來(lái)，并對(duì)不同的遺傳個(gè)體進(jìn)行交叉操作，不斷重復(fù)這一操作，直到所有的遺傳個(gè)體都完成對(duì)應(yīng)的交叉操作。

2.4 數(shù)字電路優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程的交叉算子的比較

從父代的電路群體中隨機(jī)抽取不同的染色體電路體系，按照上一設(shè)計(jì)步驟中的概率進(jìn)行交叉配對(duì)，確保不同模塊之間的優(yōu)秀設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制可以在交叉配對(duì)的過(guò)程中得到保留，以此來(lái)達(dá)成最佳的群遺傳的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在篩選交叉算子的時(shí)候，最常用的篩選方法有單點(diǎn)交叉、兩點(diǎn)交叉、均勻交叉等方法，其中均勻交叉的方法具有多次置換的特點(diǎn)，可以對(duì)染色體系統(tǒng)進(jìn)行均勻交叉操作，隨機(jī)選擇符合模塊化優(yōu)化設(shè)計(jì)原則的父代染色體個(gè)體，確保后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)操作可以順利地進(jìn)行。

在交叉算子比較和篩選的過(guò)程中，為了確保滿足數(shù)字電路的多樣性優(yōu)化需求，在種群多樣性上還要用常見(jiàn)的染色體進(jìn)行概率分析，讓數(shù)字電路的多樣性變得更加豐富，也能夠優(yōu)化整個(gè)染色體的基因，確保種群的多樣性得到良好的保持。

數(shù)字電路的整體電路功能非常復(fù)雜，電力規(guī)模也非常大的龐大，常見(jiàn)的模塊化設(shè)計(jì)理念已經(jīng)無(wú)法積極性分解和細(xì)化，將復(fù)雜的電路進(jìn)行一系列的分解與優(yōu)化，可以建立一個(gè)真值表對(duì)各個(gè)模塊的電路功能進(jìn)行描述和設(shè)計(jì)，將數(shù)字電路的輸入值和輸出值等不同的變量進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，其余的數(shù)字作為選通的信號(hào)，借助遺傳算法的方式進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)化，有助于數(shù)字電路的設(shè)計(jì)優(yōu)化效果的提升。

3? 結(jié)語(yǔ)

隨著數(shù)字電話在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用中的范圍越來(lái)越廣泛，優(yōu)化數(shù)字電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了必然，在數(shù)字電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)用模塊化的方法，引入遺傳算法的方式，提高數(shù)字電路模塊化設(shè)計(jì)的可靠性以及精準(zhǔn)性，讓整個(gè)電氣元件的應(yīng)用質(zhì)量得到很好的水平提高以及優(yōu)化，為整個(gè)數(shù)字電路的繼續(xù)優(yōu)化奠定良好的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用和長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 李翠翠.電機(jī)控制器中的CMOS電路節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2017（18）：185-188.

[2] 王洪亮，智立甫.高職數(shù)字電路基礎(chǔ)課程模塊化教學(xué)初探[J].石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，22（6）.

[3] 沈同圣，奚曉梁，朱曉剛.某種SDC模塊的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].微處理機(jī)，2008（3）：186-188.