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电子系统设计范文1
主要问题分析
课堂教学。教学效果虽然取决于学生和教师两个方面，但归根到底还是看教学方法是否得当。“电子系统设计”课程一般安排在第7学期，此时大部分学生专注于考研和找工作，学习积极性和时间投入不足；本课程涉及面较广，不仅需要灵活运用前修课程的相关知识，而且须加强对实际电子系统（产品）的分析和综合能力，有一定的难度。这些特点对课堂教学方法提出了较高要求。虽然很多教师对多媒体课件制作、双主体课堂教学模式等方面进行了有益的改进和运用，但是在授课的深入浅出、知识的融会贯通、理论联系实际等方面普遍存在不足，难以调动学生的积极性和主动性。实践教学。“电子系统设计”课程的实践性极强，一般配备综合课程设计等实践环节。实践科目的设计是其中的重点和难点，常常存在以下问题，达不到预期训练效果：难度及工作量偏大或便小；覆盖面经常偏小，等同于一个课程实验；趣味性或实用性不够，难以引起学生兴趣；设计及制作成本考虑不足，给学校或学生造成负担；较大的课题以团队形式完成，但任务分工及考核量化不明确，等等。另外，实践教学手段较单一，没有很好体现教学与行业应用、与教师科研的合理结合。
改进方法探讨
针对上述教学环节中存在的主要问题，结合笔者多年“电子系统设计”课程的教学实践，提出如下改进方法。合理编排教学内容，既体现课程内涵，又联系当前的技术发展和现实需求。以系统级设计为主线，重点讲解现代电子系统设计的基本方法和基本流程，以及如何利用典型电路和软硬件模块构造高性价比的电子信息系统，而局部环节的“技术级设计”应由前修课程完成[1，2]。例如，电子系统设计的流程包括需求性论证、系统方案设计（含成本、功耗、可靠性分析等）、硬件/软件设计、抗干扰设计、系统仿真、制作/调试、产品化设计等；模拟系统/数字系统/混合系统（智能系统）的重点、难点内容；自顶向下设计方法；CDA和EDA工具的运用；各级仿真在设计中的应用等。充实新器件、新技术及新方法的有关内容。重点以新型集成元器件、PLD器件为基础，以新型单片机、嵌入式或DSP芯片为核心构建现代电子系统，例如程控放大器、程控滤波器在信号调理中的应用、单片机+FPGA的系统设计、多种串行总线及外设接口方法等；无线传感器网络、RFID、物联网等新兴技术在电子系统设计中应用等。加强电子系统软件设计方面的内容和训练。重点讲解接口、通信和上位机应用程序的设计方法。以学生引导为目标、以案例教学方法为手段，提高教学效果。
电子系统设计范文2
关键词：电子系统；设计方法；设计环境
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：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
作为一种新型技术形式，电子系统设计自动化技术突破了传统自底向上的设计方式，能够有效权衡设计周期、系统成本以及系统性能之间的关系，以此实现我国电子信息技术的健康发展。因此，笔者主要针对这一问题进行分析与研究，从而为我国的电子信息系统的发展做出相应的贡献。
1 电子设计系统的衡量标准与弊端
所谓电子设计自动化就是Edlectronic Design Automation，简称为EDA。主要是通过CAD（Computer Aided Design）的技术，实施电子系统与专用集成电路设计的技术。随着向20世纪90年代的迈进，EDA技术已经具有了一些鲜明的特征，如系统仿真、高级语言描述以及综合优化等，这时的EDA就被称作ESDA。以往的电子系统都是借助自底向上的设计方式，通过SPICE，将模拟验证方式完成。这种形式需要设计者具有较多的设计经验。目前，EDA借助了自顶向下的途径，能够积极权衡设计周期、系统成本与系统性能之间的关系，属于层次化的设计方式。当前很多普通的硬件平台能够对CAD软件的运行进行支持。这种自顶向上的形式有助于对整个项目的划分与管理，可以使设计队伍的管理得以简化，能够避免一些不必要的重复，促进设计成功率的提升等[1]。
对于电子自动化系统的衡量标准主要有三方面，首先一般性。借助这种自动化系统，可以比较准确地达到电路与性能的要求；其次是精确性。借助这种设计方式，可以积极保证设计精度。最后就是有效性。电路设计编译所需时间，以及综合优化过程中消耗的CPU时间的有效性等[2]。从目前来看，我国的电子系统设计环境仍然具有一定的问题。系统层次比较单一，库单元不足，结构具有固定性特点，不能进行充分地修改与扩充；另外，由于自动化程度不高，还要借助人工设计的方式。另外一些核心算法存在一定的问题，设计时间与精度与理想的要求不符。因此，应该积极重视这些问题与弊端，积极总结以往设计环境的经验，运用性的电子系统设计环境，促进电子系统的积极发展。
2 ASEDA的设计流程与环境
如图1所示，电子系统设计流程能够抽象出如此的模式。一方面，设计师进行概念的设计，是针对要求的设计性能与设计限制，也就是将系统信号流程图积极建立起来。从ASEDA中将模块选择出来，达到ASEDA中进行层次化设计，对框架进行综合与优化等。接下来，输出形式应该借助电路图，以及文本格式等，当做版图设计级，进行输入，最终能够出现VHDL描述。
如图2所示，ASEDA设计的层次化综合与优化流程。这一系统的核心内容主要是能够逐渐分解系统与设计限制，使之成为更小的部件与设计限制，以此进行设计综合，另外每层电路的分析综合与优化过程是相同的[3]。
首先，作为性能要求与设计限制文件来说，这些最高层主要是用户提出的。低层次的则是上一层自动生成的。其次，针对性能要求与设计限制，可以选取适当的宏模型拓扑结构，这主要在相应层次的宏模型库中生成，主要是根据模糊匹配的原则，同时为用户提供一个及一个以上的拓扑结构，以此来让用户进行选择。若是用户对系统自耦东选择的结构较为满意，那么便可以进行接下来的设计工作。若是用户不满意，那么必须要进行自行修改，并且也要构造出新的结构，利用相关的模型等工具来进行宏模型的建立，之后在对其进行设计。对于电路来说，属于变化多样的拓扑结构，所有用户的需求对于一个单元库来说，具有一定的难度，这就需要构建新的电路拓扑[4]。因此，自动建立电路宏模型能够促进设计效率的提升。
在相应的拓扑结构被确定之后，要能对其进行参数方面的优化，以及宏模型仿真，并且要以主要设计的目标以及相关的限制目标进行处理，对系统的性能指标以及相关产量进行优化。对于优化方法来说，主要方式有以下几种：首先是最速下降法，此方式能够在一般情况下进行局部最优解。其次就是模拟退火法，这是在计算机技术逐渐发展的过程中，逐渐产生并且得到广泛应用的一种方式。宏模型主要是利用相关的符号模拟以及数值模拟等形式，来对最终的结果进行优化。若是相关的验证结构域合计要求存在较大的偏差，那么必须要对其进行重新拓扑，或者是进行结果方面的优化处理。同时在针对各个层次上的仿真，一定要避免将该层次的错误带到下一层。以此来充分提升设计的成功几率。
另外，若是宏模型的仿真通过了，那么将要准备好下一层次的设计工作，可以将该层的拓扑结构进行分解，将其分解成各个子模块，同时也要对各个子模块的功能进行分解以及限制，这也就是所谓的对子模块进行性能指标的确定，以及设计上的限制。对于该环节的工作来说，其对下一层的设计合理与否有很大的影响。在完成分解工作之后，要向着各个模块中的设计转入，以此来进行下一层的设计。这一设计工作需要不断进行，直到最终整个系统设计工作的完成[5]。
ASEDA中主要借助符号模拟技术，将电路的符号模型建立起来。由于相应的符号模拟技术没有对电路的形式以及相关性能进行约定，这样将会解决一般性的问题，电路议程将会自动生成，这样将会有效缩短准备时间。对于宏模型来说，其具有层次结构，同时也具有自动化特征，这样将会有效减少综合优化的时间，解决相关的问题。另外，要借助非参数统计分析方式，来建立起电路宏模型，以此来充分将线性回归模型函数固定形式造成偏差进行解决。作为一种具有较强功能、较高效率，方便科学核工程计算的交互式软件包，最新的MATLAB for Windows的4.0版，具有以往交互式编程功能以外，还能将大量的MATLAB配套工具箱进行提供，主要有优化工具箱、神经网络工具箱、信号处理工具箱以及控制系统工具箱等。除此以外，还能对别的语言接口加以提供，从而增强其功能。所以，在ASEDA中，主要用作系统级仿真。
3 ASEDA设计环境的特征
设计者借助ASEDA提供的工具，可以设计出各种电子系统，主要涉及仿真、输入、测试与实现等。因此对于ASEDA来说，主要具有以下几方面的特点：
首先，作为电子系统设计与仿真来说，图形用户界面是统一的；其次，借助MATLAB，在系统级仿真过程中，能够帮助对设计结构中问题的及时发现，防止设计工作的浪费现象的出现[6]。再有，其自身的电路综合设计具有层次化的框架，这与自顶向下的系统设计要求相符合；另外，对反馈回路的多级嵌套具有一定的支持作用，能够适应多级、复杂的系统要求；此外，关于电路宏模型库的建立，主要具有层次化与可扩充性特征，可以积极保障分层次系统的设计，也使得设计的灵活性得以提升，缩减了设计所需的时间。并且设计环境自身的综合优化算法具有高效性特征，借助灵活的方式，通过用户人工干预的形式，还可以是通过计算机自动生成的形式，得到各层次的宏模型。除此以外，体系结构具有开放性特征，不但可以对其他设计工具的接口进行提供，还能让设计人员拥有自主性，可以在系统中对设计工具进行扩充与建立等，以此便于各种设计人员的电子系统设计工作，尤其是帮助模数混合的电子系统设计。最后，可以借助多用电路模拟与验证方式，除掉传统的SPICE等数值模拟工具以外，还能借助符号模拟工具，来验证模拟电路等，能够帮助设计人员适当地折中设计精度与时间等。
4 结论
总而言之，电子系统的设计发展离不开电子系统设计自动化方式与设计环境的作用。合理运用科学的电子系统设计自动化方式，有助于我国电子系统设备的发展。因此，对于相关电子信息借助的设计人员来说，应该加强对电子系统性能与设计限制的分析与研究，借助有效的方式科学设计电子系统。在当前信息时代的发展浪潮中，为了能够适应社会的发展趋势，应该积极增强自身的科学技术水平，提升信息技术人才的综合素质与能力，以此可以为我国的信息技术的发展做出相应的贡献，并且能够使我国积极走向现代化、信息化的道路中，实现我国的综合国力的增强，以及生活质量的提升。
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电子系统设计范文3
关键词： 业务流程建模； 工作流引擎； 异常处理； 分布式业务； 协同
中图分类号： TN99?34； TM417 文献标识码： A 文章编号： 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
随着互联网的快速发展和企业业务需求的不断增长，企业中出现大量的遗留软件系统，短时间内很难完全通过全新的软件系统来取代。如果能将这些遗留的软件系统通过某种技术组合起来满足企业新的业务需求，必将为企业节省巨大的经济开支。本文基于上述需求，在大量理论研究的基础上，结合现有的工作流系统设计并实现了一个基于工作流的业务组织管理系统，将具有特定功能的软件当作流程中的任务节点，通过定义流程模板将软件与任务节点联系起来，实现不同软件的协调运行，共同完成特定业务流程。
1 基于工作流技术的业务组织工具研究
1.1 业务组织工具的总体架构
业务组织工具采用MVC架构设计，将该工具的系统分成三层：描述层、逻辑层、数据库层。业务组织工具的系统架构如图1所示。
1.2 业务流程模型设计
业务模板在设计完成后进行模板验证用以判断用户设计的逻辑是否合理。验证一个业务流程模板，首先要对其进行模板解析以便进行验证。模板解析最主要的工作是解析出流程模板中定义的各个节点的属性信息和它们之间的逻辑关系以及各条边中定义的转移条件。其中各个节点之间的逻辑关系用前驱节点和后继节点的集合来表述，@取拓扑关系的算法思想是读取流程模板中的每条边，将该边的终止节点加入到起始节点的后继节点集中，将该边的起始节点加入到终止节点的前驱节点集中，这样当处理完所有边后，整个模板的逻辑拓扑关系就都通过每个节点的前驱和后继节点集保存起来。
为了判断流程模板的正确性，首先应该对流程模板进行一些规则性的约束，这样能够以这些规则来判断流程模板的正确性，下面描述对应的约束条件：业务模板开始节点和结束节点惟一，并且它们不能直接相连；子流程中子开始节点和子结束节点惟一，并且不能直接相连；除活动节点外，其他逻辑节点必须成对出现，流程中必须有开始节点和结束节点，出现与分支、或分支、循环开始必须有与其对应的与汇聚、或汇聚、循环结束节点出现；各节点的边约束必须有规定，例如：开始节点只有输出边，结束节点只有输入边等；在模板中逻辑控制节点不能交叉出现，但可以相互包含；边必须有前驱节点和后继节点；从开始节点出发，到模板中的每一个节点都有一个可达路径。
1.3 工作流引擎设计
（1） 工作流引擎总体设计
工作流引擎中最基本的也是最重要的模块是流程调度模块，该模块主要包含：控制中心、任务管理、依赖检查、转移控制。工作流引擎的内部组成如图2所示。
（2） 工作流引擎调度算法设计
流程调度算法是整个工作流引擎的核心内容，引擎调度算法涉及的数据结构主要包括四个队列：RS：未完成队列；ES：执行中队列；SS：已完成队列；MSG：消息队列。
以上队列可以由数组模拟实现，其中RS，ES，SS三个队列用于存储节点的ID，MSG队列存储的是引擎的执行状态消息，引擎的状态消息可由一个二元组表示WFMessage=。其中NodeId是节点ID，msgType表示节点的执行状态情况，其中：0表示执行成功，1表示执行失败，2表示执行错误。
1.4 工作流异常处理设计
（1） 基于改进ECA规则和案例推理的工作流异常处理模型
SECA_CBR异常处理方法模型的主要思想是：在处理异常时，首先系统通过SECA规则库进行查询，判断规则库中的规则是否存在对应的处理方法，如果有对应的规则，则按照已定的规则处理相应的异常；如果不存在对应的规则，通过案例推理方法进行匹配和推理新异常处理方法，推理出来的方法并不立即执行而是将该方法推送给用户，让用户决定是通过推理出的方法还是使用自己判断的处理方法。当用户对新异常确定处理方法后，系统会将其新的处理方法存入异常案例库以扩展新的案例，通过规则转化为SECA规则存入SECA规则库，这样既丰富了案例库使案例推理更加准确，又能在该异常再次发生时通过SECA规则迅速处理。
（2） 基于SECA规则的异常处理
本工具通过改进的ECA规则设计出SECA（Super ECA），将流程的模板设计和工作流异常处理设计彻底分开，这将降低业务模板的复杂程度，而且方便对异常规则的维护。
SECA规则通过添加模板ID和异常活动的ID信息用于标识不同模板，实现了将SECA规则库和流程模板分开，让流程文件更加简洁便于维护，如果需要添加新的规则不必在模板文件中添加，只需在SECA规则库中添加，方便用户的操作，同时提高了系统的可维护性。
（3） 基于案例推理的异常处理
本业务组织工具需将案例通过一些规则转换成SECA规则，并将已处理过的异常案例通过对应的规则转换成SECA规则并存到SECA规则库，在下次遇到该异常时可以直接查询SECA规则库中的规则对异常进行处理，这样可以绕开复杂的案例推理过程，提高异常处理的速度和效率。
2 业务组织工具协同机制研究
2.1 业务流程分布式运行机制研究
（1） 基于的分布式架构
为了实现业务组织工具工作的分布式和充分利用计算机资源，本文设计并实现独立的部件。有自己的端口，可以接收本地任务和外部发来的任务请求。收到请求后，首先通过预处理对数据进行处理、数据映射以及加密和解密工作；然后根据相应的请求调用已定义的业务软件，并将相应的参数传入启动的软件或服务中，等处理完成后将执行的结果和状态返回给对应的工作流引擎。
工作流程大概如下：工作流A执行过程中遇到活动节点将该节点交给去处理，判断该节点的属性是否是本地执行，是则启动相应程序并将执行完的结果返回给业务组织工具；否则将活动节点的详细信息通过通信协议发送给其他（如B，C，D等）。假如B收到信息判断是本执行，则启动相应的应用程序，并将执行完成后的结果返回。其他收到信息后判断与自己无关自动忽略。
（2） 分布式框架的实现
是由登录、系统配置、业务处理、服务和监控管理模块组成。监控管理模块的接口与业务组织工具的异常处理保持一致，可以通过业务组织工具管理服务的异常情况；系统配置涉及到的东西和业务组织工具的分布式协同关系不大。
2.2 业务流程协同机制研究
（1） 协同机制架构
为实现多流程之间的协同工作任务要求，本文在工作流引擎之间引入了协同控制机制，如图3所示。通过该机制能蛐调需要多流程协同工作的业务流程。
（2） 协同工作流
一般情况下协同工作流的实现都会有对应的协同模板，将协同模板作为优先级高的流程进行执行，当有需要执行的协同模板活动时就会执行对应的协同交互工作。本工具将协同模板设计省略，通过采用可视化的方法对模板之间的活动添加对应的时序约束关系。在工作流引擎执行协同流程时通过查询时序约束关系自动完成流程之间的时序约束关系。
（3） 协同机制的实现
本工具不将协同规则写入对应的模板文件中，而是把协同规则存入独立的协同规则库。在设计协同规则时通过业务组织工具的模板验证模块获取流程的拓扑结构，获取每个流程模板中的活动节点，然后设定各模板中活动节点的时间约束性。
3 基于工作流的业务组织工具的实现
3.1 业务流建模工具的实现
（1） 模板绘制
业务组织工具、建模工具的绘制功能主要通过Qt图形视图框架进行开发，Qt开发图形视图框架由项（Item）、场景（Scene）和视图（View）三层构成。其中项提供各种图形供绘制功能使用；场景是项的存储容器，可以用来管理图形项；视图是控制可视化窗口部件，主要使场景中的内容可见。
（2） 界面展示
本工具将业务建模工具集成在业务组织工具中，主要有新建模板、打开模板、保存模板、另存为模板等功能。从实际需求出发绘制的业务流程模板，如图4所示。
3.2 工作流引擎的实现
（1） 本地引擎的实现
引擎实现类主要由WorkFlowInstance构成。其主要的函数有：模板写入数据库函数，控制流程引擎的主函数，模板的逻辑结构拓扑结构生成函数，获取该节点信息函数，初始化节点函数，MSG消息队列的处理函数，向队列中加入节点函数，处理开始节点函数，处理结束节点函数，处理活动节点函数，处理与分支节点函数，处理与汇聚节点函数，处理或分支节点函数，处理或汇聚节点函数，处理循环开始节点函数，处理循环结束节点函数，处理子流程节点函数，处理边上条件设置的判断并返回结果函数，线程启动时内存初始化设置函数，根据异常处理模块返回的处理建议处理函数，重新执行某个节点函数。
（2） 业务监控工具的实现
业务流程监控模块的主要功能是当用户启动一个业务流程后，对流程实例进行实时管理和控制，其主要组成部分包括：正在执行的流程管理，执行完毕的流程管理，流程运行状态监控，已执行完的流程回放等。
3.3 异常处理模块的实现
3.3.1 异常处理功能类的实现
异常处理模块的主要应用环境是业务流实例执行活动节点发生异常情况，对异常情况进行适当的处理使流程能够继续执行下去。该功能模块主要由WFException，WFExceptionMonitor和WFEManualDlg三个类实现，其中三个类之间相互关联。
3.3.2 功能展示
业务流程由项目目标、需求分析、设计方案、提交方法四个活动组成。在设计项目方案时必须先获取项目要实现的目标，这样才能根据目标进行分析并设计执行方案，假如在调用项目目标软件获取项目要实现的目标时，获取不到查询结果，此时系统抛出异常，该异常被异常探测模块捕获并将获取到的异常信息发送给异常分析模块，该模块收到信息后首先查询SECA规则库。
SECA规则库中没有关于该异常的规则，因此异常分析模块将异常信息发给案例推理模块，案例推理模块接收到异常信息后首先用改进后的案例匹配算法对案例库进行检索，获取与该异常相似的案例组，然后通过案例修正算法对匹配到的案例中的解方法进行修正使其适合处理新异常，最后将修正后的处理方法作为异常处理建议发给用户。
3.4 分布式和协同模块实现
3.4.1 分布式的实现
在流程模板设计时，活动节点需要指定由哪个角色和用户执行，该角色和用户是计算机登录采用的账号，分布式工作的设计在设计活动节点属性时已经指定。界面记录所有的登录情况，包括用户名称、IP地址、订阅信息等。通过该可以接收和发送请求，其发送请求过程类似三次握手，邀请?同意?确定其左侧为对应的邀请信息，右侧为本收到的返回信息。通过右侧收到的实时状态反馈，对本任务进行对应的操作。
3.4.2 协同控制机制实现
业务组织工具通过引入协同控制机制来协调多流程之间的协同工作问题，业务协调机制最主要的是协同规则的表述问题。通过具体的协同工作实例来展示该机制的工作方式。其中参加协同工作的业务流程模板如图5，图6所示。
在设计上述流程模板后，需要将该模板设置成协同模板组。本文将对应的协同工作组添加到对应的数据空中为其建立惟一标识。
其中流程模板信息展示协同模板组中各模板的信息，包括：模板ID、模板名称、活动节点号、活动节点名称等。该功能是通过模板验证模块的拓扑关系图来实现的。
4 结 论
本文在大量理论研究的基础上，结合现有的工作流系统设计并实现了一个基于工作流的业务组织工具，将具有特定功能的软件当作流程中的任务节点，通过定义流程模板将软件与任务节点联系起来，实现不同软件的协调运行，共同完成特定业务流程。
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电子系统设计范文4
【关键词】热阻 电力电子系统 热设计
电力电子技术是综合电子学、电力学、控制领域等学科的交叉学科。电力电子系统集成是电子技术领域大众普遍关注的课题，电力电子技术必然成为未来领域研究的热点和方向，也在一定程度上决定电力电子技术未来的兴衰命运。此时，相对应的冷却技术也应与之保持同步发展状态。但电力电子装置的负载下与其应用之前的矛盾更加尖锐，也会阻碍电力电子技术的发展。制定热控制方案时，电子元器件最高允许温度和功耗为主要设计参数，热分析是展开热设计的基础，安全、可靠的热分析是进行热评估的主要手段。热分析应贯穿热设计始终，为修改并完善整个方案提供重要依据。文中以热设计要求和传递方式为基础，以直流-直流电源模块热设计实例介绍热设计要点和安全性。
1 热设计的基本要求及传递方式
1.1 热设计基本要求
运用计算机模拟手段，在设计初期获得温度分布数据。设计初期即可掌握产品存在的热缺陷，并对其设计进行改进，创建一个满足要求的环境温度控制系统。换言之，就是设计相应的冷却系统，由热源至热沉间提供低热阻通道，确保热量顺利传递下去。同时，该设计能控制所有电子元器件温度，确保其设备所处环境不超过最高允许值，保障电子产品在合理的热环境下进行工作。电子产品热设计要依据产品可靠性及其所处环境确定热设计目标，通常情况下，设计师根据热设计目标及设备重量、结果等展开设计，主要包含选择恰当的冷却方法、安装元器件、设置变压器、模块散热结构等。电力电子系统热设计应与电路设计和结构相结合，保障满足设备的可靠性要求。
1.2 热传递主要方式
1.2.1 传导散热
传导散热是当物体直接接触时进行能量交换的情况。必须注意，不同物体的导热机理有所不同，非导电固体、液体利用物体内部分子运动的弹性波达到传递热量的效果。在金属材料中，主要利用自有电子运动传递能力。因此，导电性能较好的材料，其导热性能佳。传导散热计算公式为：
Q=KAt/L （1）
上述式子中，Q表示传导散热量，A表示导体横截面积，L表示传热路径长度，表示传热路径两端温差。
1.2.2 辐射散热
辐射散热是利用电磁波传递能量的情况。热量传递过程中，由热能转变为辐射能，被物体吸收后变为热能。热辐射无需介质，在真空环境下热辐射最强，因此，外层飞行器运用辐射换热非常有利。辐射散热计算公式如下：
Q=・・T4 （2）
其中，Q表示辐射散热量，T表示绝对温度。
1.2.3 对流换热
对流换热设置流体流过固体壁面发生的能量交换情况，它与流通宏观运动密切相关，且与流体物理性质及换热面几何形状，设计位置等因素密切有关。流散热量计算公式为：
Q=hAt （3）
在上述式子中，Q表示对流散热量，h表示换热系数，A表示有效换热面积，t 表示换热面积与流体温差。
2 热设计主要考虑因素
2.1 系选定的热阻模式
电力电子系统模块是发热体与散热体相互组合的形式，从热管理层面来说，更多的关注该系统内部发热体与散热体如何进行热传递。在各种热传递方式中，热阻表示某物体阻止热传递的能力，热阻是阻止热量向下一个环节传递的重要设计。热阻和电阻的概念有一定相似之处，如果某个物体传热功率为1W时，促使导热路径两端存在温差。
从进行热设计的方面来说，其主要工作是将发热体所产生的热量借助相应的散热体传递至系统外环境中。发热体主要零件有：电阻、变压器、功率半导体等，发热体内部热流抵抗称作内热阻。模块根据设计的电路图，对各个发热零组件实施构装设计。散热体主要由致冷器、导热胶等零件组成，在零组件空间内的等效热阻称作外热阻。电力电子系统热阻模式如图1。系统等效热阻是发热体总等效热阻与不同散热体等效热阻串联方式呈现的效果。
2.2 热平衡验证
热分析就是以能量守恒为基础设计的热平衡方程，借助有限元法计算不同节点温度，并获取其它热物理参数。
热分析就是以能量守恒为基础设计的热平衡方程，借助有限元法计算不同节点温度，并获取其它热物理参数。热分析主要包括稳态和瞬态传热，从传热学理论角度来说，热分析根据能量守恒定律，
Q-W=U+KE+PE （4）
上述公式中，Q和W分别表示热量、做工，U、KE表示系统内能和动能，PE 表示系统势能，部分工程传热问题中，一般考虑是否做工，如果W=0，则Q=U；对稳态热进行分析，Q=U=0，表明流入和流出热量处于相等状态；瞬态热分析如下：q=Du/dt，表示流入和流出热传递数量与系统内能为相等状态。分证传热计算的正确性就是判定热量是否满足热平衡方程。热平衡能力守恒程序部分代码为：
POST1 //进入后处理；
SET，LAST //读取最后一步结果；
*GET，NMAX，NODE，NuM，MAX //获取模型的最大节点号；
*GET，NUMBER，NODE，COUNT //获取节点数；
*IF，NSEL（K_B），EQ，1，THEN //判定本节点是否选中；
*GET，S，NODE，K_B，ABS（HFLU） //若是将该节点的HFLU赋给变量S；
*SET，SUM，SUM+S
*ENDDO.
2.3 发热零组件
挑选发热零组件时，应充分考虑各组件实施组装是接触外部结构的散热装置，例如：散热片、导热胶等。必须注意，发热零件或设计的模块不同，在单位时间内其散热量也有所差异，导致各组件进行构装时均存在一定距离，待系统电源有所稳定后，热传导方可达到热平衡效果。环境温度不管是自然或强制对流，如果外部散热系数增加，热阻值变小。
3 分析直流-直流电源模块热设计
目前，直流-直流模块电源广泛用在传输、交换、数据等通信和监控设备内容，如何提出高|量、可靠性高、低成本的电源来提升产品竞争力，成为每个业界人士重点关注的课题，为适应市场对电源性能提出的高要求，以热阻为基础进行热设计尤为重要。在对直-直流模块展开设计时，优秀设计者从低压大电流、高效率、宽输入范围等要求内，尽可能满足客户对电源效能的期望和需求。
3.1 选用分布式电源
分布式与集中式电源概念有所差异，前者进行设计透过前端电源，提出由直流埠分配至不同直-直流模块的电源管理方法，这种设计可有效分散热源并对其实施优化处理。设计者必须注意不要让个别供电超过最大功率值，使用者要保障整个系统设计的功率不超过系统设定上限，检验电源供应器设计的建议功率值。
3.2 散热问题
想要移除直-直流模块内变压器所产生的热，主要使用风扇冷却或增设散热片空气对流等方法达到散热的目的。不得不说，上述两种散热方法均有一定限制。部分变压器因受到铁芯外露、材料等方面的影响，促使散热片尺寸增加。此时，系统中发热零件产生的热能主要集中在某个区域内也是困难所在。
4 结论
总之，热设计射界物理学、化学、环境学、传热学等多学科知识，一个优秀的热设计师必须掌握热设计基本理论及相关知识，从系统、单元、模块至元器件、材料等进行综合分析和设计，如果一个环节失控，就无法达到预想的设计效果。因此，文中根据热阻对电力电子系统进行热设计，以期为从事热设计人员一些启发和引导。
参考文献
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电子系统设计范文5
[关键词] 智能电子系统； 煤矿； 保护插件测试
由于不同规格的电子保护插件具体电路和接线存在很大差异，当维修和测试电子保护插件时，目前只能将各种规格的电子保护插件分别安装于所属的设备内部，接通380V和660V电源，逐台测试保护插件的动作性能。这种落后的测试设备和手段，既复杂繁琐，测试精度又不高，从而造成矿用电子保护插件的介电性能和保护动作性能得不到可靠保证，客观上造成设备不完好，当在井下使用时引起误动作或该动作而不动作，造成事故隐患，影响安全生产。
1 煤矿智能电子保护插件测试研究意义
以往的煤矿智能电子测试系统很难保证测试结果的精确度，这严重影响了煤矿生产作业的顺利进行，并导致智能电子测试系统工作效率难以满足预定要求，而且使井下人员对于那些不必要的故障难以实现预先检修，这就导致煤矿井下生产安全与人员生命很难得到保障。测试工作作为煤矿安全生产的基础条件，对整个矿区及周边环境都有着重要的意义和影响，并在总体的规划目标、矿区定位及安全工作等方面给其他的专业设计提供了正确的引导。考虑到井下环境的复杂性与多变性，因此在研究时不得不在综合测试方面谨慎考虑，从而涉及到智能电子测试系统的全部内容。在此方面，关于优化开采作业、自动测试与信息反馈等较为少见，这就间接体现了煤矿生产在互动式测试系统控制上存在的不足。因此，在很大程度上，智能电子测试系统给煤矿工程带来了一定的时代挑战意义，而智能电子测试技术在煤矿安全生产中的应用无疑决定着煤矿工作的优劣性。
众所周知，煤矿井下生产环境恶劣，地物结构复杂，许多电气设备由于缺乏固定的测试手段很容易发生短路、漏电等安全事故。但是仅凭当前的智能电子测试系统，几乎不可能准时准确地实现对设备故障测试预警工作，这就给煤矿井下故障处理增添了很多麻烦，并且白白浪费了许多的人力和物力。所以说，根据煤矿智能电子测试的现场量测数据与资料，建立一套系统、方便实用的反演方法和数值模拟分析方法，势必有利于煤矿工作的技术经济效益，对煤矿企业的运营与安全将会有非常好的借鉴与指导意义。笔者以为，假如对煤矿井下供电智能电子微机测试系统加以利用，实时实地对井下生产工作进行测试，并以声光信号的模式建立报警系统，就可以使检测人员及时地掌握故障发生部位及原因，这样一来，我们不但可以再最短时间内寻得故障处理办法，节省不必要的人力财力，有效地提升了智能电子测试系统的工作效率，最优化配置煤矿生产资源。
2 智能电子保护插件测试系统设计中的应用
智能电子技术是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快，智能电子技术对信息化时代具有巨大影响。其之所以称为智能电子技术，主要是因为整个计算机网络的任意两个节点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链路，而是架构在公用网络服务商所提供的网络平台，如Internet、ATM（异步传输模式）、Frame Relay （帧中继）等之上的逻辑网络，用户数据在逻辑链路中传输。它涵盖了跨共享网络或公共网络的封装、加密和身份验证链接的专用网络的扩展。核心技术主要采用了隧道技术、加解密技术、密钥管理技术和使用者与设备身份认证技术。在设计智能网络设计之前，要严格划分煤炭矿区资源线路数据，并实施图层管理，再通过矢栅划分的方式进行数据储存，这是因为存储空间数据的格式在系统端口缓存中有着至关重要的作用。
煤矿智能电子保护插件测试系统以所有插件局部决策结果为对象，属于决策级融合的范畴，所以，为针对各个插件属性作出单独判断，必须先对其进行变换处理，之后对每个插件属性判决进行顺序融合。换句话说，就是在独立判决每个插件之后，再进行全局判决。在煤矿插件智能电子保护插件结构中，具体的检测结果是插件进行特征提取操作的主要依据，并根据检测结果作出判决，之后将其传输到融合中心；融合中心再以所有插件判决为依据作出最终的全局判决。智能电子保护插件测试系统中，插件组建而成的集合即为因素集，一般情况下，需要对融合系统决策结果进行等级划分，得到决策集，融合规则要求，对二元假设检测问题融合规则设计进行推广，以便局部插件可以进行多级或软判断。假设各个局部判决器的观测域均可以划分为个子区域，且其相互间不相容，那么当插件的观测处于子区域中。能电子插件测试系统硬件总体框图。
3 智能电子保护插件测试系统设计与应用
3.1 软件平台要求及选型
系统结构采用国际流行的Client/Server结构，即客户/服务器结构。操作系统应具备开放性、可靠性等特点，支持远程查询服务和数据处理。服务器端使用的主流网络操作系统Windows NT4.0中文版（ServieePaek6、Internet Information Server4.0）。客户端同样使用Microcoft公司的Windows95/98/2000，以保证系统的兼容。网络系统采用国际标准的协议，包括广域连接协议，各种局域网协议，路由协议等。
3.2 数据库的分成自动化连续更新
基于当前计算机软件技术环境下，所有的智能电子数据库的信息系统都应该实行统一模式管理，其数据库内容可以下述方法进行分层自动化连续更新：首先，不断地通过智能电子元件处的数据自动采集系统对本地数据库的实时记录进行自动更新。该数据更新模式，通常可以同时运用于发电厂、变电站、煤矿等单位控制中心的数据库，并且直接对上一个控制中心的数据库进行相关的修改更新。这样就能有效的克服了系统操作显示速度太慢的弊端。及时建立缓冲区于服务器端，大量存储常用数据，提升服务器操作效率，进而提升工作流网络的性能。如此一来，随着底下数据库信息资源的改变，“级联式”自动化连续更新工作也就展开了，区域控制中心、中央控制中心的数据库自然而然地就自动地实现了更新的目的。
3.3 智能电子保护插件测试系统的自动化控制和管理
由上述内容可知，在统一模式下的信息系统中，智能电子对煤矿保护插件测试子系统的控制管理内容，可以通过四个步骤来得以实现，即自动检查、自动寻的、自动求解和自动执行。这当中的“被控制管理的智能电子子系统”既能够是一个系统层子系统，也可以是智能电子元件或厂/站层子系统。对于一个系统层子系统而言，其功能就是通过利用各级调度控制中心的管理权限，对待测试插件在煤矿智能电子测试系统的安全性、合理性、经济性进行尽可能全面的分析，并对系统的所有目的状态实施检查和监视，实现对互动式智能电子子系统所有状态的互动式化测试。比如对插件子系统L1来说，如果被测试的煤矿井下状态与目标限定数值不一致，那么互动式智能电子测试系统就会自动启动相关的任务处理，对限定以外的突发时间进行控制并做状态输出，并作用在该插件子系统所包含的智能电子元件G1-G7和站层子系统 S1、S2上，进而对该插件子系统 L1 的输出状态实施调控，最终将它调回正常运行状态。
3.4 测试系统交互组件设计
所谓测试系统交互组件具备维护与信息更新查询功能，该组件可以根据煤矿井下生产中机器设备和管理设施的起止运行时间、种类等属性及时预警消息，煤矿设备信息变化时它可以及时更新维护数据。业务交互组件还拥有设置煤矿管理系统的相关参数、维护系统数据库、权限管理等维护功能。地图渲染组件包含两个组成部分，这两部分即为矢量和栅格，这是它运用了矢栅混合技术产生的结果。操作人员还可以应用属性查询组件点选查询各种设施属性信息或者利用SQL语言实现更为复杂的查询功能。在使用矢栅混合地图服务之前，要严格划分煤矿环境下的空间数据，并实施图层管理，再通过矢栅划分的方式进行数据储存，这是因为存储空间数据的格式在系统端口缓存中有着至关重要的作用。缓存管理组件还能组合煤矿地图显示组件，对用户操作人员提出的请求在第一时间作出响应，在对端口缓存的几何、属性数据进行筛选之后，把筛选后有效的数据提供到煤矿测试人员面前。测试柜配有插件抽屉和综合测试台进行连接的万能插头，连接测试非常方便。测试系统的整体布局。
4 结论
综上所述，将智能电子网络技术运用到煤矿安全生产中来，并对煤矿保护插件测试系统加以利用，实时实地对井下生产工作进行测试，并以智能电子的模式建立插件测试系统，就可以使测试人员及时地掌握插件故障发生部位及原因，这样一来，我们不但可以再最短时间内寻得故障处理办法，节省不必要的人力财力，有效地提升了智能电子保护插件测试系统的工作效率，最优化配置煤矿生产资源。
[参考文献]
[1] 赵洪山，米增强，牛东晓等，利用混杂系统理论进行电力系统建模的研究[J]，中国电机工程学报，2003，23（1）：20-25.
电子系统设计范文6
关键词：FPGA;VHDL;状态机；录音与回放
中图分类号：TN40文献标识码：B
文章编号：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
乐曲都是由一连串的音符组成,因此按照乐曲的乐谱依次输出这些音符所对应的频率,就可以在扬声器上连续地发出各个音符的音调。大多数的电子琴设计都有弹奏和播放功能,但能自动对弹奏的乐曲进行录音并可改变回放快慢可调的设计却很少［1-3］。要实现录音和回放功能,就必须将弹奏的音符值在相应的写控制信号控制下存储到FPGA芯片内部的随机存储器(RAM)中,而在相应的读控制信号控制下,将RAM中存储的音符值读出来,送给相应的发声控制等模块。进入20 世纪90 年代以后,EDA 技术得到了飞速的发展,电子系统的设计方法发生了很大的变化,传统的设计方法正逐步退出历史舞台,而基于EDA 技术的可编程逻辑芯片设计成为电子系统设计的主流。本设计基于QuartusⅡ6.0开发平台,采用VHDL语言在FPGA芯片上成功地实现了电子琴动态录音与回放功能［4-6］。
1 电子琴动态录音与回放系统设计
已经设计成功的多功能电子琴乐曲硬件演奏设计电路主要包括：键盘演奏、人工选曲并播放乐曲、录音/回放、可控制播放歌曲的节奏快慢、液晶显示当前系统状态等功能。其中在FPGA芯片中实现的电路设计有4个模块,分别为键盘扫描和按键功能设置模块、ROM/RAM控制器模块、发声控制模块、LCD驱动控制模块。系统设计框图如图1所示。
工作原理如下：首先通过键盘扫描和按键功能设置模块将一个4*4的键盘上各按键进行功能设置,然后根据相应的操作要求进行发声和液晶显示。如果选中当前状态是弹奏模式,则发声控制模块直接把琴键送来的音符对应的分频系数转换成相应频率送到扬声器发声,字幕信息通过液晶显示驱动模块驱动液晶显示;如果选中当前工作模式为播放模式,则ROM/RAM控制器模块把事先存储在ROM中的音乐数据提出来送至发声模块,完成自动播放功能；如果选中当前工作状态是录音回放模式,则启动ROM/RAM控制器模块中RAM状态机控制器进行读写操作。
这里重点介绍由ROM/RAM控制模块通过状态机设计产生录音/回放功能的实现。
2 ROM/RAM控制模块的设计
ROM/RAM控制模块的作用是通过对系统当前所处的模式进行判断,并根据输入的控制信号,对CycloneⅡ FPGA内嵌的RAM的读写信号、读写时钟及读写地址进行控制。其中ROM/RAM控制模块的外部接口符号图如图2所示。
此模块定义了10个输入端口,分别为：mode_key(键盘演奏模式)、mode_auto(播放歌曲模式)、mode_tape(录音回放模式)、time_up(节奏上升)、time_down(节奏下降)、song_select(曲目选择)、tape(录音)、playback(放音)、reset(系统复位)、clk(时钟)。定义了15个输出端口：rom_add(ROM地址)、rom_clk(ROM时钟)、rom_en(ROM时钟使能)、ram_wradd(RAM写地址)、ram_wren(RAM写使能)、ram_wrclk(RAM写时钟)、ram_rdadd(RAM读地址)、ram_rden(RAM读地址)、ram_rdclk(RAM读地址)、full(录音满信号)、over(回放完毕信号)以及5个提供LCD驱动显示用的信号。
RAM/ROM控制模块中的RAM控制部分分成两个小部分,采用有限状态机(FSM)分别对RAM读状态和RAM写状态进行操作控制。当系统当前模式为“录音/回放模式”时,如果“录音”按键按下,则RAM进行写操作,从首地址开始进行存储。如果存储满1 024个地址空间,则提示“录音满”,写操作终止,等待用户命令,以进行下一步操作。当系统当前模式为“录音/回放模式”时,如果“回放”按键按下,则RAM进行读操作,从首地址开始将RAM单元中的数据送给发声控制模块进行播放。如果读完1 024个地址空间,则提示“回放完毕”,读操作终止,等待用户命令,以进行下一步操作。
写操作的FSM状态转移流程以及转移条件如图3所示;读操作的FSM状态转移流程以及转移条件如图4所示。
用状态机对RAM进行读写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;
--如果电子琴使能端reset为0或者录音模式mode_tape为0,则状态机处于等待状态tape_state0,否则进入下一状态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;
--如果录音控制键tape为0,则回到初始状态。否则进入下一状态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;
--如果回放控制键playback为1,或录音模式mode_tape为0则回到初始状态,且对RAM写控制端ram_wren为0。否则进入下一状态tape_state2。
elsif ram_wradd000=″1111111111″ then full＜=′1′;
--录满音提示
ram_wren＜=′0′;tape_state＜=tape_state0;
--如果录音地址饱和,则回到为tape_state0初始状态,且对RAM写控制端ram_wren为0。
else full＜=′0′;
ram_wren＜=′1′;
tape_over_add＜=ram_wradd000;--录音截止地址,作为RAM读地址的末地址
tape_state＜=tape_state2;
end if;
when others => tape_state＜=tape_state0;
end case;
end if;
ram_wradd＜=ram_wradd000;
end process;
---------------------------
其仿真波形图如图5所示。从仿真图上可以看出,RAM/ROM控制模块电路既产生了控制RAM存储器的时钟ram_wrclk信号,也产生了相应的控制RAM的使用使能信号ram_wren和写入地址ram_wradd。
3 RAM随机存储器的设计
设计一个双端口的存储深度为1 024、存储宽度为6位的随机存储器RAM,用来存储弹奏的乐曲,并可播放出来。生成的RAM单元如图6所示。data［5..0］端口为弹奏电子琴时由发声控制模块产生的音符数据。当系统处于“录音/回放模式”的“录音”状态时,将当前所弹奏的音符进行转换,输出作为RAM的存储数据“DATA”。wraddress［9..0］代表十位宽度的写地址端口,rdaddress［9..0］代表十位宽度的读地址端口。wrclock为RAM写入时钟,rdclock为RAM读出时钟。Q［5..0］为从RAM中读出所存放数据,即data。
从图6可以看出,此双口RAM具有独立的读写时钟和读写使能。选择这样的RAM的目的是为了以一个固定频率wrclock(本设计取4 Hz)的时钟对RAM进行写操作,即以一个固定的采样频率对所弹奏的乐曲进行采样存储；另一方面以节奏控制部分输出的时钟rdclock作为RAM的读时钟信号,使得回放过程可以以不同的节奏将储存的乐曲播放出来。这是其新颖之处,使电子琴在回放过程中更加灵活多变,功能更多。
其仿真波形图如图7所示。从仿真图上可以看出,RAM存储器在写使能信号和读使能信号控制作用下依次写入数据信号,并按写入地址先后次序再准确地读出来，实现了录音和回放的功能要求。
本设计采用杭州康芯电子有限公司开发的电子设计应用板(型号： KX-DVP3F)进行对系统的调试与功能验证。利用QuartusⅡ6.0软件生成.sof或者.pof编程文件,通过USB下载器将编程文件配置到CycloneⅡ EP2C8Q208芯片中,经过数次的调试,多功能电子琴的全部技术指标和功能很好地符合设计要求,发声准确,易操作,可视性强。
有限状态机设计技术是实用数字系统中的重要组成部分,也是实现高效率高可靠逻辑控制的重要途径。它具有类似CPU的高速运算和控制能力,程序层次分明,结构清晰,易读易懂；在排错、修改和模块移植方面也有独到之处。
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