基于模塊化的數字電路優化設計研究

李珊瓊

摘? 要：近年來，電子技術飛速發展，超大規模的集成電路在各項芯片的設計中有了廣泛的應用，數字電路的設計問題變得越來越復雜，尤其是電子產品的自動化設計問題愈發復雜，該文分析了如何在數字電路的設計中明確研究目標，優化電路的設計模塊化發展，促進數字電路的設計質量提升。

關鍵詞：數字電路? 模塊化? 優化設計

中圖分類號：TN79 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（a）-0038-02

隨著集成電路的電子產品在生活中普及，對數字電路的要求變得愈發高，數字電路在設計與優化的過程中要確保電路的準確性，進行模塊化處理，使其在未來應用的時候實現信息化、智能化以及共享化的優勢。該文分析了數字電路優化設計的必然發展趨勢，提出了模塊化設計的思路。

1? 數字電路的優化設計與模塊化設計的對比

數字電路是超大集成電路發展的必然結果，可以將規模龐大的電路問題以更便捷的命令指控的方式解決，通過數字電路的模塊化設計，可以讓大規模的電路變得具有信息共享的功能，電路的整體優化效果也可以得到全方位的保障。在整理數字電路的模塊化設計思路的過程中，需要將原來復雜、龐大的電路問題進行逐一分解，以簡單的電路模塊進行由繁入簡的操作，在問題簡單化之后進行邏輯性步驟的重新梳理，逐個地實現電路的優化設計。可以說，模塊化的設計的設計思路是一個思想簡化的過程，將規模龐大、復雜、完整的數字電路系統變成許多個簡單、小規模的電路系統，通過計算機建模的方式進行數字電路功能的逐一描述，逐個開展模塊化設計，這一過程中，各類型的電路問題可以以輸入變量和輸出變量的方式進行總結、類比，確保電路的整體設計問題具有簡潔化的特點。

在數字電路優化設計的過程中，需要將真值表當作一個完整的數字電路系統，將數字電路系統的輸入變量與輸出變量進行模塊化的設計與優化，最后將輸入的組合尾數當作子系統的輸入信號，將其余的信號當作通信信號，通過不同的設計思路優化方式，將各個敏感的負荷電纜作為單獨的電路線路進行優化設計，不同的功能電路模塊選擇不同的供電區域，讓整個數字電路的優化設計效果達到最佳。

模塊化的電路優化設計與傳統的電路設計相比較，在算法的使用上具有兩個明顯的優勢：第一個優勢是模塊化的電路優化算法解決了電路選擇系統的隨機性問題;第二個優勢是模塊化的電路優化設計使用的進化算法減少了子系統的輸入尾數的特點，縮減算法尋找求解的空間，讓算法可以更快地尋找到最優解，尋找最優解的難度也大大降低，有助于進一步提升模塊化設計算法的成功率。

2? 數字電路的模塊化電路優化設計措施

2.1 數字電路的染色體編碼優化

在對數字電路的模塊化進行結構編程的時候，染色體編碼的算法優勢有利于確保遺傳算法的順利執行，在邏輯思考的過程中將染色體進行獨立劃分，建立多個相互獨立的子系統，各個子系統之間具備不同的通信號位、連線編碼以及編碼功能，確保優化數字電路設計的遺傳算法在使用的時候可以應用實數進行編碼，確保染色體數字結構中的各個子系統之間快速合成，形成一個單獨且完整的染色體結構，獨立運行，并不會對各個子系統的進化產生影響。在數字電路結構優化的時候，基于電力資源節約的原則，染色體子系統之間的邏輯應當互相獨立，編碼方案如圖1所示。

2.2 在數字電路優化的過程中設計適應度函數

基于遺傳算法進行數字電路的優化設計，要確保遺傳算法可以開展適應度函數設計，否則會直接影響數字電路的最終模塊化設計結果。在設計適應度函數的時候，要通過計算的結果進行合理性分析，適應度函數的計算結果點評數字電路的優化設計合理性，對比適應度函數的輸出值與期望值，分析比較二者數據計算的結果來判斷數字電路模塊化優化設計的效果是否符合預期。具體的適應度函數如下：

2.3 數字電路優化設計過程的選擇操作

基于數字電路模塊化設計原則，可以應用競爭選擇的策略進行操作，從父代數字電路的基礎上在模塊化的電路中進行隨機選擇，選擇一定數量的遺傳個體，借助適應度函數的計算方式進行計算結果的合理性分析，對各個遺傳個體的計算效果急性逐一比較，最終將適應度最高的遺傳個體篩選出來，并對不同的遺傳個體進行交叉操作，不斷重復這一操作，直到所有的遺傳個體都完成對應的交叉操作。

2.4 數字電路優化設計過程的交叉算子的比較

從父代的電路群體中隨機抽取不同的染色體電路體系，按照上一設計步驟中的概率進行交叉配對，確保不同模塊之間的優秀設計和運轉機制可以在交叉配對的過程中得到保留，以此來達成最佳的群遺傳的設計目標。在篩選交叉算子的時候，最常用的篩選方法有單點交叉、兩點交叉、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，可以對染色體系統進行均勻交叉操作，隨機選擇符合模塊化優化設計原則的父代染色體個體，確保后續的優化設計操作可以順利地進行。

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

數字電路的整體電路功能非常復雜，電力規模也非常大的龐大，常見的模塊化設計理念已經無法積極性分解和細化，將復雜的電路進行一系列的分解與優化，可以建立一個真值表對各個模塊的電路功能進行描述和設計，將數字電路的輸入值和輸出值等不同的變量進行模塊化設計，其余的數字作為選通的信號，借助遺傳算法的方式進行模塊化設計的優化，有助于數字電路的設計優化效果的提升。

3? 結語

隨著數字電話在電子產品設計應用中的范圍越來越廣泛，優化數字電路的設計已經成為了必然，在數字電路設計的過程中應用模塊化的方法，引入遺傳算法的方式，提高數字電路模塊化設計的可靠性以及精準性，讓整個電氣元件的應用質量得到很好的水平提高以及優化，為整個數字電路的繼續優化奠定良好的基礎，實現廣泛的應用和長遠的發展。

參考文獻

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