基于EDA技术的数字系统设计AET

随着计算机技术、集成电路技术、电子系统设计技术的发展,EDA技术的发展经历了3个阶段。

1)20世纪70年代的计算机辅助设计(ComputerAssistDesign,CAD)阶段

随着MOS工艺以及中、小规模集成电路的出现和应用,传统的手工制图制版设计与电路集成的方法已经无法满足产品设计精度的要求。人们开始利用计算机辅助进行电路原理图编辑,PCB布局布线,使设计师从传统高度重复、繁杂的绘图劳动中解脱出来。这一时期最具代表性的产品就是美国ACCEL公司开发的Tango布线软件。

2)20世纪80年代的计算机辅助工程(ComouterAssistEngineering,CAE)阶段

随着计算机和集成电路技术的发展,相继出现了集成上万只晶体管的微处理器、集成几十万甚至上百万存储单元的随机存储器、只读存储器以及可编程逻辑器件(PAL和GAL)。EDA技术进入了计算机辅助工程设计阶段。具有自动综合能力的CAE工具代替了设计工程师的部分设计工作,提高了产品设计的精度和效率。设计工程师可以通过软件工具来完成审批开发的设计、分析、生产、测试等各项工作,使设计阶段对产品性能的分析前进了一大步。

3)20世纪90年代的电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation,EDA)阶段

设计工程师在产品设计过程中,从使用硬件转向设计硬件,从电路级电子产品开发转向系统级电子产品开发。硬件描述语言的标准化以及基于计算机技术的大规模ASIC设计技术的应用,使得EDA技术得到全新的发展。这一阶段的主要特征是以高级硬件描述语言(VHDL、AHDL或Verilog-HDL)、系统级仿真和综合技术为特点,采用“自顶向下”的设计理念,将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成,实现了整个系统设计过程的自动化。

2EDA技术的基本特征

EDA技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向,它的基本特征是:采用自顶向下的设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分,然后采用硬件描述语言完成系统行为级的设计,最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。下面介绍EDA基本特征有关的几个概念。

1)自顶向下的设计方法EDA技术提供了一种自顶向下(TopDown)的设计方法。这种设计方法是从系统的总体要求出发,自顶向下地逐步将设计内容细化,最后完成系统硬件的整体设计。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的,这一方面有利于早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的浪费,同时也减少了逻辑功能仿真的工作量,提高了设计的一次成功率。

2)VHDL语言VHDL(Very-high-speedintegratedcircuithardwaredescriptionlanguage)是一种全方位的硬件描述语言,1987年被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。它是一种用于设计硬件电子系统的计算机语言,它用软件编程的方式来描述硬件系统的逻辑功能、电路结构和连接形式,它包括系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级多个设计层次,支持结构、数据流、行为3种描述形式的混合描述,几乎覆盖了以往各种硬件描述语言的功能,整个自顶向下或自底向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成。在电子工程领域,它承担了几乎全部数字系统的设计任务,更适合大规模数字系统的设计。

3)CPLD可编程逻辑器件PLD(ProgrammableLogicDevice)是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。从20世纪70年代问世后,可编程逻辑器件经历了PAL、GAL、CPLD、FPGA几个发展阶段。其中CPLD/FPGA属于高密度可编程逻辑器件,目前集成度已高达200万门/片,它将专用集成电路(ASIC)集成度高的优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特点结合在一起,以速度快、集成度高、可加密、重新定义编程、上万次的编程次数等优点得到广泛应用。CPLD/FPGA器件已成为现代高层次电子设计方法的实现载体。

3使用EDA技术的数字系统设计

下面以Alter公司提供的Max+PlusII为平台,设计一个二十四进制计数器及其输出显示系统。该系统由计数器模块和显示模块两部分组成,电路的设计如下。

1)计数器模块的设计二十四进制计数器的设计采用VHDL语言编程来实现。其VHDL程序如下:

使用Max+PlusII的文本输入方式完成程序的输入,进行源程序的编译、仿真,得到图1所示的仿真结果。最后生成默认的计数器模块电路符号CNT24。

2)显示模块的设计显示模块的顶层原理图如图2所示。它由3部分组成:八进制计数器CNT8、选择电路CHOOSE、七段显示译码电路DELED。

①八进制计数器的设计八进制计数器的输入为时钟信号clk,输出为从000到111按顺序循环变化的3位二进制码,用来控制8位七段数码管的显示状态,其VHDL程序如下:

②选择电路的设计选择电路以八进制计数器的输出sel作为选择输入信号,用来选择二十四进制计数器模块的输出qh和ql,并将其转换为4位矢量输出。其VHDL程序如下:

③七段显示译码电路的设计七段显示译码电路将4位矢量转换为点亮LED7段显示数码管a~g的信号。其VHDL程序如下:

使用Max+PlusII的文本输入方式分别完成八进制计数器、选择电路、七段显示译码电路各部分程序的输入,进行编译、仿真,最后生成各部分的默认电路符号。然后在原理图编辑器中调用各电路符号,按图2所示完成显示模块原理图的设计。对显示模块的原理图进行编译,并生成默认的显示模块电路符号display。

3)系统电路的设计二十四进制计数器及显示系统采用原理图输入方式完成,在原理图编辑器中调用计数器模块CNT24和显示模块display电路符号,完成其顶层原理图的设计,如图3所示。对该电路进行编译、仿真,得到图4所示仿真结果。最后通过编程器或下载电缆将设计结果下载到目标芯片CPLD中,连接硬件电路验证设计结果符合功能要求。

4结束语

EDA技术彻底改变了数字系统的设计方法和实现手段,使电子系统的设计由硬件设计转变为以VHDL语言为核心的编程设计,借助于国际标准的VHDL语言和强大的EDA工具,使电子系统的设计变得思路简单,功能明了。使用CPLD可以反复进行硬件实验,降低了硬件电路的复杂程度,且设计电路的保密性强。通过修改程序可方便地修改设计,提高了设计的灵活性,缩短了设计周期,提高设计的效率。

THE END
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10.电子设计工程ElectronicDesignEngineering电子设计工程Electronic Design Engineering CSTPCD(2024) 期刊简介:本刊是经国家新闻出版总署、国际科技部批准的电子应用类期刊。以其创新性、实用性、前瞻性,努力提升自身学术水平,是目前国内介绍电子应用技术的主要期刊之一,是国家正式刊物。 https://sns.wanfangdata.com.cn/perio/dzsjgc?tabId=article&publishYear=2024&issueNum=16
11.EDA技术教程最新版第1章概述.docxEDA技术及应用教学目的:了解一类器件,掌握一种语言,熟悉一种设计工具。课时安排:72课时(课堂教学54课时,实验18课时)教材: 《EDA技术实用教程——VHDL版》(第五版)潘松 黄继业 编著黄旭***@ 、EDA技术及其发展二、EDA技术实现目标及主要内容三、EDA技术的优势四、EDA技术https://www.taodocs.com/p-422930010.html
12.电子设计工程《电子设计工程》(《Electronic Design Engineering》)于1994年创刊,曾用刊名为《国外电子元器件》,[1]是由陕西省科学技术协会主管、陕西科技报社主办的专业性技术期刊,[2]所属专题为无线电电子学,现为半月刊,大16开。其是被《中国科技核心期刊》、日本科学技术振兴机构数据库收录的期刊。 http://baike.soso.com/v62911685.htm
13.《电子设计工程》Electronic Design Engineering 期刊导读: 电子设计工程杂志由九三学社陕西省委员会主管、中国教育学会;西安三才科技实业有限公司; 主办的电力工业统计源期刊,半月刊,该刊创办于1994年,审稿周期最快1-3个月。 主管单位:九三学社陕西省委员会 学科:工程科技II https://www.wyseo.cn/dzsjgc/
14.电子设计工程电子设计工程 国外电子元器件 Electronic Design Engineering 主办单位:陕西科技报社 主管单位:陕西省科学技术协会 期刊分类:电力工业期刊 快捷分类:电子期刊 审稿时间:1-3个月 周期:半月刊 期刊级别:统计源期刊 创刊时间:1994年 发行地区:陕西 国际刊号:ISSN 1674-6236https://qk.lw880.com/1196/
15.Engineering工程学系此外,学生也将接触如何将电力转为动能的各种设计与驱动装置。另外,电子工程则注重研究各种电子产品内电子线路的学问,如半导体元件 (Semiconductor)、线路板的制作、设计电子线路 (Electronics Circuit Design) 等。 升学管道: 欲查找电子工程国内外大专院校,请马上点击升学情报《线上教育展》。https://www.fsi.com.my/engineering-%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E5%AD%A6%E7%B3%BB-%E7%94%B5%E6%9C%BA%E4%B8%8E%E7%94%B5%E5%AD%90%E5%B7%A5%E7%A8%8B/
16.HK电子电气工程(EE)专业院校推荐香港中文大学香港科技大学1.电子工程 Master of Science in Electronic Engineering 为学员提供尖端科技,从而改变我们在日益互联的世界里工作及互动的方式。 课程要求学生修满24个学分,相当于八门3学分的课。 课程设置包括:CMOS超大型规模集成电路设计、嵌入式系统、光子技术和应用、平面显示技术、数字通信网路及系统、先进电脑网络结构、图像及视https://www.wordsunny.com/ask/article/68675.html
17.STEM专业职业前景你知道吗:计算机系统工程师的任务是设计新的计算装置或与计算机有关的设备、系统和软件。 电机、电子工程 Electrical & Electronic Engineering 就业:市场需求量巨大,是工程类专业中需求量排名第2位的专业。70%以上的学生毕业后在公司工作,其中的60%左右的学生从事电机电子和计算机工程师的专业工作,其他的从事管理、市场https://jnews.xhby.net/waparticles/699/62795/1