時間：2023-03-17 18:00:47
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所謂EDA技術是在電子CAD技術基礎上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng)。它是以計算機為工作平臺，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以EDA工具軟件為開發(fā)環(huán)境，以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷LD(ProgrammableLogicDevice)為設計載體，以專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)、單片電子系統(tǒng)SOC(SystemOnaChip)芯片為目標器件，以電子系統(tǒng)設計為應用方向的電子產(chǎn)品自動化設計過程[J]。在此過程中，設計者只需利用硬件描述語言HDL(HardwareDescriptionlanguage)，在EDA工具軟件中完成對系統(tǒng)硬件功能的描述，EDA工具便會自動完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或專用集成芯片。盡管目標系統(tǒng)是硬件，但整個設計和修改過程如同完成軟件設計一樣方便和高效。
現(xiàn)代EDA技術的基本特征是采用高級語言描述，具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力。EDA技術研究的對象是電子設計的全過程，有系統(tǒng)級、電路級和物理級各個層次的設計。EDA技術研究的范疇相當廣泛，從ASIC開發(fā)與應用角度看，包含以下子模塊：設計輸入子模塊、設計數(shù)據(jù)庫子模塊、分析驗證子模塊、綜合仿真子模塊和布局布線子模塊等。EDA主要采用并行工程和“自頂向下”的設計方法，然后從系統(tǒng)設計入手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結構設計，在方框圖一級進行仿真、糾錯，并用VHDL等硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進行描述，在系統(tǒng)一級進行驗證，最后再用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級邏輯電路的網(wǎng)表，其對應的物理實現(xiàn)級可以是印刷電路板或專用集成電路。
二、EDA技術的發(fā)展
EDA技術的發(fā)展至今經(jīng)歷了三個階段：電子線路的CAD是EDA發(fā)展的初級階段，是高級EDA系統(tǒng)的重要組成部分。它利用計算機的圖形編輯、分析和存儲等能力，協(xié)助工程師設計電子系統(tǒng)的電路圖、印制電路板和集成電路板圖。它可以減少設計人員的繁瑣重復勞動，但自動化程度低，需要人工干預整個設計過程。
EDA技術中級階段已具備了設計自動化的功能。其主要特征是具備了自動布局布線和電路的計算機仿真、分析和驗證功能。其作用已不僅僅是輔助設計，而且可以代替人進行某種思維。
高級EDA階段，又稱為ESDA(電子系統(tǒng)設計自動化)系統(tǒng)。過去傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)電子產(chǎn)品的設計方法是采用自底而上(Bottom-UP)的程式，設計者先對系統(tǒng)結構分塊，直接進行電路級的設計。EDA技術高級階段采用一種新的設計概念：自頂而下(TOP-Down)的設計程式和并行工程(ConcurrentEngineering)的設計方法，設計者的精力主要集中在所設計電子產(chǎn)品的準確定義上，EDA系統(tǒng)去完成電子產(chǎn)品的系統(tǒng)級至物理級的設計。此階段EDA技術的主要特征是支持高級語言對系統(tǒng)進行描述?？蛇M行系統(tǒng)級的仿真和綜合。
三、基于EDA技術的電子系統(tǒng)設計方法
1.電子系統(tǒng)電路級設計
首先確定設計方案，同時要選擇能實現(xiàn)該方案的合適元器件，然后根據(jù)具體的元器件設計電路原理圖。接著進行第一次仿真，包括數(shù)字電路的邏輯模擬、故障分析、模擬電路的交直流分析和瞬態(tài)分析。系統(tǒng)在進行仿真時，必須要有元件模型庫的支持，計算機上模擬的輸入輸出波形代替了實際電路調(diào)試中的信號源和示波器。這一次仿真主要是檢驗設計方案在功能方面的正確性。仿真通過后，根據(jù)原理圖產(chǎn)生的電氣連接網(wǎng)絡表進行PCB板的自動布局布線。在制作PCB板之前還可以進行后分析，包括熱分析、噪聲及竄擾分析、電磁兼容分析和可靠性分析等，并且可以將分析后的結果參數(shù)反標回電路圖，進行第二次仿真，也稱為后仿真，這一次仿真主要是檢驗PCB板在實際工作環(huán)境中的可行性。
可見，電路級的EDA技術使電子工程師在實際的電子系統(tǒng)產(chǎn)生之前，就可以全面了解系統(tǒng)的功能特性和物理特性，從而將開發(fā)過程中出現(xiàn)的缺陷消滅在設計階段，不僅縮短了開發(fā)時間，也降低了開發(fā)成本。
2.系統(tǒng)級設計
系統(tǒng)級設計是一種“概念驅動式”設計，設計人員無須通過門級原理圖描述電路，而是針對設計目標進行功能描述。由于擺脫了電路細節(jié)的束縛，設計人員可以把精力集中于創(chuàng)造性概念構思與方案上，一旦這些概念構思以高層次描述的形式輸入計算機后，EDA系統(tǒng)就能以規(guī)則驅動的方式自動完成整個設計。
系統(tǒng)級設計的步驟如下：
第一步：按照“自頂向下”的設計方法進行系統(tǒng)劃分。
第二步：輸入VHDL代碼，這是系統(tǒng)級設計中最為普遍的輸入方式。此外，還可以采用圖形輸入方式(框圖、狀態(tài)圖等)，這種輸入方式具有直觀、容易理解的優(yōu)點。
第三步：將以上的設計輸入編譯成標準的VHDL文件。對于大型設計，還要進行代碼級的功能仿真，主要是檢驗系統(tǒng)功能設計的正確性，因為對于大型設計，綜合、適配要花費數(shù)小時，在綜合前對源代碼仿真，就可以大大減少設計重復的次數(shù)和時間，一般情況下，可略去這一仿真步驟。
第四步：利用綜合器對VHDL源代碼進行綜合優(yōu)化處理，生成門級描述的網(wǎng)表文件，這是將高層次描述轉化為硬件電路的關鍵步驟。綜合優(yōu)化是針對ASIC芯片供應商的某一產(chǎn)品系列進行的，所以綜合的過程要在相應的廠家綜合庫支持下才能完成。綜合后，可利用產(chǎn)生的網(wǎng)表文件進行適配前的時序仿真，仿真過程不涉及具體器件的硬件特性，較為粗略。一般設計，這一仿真步驟也可略去。
第五步：利用適配器將綜合后的網(wǎng)表文件針對某一具體的目標器件進行邏輯映射操作，包括底層器件配置、邏輯分割、邏輯優(yōu)化和布局布線。:
第六步：將適配器產(chǎn)生的器件編程文件通過編程器或下載電纜載入到目標芯片F(xiàn)PGA或CPLD中。如果是大批量產(chǎn)品開發(fā)，通過更換相應的廠家綜合庫，可以很容易轉由ASIC形式實現(xiàn)。
四、前景展望
21世紀將是EDA技術的高速發(fā)展時期，EDA技術是現(xiàn)代電子設計技術的發(fā)展方向，并著眼于數(shù)字邏輯向模擬電路和數(shù)?；旌想娐返姆较虬l(fā)展。EDA將會超越電子設計的范疇進入其他領域隨著集成電路技術的高速發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)正朝著更高集成度、超小型化、高性能、高可靠性和低功耗的系統(tǒng)級芯片(SoC，SystemonChip)方向發(fā)展，借助于硬件描述語言的國際標準VHDL和強大的EDA工具，可減少設計風險并縮短周期，隨著VHDL語言使用范圍的日益擴大，必將給硬件設計領域帶來巨大的變革。
參考文獻：
[1]譚會生，張昌凡.EDA技術及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2001.
EDA技術的提出給整個電子設計行業(yè)帶來了巨大的沖擊，除了為行業(yè)的發(fā)展提供了技術和標準的依靠，更成為電子設計的巨大潮流。當前世界電子設計發(fā)達的國家和地區(qū)對于EDA技術的應用越來越普遍，EDA技術的應用方式和領域正得到不斷地開發(fā)和擴展，在電子設計行業(yè)方興未艾的我國更應該將EDA技術作為一個突破口，通過對EDA技術的應用研究和功能拓展來提升電子設計的水平和質量，使電子設計工作找到更為系統(tǒng)和科學的技術體系支撐，在普及和推廣EDA技術的基礎上，實現(xiàn)電子設計向更深的層次和更廣的范圍發(fā)展。
2EDA技術的優(yōu)勢
2.1EDA技術的應用范圍廣
當前電子設計中比較流行的編程方式是無線編程和在線編程，EDA技術可以很好地適應電子設計發(fā)展的潮流，實現(xiàn)無障礙編程，同時也會使編程具有更高的保密性。
2.2EDA技術的可靠性高
EDA技術可以有效克服電子設計中復位障礙和跑飛缺陷，并可以通過集成和壓縮將電子產(chǎn)品的各系統(tǒng)集成在同一個芯片之中，便于在電子設計中進行管理，有利于實現(xiàn)電子設計中對風險的有效控制，大大提升了電子設計的可靠性。
2.3EDA技術的普適性好
EDA技術可以在電子設計的升級和創(chuàng)新環(huán)節(jié)中得到有效應用，并能發(fā)揮出EDA技術獨有的容量大、速度快、效率高的特點，這對于設計通信類電子產(chǎn)品來講無疑是具有根本性的優(yōu)勢。
2.4EDA技術的效率高
EDA技術可以實現(xiàn)多任務并行，通過多種模塊的功能化EDA技術可以加快電子設計中速度和效率的提升，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)電子設計的超越，達到了電子設計工作對信息化和市場化的適應。
3EDA技術的流程
3.1EDA技術的源程序
EDA技術通過EDA工具對需要編輯的圖形或文本加以編譯，形成規(guī)范的VHDL格式文件，這有利于邏輯綜合過程之前對編輯的控制，在形成源程序的同時將其送入到仿真器中進行處理，一般檢驗圖形或文字編輯的錯漏。
3.2EDA技術的邏輯綜合
通過綜合器把電路設計的高級語言描繪轉化成為低級的語言描繪，該過程就是邏輯綜合。在進行邏輯綜合之后能夠將VHDL網(wǎng)表文件送到仿真器中進行仿真操作，其結果與功能基本保持一致。
3.3EDA技術的目標器件
邏輯適配是指對生成的網(wǎng)表文件針對某個具體的目標器件進行映射操作。這個過程包括器件配置、布線操作等，在指定的目標器件中進行配置，產(chǎn)生下載文件，之后可以進行時序仿真操作。VHDL仿真器在運行的過程中已經(jīng)對EDA器件的屬性特征進行了全面充分的考慮，因此能夠保證時序結果的精確性。
4EDA技術的應用
本研究以EDA技術在8255A芯片的設計工作為例，來闡述EDA技術應用的要點。
4.18255A端口及構造體說明
該設計模塊中PPI端口一共定義了40個引腳，定義與8255A是相同的。端口的構造體許多都是輸入輸出的雙向引腳，其端口是相互對應的在芯片端口的構造體內(nèi)部，都是通過EDA技術的bus-in和bus-out總線來實現(xiàn)。
4.2構造體進程
構造體進程主要包括如下兩個：一是，讀進程工作就是指在片選信號和讀信號都有效時，從各個端口對外部設備提供的信息數(shù)據(jù)進行讀入。二是，寫進程工作就是在片選信號和寫信號有效時，將總線上的數(shù)據(jù)信息寫入到bus-out總線上，便于以后對使用方式的判別。在這兩項進程中需要EDA技術作為系統(tǒng)支撐。
5結語
關鍵詞：EDA，頻率計，VHDL硬件描述語言，CPLD
1. 前言
EDA(Electronics Design Automation,電子設計自動化)技術是現(xiàn)代電子學的標志，是微電子設計領域的一場革命,而基于EDA技術的芯片設計正成為電子系統(tǒng)的主流。隨著微電子技術的迅猛發(fā)展，電子設計技術跨過了三個階段。①20世紀五十年代：小規(guī)模集成電路（SSI）和中規(guī)模集成電路（MSI）用來設計硬件系統(tǒng)；②七十年代：以微處理器為核心的軟件編程設計；③八十年代末至今：硬件系統(tǒng)集成設計，即系統(tǒng)芯片(SOC)和專用集成電路(ASIC)設計，是21世紀微電子技術發(fā)展的重點。
本文主要闡述了采用先進的EDA工具MAX+plusⅡ對10MHz自動頻率計進行設計的過程。論文參考。在此設計中我們采用現(xiàn)在國際流行的VHDL硬件描述語言對CPLD進行編程，并通過MAX+plusⅡ平臺對設計進行仿真驗證，最終完成設計的要求，用單片CPLD實現(xiàn)10MHz頻率計的功能。
2. 單片自動頻率計的設計
數(shù)字化、智能化、自動化和小型化是現(xiàn)代測量儀器的發(fā)展方向。論文參考。具有50多年發(fā)展歷史的頻率計是實驗室中常用的儀器之一，它已成為一種典型的數(shù)字化、智能化、自動化的測量儀器，并越來越趨于小型化。單片自動頻率計以單片可編程器件為載體，利用VHDL語言，實現(xiàn)10MHz以內(nèi)頻率的自動測量。該頻率計用可編程器件一片，10MHz晶體振蕩器一塊和4位七段LED顯示器。
2.1 自動頻率計的結構
論文關鍵詞：EDA，實驗系統(tǒng)，模塊
1 引言
隨著電子技術的發(fā)展及電子系統(tǒng)設計周期縮短的要求，EDA技術得到迅猛發(fā)展。
EDA是ElectronicDesign Automation(電子設計自動化)的縮寫。EDA技術，就是以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設計開發(fā)工具，通過使用有關的開發(fā)軟件，自動完成電子系統(tǒng)設計的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或專用集成芯片的一門新技術[1]。
目前，幾乎所有高校的電類專業(yè)都開設了EDA課程，為加強教學效果，通常都使用專門的EDA實驗箱來輔助教學，但是實驗箱采用了一體化結構，所有的電路和器件都在一塊電路板上，在功能上難以根據(jù)需要進行擴展，不利于學生的創(chuàng)新設計，復雜系統(tǒng)難以實現(xiàn)；實驗箱體積較大，不便攜帶；EDA 實驗箱、單片機實驗箱、DSP實驗箱、ARM實驗箱中很多功能模塊的硬件電路是相同的，但不同實驗箱上相同模塊不能共享，存在資源浪費。由于實驗箱的上述缺點，很多高校都紛紛開始設計開發(fā)自己的實驗系統(tǒng)模塊，提高實驗箱的利用率，提高學生的工程創(chuàng)新能力[2][3]。
2 EDA實驗系統(tǒng)開發(fā)的特點
EDA實驗系統(tǒng)的開發(fā)具有以下特點：
（1）實驗內(nèi)容由單一性向綜合性發(fā)展
早期開發(fā)的EDA實驗系統(tǒng)主要是學生用來學習EDA課程、下載程序、進行仿真的工具；使用實驗系統(tǒng)是老師用來培養(yǎng)學生設計數(shù)字電路的能力、幫助學生學習和掌握開發(fā)語言的手段。因此EDA實驗系統(tǒng)僅在電子類專業(yè)的EDA課程中使用，系統(tǒng)所提供的實驗內(nèi)容僅限于簡單的數(shù)字電路設計，包括計數(shù)器、編碼譯碼器的設計、數(shù)碼管的顯示等。隨著EDA技術的發(fā)展，電信、通信等專業(yè)紛紛引入EDA實驗系統(tǒng)，在“通信原理”等課程的實驗教學中被廣泛應用于實踐[4]，實驗內(nèi)容也從單一的基本數(shù)字電路的設計發(fā)展到集EDA技術實驗、單片機實驗、DSP實驗等為一體的綜合性的實驗平臺[5]。因此，EDA實驗平臺逐漸面向電子信息類相關專業(yè)的學生進行課程的學習，課外競技活動，電子類設計比賽，并逐漸用于教師進行科研。
（2）系統(tǒng)結構從一體化向模塊化發(fā)展
早起開發(fā)的EDA實驗系統(tǒng)在結構上采用一體化的實驗箱設計，所有的電路和器件都在一塊電路板上[6]。這樣，系統(tǒng)的使用雖然可以幫助學生掌握軟件的應用，但也使學生對硬件電路不了解；另外，系統(tǒng)在功能上難以根據(jù)需要進行擴展，不利于學生進行創(chuàng)新設計，復雜的系統(tǒng)則難以實現(xiàn)。因此在后來的EDA實驗系統(tǒng)的開發(fā)上，大都都采用了模塊化的結構[7][8]，即FPGA、單片機等做在一塊核心板上，其IO口以插針形式引出，以方便和外圍電路的連接；外圍電路則以模塊的形式單獨做在不同的電路板上，比如數(shù)碼管顯示模塊、按鍵模塊、LED顯示模塊等；根據(jù)不同的實驗摘要的模塊搭建自己設計的電路，從而提高學習興趣，增強實驗教學的效果；此外，模塊化的設計還方便老師對學生設計的重復實現(xiàn)，有利于教學水平的提高雜志鋪。
（3）核心芯片由單一化向豐富化發(fā)展
早期開發(fā)的EDA實驗系統(tǒng)由于僅用于EDA課程的學習，其核心芯片大都為Altera公司的FPGA等可編程邏輯器件，開發(fā)語言環(huán)境主要為界面友好、操作簡便的Maxplus Ⅱ和Quartus Ⅱ。隨著EDA技術向不同學科不同專業(yè)的滲透，核心芯片逐漸發(fā)展為FPGA、單片機和DSP器件的綜合使用，開發(fā)語言也逐漸開始使用C語言或匯編語言等。這樣，實驗系統(tǒng)能提供的實驗內(nèi)容和規(guī)模均有所增加，除了基本的數(shù)字電路設計實驗模塊以外，還可以增設調(diào)制解調(diào)模塊、幀同步模塊、信號波形產(chǎn)生模塊等，擴大了實驗系統(tǒng)的使用率，使實驗設備向大型化、先進化發(fā)展。
（4）使學生的學習由被動向主動發(fā)展
電子技術的發(fā)展日新月異，早期的實驗平臺由于其電路設計的封閉性，實驗內(nèi)容只停留在驗證實驗上，很難加入自己設計的外圍電路。而模塊化數(shù)字電路開放實驗平臺由于其接口電路的開放性，有能力的學生可以自行設計外圍電路達到提高的目的，對于成功的設計還可以加到以后的實驗教學中，成為具有自主知識產(chǎn)權的模塊。
另外，由于整合了單片機、DSP等芯片的功能模塊，實驗內(nèi)容得到很大擴展，學生在實驗過程中可以拓寬知識面，主動去學習了解實驗所需要的知識，學習的主動性得到很大的提高，并且，由于實驗由簡單的驗證實驗向綜合的大型設計過渡，學生在實驗過程中更容易理解數(shù)字電路設計中硬件的概念以及工程的概念。
學生在設計實驗時，可能會用到一些實驗系統(tǒng)沒有開發(fā)出的模塊，這時，學生需要自己設計該電路模塊的電路圖以及制作PCB板，直至實際制作出該功能模塊。這樣，學生除了掌握編程、還需要去學習怎樣設計并制作電路板、學習該模塊與核心板的接口電路設計等相關知識，因此，在實驗過程中，學生的積極性和主動性得到提高。同時，由于實驗的規(guī)模逐漸增加，同學之間需要團結合作才能共同完成一個實驗，因此也鍛煉了同學之間的團結合作精神。
3 結論
一個好的EDA實驗平臺，能培養(yǎng)學生開拓創(chuàng)新精神和團結協(xié)作精神、很強的實踐操作能力、工程設計能力、綜合應用能力、科學研究能力以及獨立分析問題和解決問題的能力。我國高?，F(xiàn)階段所研制開發(fā)的EDA綜合實驗平臺，能有效整合和優(yōu)化多個電子類實驗課程的功能，為單片機和 EDA技術等課程提供了綜合實驗平臺，為高校培養(yǎng)創(chuàng)新性人才提供良好的實驗條件和氛圍。隨著電子技術的發(fā)展以及EDA技術的不斷深入發(fā)展，EDA實驗平臺的開發(fā)也將會日益完善：大規(guī)?？删幊唐骷⒈皇褂?；實驗系統(tǒng)將向體積小、功耗小的便攜式嵌入式系統(tǒng)發(fā)展。
參考文獻：
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[6]劉建成,等著.EDA實驗系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 實驗室研究與探索, 2009, 28(1): 86-88
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論文摘要:介紹了電子設計自動化(EDA)實驗環(huán)境的建設與管理的經(jīng)驗,簡要分析了由此給教學產(chǎn)生的實際影響。
由于集成電路技術和計算機技術的高度發(fā)展,設計自動化的觀念和EDA工具的使用水平已成為度量工程師能力的一個重要方面。國內(nèi)各高校都投入了大量的人力物力建立EDA實驗室。EDA實驗環(huán)境的硬件、軟件和服務水平在某種程度上已成為衡量該校硬件水平、教學水平和辦學水平的一個重要標志。我校在教育部電工電子教學基地的建設過程中,始終對EDA的教學和實驗環(huán)境的建設給予了足夠地重視,專門成立了EDA(實驗)中心,旨在負責全校EDA實驗教學,EDA項目開發(fā)和新技術推廣工作。經(jīng)過近兩年的建設,EDA中心已初具規(guī)模,為全校的EDA教學提供了良好的實驗環(huán)境,促進了我校電類現(xiàn)代化課程教育的發(fā)展。
1EDA實驗環(huán)境的建設
EDA(實驗)中心的建設起始于1998年初,學校先后投入資金近百萬元,第一期工程建立起配備有40臺Pentium166MMX微機的多媒體實驗室和硬件實驗室各一個;1999年進行了第二期工程,又建起了一個包含40臺PentiumⅡ400微機和兩臺專用服務器的網(wǎng)絡實驗室和一個管理辦公室。并進行了軟件建設和有關實驗項目的開發(fā)。到目前為止已建立起的軟硬件環(huán)境如表1。
在EDA中心的建設中,我們遵循以下原則:
(1)創(chuàng)建一流具有EDA特色的實驗環(huán)境。EDA的實驗環(huán)境的好壞在某種程度上直接影響電類學生對現(xiàn)代化技術的掌握,同時EDA的實驗環(huán)境也是一個窗口,代表了一個學?，F(xiàn)代化教學的形象。EDA中心的建設不應等同于一般的計算中心或機房的建設,應該具有EDA特色,那就是要有豐富的EDA軟硬件支持,要有得力的指導開發(fā)力量。為了建設好一流的EDA實驗環(huán)境,我們成立了專家指導小組指導環(huán)境的建設,并多次派人到EDA教學較好的學校去參觀學習。為了體現(xiàn)時代的特點,我們將中心80臺機器內(nèi)部互連,整個內(nèi)部網(wǎng)絡完全按照Internet技術規(guī)范設計,能提供全套Internet服務。中心內(nèi)部網(wǎng)絡還通過Linux網(wǎng)關與校園網(wǎng)相連。服務器采用WindowsNT4.0、Linux5.0、Net-ware3.12,工作站安裝了DOS6.22、Win-dows98(中、英文)、WindowsNT、Linux等操作系統(tǒng)。
(2)嚴把質量關,高質量完成建設。EDA所有軟硬件設備的引進都經(jīng)過認真市場調(diào)查研究,并嚴格的檢測,對不合格的產(chǎn)品堅決清除。如曾進一批微機,檢測后發(fā)現(xiàn)配置與樣機不符,立刻退貨,重新購置。軟件的建設對EDA來說是體現(xiàn)特色的關鍵性建設,盡管EDA軟件投資較大,為保證實驗質量,劃出專項資金,引進許多最新的正版EDA軟件。
(3)加強外聯(lián),尋求多方支持。EDA教學的開展需要許多方面的技術支持,為了做好這方面的工作,我們加強了校際之間的技術交流以及與EDA軟硬件開發(fā)商家的聯(lián)系,可以從中得到了許多必不可少的幫助,如東南大學贈送給我們不少非常有用的EDA軟件和設備,美國Altera公司通過其大學項目贈送給我們專業(yè)版和網(wǎng)絡版的Max+PlasⅡ軟件開發(fā)工具等。
(4)鼓勵師生開發(fā)EDA教學項目。我校EDA教學項目的開發(fā)進行得比較早,并已取得了不少成就,EDA中心成立后更加強了這方面工作的開展,目前已自行開發(fā)并用于教學有ISP和FPGA等實驗裝置,全定制的A-SIC實驗環(huán)境也正在緊鑼密鼓地準備中。
(5)勤儉節(jié)約,變廢為寶。EDA的某些硬件實驗對微機要求并不高并且有可能對微機產(chǎn)生傷害,為此我們從校計算中心等地方找來約20臺淘汰了的386和486微機,建成了硬件機房,很好地解決了這類問題并節(jié)約了不少資金。
中國-2EDA實驗環(huán)境的管理
我校的EDA實驗環(huán)境主要面向電子工程系和自動控制系學生,行政上掛靠電子工程系。為了便于協(xié)調(diào)管理,兩系分別任命了兼職正副主任負責中心的建設和日常管理。
在EDA(實驗)中心的日常管理中我們努力做到:
(1)全心全意為EDA教學服務。EDA(實驗)中心建立的主要目的之一就是為全校師生的EDA教學實驗提供方便。為了做好服務工作,我們盡力滿足師生的要求。如有教師希望通過網(wǎng)絡授課,我們引進了Lanstar網(wǎng)絡教學系統(tǒng)軟件。有教師需要提供語音教學服務,我們購買了無線話筒。有一些國外引進的EDA軟件需要用英文操作系統(tǒng),中心工作人員經(jīng)過多次試驗,使中英文操作系統(tǒng)能夠方便地切換。中心的Internet網(wǎng)及打印機等設備也均向師生開發(fā)。
(2)開放式的實驗環(huán)境。中心除正常設備維護日外,保持全日制開放。開放時除了安排一般值班人員外,還經(jīng)常安排對EDA技術熟悉的教師或研究生進行現(xiàn)場指導,學生可以自由地上機實習。
(3)不斷推廣EDA新技術。EDA技術的發(fā)展速度非?？?我們利用中心與外界聯(lián)系較多的優(yōu)勢,不斷向師生推薦EDA新技術和新方法。如我們曾請經(jīng)銷商來介紹最新版本的PADS、EWB等EDA軟件的特點和使用方法,與東南大學EDA實驗中心合作舉辦了兩期全國性的EDA研討班。
3效果分析
(1)EDA中心自投入使用以來,已為電類專業(yè)的學生開設了“電路”、“電子線路”、“數(shù)字電路”、“信號與系統(tǒng)”等十多門課程的上百個實驗,部分實驗還延伸到非電類專業(yè)的“電工學”課程中;每年還有幾十名本專科生和研究生在這里進行畢業(yè)設計和課題上機。總上機時數(shù)已達4萬機時。
(2)EDA中心的構建,推動了我校多門類課程的教學內(nèi)容、教學方法的改革。就數(shù)字電子課程而言,迫切需要充實現(xiàn)代化的設計思想和設計方法,EDA中心的服務為此創(chuàng)造的必要的條件。由于EDA中心的大量工作,使教師可以在課常上集中精力和時間與學生一起共同體驗前人創(chuàng)造知識的途徑與方法,而把一些繁瑣的計算交給EDA工具,學生通過EDA工具的使用去實踐他們在課堂上學到的方法和思路。對電路分析、模擬電子線路、數(shù)字系統(tǒng)設計等課也起到了同樣的作用。
(3)開放式的管理,方便了學生,激發(fā)了學生的學習熱情和求知欲。如有一位在給電類提高班講課的教師發(fā)現(xiàn),原擬定通過Lanstar授課系統(tǒng)對學生講授EWB的使用方法,結果在現(xiàn)場卻發(fā)現(xiàn),不少學生已初步學會了EWB的使用,其原因是他們已主動地到EDA中心,通過自學,進入了EDA環(huán)境。這是一個學生主動學習的例子。通過這樣的學習客觀上提高了學生的自學能力,反映了他們高度的學習熱情和求知欲,這也為他們將來自行掌握更現(xiàn)代化、更復雜的EDA工具打下了基礎。
(4)EDA中心成為學生第二課堂的場地,培養(yǎng)學生從事科學研究的能力。如數(shù)字系統(tǒng)設計的老師利用EDA中心進行電子設計競賽,取得很好的效果,受到了學生的歡迎。
參考文獻:
論文摘要:介紹了電子設計自動化(EDA)實驗環(huán)境的建設與管理的經(jīng)驗,簡要分析了由此給教學產(chǎn)生的實際影響。
由于集成電路技術和計算機技術的高度發(fā)展,設計自動化的觀念和EDA工具的使用水平已成為度量工程師能力的一個重要方面。國內(nèi)各高校都投入了大量的人力物力建立EDA實驗室。EDA實驗環(huán)境的硬件、軟件和服務水平在某種程度上已成為衡量該校硬件水平、教學水平和辦學水平的一個重要標志。我校在教育部電工電子教學基地的建設過程中,始終對EDA的教學和實驗環(huán)境的建設給予了足夠地重視,專門成立了EDA(實驗)中心,旨在負責全校EDA實驗教學,EDA項目開發(fā)和新技術推廣工作。經(jīng)過近兩年的建設,EDA中心已初具規(guī)模,為全校的EDA教學提供了良好的實驗環(huán)境,促進了我校電類現(xiàn)代化課程教育的發(fā)展。
1EDA實驗環(huán)境的建設
EDA(實驗)中心的建設起始于1998年初,學校先后投入資金近百萬元,第一期工程建立起配備有40臺Pentium166MMX微機的多媒體實驗室和硬件實驗室各一個;1999年進行了第二期工程,又建起了一個包含40臺PentiumⅡ400微機和兩臺專用服務器的網(wǎng)絡實驗室和一個管理辦公室。并進行了軟件建設和有關實驗項目的開發(fā)。到目前為止已建立起的軟硬件環(huán)境如表1。
在EDA中心的建設中,我們遵循以下原則:
(1)創(chuàng)建一流具有EDA特色的實驗環(huán)境。EDA的實驗環(huán)境的好壞在某種程度上直接影響電類學生對現(xiàn)代化技術的掌握,同時EDA的實驗環(huán)境也是一個窗口,代表了一個學校現(xiàn)代化教學的形象。EDA中心的建設不應等同于一般的計算中心或機房的建設,應該具有EDA特色,那就是要有豐富的EDA軟硬件支持,要有得力的指導開發(fā)力量。為了建設好一流的EDA實驗環(huán)境,我們成立了專家指導小組指導環(huán)境的建設,并多次派人到EDA教學較好的學校去參觀學習。為了體現(xiàn)時代的特點,我們將中心80臺機器內(nèi)部互連,整個內(nèi)部網(wǎng)絡完全按照Internet技術規(guī)范設計,能提供全套Internet服務。中心內(nèi)部網(wǎng)絡還通過Linux網(wǎng)關與校園網(wǎng)相連。服務器采用WindowsNT4.0、Linux5.0、Net-ware3.12,工作站安裝了DOS6.22、Win-dows98(中、英文)、WindowsNT、Linux等操作系統(tǒng)。
(2)嚴把質量關,高質量完成建設。EDA所有軟硬件設備的引進都經(jīng)過認真市場調(diào)查研究,并嚴格的檢測,對不合格的產(chǎn)品堅決清除。如曾進一批微機,檢測后發(fā)現(xiàn)配置與樣機不符,立刻退貨,重新購置。軟件的建設對EDA來說是體現(xiàn)特色的關鍵性建設,盡管EDA軟件投資較大,為保證實驗質量,劃出專項資金,引進許多最新的正版EDA軟件。
(3)加強外聯(lián),尋求多方支持。EDA教學的開展需要許多方面的技術支持,為了做好這方面的工作,我們加強了校際之間的技術交流以及與EDA軟硬件開發(fā)商家的聯(lián)系,可以從中得到了許多必不可少的幫助,如東南大學贈送給我們不少非常有用的EDA軟件和設備,美國Altera公司通過其大學項目贈送給我們專業(yè)版和網(wǎng)絡版的Max+PlasⅡ軟件開發(fā)工具等。
(4)鼓勵師生開發(fā)EDA教學項目。我校EDA教學項目的開發(fā)進行得比較早,并已取得了不少成就,EDA中心成立后更加強了這方面工作的開展,目前已自行開發(fā)并用于教學有ISP和FPGA等實驗裝置,全定制的A-SIC實驗環(huán)境也正在緊鑼密鼓地準備中。
(5)勤儉節(jié)約,變廢為寶。EDA的某些硬件實驗對微機要求并不高并且有可能對微機產(chǎn)生傷害,為此我們從校計算中心等地方找來約20臺淘汰了的386和486微機,建成了硬件機房,很好地解決了這類問題并節(jié)約了不少資金。
2EDA實驗環(huán)境的管理
我校的EDA實驗環(huán)境主要面向電子工程系和自動控制系學生,行政上掛靠電子工程系。為了便于協(xié)調(diào)管理,兩系分別任命了兼職正副主任負責中心的建設和日常管理。
在EDA(實驗)中心的日常管理中我們努力做到:
(1)全心全意為EDA教學服務。EDA(實驗)中心建立的主要目的之一就是為全校師生的EDA教學實驗提供方便。為了做好服務工作,我們盡力滿足師生的要求。如有教師希望通過網(wǎng)絡授課,我們引進了Lanstar網(wǎng)絡教學系統(tǒng)軟件。有教師需要提供語音教學服務,我們購買了無線話筒。有一些國外引進的EDA軟件需要用英文操作系統(tǒng),中心工作人員經(jīng)過多次試驗,使中英文操作系統(tǒng)能夠方便地切換。中心的Internet網(wǎng)及打印機等設備也均向師生開發(fā)。
(2)開放式的實驗環(huán)境。中心除正常設備維護日外,保持全日制開放。開放時除了安排一般值班人員外,還經(jīng)常安排對EDA技術熟悉的教師或研究生進行現(xiàn)場指導,學生可以自由地上機實習。
(3)不斷推廣EDA新技術。EDA技術的發(fā)展速度非?？?我們利用中心與外界聯(lián)系較多的優(yōu)勢,不斷向師生推薦EDA新技術和新方法。如我們曾請經(jīng)銷商來介紹最新版本的PADS、EWB等EDA軟件的特點和使用方法,與東南大學EDA實驗中心合作舉辦了兩期全國性的EDA研討班。
3效果分析
(1)EDA中心自投入使用以來,已為電類專業(yè)的學生開設了“電路”、“電子線路”、“數(shù)字電路”、“信號與系統(tǒng)”等十多門課程的上百個實驗,部分實驗還延伸到非電類專業(yè)的“電工學”課程中;每年還有幾十名本?？粕脱芯可谶@里進行畢業(yè)設計和課題上機。總上機時數(shù)已達4萬機時。
(2)EDA中心的構建,推動了我校多門類課程的教學內(nèi)容、教學方法的改革。就數(shù)字電子課程而言,迫切需要充實現(xiàn)代化的設計思想和設計方法,EDA中心的服務為此創(chuàng)造的必要的條件。由于EDA中心的大量工作,使教師可以在課常上集中精力和時間與學生一起共同體驗前人創(chuàng)造知識的途徑與方法,而把一些繁瑣的計算交給EDA工具,學生通過EDA工具的使用去實踐他們在課堂上學到的方法和思路。對電路分析、模擬電子線路、數(shù)字系統(tǒng)設計等課也起到了同樣的作用。新晨
(3)開放式的管理,方便了學生,激發(fā)了學生的學習熱情和求知欲。如有一位在給電類提高班講課的教師發(fā)現(xiàn),原擬定通過Lanstar授課系統(tǒng)對學生講授EWB的使用方法,結果在現(xiàn)場卻發(fā)現(xiàn),不少學生已初步學會了EWB的使用,其原因是他們已主動地到EDA中心,通過自學,進入了EDA環(huán)境。這是一個學生主動學習的例子。通過這樣的學習客觀上提高了學生的自學能力,反映了他們高度的學習熱情和求知欲,這也為他們將來自行掌握更現(xiàn)代化、更復雜的EDA工具打下了基礎。
(4)EDA中心成為學生第二課堂的場地,培養(yǎng)學生從事科學研究的能力。如數(shù)字系統(tǒng)設計的老師利用EDA中心進行電子設計競賽,取得很好的效果,受到了學生的歡迎。
參考文獻:
隨著大規(guī)模集成電路技術和計算機技術的不斷發(fā)展，在涉及通信、國防、航天、醫(yī)學、工業(yè)自動化、計算機應用、儀器儀表等領域的電子系統(tǒng)設計工作中EDA技術的含量正以驚人的速度上升；電子類的高新技術項目的開發(fā)也逾益依賴于EDA技術的應用。即使是普通的電子產(chǎn)品的開發(fā)EDA技術常常使一些原來的技術瓶頸得以輕松突破從而使產(chǎn)品的開發(fā)周期大為收縮、性能價格比大幅提高。不言而喻EDA技術將迅速成為電子設計領域中的極其重要的組成部分。
100Hz頻率計數(shù)器的主要功能是在一定時間內(nèi)對頻率的計算。在數(shù)字系統(tǒng)中，計數(shù)器可以統(tǒng)計輸入脈沖的個數(shù)，實現(xiàn)計時、計數(shù)、分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和序列脈沖。而本篇論文主要介紹了頻率計數(shù)器的實現(xiàn):系統(tǒng)以MAX+PULSLLII為開發(fā)環(huán)境，通過VHDL語言作為硬件描述語言實現(xiàn)對電路結構的描述。在VHDL語言中采用了一系列的語句,例如:if語句、case語句、loop語句等。這些語句對程序中的輸入輸出端口進行了解釋,并給出實現(xiàn)代碼和仿真波形。相關的一些關鍵詞：100Hz；分頻；計數(shù)；MAX+PULSLLII；VHDL；編譯；仿真等。
前言
VHDL是超高速集成電路硬件描述語言（VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage）的縮寫在美國國防部的支持下于1985年正式推出是目前標準化程度最高的硬件描述語言。IEEE（TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers）于1987年將VHDL采納為IEEE1076標準。它經(jīng)過十幾年的發(fā)展、應用和完善以其強大的系統(tǒng)描述能力、規(guī)范的程序設計結構、靈活的語言表達風格和多層次的仿真測試手段在電子設計領域受到了普遍的認同和廣泛的接受成為現(xiàn)代EDA領域的首選硬件描述語言。目前流行的EDA工具軟件全部支持VHDL它在EDA領域的學術交流、電子設計的存檔、專用集成電路（ASIC）設計等方面擔任著不可缺少的角色。
數(shù)字頻率計是數(shù)字電路中的一個典型應用，實際的硬件設計用到的器件較多，連線比較復雜，而且會產(chǎn)生比較大的延時，造成測量誤差、可靠性差。隨著復雜可編程邏輯器件（CPLD）的廣泛應用，以EDA工具作為開發(fā)手段，運用VHDL語言。將使整個系統(tǒng)大大簡化。提高整體的性能和可靠性。
本文用VHDL在CPLD器件上實現(xiàn)一種2b數(shù)字頻率計測頻系統(tǒng)，能夠用十進制數(shù)碼顯示被測信號的頻率，不僅能夠測量正弦波、方波和三角波等信號的頻率，而且還能對其他多種物理量進行測量。具有體積小、可靠性高、功耗低的特點。
目錄
摘要………………………………………………………………………1
前言……………………………………………………………………2
目錄……………………………………………………………………3
第一章設計目的………………………………………………………5
1.1設計要求……………………………………………………5
1.2設計意義……………………………………………………5
第二章設計方案………………………………………………………6
第三章產(chǎn)生子模塊……………………………………………………7
3.1分頻模塊……………………………………………………7
3.2分頻模塊源代碼………………………………………………8
3.3仿真及波形圖…………………………………………………9
第四章計數(shù)模塊………………………………………………………9
4.1．計數(shù)模塊分析…………………………………………………9
4.2．計數(shù)模塊源代碼………………………………………………10
4.3計數(shù)模塊的仿真及波形圖……………………………………12
第五章顯示模塊……………………………………………………12
5.1七段數(shù)碼管的描述……………………………………………13
5.2八進制計數(shù)器count8的描述…………………………………14
5.3七段顯示譯碼電路的描述……………………………………15
5.4計數(shù)位選擇電路的描述………………………………………16
5.5總體功能描述……………………………………………18
5.6顯示模塊的仿真及波形圖………………………………19
第六章頂層文件…………………………………………………20
6.1頂層文件設計源程序…………………………………………20
6.2頂層文件的仿真及波形圖………………………………………21
結語…………………………………………………………22
參考文獻……………………………………………………23
致謝…………………………………………………………24
附件…………………………………………………………25
第一章設計目的
1.1設計要求
a.獲得穩(wěn)定100Hz頻率
b.用數(shù)碼管的顯示
c.用VHDL寫出設計整個程序
1.2設計意義
a.進一步學習VHDL硬件描述語言的編程方法和步驟。
b.運用VHDL硬件描述語言實現(xiàn)對電子元器件的功能控制
c.熟悉并掌握元件例化語句的使用方法
d.熟悉數(shù)字式頻率的基本工作原理。
關鍵詞：EDA VHDL 自動化 數(shù)字電路
中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（c）-0033-02
數(shù)字電路EDA也是電子信息工程學院各個專業(yè)的一門必修課，它是一門實踐性很強的課程，是實踐教學中不可缺少的重要教學環(huán)節(jié)，EDA實驗使學生了解通過軟件仿真的方法可以高效的完成硬件電路設計的計算機技術，初步掌握自頂向下的設計方法、EDA設計流程等，會用原理圖輸入和硬件描述語言VHDL設計邏輯電路。
數(shù)字電路EDA課程是高等院校電氣、電子信息類專業(yè)的一門重要的實踐課程，具有理論性與實踐性強的特點，優(yōu)化該課程的實踐教學，對提高課程教學質量至關重要，由注重傳授知識向注重培養(yǎng)學生綜合素質方向轉變，隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，電子類高新技術的開發(fā)也更加依賴于EDA技術的應用，通過實踐課程，學生掌握使用EDA工具設計數(shù)字電路的方法，包括設計輸入、編譯、軟件仿真、下載和硬件仿真等全過程。
1 優(yōu)化課程的實踐教學
數(shù)字電路課程引入EDA技術，不僅極大地豐富課程選題，而且同一課題出現(xiàn)多種實現(xiàn)方案，提高了學生的創(chuàng)新思維能力，對后續(xù)專業(yè)基礎課程學習、電子設計競賽、撰寫論文等起到了啟蒙和引導的作用。
2 綜合運用基礎知識，解決工程實際應用能力
EDA（Electronic Design Automation）是以計算機為平臺，原理圖輸入法、硬件描述語言（VHDL）為設計語言，可編程邏輯器件為實驗載體。
自頂向下的模塊設計方法就是從系統(tǒng)的總體要求出發(fā)，自上而下地逐步將設計內(nèi)容細化，最后完成系統(tǒng)硬件的總體設計。設計的三個層次如下。
第一層次是行為描述。實質上就是對整個系統(tǒng)的數(shù)學模型的描述（抽象程度高）。
第二層次是RTL方式描述，又稱寄存器傳輸描述（數(shù)據(jù)流描述），以實現(xiàn)邏輯綜合。
第三層次是邏輯綜合，就是利用邏輯綜合工具，將RTL方式描述的程序轉換成用基本邏輯元件表示的文件（門級網(wǎng)絡表）。在門電路級上再進行仿真，并檢查定時關系。
完成硬件設計的兩種選擇，由自動布線程序將網(wǎng)絡表轉換成相應的ASIC芯片制造工藝，做出ASIC芯片。將網(wǎng)絡表轉換成FPGA編程代碼，利用FPGA器件完成硬件電路設計。
3 應用實例
首先建立一個新的工程，然后建立新文件并輸入如下的代碼：
module sled（seg，dig，clock，rst_n，）；
input clock；
input rst_n；
output [7：0] seg；
output [3：0] dig；
reg [7：0] seg_reg；
reg [3：0] dig_reg；
reg [3：0] disp_dat；
reg [36：0] count；
always @ （posedge clock ）
begin
if（！rst_n）
count = 37'b0；
else
count = count + 1'b1；
dig_reg= 4'b0000；//
end
always @ （count[3]）
begin
disp_dat = {count[7：4]}；
end
always @ （disp_dat）
begin
case （disp_dat）
4'h0 ： seg_reg = 8'hc0；
4'h1 ： seg_reg = 8'hf9；
4'h2 ： seg_reg = 8'ha4；
4'h3 ： seg_reg = 8'hb0；
4'h4 ： seg_reg = 8'h99；
4'h5 ： seg_reg = 8'h92；
4'h6 ： seg_reg = 8'h82；
4'h7 ： seg_reg = 8'hf8；
4'h8 ： seg_reg = 8'h80；
4'h9 ： seg_reg = 8'h90；
4'ha ： seg_reg = 8'h88；
4'hb ： seg_reg = 8'h83；
4'hc ： seg_reg = 8'hc6；
4'hd ： seg_reg = 8'ha1；
4'he ： seg_reg = 8'h86；
4'hf ： seg_reg = 8'h8e；
endcase
end
assign seg=seg_reg；
assign dig=dig_reg；
endmodule
保存后，再編譯，之后選Tools->Run EDA Simulation Tool->EDA RTL Simulation進行仿真。最后配置引腳，下載并運行。
4 營造良好的實踐教學環(huán)境并建立科學的評價方法
基于EDA技術的數(shù)字電路實踐教學主要由計算機，EDA軟件開發(fā)工具，可編程芯片及實驗硬件開發(fā)系統(tǒng)組成，該院已建有EDA 實驗室，配有多臺安裝Quartus開發(fā)軟件的PC機，為每人或者小組完成課題提供良好的實驗條件。
如何評價設計成果，客觀，合理的給出成績，既能反映出真實水平又能激發(fā)學生的學習積極性和創(chuàng)新意識，不以最終結果正確性作為評價的唯一標準，而對設計過程的每個環(huán)節(jié)都給出量化的評分標準。
5 結語
數(shù)字電路實驗中引入EDA技術，蘊含著數(shù)字系統(tǒng)設計的新思路、新方法，代表了現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設計的方向，EDA技術采用“自上向下”設計數(shù)字系統(tǒng)的方法，通過設計邏輯功能模塊來實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)功能，不僅大大提高了工作效率，而且提高了系統(tǒng)的可靠性，使設計更加靈活，學生在大二期間，就能夠通過數(shù)字電路EDA實驗，掌握EDA技術，對將來后續(xù)課程的學習，以及對學生提高創(chuàng)新能力，工程設計能力都是十分有利，數(shù)字電路EDA實驗中應用EDA技術可使學生突破硬件資源，制作耗時的限制，充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性，設計出別具特色的作品來，使課程設計的效果大大提高，應用EDA技術設計數(shù)字電路，可為實驗的選題拓寬范圍，增加了課程的趣味性、綜合性、創(chuàng)造性，以不同類型，不同難度的設計任務供學生選擇。
參考文獻
[1] 鄒虹.數(shù)字電路與邏輯設計[M].北京：人民郵電出版社，2008.