EDA技术在数字电子技术实验中的应用

EDA技术在数字电子技术实验中的应用

摘 要：该文简要介绍了eda技术以及该方式在数字电子技术实验中的优势，eda方式与传统实验方式的优势。利用eda方式进行设计的步骤，并通过实例详细地介绍了eda设计方式在数字电子技术实验中的应用。

关键词：fpga/cpld eda 计数器 译码器

中图分类号：tn70-4 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）03（b）-00-01

数字电子技术是高等院校电子信息类专业的重要专业基础课，它具有实践性非常强的特点。随着计算机技术、电子技术的不断发展，高校数字电子技术实验教学的环境和形势在不断地变化，教师和学生面临着新的机遇和挑战。电子设计自动化（electronic design automation，eda）是随着集成电路和计算机技术的飞速发展应运而生的电子设计自动化工具。而可编程逻辑器件的应用已得到了普及，这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统数字系统设计方法、设计关键，促进了eda技术的迅速发展。可编程逻辑器件（比如：fpga、cpld器件）的设计方式为数字电子电路的实验和实践开辟了新的途径，可以有效的提高实验教学效果[1]。 1 与传统方式的比较

目前大多数院校的数字电子技术实验，采用各类实验箱（或面包

版），学生通过搭接电路、仪器测试验证结果。但对于利用通用集成芯片设计电路的方式，可能存在着芯片短缺、电路连接过于复杂、故障难以查找，器件、仪器损坏、实验设备不足等问题，从而导致电路搭建成功率低，学生的学习兴趣降低，影响实际实验教学效果。实验授课方式需要改革，应该有新的灵魂贯穿整个课程体系，体现这门技术课程的魅力，比较可行的办法就是引入fpga技术[2]。从设计方法看，传统的设计方式是一种自底向上且费时费力的设计方式，而现代电子设计技术（eda技术）是自顶向下且高效实用的方式。自底向上的设计方法可能会产生电路设计完成一部分，后期发现缺少元件或性能无法满足等问题，而无法继续，并且需要重头再来，重复操作的过程费时费力。而自顶向下的设计方式可以对整个设计电路，进行模块划分，并分别对各个模块进行子设计，此方法从宏观的角度，对电路的设计有全局性，且受外界因素的影响很小，大大地增加了设计成功性的可能性[3]。在电子产品的设计理念、系统硬件的构成、设计周期、设计的重构性和自主知识产权等方面，都具备着绝对的优势，edad设计方式推动了电子产品设计的发展和进程。

2 eda设计方式的步骤

（1）从宏观的角度，对整个系统进行分析，将其划分成各个子模块。（2）对子模块进行设计，可以采用多种设计输入方式。（3）对设计模块进行编译、仿真验证。（4）将验证成功的文件下载到fpga/cpld器件。

3 在数字电子技术实验中的应用实例。

现以一个计数译码电路的设计为例，采用混合输入的方法进行设计，说明eda设计方式在数字电子技术实验中的应用 [4]。 （1）以原理图方式设计bcd码编码方式的模6计数器。利用通用集成芯片7490构成8421bcd码的十进制计数器，再通过计数器中的异步清零端，构成6进制计数器，此种方法类似于数字电路实验的设计思路。设计电路和仿真波形如图1所示。（2）以vhdl方式设计七段显示译码电路。利用vhdl语言描述一个驱动共阴极数码管的七段显示译码器。其中d3、d2、d1、d0分别为显示译码器的四个输入端，x为该译码器的输出端，输出端为矢量形式，共7位，分别对应连接外部输出设备数码管的七个不同的段。四个输入端对应不同的8421bcd码时，显示译码器会输出相应数码对应的段码，从而驱动数码管显示[5]。（3）用层次化设计方法设计计数译码电路。将原理图输入方式设计的6进制计数器和vhdl语言输入方式设计的7段显示译码器设计完成后，可以通过生成工具，将其生成顶层功能模块，可以在高层次的原理图或vhdl语言文件中进行调用。计数译码电路层次原理图如图2所示。 （a）模6计数器

（b）模6计数器仿真波形图 4 结语

由此可见，利用eda设计方式对数字电子技术实验进行改进，设计电路比较灵活，采用自顶向下的设计方式，不受硬件的限制，不

受仪器设备的制约。只要从总体设计出发，分模块的划分，可以分别对各个模块进行设计，完成后重新整合，再辅以外部接口电路，可以很方便的多任务多方式设计较复杂的综合性实验。相应的硬件电路的体积比较小，性能强，比较适合于自主设计电路，修改方便，实验效率高。增强数字电子技术实验的趣味性，增强学生的创新意识，提高学生的动手实践能力。 参考文献

[1] 蔡朝.利用eda技术改造数字电路实验教学[j].孝感学院物理系（孝感学院学报），2002，22（6）：30-32.

[2] 艾明晶，康光宇.eda教学实验平台的设计与实现[j].计算机应用，2002（10）：23-24.

[3] 潘松，黄蛀生.eda技术实用教程[m].北京：科学出版社，2002（10）.

[4] 曾繁泰，李冰，李晓林.eda工程概论[m].北京：清华大学出版社，2002.

[5] 符兴昌.eda技术在数字系统设计分析中的应用[j].微计算机信息，2006（14）：267-269.