1、第 PAGE 14 頁 共 NUMPAGES 14 頁 指導(zhdo)教師： 班級(bnj) ： 學號 ： 姓名(xngmng) ： 第一(dy)部分：EDA技術綜述摘要(zhiyo)：1.EDA技術的發展(fzhn)歷程 EDA技術的發展大致可分為三類：（1）20世紀70年代，在集成電路制作方面，MOS工藝得到廣泛的應用。可編程邏輯技術及其器件已經問世，計算機作為一種運算工具已經在科研領域得到廣泛應用。在70年代后期，CAD的概念已現雛形，這一階段人們開始利用計算機輔助進行集成電路版圖編輯、PCB布局布線等工作。（2）20世紀80年代，集成電路設計進入了CMOS（互補場效應管）時代，復雜可

2、編程邏輯器件已經進入商業應用，相應的輔助設計軟件也已投入使用，而在80年代末期，出現了FPGA（Field Programmable Gate Array），CAE和CAD技術的應用更為廣泛，它們在PCB設計方面的原理圖輸入、自動布局布線及PCB分析，以及邏輯設計、邏輯仿真、布爾方程綜合和化簡等方面擔任了重要角色。特別是各種硬件描述語言HDL（Hardware Description Language）的出現、應用和標準化方面的重大進步，為EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）技術必須解決的電路建模、標準文檔及仿真測試奠定了基礎。（3）進入20世紀9

3、0年代，隨著硬件描述語言的標準化得到進一步的確立，計算機輔助工程、輔助分析和輔助設計在電子技術領域獲得了更加廣泛的應用，與此同時，電子技術在通信、計算機及家電產品生產中的市場需求和技術需求，也極大地推動了全新的電子設計自動化技術的應用和發展。特別是集成電路設計工藝步入了超深亞微米階段，百萬門以上的大規模可編程邏輯器件的陸續面世，以及基于計算機技術的面向用戶的低成本大規模ASIC設計技術的應用，促進了EDA技術的形成。2.常見(chn jin)的EDA工具軟件及相關設計方法(fngf)和應用展望(1)EDA工具軟件EDA工具軟件可大致可分為芯片(xn pin)設計輔助軟件、可編程芯片輔助設計軟件

4、、系統設計輔助軟件等三類。目前進入我國并具有廣泛影響的EDA軟件是系統設計軟件輔助類和可編程芯片輔助設計軟件：Protel、PSPICE、multisim7、OrCAD、PCAD、LSIIogic、MicroSim，ISE，modelsim等等。這些工具都有較強的功能，一般可用于幾個方面，例如很多軟件都可以進行電路設計與仿真，同進還可以進行PCB自動布局布線，可輸出多種網表文件與第三方軟件接口。（2)相關設計方法a. 前端設計(系統建模RTL 級描述)后端設計(FPGAASIC)系統建模b. IP 復用c. 前端設計d. 系統描述：建立系統的數學模型。e. 功能描述：描述系統的行為或各子模塊之

5、間的數據流圖。f. 邏輯設計：將系統功能結構化，通常以文本、原理圖、邏輯圖、布爾表達式來表示設計結果。g. 仿真：包括功能仿真和時序仿真，主要驗證系統功能的正確性及時序特性。（3）應用(yngyng)展望a.EDA技術將廣泛(gungfn)用于高校電類專業的實踐教學工作中。b.EDA技術(jsh)將廣泛應用于科研工作和新產品的開發中。c.EDA技術將廣泛應用于專用集成電路的開發。d.EDA技術將廣泛應用于傳統機電設備的升級換代和技術改造。EDA技術的主要內容:EDA是電子設計自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，在20世紀90年代初從計算機輔助設計（CAD）

6、、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）的概念發展而來的。EDA技術就是以計算機為工具，設計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA軟件 目前在國內比較流行的EDA 軟件工具主要有Altera公司的MAX+plus和Quartus,Lattice公司的Expert LEVER和Synario,Xilinx公司的Foundation和Alliance,Actel公司的Actel Designer等.第二部分

7、：EDA設計實踐報告1).多路搶答器2).內容摘要多路搶答器是一種競賽中常見的儀器，基于數字電子技術，模擬電子技術，和電路等基礎(jch)專業課的知識，我們做出了供四個選手或代表隊用的四路搶答器。四路搶答器的核心元件是數字電子技術中的D觸發器、與非，非門、編碼器和七段譯碼器及其顯示(xinsh)電路。通過這些基本元件的連接實現鎖存和顯示的功能。設計的第一個階段是原理圖的設計，在理論學習(xux)的基礎上我們設計出了理論上能夠實現搶答器功能的邏輯電路，所用的器件主要有四D觸發器、與非門、非門、優先編碼器和七段數碼顯示管；設計的第二個階段是用Multisim2001實現電路功能的仿真，這個階段除了

8、將原理圖中的器件轉換成Multisim2001軟件提供的器件以外還要完成電路的調試、邏輯功能的實現以及仿真結果與理論結果的對比。第三個階段是用Protel99SE進行電路器件的模擬操作，將原理圖中的器件按照Protel99SE提供的模擬器件進行安裝。第四個階段是設計結果分析和總結，這個階段主要是對前三個階段的回顧和對結果的分析總結，以及課設的收獲和體會。以下是具體要求以及仿真結果演示設計一個智力競賽搶答器，可同時供4名選手或4個代表隊參加比賽，他們的編號分別是1、2、3、4、，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，分別是S1S4。 給節目主持人設置一個控制開關，用來控制系統的清零（編

9、號顯示數碼管滅燈）和搶答的開始。搶答器具有數據鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數碼管行顯示出選手的編號。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清零為止。再打開仿真軟件，按下F5，在將鼠標點向每一個開關，其仿真的結果如下： “”表示(biosh)“0”或“1”。仿真的結果與設計實驗的預期結果相同，說明了這套實驗的設計是沒有錯誤的，與要求的實驗結果相同，則可以差能這實驗電路(dinl)答應出來，制成電路板了。主持人一組二組三組四組燈一燈二燈三燈四顯碼器0不亮不亮不亮不亮011（先）亮不亮不亮不亮111（先）不亮亮

10、不亮不亮211（先）不亮不亮亮不亮311（先）不亮不亮不亮亮43).設計內容(nirng)及要求1. 搶答器同時供4名選手或4個代表隊比賽，分別用4個按鈕S1S4表示；2.設置一個系統清除和搶答控制開關R，該開關由主持人控制；搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按按鈕，鎖存相應的編碼，并在LED數碼管上顯示。先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。4).設計方案及系統框圖(1). 系統框圖搶答按鈕編 碼電路鎖存電路譯碼電路搶答者號碼顯示主持人控制按鈕控制電路 (2). 設計方案a、 搶答器電路(dinl)：（如下(rxi)圖）b、數字搶答器操作應完成(wn chng)情況接通電源后，主持人

11、將開關撥到關閉狀態（開關接地），搶答器處于禁止狀態，編號顯示器滅燈；主持人將開關置于打開狀態（接高電平，即1），宣布開始搶答器工作。選手在開始搶答時，搶答器完成優先判斷、編號鎖存、編號顯示。當搶答者確定后通過反饋使觸發脈沖停止對74LS175N的控制以致使其他選手或代表不能再參加搶答。如果再次搶答必須由主持人再次操作清除和開始狀態開關。5).仿真電路設計完成圖Protel圖Protel封裝圖6).仿真調試過程(guchng)及結果記錄(1). 仿真(fn zhn)調試過程在設計(shj)的搶答器電路原理圖的基礎上，用仿真軟件Multisim2001進行電路仿真，驗證設計的電路原理圖能否實現所要

12、求的功能。打開仿真軟件，在元件庫里找到所需要的元件，放到仿真圖上，按照設計的原理圖進行布線，檢查無誤后按下F5件，進行仿真測試，打開不同的開關觀察結果并記錄結果，在與理論的結果進行核對。仿真過程出現的問題有：（1）數碼管完全不顯示數字（2）小燈不受開關的的控制，始終處于亮燈的狀態。（3）74LS175N的邏輯功能和理論上的不一樣，無法掌握輸入與輸出的對應關系。針對以上問題我們對電路原理圖進行了改進。原來的原理圖中所用的器件基本以集成的元件為主，在調試過程中我們將原來集成的與門、與非以及非門改成了獨立的門電路。在調試過程中，我們發現原來使用的電源和脈沖與理論上的相差(xin ch)甚遠。于是在M

13、ultisim2001軟件(run jin)提供的元件庫中選出了和理論上相匹配的電源和元件。電路原理圖也做了相應的調整。在原來(yunli)的模擬仿真電路的基礎之上，第二個階段做出的模擬仿真電路實現了理論所要求的結果即：開始搶答后，主持人的清零開關處于接高電平狀態，若開關S1先閉合，數碼管顯示數字“1”，與其對應的指示燈亮，其他開關的狀態不再對電路產生影響；若開關S2先閉合，數碼管則顯示數字“2”,與其對應的指示燈亮，其他開關狀態不再對電路產生影響，以此類推。每一次搶答完成后，主持人都必須進行清零操作，清零后，任何一個選手開關的閉合都不會對電路產生影響，四個指示燈始終處于熄滅狀態。(2). 結

14、果記錄主持人控制開關選手1（及代表）控制開關選手2（及代表）控制開關選手3（及代表）控制開關選手4（及代表）控制開關LED指示燈LED指示燈LED指示燈LED指示燈數字顯示器顯示結果熄滅熄滅熄滅熄滅顯示最先按開關（輸入高電平）燈亮熄滅熄滅熄滅顯示最先按開關（輸入高電平）熄滅燈亮熄滅熄滅顯示最先按開關（輸入高電平）熄滅熄滅燈亮熄滅顯示最先按開關（輸入高電平）熄滅熄滅熄滅燈亮顯示7).設計(shj)結果分析功能一：分辨(fnbin)出選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；功能(gngnng)二：禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：主持人開關置于接地后，74LS175N集

15、成的四D觸發器的脈沖處于低電平，搶答器不工作。當主持人控制開關S置于接高電平狀態時，搶答器處于工作狀態，當有選手將鍵按下時（如按下S1），74LS175N的輸出經門電路輸出，1Q=1,LED指示燈燈亮，74LS48D處于工作狀態，經譯碼顯示為1。同時74LS175N處于禁止狀態，確保不會出現二次按鍵時輸入信號會有相應結果，保證了搶答者的優先性。如有再次搶答需由主持人將開關重新接地后再接高電平，然后再進行下一輪搶答。時序控制電路：時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：主持人將控制開關撥到接高電平時，搶答電路進人正常搶答工作狀態；當參賽選手按動搶答鍵后，搶答電路停止工作；當主持人按

16、下開關接地后，系統清零。顯示電路：這部分電路實現的功能是顯示最先按鍵的數字。主要由74LS48D譯碼器和七段數碼顯示管組成。通過必要地門電路和74LS48D譯碼器實現對數字的顯示。 部分芯片真值表:74LS175N四-D觸發器的集成元件，D觸發器的真值表如下表所示:CLKDQQQ00001010111174LS136或非門的真值表為：ABY000011101110四輸入(shr)與非門74LS20的真值表為：ABCDY111100101010174LS48譯碼器的真值表如下(rxi)所示：LTRBIDCBABI/RBOabcdefg01100001111111011X0001101100002

17、1X00101110110131X00111111100141X01001011001151X01011101101161X01101001111071X01111111000081X10001111111191X100111110011101X101010001101111X101110011001121X110010100011131X110111001011141X111010001111BIXXXXXX00000000RBI10000000000000LT0XXXXX111111118). 所用元件(yunjin)及儀器：74LS175 一片(y pin) 74LS136兩片 74LS

18、11 兩片 74LS20 一片(y pin) 74LS30一片 74LS48 一片 74LS04 一片BCD七段顯示譯碼器以及開關若干、導線若干指示燈四只9).課程設計的收獲、體會和建議 這次的課程設計是我接觸的第一次設計性課題，跟以往的那些課程有很大的差異。這門課是一門具有很強的靈活性和綜合性的課程，主要考察學生們的思維靈敏度和對問題的分析能力，綜合了我們所學的數電、protel技術、電路以及電子等方面的內容。第一次接觸這樣的課題，確實比以往的那些課多了許多的迷茫，總是感覺好抽象，但是由于是團體一起合作，所以方便了很多，不會的也可以跟大家請教，收獲頗多。我在這次的設計中是負責封面設計，應該說封面設計是很簡單的，而且里面用到的知識也不多，但是從中我也了解到自己的不足，重新認識了設計的靈活，收益匪淺。我們組這次設計的是第三個題目也就是四人搶答器，在學習數電的時候接觸過這類型的題目。通過本次的學習加深了對所學知識