实验讲课模板1

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(1) EDA中心 www.eda.ac.cn 中心 (2) EDA中国门户网站 www.edacn.net 中国门户网站 (3) 中国 中国EDA工程网 www.edagc.com 工程网
Digital Electronics Technology 2011-10-9
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利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子 利用 工具，电子设计师可以从概念、 算法、 工具 系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、 系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、 性能分析到设计出IC版图或 性能分析到设计出 版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理 版图的整个过程的计算机上自动处理 版图或 完成。 完成。 现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航 的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、 现在对 的概念或范畴用得很宽 化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目 的应用。 天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有 的应用 技术已在各大公司、 前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如 技术已在各大公司 企事业单位和科研教学部门广泛使用。 在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟， 在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可 能涉及到EDA技术。 技术。 能涉及到 技术
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电子设计自动化
EDA是电子设计自动化（Electronic Design 是电子设计自动化（ 是电子设计自动化 Automation）的缩写，在20世纪 年代初从 世纪90年代初从 ）的缩写， 世纪 计算机辅助设计（ ）、计算机辅助制造 计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造 ）、 ）、计算机辅助测试 （CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅 ）、计算机辅助测试（ ） 助工程（ 助工程（CAE）的概念发展而来的。 ）的概念发展而来的。
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1.吞吐量 吞吐量 机器的速度直接影响吞吐量。 机器的速度直接影响吞吐量。为了达到较高的速 度，最好使用象线性马达这样磨擦力较小的机 械部件， 械部件，而不要使用象滚珠螺旋致动器这样的 部件。 部件。设计师可以利用嵌入式技术提高控制系 统的速度，比如具有1MHz环速率的 环速率的FPGA， 统的速度，比如具有 环速率的 ， 而非环速率只有1kHz的传统 的传统PLC。伺服系统 而非环速率只有 的传统 。 将继续控制那些不再采用传统齿轮/凸轮系统 将继续控制那些不再采用传统齿轮 凸轮系统 的机器。 的机器。
软件挑战 1. 整合多种软件架构
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Leabharlann Baidu
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2. 一次编写，到处运行 未来的挑战是一次性编写控制程序，然后将相同 的程序应用到各种PC、PLC或嵌入式目标设备 中去。自动化工程师需要在满足自动化系统的 性价比要求基础上对PLC、可编程自动化控制 器(PAC)、微处理器、数字信号处理器(DSP)或 FPGA器件作出正确选择。
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3. 系统验证 系统验证 目前大多数开发过程中都包含有代码审查阶段，它能保 目前大多数开发过程中都包含有代码审查阶段， 证所设计软件的可靠性。但是， 证所设计软件的可靠性。但是，由于现在的机电系统 中软件和硬件结合得相当紧密， 中软件和硬件结合得相当紧密，因此很有必要进行完 整的系统验证。工程师们正在从只执行一个“配置” 整的系统验证。工程师们正在从只执行一个“配置” 阶段转向要经历“设计、原型、配置”三个阶段。 阶段转向要经历“设计、原型、配置”三个阶段。设 计阶段除了控制系统硬件的算法和控制逻辑外， 计阶段除了控制系统硬件的算法和控制逻辑外，还包 括对硬件的机械、热和流特性进行仿真。 括对硬件的机械、热和流特性进行仿真。原型阶段包 括建立机械和控制设计的虚拟或物理原型， 括建立机械和控制设计的虚拟或物理原型，以帮助工 程师在最终实现之前进行概念性验证。 程师在最终实现之前进行概念性验证。配置阶段包括 将控制算法和逻辑配置到PLC、PAC或嵌入式目标中， 或嵌入式目标中， 将控制算法和逻辑配置到 、 或嵌入式目标中 并对伺服制动装置、 并对伺服制动装置、气动装置和水力装置等机械部件 实施装配。 实施装配。
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4. EDA工具软件 工具软件
EDA工具软件可大致可分为芯片设计辅助软件、 EDA工具软件可大致可分为芯片设计辅助软件、可编程芯片辅助设 工具软件可大致可分为芯片设计辅助软件 计软件、系统设计辅助软件等三类。 计软件、系统设计辅助软件等三类。 目前进入我国并具有广泛影响的EDA EDA软件是系统设计软件辅助类和 目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件是系统设计软件辅助类和 可编程芯片辅助设计软件：Protel、PSPICE、multiSIM10(原EWB的最 可编程芯片辅助设计软件：Protel、PSPICE、multiSIM10(原EWB的最 新版本) OrCAD、PCAD、、LSIIogic、MicroSim，ISE，modelsim等 、、LSIIogic 新版本)、OrCAD、PCAD、、LSIIogic、MicroSim，ISE，modelsim等 这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面， 等。这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件 都可以进行电路设计与仿真，同进还可以进行PCB自动布局布线， PCB自动布局布线 都可以进行电路设计与仿真，同进还可以进行PCB自动布局布线，可 输出多种网表文件与第三方软件接口。 输出多种网表文件与第三方软件接口。
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3.可用时间 可用时间 现代的封装机器需要在同一条生产线上处理10个以上的 现代的封装机器需要在同一条生产线上处理 个以上的 产品。这不仅涉及到系统中部件的可靠性， 产品。这不仅涉及到系统中部件的可靠性，还涉及到 不同产品之间的转换时间， 不同产品之间的转换时间，而转换时间将影响系统的 可用时间。通过设置控制算法以适应一条生产线处理 可用时间。 不同产品的各种情况，能够改善转换时间。 不同产品的各种情况，能够改善转换时间。基于模型 的自适应控制是最近出现的新方法， 的自适应控制是最近出现的新方法，它不需要调整就 能使控制系统适应系统的变化。 能使控制系统适应系统的变化。如果在系统中采用智 能监视和预见性维护手段， 能监视和预见性维护手段，则能更好地提高系统可靠 性。振动监视、数据记录、报警和部门间通信对提高 振动监视、数据记录、 未来系统的可靠性都有非常重要的作用。 未来系统的可靠性都有非常重要的作用。
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2.良品率 良品率 通过提高可重复性减少浪费是取得较高良品率的 关键。 关键。而对机器编程让其遵循理想的运动控制 轨迹是实现可重复性的重要因素。 轨迹是实现可重复性的重要因素。通过将马达 调整为较短的延迟时间和较低过冲的阶跃响应 可以实现这一目标。为了更好地进行调整， 可以实现这一目标。为了更好地进行调整，可 以使用基于模型的控制方法来满足正确的PID 以使用基于模型的控制方法来满足正确的 调整参数要求， 调整参数要求，或者采用基于模型的控制算法 代替传统的PID算法。而自动化检查和 算法。 代替传统的 算法 而自动化检查和RFID 等技术在筛选过程中具有重要的作用， 等技术在筛选过程中具有重要的作用，可以显 著加快进度。 著加快进度。
EDA工具软件厂商三巨头 工具软件厂商三巨头 Synopsys、NI、Cadence。 、 、 。
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如何为NI Multisim创建基于LabVIEW的虚拟仪器 Multisim的交互式仿真功能旨在帮助硬件设计更 好地理解电路行为。然而，仿真的质量高度依 赖于应用的信号及分析和显示仿真数据的方法。 为了缩短传统设计和测试之间的距离， Multisim提供了实现和使用个性化仪器的功能， Multisim 该功能基于LabVIEW并配合使用SPICE电路， 可将传统的电原理图转化为虚拟原型化。现在， 用户可以将实际的信号连接到Multisim中，使 用输出数据驱动实际电路或者根据需要显示仿 真数据。
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1. EDA的历史 的历史
20世纪 年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积 世纪90年代 国际上电子和计算机技术较先进的国家， 世纪 年代， 极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、 极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻 底的变革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域， 底的变革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域，可编程逻辑器件 （如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字 、 ）的应用，已得到广泛的普及， 系统的设计带来了极大的灵活性。 系统的设计带来了极大的灵活性。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， 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的数字系统设计方法、 计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设 计过程和设计观念，促进了 技术的迅速发展。 计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。 技术的迅速发展 EDA技术就是以计算机为工具，设计者在 技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述 软件平台上， 技术就是以计算机为工具 软件平台上 语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分 完成设计文件， 语言 完成设计文件 然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、 综合、优化、布局、布线和仿真， 割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编 逻辑映射和编程下载等工作。 技术的出现， 译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路 技术的出现 设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。 设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。
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硬件挑战 未来的自动化系统将在各种不同的产品上执行复 杂的任务，而且经常是同时进行。 杂的任务，而且经常是同时进行。设计这种系 统在硬件方面的挑战是， 统在硬件方面的挑战是，在实现复杂的自动化 任务的同时要达到规定的吞吐量、 任务的同时要达到规定的吞吐量、良品率和可 用时间指标。 用时间指标。
(4) EDA爱好者 www.edafans.com 爱好者 (5) EDA教学与研究 www.edateach.com 教学与研究
3.设计方法 设计方法
前端设计(系统建模RTL 级描述)后端设计(FPGAASIC) (FPGAASIC)系统建模 (1) 前端设计(系统建模RTL 级描述)后端设计(FPGAASIC)系统建模 复用（IP复用 (2) IP 复用（IP复用使设计团队可以在多个设计上分摊设计与验证成 IP复用可以提高生产率。） 本，而且经实践证实IP复用可以提高生产率。） (3) 前端设计 系统描述：建立系统的数学模型。 (4) 系统描述：建立系统的数学模型。 功能描述：描述系统的行为或各子模块之间的数据流图。 (5) 功能描述：描述系统的行为或各子模块之间的数据流图。 逻辑设计：将系统功能结构化，通常以文本、原理图、逻辑图、 (6) 逻辑设计：将系统功能结构化，通常以文本、原理图、逻辑图、布 尔表达式来表示设计结果。 尔表达式来表示设计结果。 仿真：包括功能仿真和时序仿真， (7) 仿真：包括功能仿真和时序仿真，主要验证系统功能的正确性及时 序特性。 序特性。