第1章智能汽车设计基础—计算机辅助设计
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通过对参赛智能车机械设计的调查分析发现，并不是所 有的调整都对提高智能车的性能具有明显的作用，其中前 轮定位参数优化、转向舵机力臂增大和底盘重心位置对于 智能车的机械性能有着较大的影响。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.2 AutoCAD 简介
v AutoCAD是机械设计中常用的软件之一，它是一种可自 定义、可扩展的CAD软件，具有二维绘图、设计文档和 简单的三维设计等功能。AutoCAD从V1.0，V1.17， V2.5，V2.6，R9～R14，2000，2000i，2004，2005 至今天的2006版，历经了多次的改版更新，由于其在平 面设计方面的功能比较齐全，其市场占有率很高。
v （3）AutoCAD能够绘制出满足符合国家机械制图标准 （GB）的线条宽度、文字样式等。
v （4）提供了新的动态块功能，可以快速有效地创建机械 常用件和标准件的模块，如符合国家标准的键、弹簧、轴 承、螺栓、螺母和垫圈等；操纵块并从中提取数据，当需 要绘制这些图形时，可以直接插入而不必要重复绘制。
（3）经济性要求 所设计的机械应在设计、制造和使用的 全过程中都应力求达到合理的成本范围内。主要的方法有： 采用恰当的设计方法，缩短设计周期；构思合理的工作原 理，简化结构；选用适当的原材料，减小尺寸和质量；制 定合理的制造和装配工艺；注意最大限度地采用标准化、 系列化及通用化的零、部件等。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.2.1 EDA技术
v （1）并行工程和“自顶向下”设计方法
v 并行工程是一种系统化的、集成化的、并行的产品及相关过 程（主要指制造和维护）的开发模式。这一模式使开发者从 一开始就要考虑到产品生存周期的质量、成本、开发时间及 用户的需求等诸多方面因素。
机械设计原理就是研究机械的基本理论及设计技术 等问题。具体来说，研究内容主要有以下几个方面：
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.1 机械设计原理
（1）机械设计总论 主要介绍机械设计要求及机械设计中 常用材料和选用原则、机械零件的强度验算、机械零件的 磨损及润滑等理论，并对现代设计方法进行简单的介绍。
4.2.2 Protel
v Protel 99SE是澳大利亚Protel Technology公司推出的 一个全32位的电路板设计软件。该软件功能强大，人机 界面友好，易学易用，使用该软件的设计者可以容易地设 计电路原理图，画元件图，设计电路板图，画元件封装图 和电路方针，是首选的电路板设计工具。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.2.1 EDA技术
v （3）逻辑综合与优化
v 逻辑综合功能将高层次的系统行为设计自动翻译为门级逻辑 的电路描述，做到了设计与工艺的独立。优化则是对于上述综 合生成的电路网表，根据布尔方程功能等效的原则，用更小、 更快的综合结果替代一些复杂的逻辑电路单元，根据指定的目 标库映射成新的网表。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.2.1 EDA技术
v EDA框架标准化和硬件描述语言等设计数据格式的标准化 可集成不同设计风格和应用的要求，使得各具特色的EDA 工具能有效地工作在同一个工作站上。集成的EDA系统不 仅能够实现高层次的自动逻辑综合、版图综合和测试码生 成，而且可以使各个仿真器对同一个设计进行协同仿真， 进一步提高了EDA系统的工作效率和设计的正确性。
1
4.1.1 机械设计原理
2
4.1.2 AUTOCAD 简介
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.1 机械设计原理
为了提高智能车的竞技性能，必须了解其机械 结构，并且对其结构上的不足之处加以改进。通过对 历届全国智能汽车竞赛中各高校的参赛智能车进行研 究后发现，想要取得较好的成绩，智能车底盘的优化 和硬件设备的可靠性所占的比重要大于软件程序及其 控制策略所占的比重，因此有必要对智能车的机械原 理进行一定的了解。
v （7）当用户设计系列产品时，可以方便地通过已有图形 修改派生出新图形。
v （8）在设计复杂图形时，AutoCAD提供Web共享设计 信息、创建帮助，可方便地创建单个图形并管理整个图形 集。同时AutoCAD可利用CAD生产中的新标准能帮助用
户获得更大的成功。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
v 下面以AutoCAD2006为例来说明AutoCAD在机械设计 中的应用。
v AutoCAD2006提供了高效的图形集管理器，可以轻松 地对图形进行移植、展开，其直观的功能让学习变得更加 容易；动态块和增强的图案填充等工具为用户提供了便捷 的解决方法。这些新功能与图形集管理器等选项板相结合， 为管理所有类型的项目提供了一套完整的解决方案。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.2 AutoCAD 简介
v （5）新提供的动态输入功能，可以使用户将精力集中在 设计绘图而非软件功能上。
v （6）可以方便地将零件图组装成装配图，能够验证零件 尺寸是否正确、零件之间是否会出现干涉等装配问题，同 时还可以利用AutoCAD的复制和粘贴功能，方便地通过 装配图拆分出零件图。
v （5）库（Library）
v 库是支持EDA工具完成各种自动设计过程的关键。EDA设 计公司与半导体生产厂商紧密合作，共同开发了各种库， 如逻辑模拟时的模拟库、逻辑综合时的综合库、版图综合 时的版图库、测试综合时的测试库等。在这些库的支持下， EDA工具能够完成各种自动设计。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.2.1 EDA技术
v （2）硬件描述语言（HDL）
v 用硬件描述语言进行电路与系统的设计是当前 EDA技术的一个重要特征。硬件描述语言突出的优 点是：语言的公开可利用性；设计与工艺的无关性； 宽范围的描述能力；便于组织大规模系统的设计；便 于设计的复用和继承等。与原理图输入设计方法相比 较，硬件描述语言更适合规模日益增大的电子系统设 计。硬件描述语言使得设计者在比较抽象的层次上描 述设计的结构和内部特征，是进行逻辑综合优化的重 要工具。目前最常用的IEEE标准硬件描述语言有 VHDL和Verilog-HDL。
v （4）开放性和标准化
v EDA系统的框架是一种软件平台结构，它为不同的EDA工 具提供操作环境。框架提供与硬件平台无关的图形用户界面、 工具之间的通信数据、设计数据和设计流程的管理，以及各种 与数据库相关的服务项目等。一个建立了符合标准的开发式框 架结构EDA系统，可以接纳其他厂商的EDA工具一起进行设计 工作。框架作为一套使用和配套EDA软件包的规范，可以实现 各种EDA工具间的优化组合，将各种EDA工具集成在一个统一 管理的环境之下，实现资源共享。
第1章智能汽车设计基础 —计算机辅助设计
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2020/11/25
第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
第4章 智能汽车设计基础—计算机辅助设计
1 4.1 计算机辅助机械设计
2 4.2 计算机辅助电路设计
3
思考题
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1 计算机辅助机械设计
v 1．PCB板的全手工设计方式步骤简介 v （1）基于系统原理图的仿真。在画原理图时，只要
Protel 99SE的能力允许，最好对原理图或部分原理图进 行仿真。 v （2）画原理图时，要注意每个元件都必须要有对应的封 装形式，而且封装的焊盘号和原理图引脚号之间必须有对 应关系。 v （3）对原理图进行电气规则检查后，建立原理图的网络 表。
（2）常用机构及传动设计 研究机构的组成原理、运动分 析及力分析方法，并重点介绍根据运动要求和工作条件设 计常用机构及传动的技术和方法。
（3）通用零件设计 研究通用零件的设计和选用问题，包 括零件工作能力设计和结构设计，以及标准零、部件的选 用等问题。
（4）有关机械总体设计中的一些问题 介绍机械传动系统 方案设计、控制系统设计及机座与箱体结构设计等问题。
v AutoCAD2006在机械设计的应用功能主要体现在以下 几个方面：
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.2 AutoCAD 简介
v （1）可方便地绘制直线、圆、圆弧和正多边形等基本机 械图形对象，并且可以对图形对象进行各种编辑，以构成 各种复杂的机械图形。
v （2）当某一张图纸上需要绘制多个相同的图形时，利用 其强大的复制、偏移和镜像等功能，能够快速地通过已有 图形绘制出其他图形。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.1 机械设计原理
机械设计的基本要求包括以下几个方面：
（1）功能要求 机械产品必须完成规定的功能，并保证功 能参数在限定的范围内。
（2）可靠性要求 机械的可靠性通过可靠度来衡量。可靠 度是指在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件下， 机械产品能够正常地完成其功能的概率。不同场合使用的 机械，对其可靠度有不同的要求。
v “自顶向下”（Top-down）的设计方法是从系统级设计入 手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计，在方框图一 级进行验证，然后用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑 电路网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集 成电路。“自顶向下”设计方法有利于在早期发现产品结构 设计中的错误，提高设计的一次成功率，在EDA技术中被广 泛采用。
4.1.2 AutoCAD 简介
（9）AutoCAD使信息的连接变得简单易行，使设计团队
在设计制造流程中可以开展协作化的产品开发，能够与企
业内的任何员工或扩展的团队安全共享设计数据，其功能
有：能为有需要的用户共享、查看、标记和管理2D, 3D
设计数据，支持与其他用户的文件交换，并能在更改变得
困难之前，减少设计流程中的错误，生成新的观点，从而
v EDA技术包括了电子电路设计的各个领域，即从低频电 路到高频电路、从线性电路到非线性电路、从模拟电路到 数字电路、从分离电路到集成电路的全部设计过程，辅助 电子工程师进行产品开发，以及在电子产品生产的全过程 提供的各种辅助工作。
v 2．EDA技术的基本特征
v 采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力是EDA 技术的基本特征。与这些基本特征有关的几个概念如下：
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.2.1 EDA技术
v EDA通用支撑软件和应用软件包涉及电路与系统、数据 库、图形学、图论和拓扑逻辑、计算数学、优化理论等多 门学科，其技术指标包括自动化程度、功能完善度、操作 界面、数据开放性和互换性（即不同厂商的EDA软件可 互相兼容）等。
第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.1 机械设计原理
（4）社会性要求 机械产品的操作应方便、安全；外观造 型和色彩应大方宜人；具有较强的市场竞争力；遵循国家 及相关部门环境保护等有关法规。
（5）其他特殊要求 不同的机械还具有一些该机械所特有 的要求。例如，对机床有长期保持精度的要求；对飞机有 质量轻、飞行阻力小而运载能力大的要求等。
Βιβλιοθήκη Baidu
使业务流程能够实现从创建到完成的平稳运作。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.2 计算机辅助电路设计
1
4.2.1 EDA技术
2
4.2.2 Protel
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.2.1 EDA技术
v 1．EDA技术的内涵
v EDA（Electronics Design Automation）即电子设计 自动化。现在电子系统设计依靠手工设计已经无法满足大 规模电路设计的要求，因此在电路设计工作中需要采用 EDA技术。EDA技术以计算机硬件和系统软件为基本工 作平台，采用EDA通用支撑软件和应用软件包，帮助电 子设计工程师完成电路的功能设计、逻辑计算、性能分析、 时序测试直至PCB（印刷电路板）的设计等工作。在 EDA软件的帮助下，将设计者对电路系统的功能描述转 化为系统设计结果。利用EDA设计工具，设计者可完成 对电路的性能分析、时序测试，减少设计的盲目性，极大 地提高设计的效率。
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4.1.2 AutoCAD 简介
v AutoCAD是机械设计中常用的软件之一，它是一种可自 定义、可扩展的CAD软件，具有二维绘图、设计文档和 简单的三维设计等功能。AutoCAD从V1.0，V1.17， V2.5，V2.6，R9～R14，2000，2000i，2004，2005 至今天的2006版，历经了多次的改版更新，由于其在平 面设计方面的功能比较齐全，其市场占有率很高。
v （3）AutoCAD能够绘制出满足符合国家机械制图标准 （GB）的线条宽度、文字样式等。
v （4）提供了新的动态块功能，可以快速有效地创建机械 常用件和标准件的模块，如符合国家标准的键、弹簧、轴 承、螺栓、螺母和垫圈等；操纵块并从中提取数据，当需 要绘制这些图形时，可以直接插入而不必要重复绘制。
（3）经济性要求 所设计的机械应在设计、制造和使用的 全过程中都应力求达到合理的成本范围内。主要的方法有： 采用恰当的设计方法，缩短设计周期；构思合理的工作原 理，简化结构；选用适当的原材料，减小尺寸和质量；制 定合理的制造和装配工艺；注意最大限度地采用标准化、 系列化及通用化的零、部件等。
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4.2.1 EDA技术
v （1）并行工程和“自顶向下”设计方法
v 并行工程是一种系统化的、集成化的、并行的产品及相关过 程（主要指制造和维护）的开发模式。这一模式使开发者从 一开始就要考虑到产品生存周期的质量、成本、开发时间及 用户的需求等诸多方面因素。
机械设计原理就是研究机械的基本理论及设计技术 等问题。具体来说，研究内容主要有以下几个方面：
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.1 机械设计原理
（1）机械设计总论 主要介绍机械设计要求及机械设计中 常用材料和选用原则、机械零件的强度验算、机械零件的 磨损及润滑等理论，并对现代设计方法进行简单的介绍。
4.2.2 Protel
v Protel 99SE是澳大利亚Protel Technology公司推出的 一个全32位的电路板设计软件。该软件功能强大，人机 界面友好，易学易用，使用该软件的设计者可以容易地设 计电路原理图，画元件图，设计电路板图，画元件封装图 和电路方针，是首选的电路板设计工具。
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4.2.1 EDA技术
v （3）逻辑综合与优化
v 逻辑综合功能将高层次的系统行为设计自动翻译为门级逻辑 的电路描述，做到了设计与工艺的独立。优化则是对于上述综 合生成的电路网表，根据布尔方程功能等效的原则，用更小、 更快的综合结果替代一些复杂的逻辑电路单元，根据指定的目 标库映射成新的网表。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.2.1 EDA技术
v EDA框架标准化和硬件描述语言等设计数据格式的标准化 可集成不同设计风格和应用的要求，使得各具特色的EDA 工具能有效地工作在同一个工作站上。集成的EDA系统不 仅能够实现高层次的自动逻辑综合、版图综合和测试码生 成，而且可以使各个仿真器对同一个设计进行协同仿真， 进一步提高了EDA系统的工作效率和设计的正确性。
1
4.1.1 机械设计原理
2
4.1.2 AUTOCAD 简介
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.1 机械设计原理
为了提高智能车的竞技性能，必须了解其机械 结构，并且对其结构上的不足之处加以改进。通过对 历届全国智能汽车竞赛中各高校的参赛智能车进行研 究后发现，想要取得较好的成绩，智能车底盘的优化 和硬件设备的可靠性所占的比重要大于软件程序及其 控制策略所占的比重，因此有必要对智能车的机械原 理进行一定的了解。
v （7）当用户设计系列产品时，可以方便地通过已有图形 修改派生出新图形。
v （8）在设计复杂图形时，AutoCAD提供Web共享设计 信息、创建帮助，可方便地创建单个图形并管理整个图形 集。同时AutoCAD可利用CAD生产中的新标准能帮助用
户获得更大的成功。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
v 下面以AutoCAD2006为例来说明AutoCAD在机械设计 中的应用。
v AutoCAD2006提供了高效的图形集管理器，可以轻松 地对图形进行移植、展开，其直观的功能让学习变得更加 容易；动态块和增强的图案填充等工具为用户提供了便捷 的解决方法。这些新功能与图形集管理器等选项板相结合， 为管理所有类型的项目提供了一套完整的解决方案。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.2 AutoCAD 简介
v （5）新提供的动态输入功能，可以使用户将精力集中在 设计绘图而非软件功能上。
v （6）可以方便地将零件图组装成装配图，能够验证零件 尺寸是否正确、零件之间是否会出现干涉等装配问题，同 时还可以利用AutoCAD的复制和粘贴功能，方便地通过 装配图拆分出零件图。
v （5）库（Library）
v 库是支持EDA工具完成各种自动设计过程的关键。EDA设 计公司与半导体生产厂商紧密合作，共同开发了各种库， 如逻辑模拟时的模拟库、逻辑综合时的综合库、版图综合 时的版图库、测试综合时的测试库等。在这些库的支持下， EDA工具能够完成各种自动设计。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.2.1 EDA技术
v （2）硬件描述语言（HDL）
v 用硬件描述语言进行电路与系统的设计是当前 EDA技术的一个重要特征。硬件描述语言突出的优 点是：语言的公开可利用性；设计与工艺的无关性； 宽范围的描述能力；便于组织大规模系统的设计；便 于设计的复用和继承等。与原理图输入设计方法相比 较，硬件描述语言更适合规模日益增大的电子系统设 计。硬件描述语言使得设计者在比较抽象的层次上描 述设计的结构和内部特征，是进行逻辑综合优化的重 要工具。目前最常用的IEEE标准硬件描述语言有 VHDL和Verilog-HDL。
v （4）开放性和标准化
v EDA系统的框架是一种软件平台结构，它为不同的EDA工 具提供操作环境。框架提供与硬件平台无关的图形用户界面、 工具之间的通信数据、设计数据和设计流程的管理，以及各种 与数据库相关的服务项目等。一个建立了符合标准的开发式框 架结构EDA系统，可以接纳其他厂商的EDA工具一起进行设计 工作。框架作为一套使用和配套EDA软件包的规范，可以实现 各种EDA工具间的优化组合，将各种EDA工具集成在一个统一 管理的环境之下，实现资源共享。
第1章智能汽车设计基础 —计算机辅助设计
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2020/11/25
第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
第4章 智能汽车设计基础—计算机辅助设计
1 4.1 计算机辅助机械设计
2 4.2 计算机辅助电路设计
3
思考题
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1 计算机辅助机械设计
v 1．PCB板的全手工设计方式步骤简介 v （1）基于系统原理图的仿真。在画原理图时，只要
Protel 99SE的能力允许，最好对原理图或部分原理图进 行仿真。 v （2）画原理图时，要注意每个元件都必须要有对应的封 装形式，而且封装的焊盘号和原理图引脚号之间必须有对 应关系。 v （3）对原理图进行电气规则检查后，建立原理图的网络 表。
（2）常用机构及传动设计 研究机构的组成原理、运动分 析及力分析方法，并重点介绍根据运动要求和工作条件设 计常用机构及传动的技术和方法。
（3）通用零件设计 研究通用零件的设计和选用问题，包 括零件工作能力设计和结构设计，以及标准零、部件的选 用等问题。
（4）有关机械总体设计中的一些问题 介绍机械传动系统 方案设计、控制系统设计及机座与箱体结构设计等问题。
v AutoCAD2006在机械设计的应用功能主要体现在以下 几个方面：
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.2 AutoCAD 简介
v （1）可方便地绘制直线、圆、圆弧和正多边形等基本机 械图形对象，并且可以对图形对象进行各种编辑，以构成 各种复杂的机械图形。
v （2）当某一张图纸上需要绘制多个相同的图形时，利用 其强大的复制、偏移和镜像等功能，能够快速地通过已有 图形绘制出其他图形。
PPT文档演模板
第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.1 机械设计原理
机械设计的基本要求包括以下几个方面：
（1）功能要求 机械产品必须完成规定的功能，并保证功 能参数在限定的范围内。
（2）可靠性要求 机械的可靠性通过可靠度来衡量。可靠 度是指在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件下， 机械产品能够正常地完成其功能的概率。不同场合使用的 机械，对其可靠度有不同的要求。
v “自顶向下”（Top-down）的设计方法是从系统级设计入 手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计，在方框图一 级进行验证，然后用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑 电路网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集 成电路。“自顶向下”设计方法有利于在早期发现产品结构 设计中的错误，提高设计的一次成功率，在EDA技术中被广 泛采用。
4.1.2 AutoCAD 简介
（9）AutoCAD使信息的连接变得简单易行，使设计团队
在设计制造流程中可以开展协作化的产品开发，能够与企
业内的任何员工或扩展的团队安全共享设计数据，其功能
有：能为有需要的用户共享、查看、标记和管理2D, 3D
设计数据，支持与其他用户的文件交换，并能在更改变得
困难之前，减少设计流程中的错误，生成新的观点，从而
v EDA技术包括了电子电路设计的各个领域，即从低频电 路到高频电路、从线性电路到非线性电路、从模拟电路到 数字电路、从分离电路到集成电路的全部设计过程，辅助 电子工程师进行产品开发，以及在电子产品生产的全过程 提供的各种辅助工作。
v 2．EDA技术的基本特征
v 采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力是EDA 技术的基本特征。与这些基本特征有关的几个概念如下：
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.2.1 EDA技术
v EDA通用支撑软件和应用软件包涉及电路与系统、数据 库、图形学、图论和拓扑逻辑、计算数学、优化理论等多 门学科，其技术指标包括自动化程度、功能完善度、操作 界面、数据开放性和互换性（即不同厂商的EDA软件可 互相兼容）等。
第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.1 机械设计原理
（4）社会性要求 机械产品的操作应方便、安全；外观造 型和色彩应大方宜人；具有较强的市场竞争力；遵循国家 及相关部门环境保护等有关法规。
（5）其他特殊要求 不同的机械还具有一些该机械所特有 的要求。例如，对机床有长期保持精度的要求；对飞机有 质量轻、飞行阻力小而运载能力大的要求等。
Βιβλιοθήκη Baidu
使业务流程能够实现从创建到完成的平稳运作。
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4.2 计算机辅助电路设计
1
4.2.1 EDA技术
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4.2.2 Protel
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4.2.1 EDA技术
v 1．EDA技术的内涵
v EDA（Electronics Design Automation）即电子设计 自动化。现在电子系统设计依靠手工设计已经无法满足大 规模电路设计的要求，因此在电路设计工作中需要采用 EDA技术。EDA技术以计算机硬件和系统软件为基本工 作平台，采用EDA通用支撑软件和应用软件包，帮助电 子设计工程师完成电路的功能设计、逻辑计算、性能分析、 时序测试直至PCB（印刷电路板）的设计等工作。在 EDA软件的帮助下，将设计者对电路系统的功能描述转 化为系统设计结果。利用EDA设计工具，设计者可完成 对电路的性能分析、时序测试，减少设计的盲目性，极大 地提高设计的效率。