西华大学EDA课程设计

目录

1、EDA技术的介绍 (2)

1.1、EDA技术的简介 (2)

1.2、EDA技术的发展阶段 (2)

1.3、EDA技术的发展趋势 (3)

2、总体方案设计 (4)

2.1、设计内容 (4)

2.2、设计方案比较 (4)

2.3、设计方案论证 (5)

2.4、设计方案选择 (6)

3、单元模块设计 (6)

3.1、IC191模块 (6)

3.2、8位升降计数器的顶层电路 (9)

3.3、D/A转换电路 (10)

4、软件实现 (12)

5、系统仿真及调试 (15)

5.1、仿真 (15)

5.2、调试 (16)

6、总结 (17)

6.1、设计小结 (17)

6.2、设计收获 (17)

6.3、致谢 (17)

7、参考文献 (18)

1、EDA技术的介绍

1.1、EDA技术的简介

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）缩写，是90年代初从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具，根据硬件描述语言HDL （ Hardware Description language）完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真以及对于特定目标芯片的适配编译和编程下载等工作。

硬件描述语言HDL是相对于一般的计算机软件语言，如：C、PASCAL而言的。HDL 语言使用与设计硬件电子系统的计算机语言，它能描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接方式。设计者可利用HDL程序来描述所希望的电路系统，规定器件结构特征和电路的行为方式；然后利用综合器和适配器将此程序编程能控制FPGA和CPLD内部结构，并实现相应逻辑功能的的门级或更底层的结构网表文件或下载文件。目前，就FPGA/CPLD 开发来说，比较常用和流行的HDL主要有ABEL-HDL、AHDL和VHDL。

1.2、EDA技术的发展阶段

EDA技术的发展分为三个阶段：

第一代EDA技术是电子图版时期，也就是CAD阶段，这一阶段人们开始用计算机辅助进行 IC 版图编辑和PCB 布局布线，这取代了手工操作，产生了计算机辅助设计的概念。

第二代EDA技术的核心是电路辅助设计和仿真分析技术,这一时期分支软件迅速发展。与 CAD 相比，除了纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，以实现工程设计，这就是计算机辅助工程的概念。

第三代也是最新一代EDA技术是集成综合概念设计时期。即ESDA阶段。

1.3、EDA技术的发展趋势

从目前的EDA技术来看，其发展趋势是政府重视、使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。

在信息通信领域，要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术，积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点。要大力推进制造业信息化，积极开展计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺（CAPP）、计算机机辅助制造（CAM）、产品数据管理（PDM）、制造资源计划（MRPII）及企业资源管理（ERP）等。有条件的企业可开展“网络制造”，便于合作设计、合作制造，参与国内和国际竞争。开展“数控化”工程和“数字化”工程。自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一步融合，形成测量、控制、通信与计算机（M3C）结构。在ASIC和PLD设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方面发展。

目前的EDA产业正处在一场大变革的前夕，对更低成本、更低功耗的无止境追求和越来越短的产品上市压力正迫使IC供应商提供采用0.13μm或以下的千万门级的系统芯片，而这些系统芯片的高复杂性设计更加依赖于EDA供应商提供全新的设计工具和方法以实现模拟前后端、混合信号和数字电路的完全整合。然而，这些新的需求为当代EDA 工具和设计方法带来了不少新的挑战与机会。

2、总体方案设计

2.1、设计内容

可逆计数器是这次设计的基础。可逆计数器主要由CPLD\FPGA器件完成，通过硬件描述语言，在Quartus II中输入可逆计数器的程序，在编译成功后进行时序仿真，在仿真时可看到8位可逆计数器就是由0到255的升降计数。再加在存有波形数据的ROM，将ROM的数字读出加到DAC0808进行数字信号到模拟信号的转换，这样从DAC0808就能输出一个稳定的信号波形。

2.2、设计方案比较

方案一：

由单片机来完成设计。目前，单片机的功能已比较强大，集成度日益增高且其设计和控制比较容易。利用AT89C51单片机外接数模转换器和运算放大电路，由用户通过按键选择输出实验室中经常使用到的几种基本波形：方波、锯齿波、正弦波和三角波。方波由AT89C51单片机将最大值和最小值输出给Ｄ／Ａ进行转换，并由用户通过键盘选择波形周期。与微处理器兼容的8位数模转换器DAC0808将数字量转换为模拟量电压信号，通过运放电路得到锯齿波、正弦波、三角波信号，波形保证了它的精度、平滑和稳定。总体原理框图，如图2-1所示：

图2-1 单片机实现原理框图

方案二：

利用FPGA来完成设计。FPGA编程灵活，可以实现三角波和正弦波的数字化处理，将一个周期内的采样点存储起来，生成频率和幅值都可调的正弦波或者三角波，再通过D/A转换和滤波电路便可得到模拟波形。总体原理框图，如图2-2所示：

图2-2 FPGA实现原理框图

2.3、设计方案论证

通过方案一二的比较，可以看出方案一的设计使用分立元件电路较为多，因此会增加电路调试难度，且电路的不稳定性也会随之增加，而采用FPGA芯片实现的电路，由于在整体性上较好，在信号的处理和整个系统的控制中,FPGA的方案能大大缩减电路的体积,提高电路的稳定性。此外其先进的开发工具使整个系统的设计调试周期大大缩短，一般来讲，同样的逻辑，基于FPGA要比基于单片机要快很多，因为它们工作的原理是完全不同的。单片机是基于指令工作的，同样的激励到达单片机后，单片机首先要判断，然后读取相应的指令，最后作出响应，这每一步都是需要在单片机的时钟驱动下一步步的进行。

而基于FPGA则是把相应的逻辑“暂时”固化为硬件电路了，它对激励作出的响应速度就是电信号从FPGA的一个管脚传播另一个管脚的传播速度，当然这指的是异步逻辑，同时电信号也要在芯片内进行一些栅电容的充放电动作，但这些动作都是非常非常快的。而且由于在传统的单片机设计系统中必须使用许多分立元件组成单片机的外围电路，因此整个系统显得十分复杂，随着正弦波或三角波采用数据的增加，需要占用系统很多存储资源，造成其抗干扰性差，在运行过程中容易死机或进入死循环，可靠性降低，而功耗费用增高。