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基于EDA技術的現(xiàn)代電子設計方法
1.引言
集成電路設計不斷向超大規(guī)模、低功率、超高速方向發(fā)展，其核心技術是基于EDA技術的現(xiàn)代電子設計技術。EDA(Electronic Design Automation，電子設計自動化)技術，以集成電路設計為目標，以可編程邏輯器件(如CPLD、FPGA)為載體，以硬件描述語言(VHDL、VerilogHDL)為設計語言，以EDA軟件工具為開發(fā)環(huán)境，利用強大計算機技術來輔助人們自動完成邏輯化和仿真測試，直到既定的電子產品的設計完成。其融合了，大規(guī)模集成電路制造技術、計算機技術、智能化技術，可以進行電子電路設計、仿真，PCB設計，CPLD/FPGA設計等。簡言之，EDA技術可概括為在開發(fā)軟件(本文用QuartusⅡ)環(huán)境里，用硬件描述語言對電路進行描述，然后經過編譯、仿真、修改環(huán)節(jié)后，最終下載到設計載體(CPLD、FPGA)中，從而完成電路設計的新技術。
以EDA技術為核心的現(xiàn)代電子設計方法和傳統(tǒng)的電子設計方法相比有很大的優(yōu)點，兩種設計方法的流程如下圖：
圖1 傳統(tǒng)電子設計流程圖
圖2 基于EDA的現(xiàn)代電子設計流程圖
比較兩種設計方法，基于EDA技術的現(xiàn)在電子設計方法采用自上而下的設計方法，系統(tǒng)設計的早期便可進行逐層仿真和修改，借助計算機平臺，降低了電路設計和測試的難度，極大程度地縮短了電子產品的設計周期、節(jié)約了電子產品的設計成本。DEA技術極大的促進了現(xiàn)代電子技術的發(fā)展，已成為現(xiàn)代電子技術的核心。
2.QuartusⅡ軟件開發(fā)環(huán)境介紹
QuartusⅡ軟件是Alter公司開發(fā)的綜合性EDA工具軟件，提供了強大的電子設計功能，充分發(fā)揮了FPGA、CPLD和結構化ASIC的效率和性能，包含自有的綜合器及仿真器，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL等多種設計輸入，把設計、布局布線和驗證功能以及第三方EDA工具無縫的集成在一起。QuartusⅡ與Alter公司的上一代設計工具MAX+plusⅡ具有一定的相似性，和繼承性。使熟悉MAX+plusⅡ開發(fā)環(huán)境的設計人員可以快速熟練應用。相比之下，QuartusⅡ軟件功能更為強大、設計電路更為便捷，支持的器件更多。增強了自動化程度，縮短了編譯時間，提升了調試效率。從而縮短了電子產品的設計周期。利用QuartusⅡ軟件進行電子電路設計流程如圖3所示。
圖3 QuartusⅡ設計流程圖
3.在QuartusⅡ環(huán)境下的EDA方法設計實例
下面本文在QuartusⅡ環(huán)境下，以下降沿D觸發(fā)器的設計為例來說明基于EDA技術的現(xiàn)代電子設計方法(本文以QuartusⅡ9.0為例)。
3.1 在計算機上安裝QuartusⅡ9.0版本軟件
QuartusⅡ9.0對計算機硬件配置要求不高，現(xiàn)階段的主流配置完全可以滿足其要求。QuartusⅡ9.0安裝過程很簡單，按照提示操作即可。
3.2 D觸發(fā)器功能分析
從D觸發(fā)器真值表可以看出，當時鐘信號clk不論是高電平還是低電平，其輸出q的狀態(tài)都保持不變，當時鐘信號clk由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，輸出信號q和輸入信號d的狀態(tài)相同。
表1 D觸發(fā)器真值表
輸入d 時鐘clk 輸出q
× 0 不變
× 1 不變
0 下降沿 0
1 下降沿 1
3.3 D觸發(fā)器的VHDL描述設計
下面給出D觸發(fā)器的VHDL描述：
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity dff1 is
port(d，clk：in std_logic;
q：out std_logic);
end dff1;
architecture bhv of dff1 is
begin
process(clk)
begin
if clk='1' then
q<=d;
end if;
end process;
end bhv;
上面程序在QuartusⅡ9.0環(huán)境下，經保存后進行編譯，然后可進行波形仿真。
3.4 設計仿真
VHDL描述程序編譯后，建立矢量波形文件，之后可以進行波形仿真，得到如下波形仿真圖(如圖4所示)：
圖4 D觸發(fā)器仿真波形圖
此仿真波形符合D觸發(fā)器真值表，說明電路設計正確。如果波形仿真不符合真值表，說明電路設計有問題，此時可以回到3.3步驟修改VHDL描述程序，直至仿真結果正確為止。
波形仿真正確后，可得出相應的邏輯電路圖，D觸發(fā)器電路圖(如圖5所示)如下：
圖5 D觸發(fā)器邏輯電路圖
3.5 配置下載測試
整個電路設計、編譯仿真無誤后，按照FPGA開發(fā)板說明書進行引腳鎖定，重新進行編譯后，然后通過下載電纜線，將產生的sof文件下載至FPGA中，對電路進行測試、驗證，完成電路的最終設計。
4.結束語
本文以QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境下的實際電路設計為例，介紹了基于EDA技術的現(xiàn)代電子設計方法。通過設計過程可知，DEA技術在現(xiàn)代電子電路設計中的重要性。在電子技術飛速發(fā)展的信息時代，EDA技術也在不斷發(fā)展。電子產品設計者有必要熟練掌握硬件描述語言、可編程邏輯器件以及各種主流軟件開發(fā)環(huán)境，這樣才可以在最短的時間內完成高質量的電子產品設計任務。
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