EDA技术在数字电路设计中的应用

1 EDA技术概述

E D A即电子设计自动化, 英文全称Electronic Design Automation, 它是以计算机为工具, 在EDA软件平台上, 对以硬件描述语言HDL (Hardware Description Ian) 为系统逻辑描述手段完成的设计文件, 自动完成逻辑编译、化简、综合、优化、仿真、直至下载到可编程逻辑器件或专用集成电路ASIC芯片中, 实现既定的电子电路设计功能。

2 EDA技术在数字电路设计中的应用实例

下面以简易的数字钟的设计为例介绍如何用传统TTL集成电路和EDA技术两钟方法来分别实现, 从两种不同设计中体会EDA设计的优越性。

设计要求:设计一个具有时、分、秒显示能力的数字钟电路。

2.1 传统设计方法

2.1.1 所用元器件

面包板, 硬导线, 74系列集成电路 (74LS390, 74LS00, 74LS47) , 555时基电路, 数码管, 电阻, 电容等。

2.1.2 设计方法

根据所给器件, 决定电路设计方法, 设计总图如图1所示。

74LS390是双十进制计数器, 74LS00内部是4个与非门, 用3个74LS390可以分别完成时、分、秒的计数过程, 设计方法是利用74LS390的清零端与74LS00相配合分别实现24进制, 60进制计数, 将计数过程输入给74LS47译码器, 译码结果由6个数码管显示出来, 555时基电路电路构成秒脉冲源, 输入到秒个位的脉冲输入端, 作为计数依据。图2为60进制计数器设计图。

2.2 EDA设计方法

ED A设计方法中我们采用通用FPG A芯片, 他可以根据我们的需要组成需要的电路, 这种设计方法不仅减少了电路的连线, 提高电路的可靠性, 而且在设计过程中不必要再去寻找众多的分立器件, 而是将主要的精力放在电路设计程序的编写上。

2.2.1 所用器件

电子计算机 (安装QUARTERⅡ软件) , EDA技术实验箱 (内含FPGA芯片) 。

2.2.2 设计方法

根据EDA技术自上而下的设计规范, 将设计过程分层, 如图3所示:从图中看出, 最底层设计包括24进制计数器设计, 60进制计数器设计和译码显示电路设计三个部分, 分别用VHDL语言对这三部分进行编程, 先进行低层程序设计, 生成可调用的图元。

(1) 计数器VHDL语言描述。

在计算机上, 使用A h e r a公司的Q uartusII软件, 遵循VH DL设计规范, 60进制计数器VHDL设计程序如下:

将其生成图元, 以便顶层设计时调用。

24进制计数器就是在60进制计数器程序基础上将进位判断标准由60改为24就可以了, 其他完全相同。

(2) 译码显示电路设计。

充分发挥EDA技术的优越性, 在设计中采用动态译码扫描电路, 它的基本原理是使每个扫描信号的频率超过人眼的视觉暂留频率, 就能达到在同一时间内点亮单个七段数码管却能有6个同时显示的视觉效果, 这样可使电路功耗大幅度减少, 同时也节省了器件资源, 延长了器件寿命。它的程序设计如下:

(3) 顶层设计。

在顶层文件中利用原理图方法将底层设计模块组合起来构成完整电路, 其顶层设计如图4所示。

2.2.3 编译下载

通过编译仿真, 下载到FPGA芯片上, 完成设计, 借助实验箱资源可以检验设计是否正确, 不正确时只需要重新在计算机上修改程序, 重新编译下载就可以。

3 结语

从数字钟采用传统和EDA两种方法设计过程可以看出, EDA技术在数字电路设计中的应用为硬件设计带来

本质性的变化, 硬件设计变得像软件一样易于修改, 且便于调试、生产和维护, 其设计方法也比较灵活。它不仅扩展了器件的用途而且缩短了系统的设计周期, 简化了设计过程, 为设计工作带来了很大的方便。

摘要：在数字电路设计中引入先进的EDA技术是数字电路设计发展的方向, 本文通过一个数字电路设计的实例, 说明了在数字电路设计中采用EDA技术的优越性以及与传统设计方法的区别。

关键词：EDA技术,数字钟,FPGA,VHDL,数字电路设计