EDA技术下的电子设计论文

摘要：EDA技术是于20世纪90年代发展起来的新型技术，已成为现代电子设计发展的新潮流，该项技术是以计算机的工作平台为基础的，对职能化技术、计算机的相关技术与电子技术等一系列的科技技术进行了综合，实现电子产品自动化的设计。以下是小编精心整理的《EDA技术下的电子设计论文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。

EDA技术下的电子设计论文 篇1：

EDA技能培训鉴定体系的研究

摘 要：本文探讨现代电子设计技能在当前电子产品设计中的作用，介绍了当前EDA技术，对于EDA技术培训内容进行了讨论，并对于EDA技能的鉴定内容进行了阐述，对于苏州职业大学在EDA培训中取得了成果进行了总结，指出进行EDA技能的培训与鉴定的重大意义。

关键词：现代电子设计； EDA技术； 培训； 鉴定

一、引言

目前，现代电子设计技术在绝大部分的电子产品设计都有使用，世界著名的电子厂商每年都要招纳相关的人才。在公司招纳人才时总要进行相关的笔试与面试，经过调研，各大电子公司的笔试与面试题目基本都可纳入现代电子设计技能体系中。

现在各大高校特别是职业院校都看到了这个现象，所以每年的师资培训中，现代电子设计技能的培训都成为一项培训内容。怎么把这些进行的实用的电子设计方法介绍给在校学生或社会在职人员，这就需要一套体系严谨、内容全面、技术先进的培训与鉴定体系。苏州职业大学是最早把单片机、EDA技术融入高级工的培训当中，在2004年苏州职业大学进行高级工的培训开发工作，把单片机与EDA技术作为高级工培训的内容，这在全国的高级工培训中内容属于比较新的。

目前，现代电子设计方法中典型的设计方法就是运用EDA的设计方法。EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。

利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等方面开始设计电子系统，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PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。

为了有效得进行EDA技术的学习，各大高校基本开设了EDA技术的相关课程，但学生主要是注重理论知识的学习，实际硬件的联系不强，学生实际动手的机会不多，碰到像电子竞赛、公司单位面试这样与实际产品联系比较强的情况，学生往往不能很好的应答。而且对于已经工作的员工，他们如果想再进行EDA技术的培训的话，则比较注重实际电子产品设计技能的训练。

目前单片机的职业技能培训已经形成一个很好的体系，一些企业与当地的保障部门在单片机职业技能的培训方面做的很好，比如CETTIC单片机领域《“单片机C语言程序设计师”职业岗位培训合格证书》是由中华人民共和国劳动和社会保障部颁发的全国统一的证书，但在EDA培训鉴定体系中目前进行相关的官方的培训鉴定证书还没有，怎么很好进行培训鉴定体系的研究意义重大。

二、培训内容的选择

EDA技能的培训内容的选择往往要与实际的工作性质有关，要有一定的实践性，同时要与实际的电路产品相关，进行了理论教学与实际产品的开发相结合。相关的培训内容主要有如下几点。

1.硬件原理叙述

EDA技术设计电路系统主要采用的硬件为FPGA/CPLD器件，一般称为可编程逻辑器件。我们主要介绍FPGA/CPLD器件硬件结构现组成原理、常用的下载配置方式，对于目前市场上浒使用的FPGA/CPLD器件进行结构上的介绍，使学生在掌握EDA技术时同时了解对应的硬件结构。重点讲解Altera Cyclone系列FPGA芯片原理，该系列芯片原理从根本上针对低成本进行设计。这些低成本器件具有专业应用特性，例如嵌入式存储器、外部存储器接口和时钟管理电路等。Cyclone系列FPGA是成本敏感大批量应用的最佳方案。如果需要进一步进行系统集成，可以考虑密度更高的Cyclone II FPGA和Cyclone III FPGA。这些Cyclone新系列巩固了Altera在大批量、低成本应用方案中上的领先优势。

Cyclone FPGA是目前ASIC应用的低成本替代方案。系统设计人员将面临很多挑战，包括越来越大的成本压力和越来越复杂的设计，新出现的标准，以及越来越短的设计周期等。ASIC 开发涉及到大量的工程资源，设计仿真和验证，需要进行多次重制。利用其系统级集成功能，Cyclone FPGA系列避免了ASIC昂贵的NRE负担，降低了订购量和产品推迟带来的风险。采用Cyclone FPGA系列，大批量应用现在可以采用价格相当的可编程解决方案(与ASIC相比)。

新的市场发展趋势，例如世界标准、平台融合、交互性以及技术改进等，不断推动了对高性价比方案的需求。Cyclone系列FPGA的价格和功能满足了市场对创新的需求，通过产品迅速面市来确定领先优势。消费类、通信、计算机外设、工业和汽车等低成本大批量应用市场都可以使用Cyclone FPGA。

2.硬件描述语言的介绍

随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计CPLD/FPGA成为一种趋势。目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL。 VHDL发展的较早，语法严格，而Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言,语法较自由。VHDL和Verilog HDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog繁琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。国外电子专业很多会在本科阶段教授VHDL,在研究生阶段教授Verilog。从国内来看，VHDL的参考书很多，便于查找资料，而Verilog HDL的参考书相对较少，这给学习Verilog HDL带来一些困难。从EDA技术的发展上看，已出现用于CPLD/FPGA设计的硬件C语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VHDL和Verilog HDL之后，设计大规模CPLD/FPGA的又一种手段。

可以说，应用HDL语言的文本输入方法克服了上述原理图输入法存在的所有弊端，为EDA技术的应用和发展打开一个广阔的天地。这部分内容是EDA技术中的重点部分内容，EDA技术设计数字系统主要通过硬件描述语言进行数字系统的设计，其语言特点与普通的高级语言不一样，这部分要花一定的时间让学员学明白。

3.EDA工具软件的介绍

目前，ALTERA公司，九十年代以后发展很快，是最大可编程逻辑器件供应商之一。主要产品有：MAX3000/7000,FLEX10K,APEX20K，ACEX1K，Stratix，Cyclone等，开发软件为MAXPLUSII或QuartusII。XILIXN公司，是FPGA的发明者，老牌FPGA公司，是最大可编程逻辑器件供应商之一。产品种类较全，主要有：XC9500，Coolrunner，Spartan, Virtex等，开发软件为Foundation或ISE。Lattice是ISP技术的发明者，ISP技术极大的促进了PLD产品的发展，与ALTERA和XILINX相比，其开发工具略逊一筹。一般EDA工具软件选择QuartusII或ISE，根据使用的硬件是哪个商家的芯片来选择相关的EDA工具软件。

4.典型电路的介绍

这部分的培训内容主要包括常用的组合逻辑电路与常用的时序逻辑电路。组合逻辑电路是指电路任何时刻的输出信号仅取决于当时的输入信号，其输出的值由输入决定。在设计组合逻辑电路时，在进程中要包括所有的输入信号，以确保每一个信号的变化都要启动进程。常用的组合逻辑电路有编码器、译码器、比较器、三态门、加法器等。时序逻辑电路，即是指任何时刻的输出信号不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的工作状态，即与以前的输入信号及输出信号也有关系，主要有寄存器、计数器、存贮器等，通过对于这些典型电路的介绍，为学生在设计复杂数字系统时打下基础。该部分的内容主要以讲解与实际动手设计训练相结合，做到理论与实践的整合贯通。

5.相关案例的讲解

学员学习EDA技术目的主要是掌握设计数字系统，所以在EDA的培训中必须进行实际电路的案例的讲解，案例的选择一般选择市场上相关电子产品的原型作为相关的设计案例，同时选择在电子竞赛获奖的作品进行讲解，在整个培训中要注意重学员实际动手能力的培养。边讲边练，使学员掌握实际电子产品的设计能力。

三、鉴定内容与方法的研究

鉴定内容的选择要与学员实际掌握的技能联系在一起，要充分评价学员的能力结构，在苏州职业大学的高级工的EDA考核系统中主要进行相关的知识模块的考核，比如计数器、加法器的考核，因高级工的考核知识的比较多，有EDA技术、单片机技术、PLC技术等考核，所以不宜进行复杂的电路产品设计的考核，采用知识模块的考核方式方便考核人员的现场考核，在考核过程中只要变动一下设计要求，比如由10进制的计数器换成12进制的计数器，或者加一个进位输出等，这样即能考核学员的掌握知识的水平，又能节约考核时间。但对于专业学习EDA技能的学员的考核这不能这样简单了，对于这种考核方式，即要有一定的难度，又要有一定的层次性，方便考核人员进行打分。

如果现场要求学员设计电路板，这需要浪费很长的时间，但如果仅仅是软件的设计，学员对于硬件的掌握又不能满足条件，目前高校的教学中往往是只注重程序的编写，而不注重硬件知识的学习。

对于EDA技术的考核宜采用硬件与软件结合的方式，但在现场实际进行硬件电路的制作，将会很费时间。在这种考核方式下，我们采用了模块化的设计方式，在FPGA的硬件中设计了相关的主板电路，只是带有相关的下载硬件，其余的IO口采用扩展的方式，通过硬件连线的方式进行扩展功能输出。其余外围的硬件，设计了单片机模块、键盘模块、数码显示模块、液晶显示模块、AD转换模块、DA转换模块、温度传感器模块、相关发光二极管、蜂鸣器等显示模块、232接口模块、红外接收模块、红外发送模块、无线传输等相关硬件扩展模块。进行技能鉴定时内容要选择适当，即要有基础部分的内容，又要有综合知识部分的内容，选择的题目一般是历年的电子设计大赛题目、学生的毕业设计题目、相关的课程设计题目、实际产品的设计原型，因我校开展EDA的课程很早，积累了资料很多，已经形成了一个技能鉴定的题库，在学生技能鉴定时内容的考核从简单到复杂选择几个题目，一般会随机选择多个题目让学生选择。学员证书的发放即要地方认可又要有一定的含金量，所以宜采用当地的保障部门与FPGA厂商共同发放证书的方式。

四、取得的成果

EDA电子技术的培训与考核在苏州职业大学每年都举行，该校具有相关的硬件模块与EDA工具软件，在不拿证的情况下是免费进行的，进行常用的电子模块的设计与VHDL语言的培训，其取得的成就明显，相关的电子专业开设的EDA课程的班级每年的就业率都在99%以上，在历年的全国电子竞赛中取得优异的成绩，在2008年江苏CPLD电子设计大赛中，获得一个一等奖四个二等奖的好成绩，获奖率50%，在2009年国电子设计大赛中同样获一个一等奖四个二等奖的好成绩，获获奖率55%，在2010年江苏电子设计获得7个二等奖，获奖率达到87.5%，当时只有8个队参加了比赛，在历届的天华杯等比赛中也取得不错的成绩，同时在地方的电子竞赛中取得在成绩也很好。

五、总结

电子设计自动化（EDA）技术是近几年迅速发展起来的计算机软件、硬件和微电子交叉的现代电子设计学科，其含义已经不止局限在当初的类似Protel电路版图的设计自动化概念，目前的EDA技术更多的是指芯片内的电路设计自动化。也就是说，开发人员完全可以通过自己的电路设计来定制其芯片内部的电路功能，使之成为设计者自己的专用集成电路（即ASIC）芯片，这就是当今的用户可编程逻辑器件（PLD）技术，用户完全在可以不懂得具体硬件电路结构，而只通过硬件描述语言就可以设计出功能强大的数字系统，电子设计工程师只要拥有一台电脑，一套EDA开发工具，一块FPGA/CPLD芯片，就可以设计出所需的专用集成电路，大大减少了开发成本和开发时间，设计人员可以通过软件编程来修改硬件的功能，极大地提高了设计的灵活性和通用性，使电子设计变得简单、快速。

随着超大规模集成芯片的发展，FPGA/CPLD功耗越来越低，价格越来越便宜，其电子设计自动化的性能，应用越来越广泛，在减少电路板的体积、产品的更新速度方面显示出无比的优越性，目前运用EDA设计电路产品已经成为一个主流，越来越多的设计人员已经感叹普通的分立元器件已经越来越难买，掌握EDA技术已经成为电子设计人员的迫切需要。

课题来源：本文为江苏省职业教育教学改革研究课题（现代电子设计技能培训鉴定体系的研究）阶段成果，课题批准文号：D-1/ GYD4

参考文献：

[1]孙加存等.电子设计自动.西安电子科技大学出版社,2008年8月

[2]吕洪霞，王镨. 对高职教育职能定位的思考.职业技术教育,2007年16期

[3]刘国兴. 实验教学在素质教育中的作用和实验教学改革设想，重庆电力高等专科学报，1999年6月，4卷2期

[4]沈小丰. 积极开展“现代电子课程教学论”的研究，电气电子教学学报，2002年10月，24卷5期

[5] 杨德俊.现代电子技术综合实验与能力培养,实验科学与仪器,2005年10月

[6]俞仲文,刘宁义等.高等职业技术教育实践教学研究.清华大学出版社.2004.7

作者：孙加存

EDA技术下的电子设计论文 篇2：

计算机网络技术对当今经济发展的影响

摘 要：EDA技术是于20世纪90年代发展起来的新型技术，已成为现代电子设计发展的新潮流，该项技术是以计算机的工作平台为基础的，对职能化技术、计算机的相关技术与电子技术等一系列的科技技术进行了综合，实现电子产品自动化的设计。EDA技术已经是信息化发展的必然时代趋势，得到了广泛的应用，设计半导体、信息、电子组件与通讯各行业，在电子设计当中处于核心地位，在电子设计当中起着核心性的作用。鉴于此，对EDA技术在电子设计当中的应用进行研究，具有非常重要的意义。

关键词：计算机；经济；科学技术

一、eda技术概念与发展现状

1、EDA技术。EDA指的是电子设计自动化，EDA技术是现代电子技术主要的发展趋势，其在仿真模拟、电子技术中有着非常重要的作用。于电子设计的技术当中，可编程的逻辑器件在系统中运用，能够大大提高电子产品的工作灵活程度，可编程的逻辑器件在编程软件的副欧辰当中对器件的运行方式和结构进行重构，使设计的硬件的灵活性进一步得到改善，可编程的逻辑器件的运行方式和结构原理不断地发展，使得以往数字系统的设计方法、理念与过程产生了转变，促进现代的电子技术实现了一定水平水平的革新。随着可编程的逻辑器件技术日益成熟和计算机相关技术的飞速发展，EDA技术在现代电子设计行业逐渐被广泛运用。EDA技术以计算机中的EDA工具软件的平台为基础来实现其设计文件的过程，这一过程中主要依靠硬件的描述语言对系统逻辑进行描述。EDA技术通过电子设计的自动化和硬件的描述语言来完成对系统硬件的设计。该技术能够自动的实现布局布线、逻辑分割和逻辑编译的功能，促进电子线路的系统功能进一步全面的达成。

2、EDA技术的发展。电子设计技术、计算机相关技术和集成电路相关技术的发展与进步，为EDA技术的发展提供了良好的契机，该技术的推广与发展不但使產品开发的周期大大缩短，还提高了产品的性价比和使用性能。其发展阶段可具体分为四个不同阶段：1）20世纪70年代是计算机辅助设计的阶段，此阶段主要在CAD技术的方面得以体现，计算机的辅助设计在一定程度上得到了推广。这一阶段人们渐渐将计算机作为辅助进行IC版图的编辑及PCB的布局布线工作，告别了以往手工操作的方式。2）20世纪80年代使计算机的辅助工程阶段，这一阶段比上一阶段多了一系列新型的功能，除了能够绘制图形，还具有电路功能与结构设计两种功能，通过网络与电器的结合实现了两者的结合。3）20世纪90年代是电子系统的设计实现自动化的阶段，电子设计的自动化目标被实现，能够通过高级的描述语言与系统识别、仿真等特点进行应用，大大提高了设计效率。4）现代的EDA技术指的是以计算机为工具，以EDA软件为平台，与硬件描述的语言相结合的设计性文件，能够自动的完成电子系统的软件描述和硬件系统的逻辑综合、逻辑仿真与布局布线等，从而完成对目标芯片的逻辑映射和适配编译。

二、EDA技术在现代电子设计当中的应用

DEA技术应用范围广泛，在现代电子设计当中发挥着一系列作用。现代电子设计技术当中，在线编程和无线编程是应用较广的方式，EDA技术不但可以充分满足电子设计发展的需要，还能促进无障碍的编程的达成，编程的过程当中可以有效保障保密性。EDA技术可靠性十分显著，当电子设计出现跑飞、障碍等问题时，该技术能够有效地解决。还能在应用压缩功能与集成功能的情况下，实现对电子设计的产品系统朝某一芯片有效的集成，这样为设计管理的实践带来了极大的便利，有利于控制电子设计的风险，有效保证设计的可靠性。此外，该技术在电子设计当中的应用也有很高效率，可以实现多个任务同时运行。EDA技术应用当中，能够用于多模块功能，使电子设计的速度得到又下的较快，同时改善了电子设计的水平及效率，推动了电子设计向市场化的发展。此外，EDA技术还有很强适应性，利用对该技术高效、高速和大容量的特点的有效性，在促进电子的设计创新和升级方面发挥着巨大作用。EDA技术所具有的优势和特征，极大的促进了现代电子设计与相关行业的发展。

参考文献：

[1] 何富贵.JSP开发案例教程.机械工业出版社.2014

[2] 温浩宇.Web网站设计与开发教程.西安电子科技大学出版社.2014

[3] 刘勇军.Java Web核心编程技术.电子工业出版社.2014

[4] 陆璐.JSP动态网站项目化教程.中国水利水电出版社.2013

[5] 范新灿.JSP综合项目开发案例精编.高等教育出版社.2013

[6] 林学良.JSP&Servlet学习笔记.清华大学出版社.2012

[7] 刘京华.Java Web整合开发王者归来.清华大学出版社，2010 [8] 孙鑫.Java Web 开发详解.电子工业出版社.2010

[8] 李兆锋.张得生.Java Web项目开发案例精粹.电子工业出版社.2010

[9] 汪赵强.网页制作与JSP技术.机械工业出版社.2010

[10] 孙卫琴.Tomcat与Java Web开发技术详解.电子工业出版社.2009

作者简介：

薛健海，出生年月：1996-08-27，性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：江苏省海门市，当前职务：学生，学历：本科，研究方向：机械电子.

作者：薛健海 马明杰 黄顺涛

EDA技术下的电子设计论文 篇3：

基于EDA技术的电子密码锁设计

摘 要:电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现在电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产里的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。首先EDA技术在进入21世纪后,得到了很大的发展,其基本特征是采用高级语言描述,具有系统级仿真和综合能力。VHDL硬件描述语言是设计源文件可以采用类似与C语言的书写形式,并采用结构设计方法。随着人们生活水平的提高,密码锁作为家庭防盗卫士的作用日趋重要,它与普通机械锁相比有一些独特的优势,如:保密性强,防盗性能好,可以不用钥匙,只要记住密码即可开锁。本文以MAX+PLUSII作为软件平台,用VHDL硬件语言描述,并结合PLD可编程逻辑器件的综合EDA技术使得高可靠性、高保密性的电子锁的设计变得简单易行。

关键词:电子密码锁 电子设计自动化 VHDL 硬件描述语言

1 引言

随着社会物质财富的日益增长,安全防盗已成为全社会关注的问题。安全可靠、使用方便的电子密码锁越来越受到人们的青睐。使用PLD可编程器件和VHDL语言,以Max +PlusII为工作平台设计的电子密码锁具有密码预置、误码锁死及开锁提示等功能。

1.1 关于EDA

EDA[3]技术就是以计算机为工具在EDA软件平台上,对以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段,完成的设计文件自动完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑综合及优化、逻辑仿真,直至对特定目标芯片的适配 编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA的仿真测试技术只需要通过计算机就能对所设计的电子系统从各种不同层次的系统性能特点完成一系列准确的测试与仿真操作,大大提高了大规模系统电子设计的自动化程度。设计者的工作仅限于利用软件方式,即利用硬件描述语言(如VHDL)来完成对系统硬件功能的描述,在EDA工具的帮助下就可以得到最后的设计结果,这使得对整个硬件系统的设计和修改过程如同完成软件设计一样方便 、高效。

1.2 EDA的优势(FPGA/CPLD与单片机)

90年代以来,我国单片机的应用经历了一个辉煌的时代。在电子设计数字化的今天,单片机几乎应用到电子设计的各个领域。但随着应用范围的推广,我们发现单片机并不是万能的,它本身还存在着一些缺陷,有些缺陷甚至是难以解决的。下面从两个方面来比较单片机和可编程器件FPGA/CPLD的优劣[2]:

(1)单片机的学习效率较低

单片机为适应实时处理的快速要求,它是直接面对硬件的,属较低级的,大多数都使用汇编语言对每个厂家生产的单片机其汇编语言均不同,所以使用不同型号的单片机必须学会不同的汇编语言。并且,编程还与硬件连接的方式有关。而FPGA/CPLD可使用标准硬件描述语言VHDL,只要学会一种语言,即可对所有型号的FPGA/CPLD编程,同时,VHDL是一种行为描述语言,它可以不了解系统的硬件结构而编程,远离硬件,打破了软硬件之间的屏障,可做到几分钟设计出一个芯片,使学习和设计的效率大大提高。

(2)单片机本身的速度相对FPGA/CPLD来显得太慢单片机是用指令排队形式来执行指令的,影响了速度的提高,特别是用于高速采样系统,单片机往往无法胜任。而FPGA/CPLD在实时处理时均为并行工作,速度快。另外 ,单片机的各引脚功能均为确定,不像FPGA/CPLD那样可根据需要用软件改变各引脚的功能。如需要的话,也可在FPGA/CPLD中设计出一个或多个CPU,达到控制的目的。因此 ,FPGA/CPLD在EDA基础上的广泛应用,从某种意义上说,将是对单片机系统的一种背离。高速发展的FPGA/CPLD不但包括了单片机的所有能力,并兼有串、并行工作方式和高速、高可靠性及宽口径适用性等多方面的特点。

1.3 VHDL的简介

VHDL[5]的英文全名是Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,诞生于1982年。1987年底,VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。自IEEE公布了VHDL的标准版本,IEEE-1076(简称87版)之后,各EDA公司相继推出了自己的VHDL设计环境,或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。此后VHDL在电子设计领域得到了广泛的接受,并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。1993年,IEEE对VHDL进行了修订,从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL的内容,公布了新版本的VHDL,即IEEE标准的1076-1993版本,(简称93版)。现在,VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言,又得到众多EDA公司的支持,在电子工程领域,已成为事实上的通用硬件描述语言。

HDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外,VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计,或称设计实体(可以是一个元件,一个电路模块或一个系统)分成外部(或称可是部分,及端口)和内部(或称不可视部分),既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后,一旦其内部开发完成后,其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本特点,作为IEEE的工业标准硬件描述语言,在电子工程领域,已成为事实上的通用硬件描述语言。

2 关于电子密码锁的整体设计

2.1 系统设计要求

设计一个具有较高安全性和较低成本的通用电子密码锁,其具体功能要求如下:

(1) 数码输入:每按下一个数字键,就输入一个数值,并在显示器上的最右方显示出该数值,同时将先前输入的数据依序左移一个数字位置。

(2) 数码清除:按下此键可清除前面所有的输入值,清除成为“0000”。

(3) 密码更改:按下此键时会将目前的数字设定成新的密码。

(4) 激活电锁:按下此键可将密码锁上锁。

(5) 解除电锁:按下此键会检查输入的密码是否正确,密码正确即开锁。

2.2 电子密码锁的整体结构

作为通用电子密码锁,主要由三个部分组成:数字密码输入电路、密码锁控制电路和密码锁显示电路[8]。作为电子密码锁的输入电路,可供选择的方案有数字机械式键盘和触摸式数字键盘等多种。考虑到实现各项数字密码锁功能的具体要求,整个电子密码锁系统的总体组成框图如图2-1所示。

图2-1 电子密码锁的整体设计图

2.3 电子密码锁各个部分功能及电路

2.3.1 电子密码锁输入电路的设计

图2-2是电子密码锁的输入电路框图[8],由键盘扫描电路、弹跳消除电路、键盘译码电路、按键数据缓存器,加上外接的一个3×4矩阵式键盘组成。

图2-2 密码锁的输入电路框图

(1) 矩阵式键盘的工作原理

矩阵式键盘是一种常见的输入装置,在日常的生活中,矩阵式键盘在计算机、电话、手机、微波炉等各式电子产品上已经被广泛应用。设计一个3×4矩阵式键盘的面板配置,其中数字0～9作为密码数字输入按键,*作为“上锁”功能按键,#作为“解锁/清除”功能按键。

(2) 时序产生电路

本时序产生电路中使用了三种不同频率的工作脉冲波形:系统时钟脉冲(它是系统内部所有时钟脉冲的源头,且其频率最高)、弹跳消除取样信号、键盘扫描信号。

(3) 键盘扫描电路

扫描电路的作用是用来提供键盘扫描信号(表2-1中的KY3～KY0)的,扫描信号变化的顺序依次为1110-1101-1011-0111-1110......依序地周而复始。

(4) 弹跳消除电路

由于本设计中采用的矩阵式键盘是机械开关结构,因此在开关切换的瞬间会在接触点出现信号来回弹跳的现象,对于电子密码锁这种灵敏度较高的电路这种弹跳将很可能会造成误动作输入,从而影响到密码锁操作的正确性。

从图2-4中可以观察出弹跳现象产生的原因,虽然只是按下按键一次然后放掉,然而实际产生的按键信号却不止跳动一次,经过取样信号的检查后,将会造成误判断,以为键盘按了两次。如果调整抽样频率,可以发现弹跳现象获得了改善。

弹跳消除电路的实现原理如图2-6所示,先将键盘的输入信号D_IN做为电路的输入信号,CLK是电路的时钟脉冲信号,也就是取样信号,D_IN经过两级D触发器延时后再使用RS触发器处理。

图2-6 弹跳消除电路的实现原理图

此处RS触发器的前端连接和非门的处理原则是:

(1) 因为一般人的按键速度至多是10次/秒,亦即一次按键时间是100ms,所以按下的时间可估算为50ms。以取样信号CLK的周期为8ms计,则可以取样到6次。

(2) 对于不稳定的噪声,在4ms以下则至多抽样一次。

(3) 在触发器之前,接上AND-NOT之后,SR的组态所示。

(4) 键盘译码电路

上述键盘中的按键可分为数字按键和文字按键,每一个按键可能负责不同的功能,例如清除数码、退位、激活电锁、开锁等。

(5) 按键存储电路

因为每次扫描会产生新的按键数据,可能会覆盖前面的数据,所以需要一个按键存储电路,将整个键盘扫描完毕后的结果记录下来。按键存储电路可以使用移位寄存器构成。

2.3.2 密码锁控制电路的设计

密码锁的控制电路是整个电路的控制中心,主要完成对数字按键输入和功能按键输入的响应控制。

(1)数字按键输入的响应控制

如果按下数字键,第一个数字会从显示器的最右端开始显示,此后每新按一个数字时,显示器上的数字必须左移一格,以便将新的数字显示出来;假如要更改输入的数字,可以按倒退按键来清除前一个输入的数字,或者按清除键清除所有输入的数字,再重新输入四位数;由于这里设计的是一个四位的电子密码锁,所以当输入的数字键超过四个时,电路不予理会,而且不再显示第四个以后的数字。

(2) 功能按键输入的响应控制

清除键:清除所有的输入数字,即做归零动作;激活电锁键:按下此键时可将密码锁的门上锁。(上锁前必须预先设定一个四位的数字密码;解除电锁键:按下此键会检查输入的密码是否正确,若密码正确无误则开门。

图2-7 电子密码锁的三种工作模式及关系

2.3.3 密码锁显示电路的设计

密码锁显示电路的设计比较简单,这里直接采用四个4-7译码器来实现。

3 基于EDA的电子密码锁的整体组装及设计源程序[7]

将前面各个设计好的功能模块进行整合,可得到一个完整的电子密码锁系统的整体组装设计原理图,其图示见附录1所示。

4 基于EDA的电子密码锁系统的有关仿真

4.1 键盘输入去抖电路的仿真

图4-1为键盘输入去抖电路的仿真结果图,图中的输出信号QQ0,QQ1,D_OUT1,DD0,DD1是为便于仿真时观察中间结果而增加的观测点的输出,调试好后程序中的相应语句应注释掉。

4.2 密码锁输入电路的仿真

图4-2为密码锁输入电路的仿真结果图,图中的输出信号CLK_SCAN,C_DEBOUNCE是为便于仿真时观察中间结果而增加的观测点的输出。

4.3 密码锁控制电路的仿真

5 设计总结

使用VHDL语言设计电路,思路简单,功能明了;使用Max + PlusII软件设计电路不仅可以进行逻辑仿真,还可以进行时序仿真;使用PLD器件不仅省去了电路制作的麻烦,还可以反复多次进行硬件实验,非常方便的修改设计,且设计的电路保密性很强。总之,采用EDA技术使得复杂的电子系统的设计变得简单容易,可大大提高了设计效率。

参考文献:

1.潘松,黄继业.EDA技术实用教程[M] 北京: 科技出版社,1997.24～27

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4.潘松等编著.EDA技术实用教程.[M]北京:科学出版社,2002.24～29

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8.江晓安.数字电子技术[第二版].[M]西安:西安电子科技大学出版社,2003.189～200

作者：吴 兵 陈 浩 田宏松