數字電子技術與 EDA技術相結合的探討

【摘要】：目前，研究電子信息工程專業的“數字電子技術”和“EDA技術”這兩項課程相結合的案例不多的情況下，本文對此兩項課程的結合進行了解析。用EDA軟件M ax+Plus Ⅱ，與實際結合， 模擬仿真，分析后得出這兩項技術相結合可有以下三個益處：軟件化硬件電路的設計，對疑難電路現場有可靠的分析，數字電路實驗室實現“開放”。 研究這兩項技術的結合，讓我們的教員對理論知識認識得更加通透，講解的時候更加讓人容易明白；使學生驗證并設計電路的機會大大的增多，不論是教學者還是學習者，都有很大益處。

關鍵詞：數字電子技術；EDA 技術；結合；仿真

數字化是信息社會產業發展的趨勢，所以數字技術在電子信息及相關專業中越來越受重視。數字技術中，數字電子技術是非常重要的學科基礎。而作為數字 電子技術延伸的EDA（Elec-tronic Design Automation）技術， 在電子信息類本科教學中已經被引入。現在，對這兩項課程的單獨教學改革已經不少，但把二者相互結合的優勢益處，還需要教職員的開發。現在，我們就結合實例，使用EDA工具軟件，就二者相結合的安全做一些解析。

一、常用 EDA工具軟件簡介

加拿大 IIT 公司推出的 EWB （Electronics WorkBench），在 EWB 基礎上形成的 Multi-sim 以及美國 Altera 公司開發的 Max +Plus Ⅱ 是目前常用的 EDA 軟件。我單位 EDA 實驗室所使用的軟件是美國 Al-tera 公司開發的 Max +Plus Ⅱ ， 所以就基于此平臺，進行案例分析的。Max +Plus Ⅱ（Multiple Array and ProgrammingLogic User System）與 Windows 操作系統的程序界面類似， 使用鼠標和全菜單來操作，這種EDA 工具易學易用，功能全面，使用方便。對原理圖、VHDL 語言和 Verilog 語言文本文件Max +Plus Ⅱ都可以支持， 以及波形EDIF 等格式化的文件作為設計輸入。使用 Max +Plus Ⅱ經過設計輸入、設計編譯 、設計仿真 、下載即可完成，進行電路設計的過程非常簡單。

二、數字電子技術與 EDA 技術相結合的幾點益處

1、把數字電子技術中的非常不好實現的硬件轉化為軟件設計應用到傳統的數字電子技術教學里。在邏輯電路設計的教授時，把設計要求放在首位，列出真值表；第二步化簡邏輯函數，保證得到輸出函數表達式是最簡的，最后一步就是確定并正確畫出邏輯圖 。這種方法比較適用于輸入變量少的時候，因為這個時候，這個方法是最簡單而且最有效，但是如果輸入變量比較多的時候，用這種方法就顯得相當吃力。下面以設計 8 位奇校驗電路為例進行說明若采用傳統的設計方案 ，首先需要畫出 8 變量真值表，8 變量真值表需要 2 8 行（即 256 行）， 這就非常麻煩，而邏輯函數的化簡更是難上加難。如果借助Max +Plus Ⅱ軟件， 使用 VHDL 語句， 按照 8 位奇校驗邏輯功能 ，用軟件方法來實現硬件設計。8 位奇校驗電路的VHDL 程序如下所示：

library ieee；

use ieee.std-logic-1164.all；

entity p-check is

port（a：in std-logic-vector （7 downto 0）；

y：out std-logic）；

end p-check；

architecture art of p-check is

begin

process（a）

variable tmp：std-logic；

begin

tmp：='1'；

for i in 0 to 7 loop

tmp：=tmp xor a（i）；

end loop；

y<=tmp；

end process；

end art；

其中：a 表示 8 位輸入信號；y 表示奇校驗輸出 ， 通過觀察該程序可以發現， 程序邏輯性強 ，簡單易讀 。對上述程序進行仿真 ，仿真波形如圖 1所示。

由以上的案例能得出，仿真波形完全符合奇校驗邏輯功能。在Max +Plus Ⅱ軟件下進行綜合，可以得到 8位奇校驗電路的邏輯符號 ，如果其他的設計工作用到8 位奇校驗功能時，完全可直接用此元器件，免去了重復的設計工作，讓設計工作更加方便。

2、應用 Max +Plus Ⅱ 分析電路現象

我們身邊，數字電路基本上是到處都有的，這就為我們理論實踐結合提供了很好的基礎，這樣教學也會讓人印象更深刻，更容易接受。可現實中，學生總是不能把二者很好的結合起來，甚至出現自己設計的電路實驗得，得出的結果與理論結果不相同的情況。要是只進行理論講解的話，學生一般很難理解明白。怎么把電路的工作過程生動鮮活的展現到學生面前，對學生理解是很重要的。

比如 ，在實驗課中使用集成電路 74160 設計一個模 4計數器， 模為 4 即說明計數器中應有 4 個狀態 ， 共占有 4 個時鐘周期 。在實驗過程中，采用異步清零法設計的學生發現 ， 他們所設計的電路輸出狀態為 000， 001 ，010 ，011 ， 100， 其中 ， 前 4 個狀態中每個狀態占用一個時鐘周期 ，第五個狀態中 100 的持續時間非常短 ，而后計數器的輸出狀態為 000 。面對這種實驗現象， 單純從理論的角度出發講解， 學生接受起來很困難 。下面，以此為例， 通過在 Max +Plus Ⅱ平臺下進行原理圖設計和仿真分析，幫助學生進行電路現象的觀察 。

圖 2 是使用 74160 的異步清零功能設計的模 4 計數器 。其中， A ， B ， C ， D 是并行數據輸入端 ；ENT 和ENP 是使能端；LDN 是同步置數端 ；CLRN 是異步清零端 ；QA ，QB ，QC ，QD 為計數器的輸出 [ 9，10] ， 仿真波形從圖 3 中可以看出 ，當 ENT 和 ENP 接高電平時 ，第一個計數脈沖到來時計數器從 000 開始計數， 此后每來一個計數脈沖， 計數器的輸出狀態加 1， 當第五個計數脈沖（例如在 170 ns 時）到來時 ， 計數器的輸出為100 ，由于通過非門將 QC 信號反饋給 CLRN ， CLRN 此時得到低電平， 74160 的異步清零端有效， 則計數器立即被清零， 計數器的輸出狀態為 000， 回到計數器的初始狀態。在此工作過程中 ， 100 狀態持續的時間非常短，與隨后出現的 000 狀態共同占有一個時鐘周期 。通過對仿真波形的分析， 學生能夠比較形象地理解“異步清零”的工作過程， 也能夠解釋在實驗過程中所觀察到的實驗現象。

3、“開放的”數字電子技術實驗室

實驗課、課程設計構成了數字電子技術課程的主要實踐環節。學生的實踐機會限于固定的課時，十分有限，而數字電子技術課程如果不通過實踐，很難將其掌握好，而且這門課程也是電子設計的基礎課程。假如連實際操作的機會都寥寥，怎么進行電子設計，又如何能設計好電路。

三、 結束語

將數字電子技術與 EDA 技術結合 ，開闊了我們學生與老師的教學思路，讓學生學習的時候有更多的仿真實驗的機會，對教學者和學習者都有重大的作用。

參考文獻：

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