淺析數字電子技術實驗中的EDA技術

南京工業職業技術學院 趙 洧

1.前言

EDA技術以電腦中的前沿技術為強大基礎，對數字電子技術實驗的實施起著提高和促進的作用，實驗技術人員及用戶應在實驗項目實施中重點發展基于EDA的虛擬平臺，并以此為契機使用戶和學員在接近現實的情形下，理解并更加自如的運用數字電子技術。本文將從現實實驗入手，具體解釋EDA技術在數字電子技術實驗中的強大作用，并為今后同類實驗項目中EDA技術的應用給予借鑒與技術支持。

2.EDA技術實驗的大體結構

以EDA目前發展的情形來看，其在技術實驗方面的結構大體包括三個方面：首先，實驗建立在EDA技術之上，就應該選擇符合實際的相應的編程語言，且應以接近現實為目的，建立一個接近現實環境的平臺；其次，在EDA技術實驗的大體結構的建立中，特別要將重點放在對最終數據的詳細加工分析、有用數據的甄選等方面，達到技術實驗的目的，而且使得用戶與學員能將圖表、實驗數據、仿真曲線等相應知識點歸納總結。除了以上的關注點外，EDA技術實驗的大體結構建立當中的信息共享尤其重要，所以重心應放在連接實驗平臺、服務器，使得能夠在實驗過程中快速獲得實驗數據；最后，EDA技術實驗的大體結構建立中可以應用VHDL等編程語言，達到該平臺虛擬現實的要求。

3.EDA技術在數字電子技術實驗設計中的應用

3.1 以往數據的交互、處理

以往數字電子技術實驗項目操作中的硬件→搭試→調試→焊接模擬不形象且環境不友好，使項目總體實驗水平下降，為了達到環境友好，形象生動，易于操作，在項目實施中需要著力構架基于EDA技術的模擬現實的環境，把項目實施的以往數據代碼，以VHDL文本、原理圖文本的形式交互進入模擬現實的環境，以EDA程序體系為工具，將導入的VHDL文本做深入加工，把理論范疇的Logic circuit diagram進化為gated circuit，表現為遵循特定而簡單的標記語法的文本、不同時間的數據分析主要是預測的方法文本，使得用戶與學員以此類最終形式為出發點，對項目實施結果歸納總結并找到結論，且在該過程中同步達到深化成果的目的。

3.2 器件整體走向線路與平面布置

在器件整體走向線路與平面布置中，在EDA構件的模擬現實的形勢下，牽扯到邏輯分割、底層器件配置等操作過程，實施中將關注的重點放在該類過程控制中，模擬真實的工作環境，這就要求按工序進行模擬現實的實施過程中，要關注部署JAM、JEDEC等類型的下載文件，使得電路中各元件之間達到和諧統一，達到模擬現實環境的要求。

3.3 仿真

EDA技術借助其在具體技術實驗中的應用，使得整個電子技術實驗的流暢性得到保障，這就要求在實驗過程中，實時收集各類數據，對實驗中各變化參數對項目的影響進行分析處理，以達到歸納總結各類知識點的作用。同時由于模擬的環境非常接近現實，可以達到沉浸式的效果，依據總結的知識點，促進效率、提高水平。另外，仿真實驗平臺的建構亦增設了項目發布、故障處理、系統注冊等功能，對于整個系統的運作，給予很大補充。

4.EDA技術在數字電子技術實驗中應用的實例分析

國際上傳統應用的EDA數字電子技術實驗室，其構成主要有：①Discrete element testbox；②EDA Experiment box（EEB）。此類構成的先天劣勢在于：箱體過于繁瑣、其實用性與時效性受到很大制約，因此對于實驗箱來說，一要適于實驗結果的生成，二要適于現實應用。EDA對于數字電子技術的推廣舉足輕重。

本次實驗使用的是以德國賽門鐵克公司的JL34R96型芯片為基礎而自行研制的FPGA運行系統，包括元素體系與電氣元件線路，并編制了跑馬燈、按鍵掃描、數碼管顯示、蜂鳴器、VGA接口等一系列程序，使其有利于系統技術人員、學員與用戶熟練應用FPGA系統的。

4.1 用戶目標研究

EEB的組成力求簡潔，應改進成為更直觀的類型、以節約其操作時間；具體操作的實施要展示出各組成部分之間的緊密聯系與按邏輯關系執行的工序；在感官上一定要給于參與者足夠的刺激，如將結果或變化規律以聲光的形式來表現。

4.2 實驗箱設計

EEB由賽門鐵克公司JL34R96 chipboard與其周邊電路組成，為了便于輸入數據，增加了許多人機對話的路徑，提高了系統的可互動性。FPGA互動性傳感器接口有：聲、光、溫度、母機，硬件由以下部分組成：22盞LED燈、22枚按鍵、14個八段數碼管、蜂鳴器、VGA接口、串口、溫度傳感器。

4.3 JL34R96中央母板的結構

①電源電路。②時鐘電路。③下載電路。④JL34R96CHIP。

4．3．1 電源電路

電流經過變壓裝置SMS6364,最終其內核工作電壓為1.5V、外部I/O電壓4.2V。通過濾波裝置D33，D34和D56，D57濾波。

4．3．2 時鐘電路

該電路生成的電路時鐘為65MHz。

4．3．3 下載電路

CHIP型號采用SKFDWTIUT，內存為1G。驅動力方面，采用5.5k電阻提升能力。

JL34R96CHIP芯片賽門鐵克公司的JL34R96CHIP型芯片作為CORE處理芯片。

4．3．4 數碼管電路

數碼管電路，由8個數碼管構成。其中10個段選和6個位選引腳連接到FPGA的I/O引腳。應用MOM型三極管驅動FPGA管腳信號。

4．3．5 按鍵電路

22個按鍵，各按鍵一端串連接地，對向一端接4.2V電壓。若不按下，I/O口處顯示高電位，按下則為低電位。

4.4 蜂鳴器電路的線路設計與發聲

蜂鳴器兩端分別連接4.2V的電源與MOM型三極管管腳驅動，在FPGA以方波發信號給蜂鳴器，令蜂鳴器發聲。

4.5 平臺架構

以EDA為基礎的數字電子技術實驗，其平臺組成為：PC、DOWNLOADER、SHELL、BOARD組成。賽門鐵克公司軟件版本為v1.8,共有3種層次：(1)實際符合性實驗；(2)開發型實驗；(3)技術革新型實驗。其水平依次遞增。

本實驗實例難度依次遞增，其中實際符合性實驗主要承擔設計與現實能力驗證的工作。本例中用賽門鐵克公司進行遠程監控、驗證。重點應放在它與現實的結合嚴密程度和該軟件與其他軟件在項目上的協同工作。數字電子原理主要包括組合電路設計、時序電路設計、存儲器設計等部分知識點。開發型實驗需要用戶用物理與電路的原理加入各類傳感器和聲光設備，并在實驗過程中隨各類實驗參數的變化而產生效果。例如跑馬燈就是用計數器的原理，在燈的快慢節奏上呈現效果；數碼管上面的動態變化，使用戶可以動態控制數碼管；蜂鳴器實驗使用戶能通過電路的控制使設備發聲。

5.EDA技術為數字電子技術實驗帶來的應用價值

EDA技術為數字電子技術實驗帶來的應用價值主要有：首先，全過程的精確度大幅提高，并且相對于以往模式的不可控性，可以將實驗的原理、內涵、甚至應用完整表達，從用戶的感官上提高對該實驗系統的認知與掌握程度；其次，隨著軟件系統的不斷升級，使用戶與學員利用該類沉浸式模擬現實環境，不斷加強其自身能力，同時提升興趣，形成良性循環。

6.結語

經過以上闡述，以往模式在數字電子技術實驗中由于落后性與低效性，正逐步被以EDA技術為核心的數字電子技術實驗所取代，為了提升系統質量、為了提高學習效率、達到學員與用戶的需求，必須要熟悉和掌握該技術，熟練使用EDA技術創建平臺，從理論與實際上充分了解EDA技術的重要性，并在今后的工作中主動應用，使其發揮更好的效果。

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