【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。18 引 言隨著計(jì)算機(jī)在國(guó)內(nèi)的逐漸普及，計(jì)算機(jī)已經(jīng)深入到每一個(gè)行業(yè)，計(jì)算機(jī)與每個(gè)工作領(lǐng)域緊密地聯(lián)系在了一起。使用計(jì)算機(jī)可以大大提高工作效率。電子技術(shù)作為信息化社會(huì)的重要技術(shù)基石，已經(jīng)成為20世紀(jì)下半葉乃至21世紀(jì)發(fā)展最迅速、最活躍、最具有滲透力的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)信息化的網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵部件不管是各種計(jì)算機(jī)還是通訊電子設(shè)備，它們的基礎(chǔ)都是集成電路。集成電路技術(shù)發(fā)展至今，全世界數(shù)以萬億美元計(jì)的設(shè)備和科技投入，已使電子技術(shù)形成非常強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)能力。電子技術(shù)水平發(fā)展如此迅速，在于它具有極大的市場(chǎng)應(yīng)用需求。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，衡量許多電子產(chǎn)品技術(shù)含量高低在很大程度上取決于電子技術(shù)的引入水平。然而，孤立地發(fā)展電子技術(shù)是沒有出路的，它必須同各種生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，以社會(huì)需求為動(dòng)力。隨著計(jì)算機(jī)新技術(shù)的發(fā)展以及電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)新需求的上升，技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)需要的是對(duì)新器件應(yīng)用的需求，集成電路專業(yè)設(shè)計(jì)人員需要的是貫穿電子設(shè)計(jì)過程始終的最小人工花銷、最強(qiáng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)手段。正是在這種強(qiáng)烈的技術(shù)要求推動(dòng)下，產(chǎn)生了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA(Electronic Design Automation) 技術(shù)，EDA是新崛起的現(xiàn)代化電子設(shè)計(jì)手段。EDA技術(shù)的關(guān)鍵之一是EDA工具，EDA工具是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成的電子設(shè)計(jì)通用工具軟件，本文就是介紹一種EDA工具——EWB軟件設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘。第一章 EDA概述 EDA技術(shù)概論電子產(chǎn)品隨著技術(shù)的進(jìn)步，更新?lián)Q代速度可謂日新月異。不同行業(yè)層出不窮的技術(shù)需求，使得對(duì)配套電子系統(tǒng)或部件的功能、可靠性、集成度、成本、設(shè)計(jì)周期的要求日益提高。隨著時(shí)間的推移，科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)行為日益市場(chǎng)化，而遠(yuǎn)非純粹的學(xué)術(shù)行為，這要求設(shè)計(jì)工作必須在較短的時(shí)間內(nèi)出色完成，技術(shù)人員感到工作壓力越來越大。顯然，采用傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)手段完成復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯得越來越力不從心了，傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)手段受到極大的挑戰(zhàn)。 如果在激烈的技術(shù)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)中仍沿用老辦法，很可能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中處于被動(dòng)落后的境地，例如，當(dāng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的電子系統(tǒng)時(shí)，要等到做完全部硬件試驗(yàn)才開始設(shè)計(jì)印制電路板，這樣，設(shè)計(jì)周期必然會(huì)相應(yīng)拉長(zhǎng)，即使設(shè)計(jì)出印制電路板來，也很難保證它的電氣連接全部正確、各個(gè)元器件參數(shù)合理以及完善的電磁兼容性能，如果需要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電路部份規(guī)模較大，仍習(xí)慣地利用中、小規(guī)模數(shù)字集成芯片實(shí)現(xiàn)，電路的集成度和可靠性在許多應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)受到很大限制，甚至根本無法滿足需求。作為電路主體的器件，特別是集成電路器件功能越來越強(qiáng)大，集成度越來越高，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式已難以勝任。 EDA即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，英文全稱Electronic Design Automation，EDA技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，以EDA軟件工具為開發(fā)環(huán)境，以硬件描述語言為設(shè)計(jì)語言，以可編程器件為實(shí)驗(yàn)載體，以芯片為目標(biāo)器件，以電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為應(yīng)用方向的電子產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程。EDA技術(shù)滿足了提高設(shè)計(jì)規(guī)模、質(zhì)量和效益的需要。目前，電子產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，其產(chǎn)品的市場(chǎng)周期越來越短，這意味著電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期必須大大縮短，沒有高效率的設(shè)計(jì)手段是無法參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的。EDA工具的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在復(fù)雜電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，其設(shè)計(jì)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工設(shè)計(jì)，而且可按照事先規(guī)定的設(shè)計(jì)規(guī)則隨時(shí)進(jìn)行檢查，及時(shí)提醒設(shè)計(jì)者出現(xiàn)的設(shè)計(jì)失誤，設(shè)計(jì)質(zhì)量得到保障，這自然會(huì)縮短周期、降低成本、提升競(jìng)爭(zhēng)力，從而最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益。 EDA技術(shù)是以計(jì)算機(jī)科學(xué)和微電子技術(shù)發(fā)展為先導(dǎo)，匯集了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、拓?fù)溥壿媽W(xué)、微電子工藝與結(jié)構(gòu)等多種學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)，它是在計(jì)算機(jī)工作平臺(tái)產(chǎn)生的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)。EDA技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)、集成電路和電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展，經(jīng)歷了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD、計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)CAE和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA 3個(gè)發(fā)展過程。EDA技術(shù)融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。EDA軟件在電子行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛，但和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的電子設(shè)計(jì)水平仍然存在著相當(dāng)大的差距，隨著經(jīng)濟(jì)全球化，中國(guó)已走入WTO，隨著加入WTO，電子行業(yè)將會(huì)受到較大的沖擊。但我國(guó)許多從事電子設(shè)計(jì)工作的人員對(duì)EDA軟件并不熟悉，因此需提高電子設(shè)計(jì)在電腦方面應(yīng)用的水平。 EDA在數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)中的必要性 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)是數(shù)字電路設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中的重要部分，它要求運(yùn)用電子技術(shù)課程中有關(guān)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方法，完成一些綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題。由于目前在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大部分院校仍然用中小規(guī)模的通用集成電路來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，當(dāng)設(shè)計(jì)的數(shù)字電子鐘系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要多個(gè)集成芯片和大量連線時(shí)，就增加了設(shè)計(jì)電路板的難度和故障調(diào)試難度，延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；同時(shí)，常用中小規(guī)模集成芯片的大量重復(fù)使用也大大增加了設(shè)計(jì)成本。因此，在數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)中引入EDA技術(shù)，采用當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和理念，改革傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)方法，已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。在學(xué)校電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的課程教學(xué)中，最讓實(shí)驗(yàn)老師感到頭痛的有兩個(gè)方面：一是由于電路的連接、電子元件的損壞或儀器毛病，為了查找這些問題，使得一個(gè)實(shí)驗(yàn)在相對(duì)短暫的時(shí)間內(nèi)難以完成；二是儀器壞了要修理，元件壞了要拆換，連接導(dǎo)線、電纜線損壞也要調(diào)換等等。這些不僅大大增加了實(shí)驗(yàn)的開支，同是實(shí)驗(yàn)室的管理也非常困難。應(yīng)用EDA虛擬的電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生坐在計(jì)算機(jī)旁進(jìn)行各種電子線路的仿真實(shí)驗(yàn)與在實(shí)驗(yàn)室使用真實(shí)的儀器、進(jìn)行電子線路實(shí)驗(yàn)，具有同樣的感受和更具有真實(shí)的實(shí)驗(yàn)效果。學(xué)生可以在虛擬的元器件庫中拿取元器件；可以在虛擬的儀器庫中拿取儀器與儀表；同樣可以用導(dǎo)線與電纜連接電路；可以選擇器件的參數(shù)，可以對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試、分析；可以在示波器的顯示屏上觀測(cè)到所測(cè)電壓、電流的波形，可以通過儀表讀取被測(cè)參數(shù)的值，這一切都非常逼真。做仿真實(shí)驗(yàn)一般不會(huì)損壞儀器，不會(huì)燒壞儀器（除非把計(jì)算機(jī)損壞）。只要按照規(guī)定的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，都能夠達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹？梢?，用EDA軟件進(jìn)行仿真電子實(shí)驗(yàn)的確可以達(dá)到事半功倍的效果。所以在數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)EDA技術(shù)是非常必要的。 MAXplusⅡ 概述 EDA技術(shù)的關(guān)鍵之一是EDA工具，EDA工具是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成的電子設(shè)計(jì)通用工具軟件，主要能進(jìn)行三方面的輔助設(shè)計(jì)工作： （1）：PCB印刷電路板設(shè)計(jì)（2）：ASIC（集成電路）設(shè)計(jì)（3）：電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)（SOC）沒有EDA技術(shù)的支持，想要完成超大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)是很難想象的，反過來，生產(chǎn)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步又必將對(duì)EDA技術(shù)提出新的要求。由于集成電路制造技術(shù)日新月異,電路的設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜。為了能在電路實(shí)現(xiàn)之前,完全掌握操作環(huán)境因素(如電源電壓、溫度等)對(duì)電路的影響,利用電腦輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行電路模擬與分析,并進(jìn)行輸入與輸出信號(hào)響應(yīng)的驗(yàn)證,可有效地節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間與成本。Altera公司推出的MAXplusⅡ軟件是專門用于電子電路仿真的“虛擬電子工作臺(tái)”軟件，它是目前全球最直觀、最高效的EDA軟件。它的功能強(qiáng)大，能夠提供電阻、電容、三極管、集成電路等數(shù)十大類幾千種元件，能夠提供示波器、萬用表等十幾種常用的電子儀器；具有強(qiáng)大的電路圖繪制功能，可繪制出符合標(biāo)準(zhǔn)的電子圖紙；它還具有強(qiáng)大的波形顯示功能，并且結(jié)果可輕松放入各類文檔。用該軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析非常方便。本文在MAXplusⅡ基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘，是由數(shù)字集成電路構(gòu)成、用數(shù)碼管顯示的一種現(xiàn)代計(jì)時(shí)器，與傳統(tǒng)機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命，因此廣泛使用。MAXplusⅡ是美國(guó)加州Altera公司推出的專門用于電子線路仿真實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)的“虛擬電子工作平臺(tái)”。 MAXplusⅡ是一種在電子技術(shù)工程與電子技術(shù)教學(xué)中廣泛應(yīng)用的優(yōu)秀計(jì)算機(jī)仿真軟件，被公認(rèn)為是最易使用，人機(jī)界面最友善的數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)軟件，特別適合初學(xué)者使用。 設(shè)計(jì)電子鐘的可行性分析選用MAXplusⅡ軟件，以計(jì)算機(jī)作為載體。通過使用MAXplusⅡ軟件，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字電子鐘。并使數(shù)字鐘具有校時(shí)、校分、校秒及整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。掌握使用MAXplusⅡ軟件完成基本電路的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘的條件具備，設(shè)計(jì)是可行的。第二章 設(shè)計(jì)依據(jù) 設(shè)計(jì)總體方案多功能數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)總體方案框圖(如圖21所示)，由控制電路、兩個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器、一個(gè)12進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器和揚(yáng)聲器組成?？刂齐娐房刂朴?jì)數(shù)器計(jì)時(shí)和揚(yáng)聲器報(bào)時(shí)。計(jì)數(shù)器對(duì)秒、分、小時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí),當(dāng)計(jì)時(shí)到11時(shí)59分59秒時(shí),來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖,則計(jì)數(shù)器清零，重新開始計(jì)時(shí)。譯碼器將計(jì)數(shù)器輸出的BCD碼計(jì)時(shí)結(jié)果轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制送到顯示器。顯示器顯示時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)結(jié)果。圖 21 總體方案框圖 設(shè)計(jì)原理數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器、報(bào)時(shí)等電路組成。其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號(hào)送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，把累加的結(jié)果以‘時(shí)’、‘分’、‘秒’的數(shù)字顯示出來?！畷r(shí)’顯示由12進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成?！帧?、‘秒’顯示分別由60進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成?？蛇M(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)，計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，可以用校時(shí)電路校時(shí)、校分。 設(shè)計(jì)目標(biāo)和方法MAXplusⅡ軟件作為電子鐘設(shè)計(jì)工作平臺(tái)，以數(shù)字電路為設(shè)計(jì)電子鐘的理論基礎(chǔ)，按照“自頂向下”的層次化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)該電路，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和功能劃分，系統(tǒng)的關(guān)鍵電路用一片或幾片專用集成電路實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用MAXplusⅡ軟件進(jìn)行數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與仿真。第三