【文章內(nèi)容簡介】 。18 引 言隨著計算機在國內(nèi)的逐漸普及，計算機已經(jīng)深入到每一個行業(yè)，計算機與每個工作領域緊密地聯(lián)系在了一起。使用計算機可以大大提高工作效率。電子技術(shù)作為信息化社會的重要技術(shù)基石，已經(jīng)成為20世紀下半葉乃至21世紀發(fā)展最迅速、最活躍、最具有滲透力的技術(shù)。實現(xiàn)信息化的網(wǎng)絡及其關鍵部件不管是各種計算機還是通訊電子設備，它們的基礎都是集成電路。集成電路技術(shù)發(fā)展至今，全世界數(shù)以萬億美元計的設備和科技投入，已使電子技術(shù)形成非常強大的產(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應用需求?？茖W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)實踐相結(jié)合，以社會需求為動力。隨著計算機新技術(shù)的發(fā)展以及電子系統(tǒng)設計新需求的上升，技術(shù)競爭需要的是對新器件應用的需求，集成電路專業(yè)設計人員需要的是貫穿電子設計過程始終的最小人工花銷、最強的自動化設計手段。正是在這種強烈的技術(shù)要求推動下，產(chǎn)生了電子設計自動化EDA(Electronic Design Automation) 技術(shù)，EDA是新崛起的現(xiàn)代化電子設計手段。EDA技術(shù)的關鍵之一是EDA工具，EDA工具是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成的電子設計通用工具軟件，本文就是介紹一種EDA工具——EWB軟件設計數(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，使得對配套電子系統(tǒng)或部件的功能、可靠性、集成度、成本、設計周期的要求日益提高。隨著時間的推移，科學研究與技術(shù)開發(fā)行為日益市場化，而遠非純粹的學術(shù)行為，這要求設計工作必須在較短的時間內(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)的電子設計手段完成復雜電子系統(tǒng)設計顯得越來越力不從心了，傳統(tǒng)的電子設計與現(xiàn)實手段受到極大的挑戰(zhàn)。 如果在激烈的技術(shù)產(chǎn)品競爭中仍沿用老辦法，很可能在激烈的競爭中處于被動落后的境地，例如，當設計比較復雜的電子系統(tǒng)時，要等到做完全部硬件試驗才開始設計印制電路板，這樣，設計周期必然會相應拉長，即使設計出印制電路板來，也很難保證它的電氣連接全部正確、各個元器件參數(shù)合理以及完善的電磁兼容性能，如果需要設計實現(xiàn)的數(shù)字電路部份規(guī)模較大，仍習慣地利用中、小規(guī)模數(shù)字集成芯片實現(xiàn)，電路的集成度和可靠性在許多應用場合會受到很大限制，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大，集成度越來越高，傳統(tǒng)設計方式已難以勝任。 EDA即電子設計自動化，英文全稱Electronic Design Automation，EDA技術(shù)是以計算機為工作平臺，以EDA軟件工具為開發(fā)環(huán)境，以硬件描述語言為設計語言，以可編程器件為實驗載體，以芯片為目標器件，以電子系統(tǒng)設計為應用方向的電子產(chǎn)品自動化設計過程。EDA技術(shù)滿足了提高設計規(guī)模、質(zhì)量和效益的需要。目前，電子產(chǎn)品開發(fā)領域的競爭十分激烈，其產(chǎn)品的市場周期越來越短，這意味著電子產(chǎn)品的設計開發(fā)周期必須大大縮短，沒有高效率的設計手段是無法參與市場競爭的。EDA工具的優(yōu)勢體現(xiàn)在復雜電路系統(tǒng)的設計上，其設計效率遠遠高于人工設計，而且可按照事先規(guī)定的設計規(guī)則隨時進行檢查，及時提醒設計者出現(xiàn)的設計失誤，設計質(zhì)量得到保障，這自然會縮短周期、降低成本、提升競爭力，從而最大限度地提高經(jīng)濟效益。 EDA技術(shù)是以計算機科學和微電子技術(shù)發(fā)展為先導，匯集了計算機圖形學、拓撲邏輯學、微電子工藝與結(jié)構(gòu)等多種學科的先進技術(shù)，它是在計算機工作平臺產(chǎn)生的電子系統(tǒng)設計應用技術(shù)。EDA技術(shù)隨著計算機、集成電路和電子系統(tǒng)設計的發(fā)展，經(jīng)歷了計算機輔助設計CAD、計算機輔助工程設計CAE和電子設計自動化EDA 3個發(fā)展過程。EDA技術(shù)融合了應用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進行電子產(chǎn)品的自動設計。EDA軟件在電子行業(yè)的應用也越來越廣泛，但和發(fā)達國家相比，我國的電子設計水平仍然存在著相當大的差距，隨著經(jīng)濟全球化，中國已走入WTO，隨著加入WTO，電子行業(yè)將會受到較大的沖擊。但我國許多從事電子設計工作的人員對EDA軟件并不熟悉，因此需提高電子設計在電腦方面應用的水平。 EDA在數(shù)字電路課程設計中的必要性 數(shù)字電路課程設計是數(shù)字電路設計型實驗中的重要部分，它要求運用電子技術(shù)課程中有關的理論知識和實驗方法，完成一些綜合性較強的設計課題。由于目前在數(shù)字電路實驗教學中，大部分院校仍然用中小規(guī)模的通用集成電路來實現(xiàn)設計功能，當設計的數(shù)字電子鐘系統(tǒng)比較復雜，需要多個集成芯片和大量連線時，就增加了設計電路板的難度和故障調(diào)試難度，延長了設計周期，降低了學生的學習興趣；同時，常用中小規(guī)模集成芯片的大量重復使用也大大增加了設計成本。因此，在數(shù)字電路課程設計中引入EDA技術(shù)，采用當前國際先進的設計方法和理念，改革傳統(tǒng)的課程設計方法，已經(jīng)成為一種趨勢。在學校電子技術(shù)實驗的課程教學中，最讓實驗老師感到頭痛的有兩個方面：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，使得一個實驗在相對短暫的時間內(nèi)難以完成；二是儀器壞了要修理，元件壞了要拆換，連接導線、電纜線損壞也要調(diào)換等等。這些不僅大大增加了實驗的開支，同是實驗室的管理也非常困難。應用EDA虛擬的電子實驗平臺，讓學生坐在計算機旁進行各種電子線路的仿真實驗與在實驗室使用真實的儀器、進行電子線路實驗，具有同樣的感受和更具有真實的實驗效果。學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；同樣可以用導線與電纜連接電路；可以選擇器件的參數(shù)，可以對電路進行調(diào)試、分析；可以在示波器的顯示屏上觀測到所測電壓、電流的波形，可以通過儀表讀取被測參數(shù)的值，這一切都非常逼真。做仿真實驗一般不會損壞儀器，不會燒壞儀器（除非把計算機損壞）。只要按照規(guī)定的方法進行實驗，都能夠達到預期的實驗目的?？梢?，用EDA軟件進行仿真電子實驗的確可以達到事半功倍的效果。所以在數(shù)字電路課程設計中學習EDA技術(shù)是非常必要的。 MAXplusⅡ 概述 EDA技術(shù)的關鍵之一是EDA工具，EDA工具是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成的電子設計通用工具軟件，主要能進行三方面的輔助設計工作： （1）：PCB印刷電路板設計（2）：ASIC（集成電路）設計（3）：電子系統(tǒng)設計（SOC）沒有EDA技術(shù)的支持，想要完成超大規(guī)模集成電路的設計是很難想象的，反過來，生產(chǎn)制造技術(shù)的不斷進步又必將對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,電路的設計日趨復雜。為了能在電路實現(xiàn)之前,完全掌握操作環(huán)境因素(如電源電壓、溫度等)對電路的影響,利用電腦輔助設計進行電路模擬與分析,并進行輸入與輸出信號響應的驗證,可有效地節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)的時間與成本。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”軟件，它是目前全球最直觀、最高效的EDA軟件。它的功能強大，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；具有強大的電路圖繪制功能，可繪制出符合標準的電子圖紙；它還具有強大的波形顯示功能，并且結(jié)果可輕松放入各類文檔。用該軟件進行設計、分析非常方便。本文在MAXplusⅡ基礎上設計電子時鐘，是由數(shù)字集成電路構(gòu)成、用數(shù)碼管顯示的一種現(xiàn)代計時器，與傳統(tǒng)機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，因此廣泛使用。MAXplusⅡ是美國加州Altera公司推出的專門用于電子線路仿真實驗與設計的“虛擬電子工作平臺”。 MAXplusⅡ是一種在電子技術(shù)工程與電子技術(shù)教學中廣泛應用的優(yōu)秀計算機仿真軟件，被公認為是最易使用，人機界面最友善的數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)軟件，特別適合初學者使用。 設計電子鐘的可行性分析選用MAXplusⅡ軟件，以計算機作為載體。通過使用MAXplusⅡ軟件，設計實現(xiàn)一個數(shù)字電子鐘。并使數(shù)字鐘具有校時、校分、校秒及整點報時功能。掌握使用MAXplusⅡ軟件完成基本電路的設計。 設計數(shù)字電子鐘的條件具備，設計是可行的。第二章 設計依據(jù) 設計總體方案多功能數(shù)字鐘電路的設計總體方案框圖(如圖21所示)，由控制電路、兩個60進制計數(shù)器、一個12進制計數(shù)器、譯碼器、顯示器和揚聲器組成?？刂齐娐房刂朴嫈?shù)器計時和揚聲器報時。計數(shù)器對秒、分、小時進行計時,當計時到11時59分59秒時,來一個計數(shù)脈沖,則計數(shù)器清零，重新開始計時。譯碼器將計數(shù)器輸出的BCD碼計時結(jié)果轉(zhuǎn)換成十進制送到顯示器。顯示器顯示時、分、秒計時結(jié)果。圖 21 總體方案框圖 設計原理數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼顯示器、報時等電路組成。其中振蕩器和分頻器組成標準秒信號發(fā)生器，由不同進制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，把累加的結(jié)果以‘時’、‘分’、‘秒’的數(shù)字顯示出來?！畷r’顯示由12進制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成?！帧?、‘秒’顯示分別由60進制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成。可進行整點報時，計時出現(xiàn)誤差時，可以用校時電路校時、校分。 設計目標和方法MAXplusⅡ軟件作為電子鐘設計工作平臺，以數(shù)字電路為設計電子鐘的理論基礎，按照“自頂向下”的層次化設計方法設計該電路，對整個系統(tǒng)進行方案設計和功能劃分，系統(tǒng)的關鍵電路用一片或幾片專用集成電路實現(xiàn)，應用MAXplusⅡ軟件進行數(shù)字電路的設計與仿真。第三