廖慧惠

(安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院，安徽 合肥 230051)

EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

廖慧惠

(安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院，安徽 合肥 230051)

在我國電子科技不斷發(fā)展的今天，信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)電子應(yīng)用技術(shù)、EDA、CAM等多種信息技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中逐漸走向成熟，尤其是EDA技術(shù)基于自身的技術(shù)優(yōu)勢，被廣泛的應(yīng)用在各個領(lǐng)域中.傳統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)不再適用于現(xiàn)在信息時代的發(fā)展需要，目前運(yùn)用EDA技術(shù)進(jìn)行電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究，不僅能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，而且還能在實(shí)驗(yàn)操作中避免受到時間以及儀器的限制.因此，本文主要從EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的設(shè)計(jì)構(gòu)架以及具體的應(yīng)用效果進(jìn)行深入的研究.

EDA技術(shù)；數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用效果

近年來在電子信息技術(shù)的不斷創(chuàng)新與完善下，數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也相繼發(fā)生著巨大的變化，逐步向創(chuàng)新電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)方向發(fā)展.當(dāng)前，EDA技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，并且在具體的電子實(shí)踐技術(shù)教學(xué)中發(fā)揮著積極作用，當(dāng)代的信息技術(shù)教師在電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中應(yīng)該更多的重視運(yùn)用EDA技術(shù)來構(gòu)建一個虛擬的實(shí)驗(yàn)操作平臺，進(jìn)而能夠讓學(xué)生在其營造出的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下對數(shù)字電子技術(shù)知識進(jìn)行熟練地掌握，達(dá)到高效學(xué)習(xí)的目的.與此同時，EDA技術(shù)能夠?yàn)殡娮訉?shí)驗(yàn)教學(xué)提供科學(xué)化的指導(dǎo)平臺，在一定程度上增強(qiáng)了學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、思維創(chuàng)新能力以及實(shí)驗(yàn)操作能力，為學(xué)生日后的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

1 EAD技術(shù)的概述

EAD技術(shù)又可稱之為是電子設(shè)計(jì)自動化.它主要是以大規(guī)模的可編程邏輯器件為設(shè)計(jì)載體，以硬件描述性語言為邏輯描述的主要表達(dá)方式之一，并在實(shí)際應(yīng)用中以計(jì)算機(jī)、大規(guī)模的可編程器件的開發(fā)工具軟件以及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，以此來自動的完成用軟件方式描述的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的編譯、化簡、分割、綜合及優(yōu)化、布局布線和仿真等一系列的操作流程，直至完成對特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒亩鄬W(xué)科融合的新技術(shù).但就當(dāng)前的發(fā)展而言，在我國應(yīng)用最多的EAD技術(shù)軟件大多只是Protel、Quartus、Multisim、EWB以及Max-Plus等，雖然它們的實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)都大同小異，但是細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，它們之間還是有不一樣的地方出現(xiàn).例如：Quartus主要的操作功能就是為了更快、更好的便于完善數(shù)據(jù)系統(tǒng)的研發(fā)；Multisim則是在具體的組合邏輯電路設(shè)計(jì)方面占有優(yōu)勢.因此，在實(shí)際的應(yīng)用中.應(yīng)該結(jié)合具體的情況來合理的選擇應(yīng)用技術(shù).

2 EDA技術(shù)在數(shù)學(xué)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的流程分析

2.1 電路特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)

電子產(chǎn)品自身的元器件就有最佳的容差，并且外部的環(huán)境溫度是促使電路安全運(yùn)行的重要保證.但是在傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方法中，很難對元器件的容差以及外部的工作環(huán)境溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的系統(tǒng)分析，因此所設(shè)計(jì)出的方案也就無法達(dá)到最佳效果.而在應(yīng)用EAD技術(shù)中，可以運(yùn)用溫度分析功能以及統(tǒng)計(jì)分析功能來有效的解決這些問題.在具體的實(shí)踐操作中，由于二者自身的功能可以準(zhǔn)確的計(jì)算出元器件的最佳參數(shù)、電路結(jié)構(gòu)以及與元器件相匹配的工作環(huán)境溫度，通過這樣的方式，不僅可以快速的優(yōu)化電子工程設(shè)計(jì)方案，還能有效的保障使用產(chǎn)品的質(zhì)量.

2.2 設(shè)計(jì)輸入

在傳統(tǒng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中，一般的教學(xué)流程包括硬件、搭試、調(diào)試以及焊接等，在模擬環(huán)境下所出現(xiàn)的問題，都影響著實(shí)際教學(xué)的效果.因此，針對這一現(xiàn)象，教師們要在實(shí)踐教學(xué)中為學(xué)生們營造出良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，要求教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中積極地構(gòu)建出EDA技術(shù)虛擬電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，并結(jié)合著實(shí)驗(yàn)的具體環(huán)節(jié)和應(yīng)用項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)教學(xué)活動時，建立一個以VHDL形式的文本和原理圖文本，將其輸入模式發(fā)送到虛擬電子實(shí)驗(yàn)平臺上，及時的利用EDA技術(shù)軟件系統(tǒng)對VHDL文本的形式進(jìn)行綜合處理，并在具體的操作中將邏輯極線路圖換作為門級電路形式.在一系列的轉(zhuǎn)換后，最終通過時序分析文件以及網(wǎng)表信息文件等方式展現(xiàn)出來，進(jìn)而便于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的研究中能夠進(jìn)行系統(tǒng)化的分析，提升電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)成效[1].

2.3 各模塊構(gòu)建的分析

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺上的實(shí)驗(yàn)仿真功效主要包含了項(xiàng)目信息采集、項(xiàng)目基礎(chǔ)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理以及虛擬實(shí)驗(yàn)四大部分.通過電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)技術(shù)要求，要讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作前，進(jìn)行基礎(chǔ)知識的儲備學(xué)習(xí)，在上機(jī)操作演練前，結(jié)合實(shí)驗(yàn)的具體要求，選擇合適的EDA技術(shù)應(yīng)用軟件工具，進(jìn)而對在實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出的圖表、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、程序代碼以及仿真曲線等進(jìn)行相應(yīng)的分析和匯總，完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，及時的將匯總信息上傳至服務(wù)器，便于日后的查詢.另外，在基礎(chǔ)學(xué)習(xí)任務(wù)中，其實(shí)驗(yàn)教程主要包含了信息軟件程序語言學(xué)習(xí)、EDA技術(shù)普及與運(yùn)用、實(shí)驗(yàn)理論知識的基礎(chǔ)掌握、實(shí)驗(yàn)儀器操作的說明等課程內(nèi)容.在實(shí)際的教學(xué)中，通常用到的EDA技術(shù)應(yīng)用模塊分析如圖1所示.其結(jié)構(gòu)性較為嚴(yán)謹(jǐn)，在實(shí)際的應(yīng)用中能夠提高此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用效率.值得一提的是在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常使用的EDA技術(shù)工具包括以下幾個：QuarhzsII、Matlab、Prote1等，而在電子實(shí)驗(yàn)中課程教學(xué)中采用最多的編程語言是VHDL語言.除此之外通過其內(nèi)部的局域網(wǎng)絡(luò)還能夠下載關(guān)鍵的系統(tǒng)技術(shù)，能夠在學(xué)習(xí)中為學(xué)生們理清設(shè)計(jì)思路，在運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行實(shí)際的數(shù)字實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)案例時，有利于學(xué)生們深入地了解電子系統(tǒng)知識，在很大的程度上能夠提升其設(shè)計(jì)能力.

圖1 EAD教學(xué)各模塊構(gòu)建圖

2.4 綜合分析

綜合分析主要是通過利用EDA技術(shù)軟件對電子實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)出綜合器環(huán)境，與VHDL技術(shù)應(yīng)用軟件有著緊密的聯(lián)系.EDA技術(shù)軟件以及相應(yīng)的硬件電路對于實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)化具有著重要的實(shí)踐意義.基于上述的流程概述，能夠在有效的完成源文件的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的綜合分析.這主要是因?yàn)镋DA技術(shù)在不斷地應(yīng)用過程中，需要對大量FPGA工藝上的系統(tǒng)產(chǎn)品做出分析與判斷.因此，綜合分析后所產(chǎn)生出的結(jié)果會與系統(tǒng)硬件之間有著密切的關(guān)聯(lián).在運(yùn)用EDA技術(shù)進(jìn)行分析應(yīng)用時，能夠在運(yùn)行期間促使邏輯優(yōu)化的形成，以此來產(chǎn)生出相應(yīng)的有實(shí)際關(guān)聯(lián)的網(wǎng)表信息文件[2].

2.5 適配以及布線布局的分析

在進(jìn)行完綜合分析環(huán)節(jié)后，通過應(yīng)用CPLD布線適配器將綜合后的網(wǎng)表信息文件對某一具體的實(shí)驗(yàn)器件進(jìn)行專業(yè)的邏輯映射操作，在進(jìn)行文本以及圖形編輯器時可通過仿真技術(shù)以及VHDL綜合器對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化和分析，以能夠形成詳細(xì)、利用率較高的圖表文件，便于后期工作和教學(xué).其具體操作內(nèi)容主要涉及到邏輯分割、優(yōu)化、布線布局等流程，并針對流程步驟進(jìn)行相應(yīng)的適配工作，在適配完畢后，則會立即出現(xiàn)時序仿真時用到的下載表格和網(wǎng)表信息文件.CPLD布線適配器的適配布線布局如圖2所示.

圖2 CPLD布線適配器的適配布線布局圖

2.6 仿真技術(shù)

在上述所有流程工序完成后，進(jìn)行下一步的編程下載環(huán)節(jié)，此過程是電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中較為重要的一部分，在具體操作中需注意以下內(nèi)容：利用EDA技術(shù)軟件工具對在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中適配生成后的結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的信息檢測，也就是俗稱的仿真工作.這一實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是進(jìn)行EDA設(shè)計(jì)的一道重要的設(shè)計(jì)工序，在具體的EDA設(shè)計(jì)中，其時序和功能門級仿真技術(shù)一般是通過EDA技術(shù)軟件應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)的，它主要實(shí)現(xiàn)了仿真測試的兩種功能，一種是功能仿真，一種是時序仿真[3].仿真技術(shù)的具體應(yīng)用如圖3所示：

圖3 EDA仿真技術(shù)應(yīng)用圖

由圖3,可以對功能仿真和時序仿真進(jìn)行分析.其一，功能仿真，也就是在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中具體的用來描述設(shè)計(jì)當(dāng)中邏輯相關(guān)功能的仿真，通過這種描述能展現(xiàn)出更為清晰的系統(tǒng)最終功能，辨別出是否與設(shè)計(jì)方案相一致，但在具體的實(shí)踐中，存在著一些弊端，就是在實(shí)驗(yàn)仿真的過程中，并沒有結(jié)合實(shí)驗(yàn)器件的具體特性，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)一些錯誤的仿真結(jié)論，影響實(shí)驗(yàn)效果.其二，時序仿真就是在適配任務(wù)結(jié)束后所產(chǎn)生的網(wǎng)表信息文件展開的仿真.這種仿真會在一定條件下實(shí)現(xiàn)仿真模擬測試，在實(shí)際的測試運(yùn)行中還會與真實(shí)的電子實(shí)驗(yàn)器件在運(yùn)行模式下的特性相匹配.時序仿真在具體的實(shí)踐中充分的結(jié)合了電子實(shí)驗(yàn)器件自身的獨(dú)具特性，因此其仿真效果達(dá)到了較高的精準(zhǔn)度.

3 結(jié)束語

綜上所述，EDA技術(shù)在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究中有著十分重要的影響，在具體的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用EDA技術(shù)，結(jié)合其自身的特點(diǎn)，將其合理的對數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬，并根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)情況，營造一個數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)虛擬平臺，這不僅為電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)開創(chuàng)出具有較高實(shí)踐性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，同時也是電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降囊环N創(chuàng)新.并且在數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用EDA技術(shù)，能夠在實(shí)驗(yàn)中為學(xué)生直觀的呈現(xiàn)出傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，使學(xué)生快速的將新技術(shù)、新方法上升到實(shí)驗(yàn)階段，增強(qiáng)學(xué)生知識的掌握度以及實(shí)踐創(chuàng)新能力，從而全面提升電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)質(zhì)量.

[1]孫艷敏，賈曉靜，朱衛(wèi)東，周長林．EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J]．電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2013(32).

[2]李玉華.EDA技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合的探討[J].長春師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,12(23):330-332.

[3]劉文霞.EDA技術(shù)在數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].宜春學(xué)院學(xué)報(bào),2014,02(03):245-246.

[4]許佩博.研究EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用效果[J].電子技術(shù)與軟件工程,2015,09:120 [5]韋凡捷.EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)踐[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2015,09:219.

The Application of EDA Technology in the Digital Electronic Technology Experiment

LIAO Hui-hui

(Electronics Department, Anhui Technical College of Industry and Economy, Hefei Anhui 230051, China)

With the continuous development of China’s electronic information technology, electronic technology, computer application technology, EDA，CAM and other information technology has gradually got more mature in practice and especially, EDA technology based on its own advantages has been widely used in various fields. The traditional experimental teaching of digital electronic technology is no longer applicable to the development of the information era nowadays, and researches on electronic technology experiment using EDA technology can not only simulate the circuit, but also avoid time and equipment limitations in the experimental operations. Therefore, this paper mainly studies the design framework and the specific application effect of the EDA technology in electronic technology experiments.

EDA technology; digital electronic technology experiment; application effect

1673-2103(2017)02-0103-04

2016-11-07

安徽省2014年高等學(xué)校省級質(zhì)量工程教學(xué)研究項(xiàng)目(2014jyxm560)

廖慧惠(1983-)，女，安徽安慶人，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)，電子電路.

TN79-4;G712

A