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        淺析數(shù)字電子技術(shù)實驗中的EDA技術(shù)

        2018-04-15 18:27:23南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
        電子世界 2018年7期
        關(guān)鍵詞:數(shù)碼管蜂鳴器現(xiàn)實

        南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 趙 洧

        1.前言

        EDA技術(shù)以電腦中的前沿技術(shù)為強(qiáng)大基礎(chǔ),對數(shù)字電子技術(shù)實驗的實施起著提高和促進(jìn)的作用,實驗技術(shù)人員及用戶應(yīng)在實驗項目實施中重點(diǎn)發(fā)展基于EDA的虛擬平臺,并以此為契機(jī)使用戶和學(xué)員在接近現(xiàn)實的情形下,理解并更加自如的運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)。本文將從現(xiàn)實實驗入手,具體解釋EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實驗中的強(qiáng)大作用,并為今后同類實驗項目中EDA技術(shù)的應(yīng)用給予借鑒與技術(shù)支持。

        2.EDA技術(shù)實驗的大體結(jié)構(gòu)

        以EDA目前發(fā)展的情形來看,其在技術(shù)實驗方面的結(jié)構(gòu)大體包括三個方面:首先,實驗建立在EDA技術(shù)之上,就應(yīng)該選擇符合實際的相應(yīng)的編程語言,且應(yīng)以接近現(xiàn)實為目的,建立一個接近現(xiàn)實環(huán)境的平臺;其次,在EDA技術(shù)實驗的大體結(jié)構(gòu)的建立中,特別要將重點(diǎn)放在對最終數(shù)據(jù)的詳細(xì)加工分析、有用數(shù)據(jù)的甄選等方面,達(dá)到技術(shù)實驗的目的,而且使得用戶與學(xué)員能將圖表、實驗數(shù)據(jù)、仿真曲線等相應(yīng)知識點(diǎn)歸納總結(jié)。除了以上的關(guān)注點(diǎn)外,EDA技術(shù)實驗的大體結(jié)構(gòu)建立當(dāng)中的信息共享尤其重要,所以重心應(yīng)放在連接實驗平臺、服務(wù)器,使得能夠在實驗過程中快速獲得實驗數(shù)據(jù);最后,EDA技術(shù)實驗的大體結(jié)構(gòu)建立中可以應(yīng)用VHDL等編程語言,達(dá)到該平臺虛擬現(xiàn)實的要求。

        3.EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實驗設(shè)計中的應(yīng)用

        3.1 以往數(shù)據(jù)的交互、處理

        以往數(shù)字電子技術(shù)實驗項目操作中的硬件→搭試→調(diào)試→焊接模擬不形象且環(huán)境不友好,使項目總體實驗水平下降,為了達(dá)到環(huán)境友好,形象生動,易于操作,在項目實施中需要著力構(gòu)架基于EDA技術(shù)的模擬現(xiàn)實的環(huán)境,把項目實施的以往數(shù)據(jù)代碼,以VHDL文本、原理圖文本的形式交互進(jìn)入模擬現(xiàn)實的環(huán)境,以EDA程序體系為工具,將導(dǎo)入的VHDL文本做深入加工,把理論范疇的Logic circuit diagram進(jìn)化為gated circuit,表現(xiàn)為遵循特定而簡單的標(biāo)記語法的文本、不同時間的數(shù)據(jù)分析主要是預(yù)測的方法文本,使得用戶與學(xué)員以此類最終形式為出發(fā)點(diǎn),對項目實施結(jié)果歸納總結(jié)并找到結(jié)論,且在該過程中同步達(dá)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(gòu)件的模擬現(xiàn)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(guān)注的重點(diǎn)放在該類過程控制中,模擬真實的工作環(huán)境,這就要求按工序進(jìn)行模擬現(xiàn)實的實施過程中,要關(guān)注部署JAM、JEDEC等類型的下載文件,使得電路中各元件之間達(dá)到和諧統(tǒng)一,達(dá)到模擬現(xiàn)實環(huán)境的要求。

        3.3 仿真

        EDA技術(shù)借助其在具體技術(shù)實驗中的應(yīng)用,使得整個電子技術(shù)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(shù)據(jù),對實驗中各變化參數(shù)對項目的影響進(jìn)行分析處理,以達(dá)到歸納總結(jié)各類知識點(diǎn)的作用。同時由于模擬的環(huán)境非常接近現(xiàn)實,可以達(dá)到沉浸式的效果,依據(jù)總結(jié)的知識點(diǎn),促進(jìn)效率、提高水平。另外,仿真實驗平臺的建構(gòu)亦增設(shè)了項目發(fā)布、故障處理、系統(tǒng)注冊等功能,對于整個系統(tǒng)的運(yùn)作,給予很大補(bǔ)充。

        4.EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實驗中應(yīng)用的實例分析

        國際上傳統(tǒng)應(yīng)用的EDA數(shù)字電子技術(shù)實驗室,其構(gòu)成主要有:①Discrete element testbox;②EDA Experiment box(EEB)。此類構(gòu)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(jié)果的生成,二要適于現(xiàn)實應(yīng)用。EDA對于數(shù)字電子技術(shù)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(chǔ)而自行研制的FPGA運(yùn)行系統(tǒng),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(shù)碼管顯示、蜂鳴器、VGA接口等一系列程序,使其有利于系統(tǒng)技術(shù)人員、學(xué)員與用戶熟練應(yīng)用FPGA系統(tǒng)的。

        4.1 用戶目標(biāo)研究

        EEB的組成力求簡潔,應(yīng)改進(jìn)成為更直觀的類型、以節(jié)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(lián)系與按邏輯關(guān)系執(zhí)行的工序;在感官上一定要給于參與者足夠的刺激,如將結(jié)果或變化規(guī)律以聲光的形式來表現(xiàn)。

        4.2 實驗箱設(shè)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(shù)據(jù),增加了許多人機(jī)對話的路徑,提高了系統(tǒng)的可互動性。FPGA互動性傳感器接口有:聲、光、溫度、母機(jī),硬件由以下部分組成:22盞LED燈、22枚按鍵、14個八段數(shù)碼管、蜂鳴器、VGA接口、串口、溫度傳感器。

        4.3 JL34R96中央母板的結(jié)構(gòu)

        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(jīng)過變壓裝置SMS6364,最終其內(nèi)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(nèi)存為1G。驅(qū)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(shù)碼管電路

        數(shù)碼管電路,由8個數(shù)碼管構(gòu)成。其中10個段選和6個位選引腳連接到FPGA的I/O引腳。應(yīng)用MOM型三極管驅(qū)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(shè)計與發(fā)聲

        蜂鳴器兩端分別連接4.2V的電源與MOM型三極管管腳驅(qū)動,在FPGA以方波發(fā)信號給蜂鳴器,令蜂鳴器發(fā)聲。

        4.5 平臺架構(gòu)

        以EDA為基礎(chǔ)的數(shù)字電子技術(shù)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(fā)型實驗;(3)技術(shù)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(dān)設(shè)計與現(xiàn)實能力驗證的工作。本例中用賽門鐵克公司進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、驗證。重點(diǎn)應(yīng)放在它與現(xiàn)實的結(jié)合嚴(yán)密程度和該軟件與其他軟件在項目上的協(xié)同工作。數(shù)字電子原理主要包括組合電路設(shè)計、時序電路設(shè)計、存儲器設(shè)計等部分知識點(diǎn)。開發(fā)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(shè)備,并在實驗過程中隨各類實驗參數(shù)的變化而產(chǎn)生效果。例如跑馬燈就是用計數(shù)器的原理,在燈的快慢節(jié)奏上呈現(xiàn)效果;數(shù)碼管上面的動態(tài)變化,使用戶可以動態(tài)控制數(shù)碼管;蜂鳴器實驗使用戶能通過電路的控制使設(shè)備發(fā)聲。

        5.EDA技術(shù)為數(shù)字電子技術(shù)實驗帶來的應(yīng)用價值

        EDA技術(shù)為數(shù)字電子技術(shù)實驗帶來的應(yīng)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(nèi)涵、甚至應(yīng)用完整表達(dá),從用戶的感官上提高對該實驗系統(tǒng)的認(rèn)知與掌握程度;其次,隨著軟件系統(tǒng)的不斷升級,使用戶與學(xué)員利用該類沉浸式模擬現(xiàn)實環(huán)境,不斷加強(qiáng)其自身能力,同時提升興趣,形成良性循環(huán)。

        6.結(jié)語

        經(jīng)過以上闡述,以往模式在數(shù)字電子技術(shù)實驗中由于落后性與低效性,正逐步被以EDA技術(shù)為核心的數(shù)字電子技術(shù)實驗所取代,為了提升系統(tǒng)質(zhì)量、為了提高學(xué)習(xí)效率、達(dá)到學(xué)員與用戶的需求,必須要熟悉和掌握該技術(shù),熟練使用EDA技術(shù)創(chuàng)建平臺,從理論與實際上充分了解EDA技術(shù)的重要性,并在今后的工作中主動應(yīng)用,使其發(fā)揮更好的效果。

        [1]劉江海.EDA技術(shù)[M].華中科技大學(xué)出版社,2013.

        [2]許小軍.?dāng)?shù)字電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計指導(dǎo)(第2版)(新世紀(jì)電工電子實驗系列[M].東南大學(xué)出版社,2014.

        [3]袁小平.?dāng)?shù)字電子技術(shù)實驗教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

        [4]符繼征.淺析EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實驗中的應(yīng)用[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2016,32(8)∶41-42.

        [5]張曉燕,李洋.EDA技術(shù)在電子技術(shù)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理,2010(11)∶334-336.

        [6]王彩鳳,胡波,李衛(wèi)兵,杜玉杰.EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實驗中的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2011,9(1)∶4-6.

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