数字电子技术与EDA技术相结合的探讨
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摘 要:针对目前电子信息工程专业《数字电子技术》课程和《eda技术》课程相结合的研究比较少的现状,对两课程相结合的益处进行了探讨。通过介绍常用的EDA软件Max+Plus Ⅱ,结合例子,通过仿真分析得出EDA技术与数字电子技术相结合具有如下三点益处:实现硬件电路设计软件化,分析疑难电路现象,实现“开放”的数字电路实验室。通过将两课程相结合,可以使教师对理论知识的讲解更透彻,使学生有更多的机会设计并验证电路,对“教”与“学”都具有积极作用。
关键词:数字电子技术;EDA技术;结合;仿真
中图分类号:TP331.2文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)20-120-03
Discussion on Combination of Digital Electronic Technique and EDA Technique
CAO Lijie,LI Songsong
(Dalian Fisheries University,Dalian,116023,China)
Abstract:Because of research on the combination of "Digital Electronic Technique"and "EDA Technique" is shortage,advantages of the combination between them are mon EDA software Max+Plus Ⅱ is introduced,and advantages of the combination of digital electronic technique and EDA technique are analyzed with examples and simulation.From the analysis,it is clearly that the combination of two classes has advantages such as:realization of hardware design with software,analysis ofthe circuit condition,realization of the "open" digital circuit laboratory.Through the combination of two classes,teachers can explain the theory clearly,students have more chance to examine circuit.It has positive effect in teaching and learning.
Keywords:digital electronic technique;EDA technique;combination;simulation
在信息社会中,数字化是电子产业发展的必然趋势,因此在电子信息及相关专业的教学中也越来越看重数字技术,数字电子技术作为数字技术中一门极其重要的学科基础课在本科教学中很受重视。EDA(Electronic Design Automation)技术作为数字电子技术的延伸,已经引入到电子信息类本科教学中[1-3]。目前,单独针对数字电子技术课程和EDA课程的教学改革比较多,但是对于将两门课程结合起来有何优势的研究还有待教师探索[4-6]。因此,通过使用常用的EDA工具软件,结合实例,就数字电子技术与EDA技术相结合做一探讨。
1 常用EDA工具软件简介
常用的EDA软件有加拿大IIT公司推出的EWB(Electronics WorkBench),在EWB基础上形成的Multisim以及美国Altera公司开发的Max+Plus Ⅱ [7]。
目前,我校EDA实验室所使用的软件是美国Altera公司开发的Max+Plus Ⅱ,所以本文中的例子都是基于此平台进行的。
Max+Plus Ⅱ(Multiple Array and Programming Logic User System)具有Windows操作系统的程序界面,采用全菜单操作和鼠标操作方式,是一个方便、易学易用、功能全面的EDA工具。Max+Plus Ⅱ支持原理图、VHDL语言和Verilog语言文本文件,以及波形EDIF等格式化的文件作为设计输入[7]。使用Max+Plus Ⅱ进行电路设计的流程简单,经过设计输入、设计编译、设计仿真、下载即可完成。
2 数字电子技术与EDA技术相结合的几点益处
2.1 将数字电子技术中难以实现的硬件设计转换为软件设计
在传统的数字电子技术教学中,讲授组合逻辑电路设计时,首先分析设计要求,按照要求列出真值表;然后进行逻辑函数表达式的化简,得出表达形式最简的输出函数表达式,最后画出逻辑图。当输入变量比较少时,这种方法无疑是简单有效的,但是,当输入变量比较多时,这种方法就显得很吃力。下面以设计8位奇校验电路为例进行说明。
若采用传统的设计方案,首先需要画出8变量真值表,8变量真值表需要28行(即256行),这就非常麻烦,而逻辑函数的化简更是难上加难。如果借助Max+Plus Ⅱ软件,使用VHDL语句,按照8位奇校验逻辑功能,用软件方法来实现硬件设计。8位奇校验电路的VHDL程序如下所示[8]:
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity p_check is
port(a:in std_logic_vector (7 downto 0);
y:out std_logic);
end p_check;
architecture art of p_check is
begin
process(a)
variable tmp:std_logic;
begin
tmp:='1';
for i in 0 to 7 loop
tmp:=tmp xor a(i);
end loop;
y
end process;
end art;
其中:a表示8位输入信号;y表示奇校验输出,通过观察该程序可以发现,程序逻辑性强,简单易读。
对上述程序进行仿真,仿真波形如图1所示。
图1 8位奇校验电路仿真波形
通过观察可以看出,该仿真波形完全符合奇校验逻辑功能。在Max+Plus Ⅱ软件下进行综合,可以得到8位奇校验电路的逻辑符号,当其他的设计工作中需要用到8位奇校验功能时,可以直接调用此元器件,不必重新设计,简化了设计工作。
通过EDA技术实现数字电路设计,可以让学生尝试用软件代替硬件,实现硬件电路软件化。学生应用EDA技术除了可以实现小规模的电子电路设计,还可以通过对CPLD,FPGA编程,设计复杂的电路系统。
2.2 应用Max+Plus Ⅱ 分析电路现象
在日常生活中,数字电路随处可见,这就要求理论教学必须与实践教学相结合,达到理论联系实际的目的。但是通过总结学生的学习情况发现,学生并不能很好地将理论与实际联系起来,特别是当学生设计好电路进行实验时,经常出现与他们自己分析的理论结果不一致的现象。如果单纯的进行理论讲解,难以让学生理解清楚。如何把电路的工作过程形象地展示给学生,对于学生对电路现象的理解至关重要。