双时间选择控制器的EDA的设计与实现.doc

eda技术应用论文题目:双时间选择控制器的eda的设计与实现学院：河南大学民学院专业：2012级通信工程姓名：学号：摘要：本文介绍了dea的发展及基本特点，通过在数字电子技术中的应用，介绍了vhdl语言设计数字电路的方法以及vhdl语言在数字电路设计中的优点，总结出了eda技术的优势与发展趋势。关键字：eda技术；vhdl；前言随着电子系统设计复杂程度的不断增加, 仅靠手工进行电子系统的设计已经无法满足要求, 迫切需要更高级、更快速和更有效的电子设计自动化eda工具。 eda 是电子设计自动化的简称eda技术就是以计算机为工具,在eda软件平台上, 根据硬件描述语言hdl，完成的设计文件,自动地完成逻辑编译,化简,分割,综合及优化,布局布线, 仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作，最终形成积成电子系统或集成芯片的一种新技术。一、eda的发展阶段eda技术伴随着计算机、集成电路和电子系统设计的发展, 经历了三个发展阶段, 各阶 段时间及特点见表1 所示表1.eda的发展趋势二、eda系统的组成eda系统的组成可以用以下公式来描述,框架结构+各种cad工具+模型库+算法+硬件支撑环境光，其系统框图如图1所示。图1.eda系统组成框图eda 代表了当今电子设计技术的最新发展方向, 即利用eda 工具, 电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统, 大量工作可以通过计算机完成, 并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出ic 版图或pcb 版图的整个过程在计算机上自动处理完成。设计者采用的设计方法是一种高层次的自上而下的全新设计方法, 即首先从系统设计入手, 在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述, 在系统一级进行驶证; 然后用综合优化工具生成具体门电路的网络表, 其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。设计者的工作仅限于利用软件的方式, 即利用硬件描述语言和eda 软件来完成对系统硬件功能的实现。随着设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的, 这既有利于早期发现结构设计上的错误, 避免设计工作的浪费, 又减少了逻辑功能仿真的工作量, 提高了设计的一次性成功率。随着现代电子产品的复杂度和集成度的日益提高, 一般的中小规模集成电路组合已不能满足要求, 电路设计逐步地从中小规模芯片转为大规模、超大规模芯片, 具有高速度、高集成度、低功耗的可编程器件已蓬勃发展起来。三、eda技术应用实例1.双时间选择控制器的功能此控制器具有2种时间控制功能，120 min控制和30 rain控制，他们是由输入选择信号控制选择的，当选定时间(假设选定30 min)后，由3个7段数码管显示选定的时间(此处为“030”)，当有启动信号输入时，开始时间控制，当时间运行到30 min时，数码管显示“000”，同时继电器控制电路断开，设备停止运行。2.双时间选择控制器的设计经分析，此控制器由计数模块，7段数码管的译码模块，7段数码管选择、扫描输出功能模块以及分钟脉冲产生模块组成。分别设计如下：（1） 计数模块的设计以由1o位的7段数码管显示的具有复位、置数功能的十进制减计数计数器为例，用vhdl语言实现，程序如下：library ieee； use ieeestdlogic-1 1 64all； use ieeestdlogicarithall；use ieeestdlogicunsignedall； entity counter 10-2 isport( elk，s，set：in stdlogic；bin：out stdl0gic_vector(3 downto o)； bo：out stdl0gic)；end counter10_2； architecture a of counter 1 o一2 is signal q：stdl0gic_vect0r(3 downto o)； begin process (clk，set)begin if set= 1 then q =”0010”； elsif(clk event and clk= 1 )then if q=”0000”then q =”1001”； else q =q-1； end if； end if；end process ： bo =q(3)and q(o)； bin =q when s= 1 else “0000” end a其时序仿真图如图2图2.时序仿真图（2）7段数码管的译码模块设计其vldh程序如下sevenseg：block begin gfedcba seg = ”0111111”w hen bin=0 else “000011o”w hen bin=1 else ”1ol1oll”w hen bin=2 else “1001111”w hen bin=3 else ”ll0011o w hen bin= 4 else ”1101101”w hen bin=5 else ”ll11101 w hen bin=6 else ”00001ll”w hen bin =7 else ”ll11l11”w hen bin=8 else “1101l11 w hen bin=9 else “0000000”： end block sevenseg：（3）7段数码管的选择、扫描输出功能模块sel 一 l10 when (s=1)else”101”when (s=2 or s=8)elseol1 when(s=4 or s=16)else“000”： process(clr，s)beginif (clr=1 )then bin =”0000”；elseif(s=1)then bin =dbg；elsif(s一2)then bin = dbs0；elsif(s= 4)then bin =dbbo；elsif(s= 8)then bin =dbs1；elsebin = 0000end if； end if；end process；（4）4分段脉冲产生模块其vhdl程序如下: minutegenerator：block signal q ：stdlogicvector(32 d0wnto o)； signal dly ：stdlogic； begin process(clk，clr) begin if(clr=1)then q =0； elsif(clk event and clk= 1 )then if(n=1 )then dly =q(27)； q =q+ 1； end if； end if； end process ； minute =q(27)and not dly； s1 =q(15 d0wnto 13)； end block minutegenerator：将以上4个组成部分综合，成为完整的双时间选择控制器，器件设置如下:library ieee： use ieeestdlogic-1164all： use ieeestdlogicarithall； use ieeestdlogicunsignedall； entity control is port( clk：in stdlogic； clr：in stdlogic； start：in stdlogic； enb：in stdlogicvector(3 downto o)；segout：out stdlogicvector(6 downto o)； selout：out stdlogicvector(2 downto o) )； end control其中，“clr”是控制器的复位输入信号，“clk”是控制器的时钟脉冲输入信号，“start”是控制器启动输入信号，“enb”是时间选择输入信号，“segout”是时间输出显示信号，即数码管输入信号，“selout”是数码管输出选择信号。图2为经过max+plus i编译后生成的双时间选择控制器的器件图。 从这个例子中，我们可以看出采用vhdl进行电路设计的优越性：有时无需写出电路完整的真值表即可编写程序，使分析过程更为简化；可直接得到电路的最终实现电路图，能够实现设计自动化；使用vhdl进行实现，不需写出逻辑函数，也不须对逻辑函数进行化简，加快了电路设计的速度。四、eda设计中vhdl语言的优点主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，v h d l 的语言形式和描述风格与句法十分类似于一般的计算机高级语言。vhdl的程序结构特点是将一项设计实体（可以是一个元件、一个电路模块或一个系统）分成外部和内部两个基本点部分，其中外部为可见部分，即系统的端口；内部则是不可视部分，即设计实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其它的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是vhdl系统设计的基本点。应用vhdl进行工程设计具有以下优点: （1）在系统设计早期容易发现设计中存在的问题， 提高了设计的一次成功率，缩短了系统设计的周期。 （2）通用性好，支持面广。它采用工业通用标准，目前大多数eda工具都支持vhdl语言。 （3）vhdl具有较强的系统硬件描述能力，vhdl具有多层次描述系统硬件功能的能力，其描述对象可从系统的数学模型直到门级电路。 （4）vhdl语言可与工艺无关编程。在用vhdl语言设计系统硬件时，没有嵌入与工艺有关的信息。当门级或门级以上层次的描述通过仿真检验以后，再用相应的工具将设计映射成不同的工艺。这样，在工艺更新时，就无须修改原设计程序，只要改变相应的映射工具。 （5）重用性好。vhdl的描述与具体工艺无关，其设计模块便于在不同设计场合重复使用。 vhdl的抽象描述电子实体行为能力强的特点意味着人们可以利用它来较为迅速的得到对于电路与系统的正确描述。传统的逻辑电路设计，首先需要进行逻辑抽象，通过给定的因果关系列出逻辑真值表，将逻辑真值表转换为对应的逻辑函数，再将逻辑函数化简为适当的形式，最后再画出逻辑电路的连接图。这个过程比较繁琐。而应用vhdl语言进行设计，大部分工作可在计算机上完成，从而缩短系统开发时间，提高工作效率。五、eda技术的发展趋势eda 技术发展迅猛, 逐渐在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。进入21 世纪后，电子技术全方位纳入eda 领域，eda使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容，突出表现在以下几个方面: 使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能; 基于eda 工具的asic 设计标准单元已涵盖大规模电子系统及ip 核模块; 软硬件ip 核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得到进一步确认; soc( system-on-chip) 高效低成本设计技术的成熟。随着半导体技术、集成技术和计算机技术的迅猛发展, 电子系统的设计方法和设计手段都发生了很大的变化。 传统的固定功能集成块十连线的设计方法正逐步地