《EDA课程设计任意波形发生器》

1、eda课程设计任意波形发生器目录 第一章eda技术概述 1 1. 1 eda技术 的发展2 1.2 eda技术的基本设计方法3电路级设计3系统级设计4 ?数 字系统设计模型及基本步骤6 1.3数字系统设计 8数字系统设计概要8 统的设计模型8数字系统的设计步骤9第二章任意波形产生器11 2.1任意波形信号发生器的概述：11 2. 2发展趋势应用12 2.3任意波形产生 器构成13第三章任意波形产生器的设计14 3. 1设计的意义14 3.2设计步 骤及程序15心得体会19参考引脚配置 20附录：下载板与主板主要器件连接关系22第一章eda技术概述eda是电子设计自动化（electronicde

2、sign automation）缩写，是90年代初从cad （计算机辅助设计）、cam （计算机辅助制造）、cat （计算机辅助测试）和cae （计算机辅助工程）的概念发展而来的。eda技术是以计算机为工具，根据硬件描述语言hdl （ hardwaredescription language）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、仿真以及对于特定目标芯片的适配编译和编程下载等工 作。典型的eda工具中必须包含两个特殊的软件包，即综合器和适配器。综合器 的功能就是将设计者在eda平台上完成的针对某个系统项目的iidl、原理图或状 态图形描述，针对给定的硬件系统组

3、件，进行编译、优化、转换和综合，最终获 得我们欲实现功能的描述文件。综合器在工作前，必须给定所要实现的便件结构 参数，它的功能就是将软件描述与给定的硬件结构用一定的方式联系起来。也就 是说，综合器是软件描述与硬件实现的一座桥梁。综合过程就是将电路的高级语 言描述转换低级的、可与冃标器件fpga/cpld相映射的网表文件。eda技术的发 展回顾近30年电子设计技术的发展历程，可将eda技术分为三个阶段。1七 十年代为cad阶段，这一阶段人们开始用计算机辅助进行ic版图编辑和pcb布局布线，取代了手工操作，产生了计算机辅助设计的概念。2八十年代为cae 阶段，与cad相比，除了纯粹的图形绘制功能外

4、，又增加了电路功能设计和结 构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，以实现工程设计，这就是 计算机辅助工程的概念。cae的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分 析，自动布局布线，pcb后分析。3九十年代为esda阶段。尽管cad/cae技 术取得了巨大的成功，但并没有把人从繁重的设计工作中彻底解放出来。在整 个设计过程中，自动化和智能化程度还不高，各种eda软件界面千差万别，学 习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接。基于以上不足，人 们开始追求贯彻整个设计过程的自动化，这就是esda即电子系统设计自动化。 从目前的eda技术來看，其发展趋势是政府重视、使用普及、应用

5、文泛、工具多 样、软件功能强大。？在£。八软件开发方面，目前主要集中在美国。但各国也正 在努力开发相应的工具。日本、韩国都有astc设计工具，但不对外开放。中国 华大集成电路设计中心，也提供ic设计软件，但性能不是很强。相信在不久的 将来会有更多更好的设计工具有各地开花并结果。据最新统计显示，中国和印度 正在成为电子设计自动化领域发展最快的两个市场，年复合增长率分别达到了 50%和30%。？eda技术发展迅猛，完全可以用日新刀异来描述。eda技术的应用 广泛，现在已涉及到各行各业。eda水平不断提高，设计工具趋于完美的地步。 eda市场h趋成熟，但我国的研发水平沿很有限，需迎头赶上。

6、eda技术的基本 设计方法eda技术的每一次进步、都引起了设计层次上的一个飞跃，可以用图1说明。物理级设计主要指ic版图设计，一般由半导体厂家完成，对电手 工程师并没有太大的意义，因此本文重点介绍电路级设计和系统级设计。1电路 级设计？电路级设计工作流程如图2所示，电子工程师接受系统设计任务后， 首先确定设计方案，同时要选择能实现该方案的合适元器件，然后根据具体的 元器件设计电路原理图。接着进行第一次仿真，包括数字电路的逻辑模拟、故障 分析、模拟电路的交直流分析、瞬态分析。系统在进行仿真时，必须要有元件模 型库的支持，计算机上模拟的输入输出波形代替了实际电路调试中的信号源和 示波器。这一次仿真

7、主要是检验设计方案在功能方面的正确性。仿真通过后， 根据原理图产生的电气连接网络表进行pcb板的自动布局布线。在制作pcb板 之前还可以进行后分析，包括热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析、可靠性 分析等，并且可以将分析后的结果参数反标回电路图，进行第二次仿真，也称为 后仿真，这一次仿真主要是检 验pcb板在实际工作环境中的可行性。 由此可 见，电路级的eda技术使电子工程师在实际的电子系统产生z前，就可以全面地 了解系统的功能特性和物理特性，从而将开发过程中出现的缺陷消灭在设计阶 段，不仅缩短了开发时间，也降低了开发成本。2系统级设计？进入90年代以 来，电子信息类产品的开发出现了两个明显的

8、特点：一是产品的复杂程度加深, 二是产品的上市时限紧迫。然而电路级设计木质上是基于门级描述的单层次设 计，设计的所有工作（包括设计输入，仿真和分析，设计修改等）都是在基本逻 辑门这一层次上进行的，显然这种设计方法不能适应新的形势，为此引入了一 种高层次的电子设计方法，也称为系统级的设计方法。？高层次设计是一种 概念驱动式设计，设计人员无须通过门级原理图描述电路，而是针对设计目标 进行功能描述，由于摆脱了电路细节的束缚，设计人员可以把精力集中于创造性 的概念构思与方案上，一旦这些概念构思以高层次描述的形式输入计算机后，eda 系统就能以规则驱动的方式自动完成整个设计。这样，新的概念得以迅速有效的

9、成为产品，大大缩短了产品的研制周期。不仅如此，高层次设计只是定义系统的行为特性，可以不涉及实现工艺，在厂家综合库的支持下，利用综合优化 工具可以将高层次描述转换成针对某种工艺优化的网表，工艺转化变得轻松容 易。具体的设计流程见图3。?高层次设计步骤如下：第一步：按照自顶向 下的设计方法进行系统划分。第二步：输入vhdl代码，这是高层次设计中最 为普遍的输入方式。此外，还可以采用图形输入方式（框图，状态图等），这种 输入方式具有直观、容易理解的优点。第三步：将以上的设计输入编译成标准的 vhdl文件。对于大型设计，还要进行代码级的功能仿真，主要是检验系统功能 设计的正确性，因为对于大型设计，综合

10、、适配要花费数小时，在综合前对源 代码仿真，就可以大大减少设计重复的次数和时间，一般情况下，可略去这一仿 真步骤。第四步：利用综合器对viidl源代码进行综合优化处理，生成门级描述 的网表文件,这是将高层次描述转化为硬件电路的关键步骤。综合优化是针对 astc芯片供应商的某一产品系列进行的，所以综合的过程要在相应的厂家综合 库支持下才能完成。综合后，可利用产生的网表文件进行适配前的时序仿真，仿 真过程不 涉及具体器件的硬件特性，较为粗略。一般设计，这一仿真步骤也可 略去。第五步：利用适配器将综合后的网表文件针对某一具体的fi标器件进行逻 辑映射操作，包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化和布局布

11、线。适配完成 后，产生多项设计结果：适配报告，包括芯片内部资源利用情况，设计的布 尔方程描述情况等；适配后的仿真模型；器件编程文件。根据适配后的仿 真模型，可以进行适配后的时序仿真，因为己经得到器件的实际硬件特性（如时 延特性），所以仿真结果能比较精确地预期未來芯片的实际性能。如果仿真结果达不到设计要求，就需要修改vhdl源代码或选择不同速度品质的器件，直至满足设计要求。第六步：将适配器产生的器件编程文件通过编程器或下载电缆载入 到目标芯片fpga或cpld中。如果是大批量产品开发，通过更换相应的厂家综 合库，可以很容易转由asic形式实现。？数字系统设计模型及基本步骤数字 系统是指由若干数字

12、电路和逻辑部件构成的能够处理或传送、存储数字信息的设 备数字系统通常可以分为三个部分，即系统接口、数据处理器和控制器。其中， 系统接口是完成将物理量转化为数字量或将数字量转化为物理量的功能部件。例 如键盘、打印机接口即是系统接口；数据处理器的逻辑功能可分解为若干个子处 理单元，通常称为子系统，例如译码器、运算器等都可作为一个子系统；控制器 接收外部输入信号，以及数据处理器反馈的信号，管理各个子系统的局部及整个 系统按规定顺序工作。一般情况下，系统接口、数据处理器由组合电路时序电路 构成；控制器由同步时序电路构成。数字系统结构框图如图4所示。图4数字 系统结构框图其中：？控制器部分：是数字电子系统的核心部分。它由记录当 前逻辑状态的吋序电路和进行逻辑运算的组合电路组成。根据控制器的外部输入 信号、执行部分送回的反馈信号以及控制部分的当前状态控制逻辑运算的进程， 并向执行部分和系统外部发送控制命令。？数据处理器部分：由组合电路和时序 电路组成。它接受控制命令，执行相应的动作。同时，还要将自身的状态反馈给 摔制部分。逻辑功能可分解为若干个子处理单元，通常称为子系统，例如译码器、 运算器等都可作为