《电子设计自动化》PPT课件.ppt

1、第 10 章 电子设计自动化,第10章 电子设计自动化 第 1 节 概述 第 2 节ABELHDL语言 第 3 节 PAC-Designer 软件的使用 第 4 节 ispPAC器件与PAC-Designer的使用,第1节 概述,一、EDA技术的发展过程,EDA技术伴随着计算机、集成电路、电子系统设计 的发展，经历了三个发展阶段：,计算机辅助工程设计CAE （CAE: Computer Assist Engineering Design）,电子系统设计自动化ESDA （ESDA: Electronic System Design Automation）,计算机辅助设计CAD （CAD：Comp

2、uter Assist Design）,主要内容：, 大规模可编程逻辑器件； 硬件描述语言； 软件开发工具； 实验开发系统。,特点：硬件设计软件化；设计过程自动化； 可仿真； 在系统编程；设计效率高； 可实现片上系统。,二、EDA技术的特点与主要内容,三、 EDA的工程设计流程,第2节 ABEL-HDL语言,美国DATA I/O公司研制开发 层次结构的逻辑描述语言 用于可编程逻辑电路设计 支持多种输入形式： 逻辑方程 状态图 真值表,ABEL-HDL语言的基本元素和基本语法规则,合法的ASCII字符 数据 特殊常量 字符串 标识符 保留标识符(关键字) 注释,运算符 表达式 布尔方程 集合与集

3、合运算 块 实变量与哑变量 基本语法规则,ABEL-HDL语言设计文件ABEL-HDL源文件 设计的基本单位模块（一个模块或多个模块）层次结构组织： 顶层一个模块总体轮廓 低层模块子功能块 模块经过编译、优化、连接、模拟、器件适配等步骤，生成一个JEDEC格式的文件。最后将JEDEC文件下载到器件中，就完成了对器件的编程。,合法的ASCII字符,小写字母 az 大写字母 AZ 数字 09 进格 Tab 空格 space 其它字符 ! # $ % ? , . / 共96个,数据,数制名 基数 符号 举例 二进制 2 b b1011 八进制 8 o o13 十进制 10 d(缺省) d11(或11

4、) 十六进制 16 h hb 使用基数指示字RADIX改变缺省的数制 第五种数制 用字符串来表示，字母换成ASCII码 X a 等价于X H61 ；X abc 等价于X H616263,特殊常量,特殊常量符号 常量值功能说明 .C. 时钟输入(电平按低-高-低变化) .D. 时钟下降沿(电平按高-低变化) .F. 浮动输入或输出信号 .K. 时钟输入(电平按高-低-高变化) .P. 寄存器预置数 .SVn. N=2-9，驱动输入到超级电平2-9 .U. 时钟上升沿（电平按低-高变化） .X. 任意态 .Z. 高阻态,字符串,用单引号括起来的包括空格在内的ASCII码字符序列。 用于标题语句、模

5、块语句等场合。 若要在字符串中使用单引号“”或反斜线“”，则需在前面加一反斜线“”。如：“Its an example ”实际是“Its an example ”。,标识符 用来标识器件、管脚、节点、集合、输入和输出信号、常量、宏、变量等,1.标识符必须以字母或下划线开头。除第一个字符外，标识符可以包含大、小写字母，数字，波浪号（）和下划线（ ）。标识符最长不超过31个字符，否则显示出错。 2.标识符中字母有大小写之分，如：out, OUT, ouT为不同标识符。 3.标识符中不能使用空格，单词中的分隔需用下划线。,保留标识符(关键字),关键字不分大、小写，可以用大写、小写或混合字体输入。 在

6、ispEXPERT System中，用ABEL-HDL语言输入时，关键字会自动变成蓝色。 要特别注意关键词不能用来给器件、管脚、信号等命名，关键词用错场合将报错。,关 键 字 功 能 说 明 Interface 功能模块接口语句（低层） Interface 功能模块接口语句（顶层） Istype 属性说明语句 Library 库引用语句 Macro 宏说明语句 Module 模块开始语句 Node 节点说明语句 Options 控制选项定义语句 Pin 引脚说明语句 Property 特征说明语句,关 键 字 功 能 说 明 Async_reset 异步复位状态描述语句 Case-Endcas

7、e 条件选择语句 Cycle 周期关键字 Declarations 说明段关键字 Device 器件说明语句 End 模块结束语句 Equations 逻辑方程关键字 Functional_block 功能模块说明语句 Fuses 熔丝状态说明语句 Goto 无条件转移语句 If-Then-Else 条件转移语句（只能用在状态图输入）,关 键 字 功 能 说 明 State 状态说明语句 State_diagram 状态图关键字 State_register 状态寄存器说明语句 Sync_reset 同步复位状态描述语句 Test_vectors 测试向量 Title 标题语句 Trace 跟

8、踪选项关键字 Truth_table 真值表关键字 Wait 等待关键字 When-Then-Else 条件转移语句（只能用在方程中） With-Endwith 转移方程语句 Xor_factors 异或因子关键字,注释,目的：使源文件易于理解，不影响文件的含义。在ispEXPERT System中，注释的内容会自动变成绿色。 两种注释方法： 一个双引号（“）开始，以另一个双引号（”）结束或以行的末尾结束； 2. 以一个双斜线（/）开始，以行的末尾结束。 例: EQUATIONS /逻辑描述 EQUATIONS “逻辑描述,运算符,逻辑运算符 算术运算符 关系运算符 赋值运算符,逻辑运算符,运

9、算符 说 明 ! 非(取二进制反码) 例：INTERFACE (ia1,ia2,ia3-oa1); 功能模块接口语句在层次化结构中使用。在低层模块的开始段用INTERFACE说明其输入 /输出信号。而高层模块中，不是在模块开始段，而是在模块的说明段用INTERFACE对即将使用的低层模块予以说明。,模块开始段,3. 标题语句 格式：TITLE 字符串 标题语句用来赋予模块一个标题，标记用户的一些信息。标题必须用单引号括起来。该语句是可选的。 例：TITLE 6 INPUT AND_OR_NOT GATES 它说明了这是一个6输入与或非门。,说明段,说明段关键字 格式：DECLARATIONS

10、器件说明 格式：器件标识符 device 实际器件； 引脚说明语句 格式：!引脚标识符，!引脚标识符 . pin 引脚号，引脚号. ISTYPE 属性； 例： y0.y3,c0 pin 12,13,14,15,16 ISTYPEreg； 节点说明语句 格式：!节点名，!节点名 NODE 节点号 例：noa1,noa2 NODE ；,说明段,属性说明 格式：信号名 ，信号名 istype属性，属性， ； buffer 目标器件中寄存器输出到引脚输出之间无反相器 Com 组合输出 Reg 寄存器,说明段,常量说明 格式：常量名，常量名，=表达式，表达式，； y0=3*17； /y0指定值为51 y

11、1=abc； /y1指定值为H616263 x=.X.； /x为任意值 addr=0,1,15； /addr是具有三个元素的集合，它们分别代表数值0、1和15。 S=S0，S1，S2； /定义S为一个集合，包含三个逻辑变量 M=M0.M8； /用范围运算符 . 分隔,说明段,宏说明 格式：宏名 MACRO（哑变量，哑变量，）块； 例：OR_M MACRO(ib1,ib2)?ib1#?ib2; 宏调用：o1=!OR_M (noa1,noa2); 结果为：o1=!(noa1#noa2)。,说明段,宏也可以由ABEL-HDL语言的其它形式来定义，下面的宏是由真值表定义的。 NAND3 MACRO （

12、A，B，C，Y） TRUTH_TABL （？A，？B，？C?Y） 0，.x.，.x.1； .x.，0，.x.1； .x.，.x.，01； 1，1，10；,说明段,库引用 格式：LIBRARY 名称 库引用语句是在它出现的地方将指定名称的文件的内容插入ABEL-HDL的源文件中，名称是定义文件名的字符串，不带扩展名。,说明段,状态说明 格式：状态名，状态名， STATE 状态值，状态值，； 状态说明用来给状态命名，以便在状态图输入中使用这些状态。 例：S0.S3 state;,说明段,状态寄存器说明 格式：状态寄存器名 STATE-REGISTER ISTYPE属性； 在符号状态图中，状态寄存器

13、说明一个符号状态机名。 例：sreg1 state_register;,说明段,层次说明 格式：低层模块名INTERFACE（输入/集合=端口值-输出/集合:双向/集合）; 例化名 FUNCTIONAL-BLOCK 低层模块名；,逻辑描述段,逻辑方程 真值表 状态图,逻辑描述段,逻辑方程 格式：equations 变量名？=表达式； 变量名？：=表达式； 格式：WHEN 条件THEN ！ 元素=表达式；ELSE 逻辑等式； 或 WHEN 条件THEN ！ 逻辑等式；ELSE 逻辑等式；,逻辑方程,点后缀 说 明 .ACLR 异步复位 .AP 异步寄存器预置位 .AR 异步寄存器复位 .ASET

14、 异步置位 .CE 钟控触发器时钟使能端 .CLK 边沿触发器的时钟 .CLR 同步复位,逻辑方程,点后缀 说 明 .COM 组合反馈 .D D触发器的D端 .FB 寄存器反馈 .FC 触发模式控制 .J JK触发器的J端 .K JK触发器的K端 .LD 锁存器D端,逻辑方程,点后缀 说 明 .LE 锁存器锁存使能端 .LH 锁存器锁存使能(H)端 .OE 输出使能 .PIN 引脚反馈 .PR 寄存器预置位 .Q 寄存器输出 .R RS触发器R端,逻辑方程,点后缀 说 明 .RE 寄存器复位 .S RS触发器S端 .SET 同步置位 .SP 同步寄存器预置位 .SR 同步寄存器复位 .T T触

15、发器T端,真值表,格式：TRUTH_TABEL ( 输入 输出 ) 输入 输出； 或 TRUTH_TABEL ( 输入 : 寄存器输出) 输入 : 寄存器输出； 或 TRUTH_TABEL ( 输入: 寄存器输出输出 ) 输入: 寄存器输出输出； ,真值表,TRUTH_TABEL （A，B:C，DE） 0，0:0，11； 0，1:1，00； 1，0:1，11； 1，1:0，01；,状态图,（1）STATE_DIAGRAM状态图语句 格式：STATE_DIAGRAM 状态寄存器 状态输出 STATE 状态表达式： 方程 ； 方程 ；状态转移语句；,状态图,（2）转移语句 无条件转移语句GOTO

16、格式：GOTO 状态表达式； 例：STATE S0：Y=X+1；GOTO S1 条件转移语句IF-THEN-ELSE 格式：IF 表达式 THEN 状态表达式 ELSE 状态表达式；,状态图,选择语句CASE-ENDCASE 格式：CASE 表达式：状态表达式； 表达式：状态表达式； ENDCASE； 例：STATE S0：CASE C= =0：S1； C= =1：S2； C= =2：S3； ENDCASE；,状态图,转移方程语句WITH 格式：转移语句 状态表达式 WITH 方程； 方程； 例：STATE S5 : IF a = = 1 THEN S1 WITH x := 1 ; y :=

17、1 ; ELSE S2 WITH x := 0 ; y := 1 ;,测试向量段,格式：test_vectors 注释 （输入向量-输出向量） 输入信号值-输出信号值; 例：TEST_VECTORS (i1,i2,i3,i4,i5,i6-o1) 0,0,0,0,0,0-1; 0,0,1,0,1,1-1; 1,1,1,0,0,0-0; 1,1,1,1,1,1-0;,模块结束段,格式：END 模块名 模块结束段指示一个模块结束，是不可缺少的部分。,请看实例,七段显示译码器 1-4数据分配器 16-4数据选择器 4位数据比较器 加法器 4位格雷码(Gray)计数器 8位移位寄存器 可逆十进制计数器

18、任意进制加法计数器,8421码表示的十进制数通过七段译码显示器译码后输出给七段显示器，就可显示相应的字符。 七段显示译码器设计要求：输入D3D0，输出a、b、c、d、e、f、g，使能端en，低电平有效。图4-2给出了七段显示译码器的框图。,七段显示译码器,七段译码器功能表,七段显示译码器框图,MODULE bcd7 TITLE seven segment display decoder /数据输入D3D0，使能端en，低电平有效，输出a、b、c、d、e、f、g。 D3.D0 PIN; D=D3.D0; a,b,c,d,e,f,g PIN ISTYPECOM; LED=a,b,c,d,e,f,g

19、; en PIN; x=.x.; EQUATIONS LED.OE=!en; dcset,TRUTH_TABLE (D-a,b,c,d,e,f,g) 0-0,0,0,0,0,0,1; 1-1,0,0,1,1,1,1; 2-0,0,1,0,0,1,0; 3-0,0,0,0,1,1,0; 4-1,0,0,1,1,0,0; 5-0,1,0,0,1,0,0; 6-0,1,0,0,0,0,0; 7-0,0,0,1,1,1,1; 8-0,0,0,0,0,0,0; 9-0,0,0,0,1,0,0;,TEST_VECTORS (en,D-LED) 1,0-x; 0,0-x; 0,1-x; 0,2-x; 0,3

20、-x; 0,4-x; 0,5-x; 0,6-x; 0,7-x; 0,8-x; 0,9-x; END,1-4数据分配器,数据分配器的功能就是将一个输入数据分时分送到多个输出端输出，也就是一路输入、多路输出。 数据分配器设计要求：D为数据输入，Y3Y0为数据输出，S1、S0为数据控制端，en为使能端，高有效。,数据分配器框图,数据分配器功能表,源文件清单 1-4数据分配器 MOUDLE dmux TITLE 1 to 4 demultiplexer /1-4分配器，输入D，使能en，控制S1、S0，输出Y3.Y0 D,en,S1,S0 PIN; Y3.Y0 PIN istypecom; x,z=.

21、x.,.z.; Y=Y3.Y0;S=S1,S0; EQUATIONS Y0=（S= =0）,Y3=（S= = 3） END,一、 启动软件 启动ispDesign EXPERT。在Windows95/98下，选开始程序Lattice SemiconductorispDesign EXPERT，单击后进入项目管理器（ispDesign EXPERT Project Navigator）窗口。窗口称为 源文件窗口。文件依次从上向下排列，位置越偏右，其层次越低。右 半窗口的项目对应左边 选中的某一源文件所对 应的处理过程与结果。,第3节 ispDesign EXPERT软件的使用,二、 创建新项目和

22、器件选定 建立新项目的子目录：单击File下的New Project.会弹出一个对话框如图。建立子目录文件夹user。注意：子目录名必须为英文字母所构成。,子目录建成后，双击并进入该子目录如图，在“文件名（N）:”这一栏中键入项目名以取代原来默认的“New”。 在创建新项目窗口里的项目类型（Project Type：）中，通过下拉菜单可对这几种输入方式进行选择，然后单击保存。,接着双击Untitled（未命名），在title（标题）文本框中输入该项目的标题，然后开始选择目标器件。,三、输入ABEL语言源文件 1在项目管理器窗口中打开Sourse菜单，选择New，选择ABEL-HDL Modul

23、e按OK予以确认，出现图示对话框。,2键入模块、文件，在标题（Title）文本框内填上标题信息，用以说明你的设计。点击OK键，屏幕上会出现图示一个文本编辑窗口，刚才键入的模块名，标题以及结束语句END已经包含在其中。输入源程序、保存后退出。,四、 编译ABEL-HDL源文件 1在项目管理器窗口中选择所要编译的ABEL-HDL源文件。 2双击右栏中的Compile Logic项，源文件就被编译，如编译通过，则在Compile Logic左边出现绿色“”标记，而若编译不通过，将在报告中指出源文件有错误，并将具体错误显示出来。 3如想进一步地化简逻辑，可双击右栏的Reduce Logic项，通过后，

24、左边同样会出现绿色“”标记。,六、 仿真 功能仿真是对整个系统的逻辑功能进行仿真。 实时仿真是在功能仿真的基础上，把器件内部的时间延迟考虑进去了，不同的器件，其时间延迟也是不同的，这一点可以通过波形图观察到，因此实时仿真比功能仿真更进一步地接近实际情况，更具有观察价值。有时候功能仿真通过了，而实时仿真通不过，说明还有问题存在，需进一步改进。而如果实时仿真通过了，则可进行下载，在大多数情况下都能成功。,五、 编译测试向量文件（略）。,1）.功能仿真,打开Simulator菜单，选择Run项，或双击工具栏中标有“！”的按钮后，出现波形观察器（Waveform Viewer）窗口,2）. 实时仿真,

25、实时仿真的操作步骤与功能仿真基本相同。 在项目管理器左窗口选中测试向量文件，然后在右窗口中用鼠标双击Timing Simulation项，其余操作步骤同上。,七、下载 下载就是 “烧录” 器件。 1将EDA 实验开发系统接好（电源、下载线）。 2用鼠标双击项目管理器右栏最下面一行ispdaisy chain download，会出现菊花链下载界面。 3直接点击横档上的小方钮SCAN 按钮，如果电路板连接无误，在下面窗口中会出现SCAN BOARD：Successful。 4单击BROWSE 按钮，选择你在上面设计中生成的JED 文件COUNT10.JED，并按OK。 5点击横档上的小方钮Run

26、 Operation。如果下载成功，在右边一个小方框中会出现PASS 字样。,第4节 ispPAC器件与PAC-Designer软件的使用,在系统可编程模拟器件可实现三种功能： 信号调理（放大、衰减、滤波）。 信号处理（求和、求差、积分等运算）。 信号转换（数字信号转换成模拟信号）。,一、ispPAC器件,1. ispPAC10的结构和原理,四个PAC块的输出放大器的差分输出直接与四对模拟输出管脚相连。除电源管脚Vs、接地管脚GND外，还有用于isp接口的数字输入、输出管脚（TDI、TDO、TCK、TMS、）、两个制造测试管脚TEST，以及用于自校正的数字输入管脚CAL(Auto-Calibr

27、ate)、 共模电压输入管脚CMVIN、2.5V参考电压输出管脚VREFOUT。当用户选择自定的共模电压时，信号从CMVIN管脚输入。,ispPAC10内部模拟电路原理图,有四个PAC块以及所有模拟输入、输出管脚，无需用户编程设置的专用管脚；而需由用户编程设置的内容均包含在内。,输入、输出信号的共模电压,1）输入共模电压范围 输入信号最大范围和相应的共模电压范围都是增益的函数。当电源电压为5V时，输入信号最大范围为1V4V，扩展一下，典型值为0.7V4.3V。 输入共模电压VCM（VCMVCM）/2，当VCM2.5V时，只考虑前面提到的限制条件即可。当VCM2.5V，增益大于1时，对于某一增益

28、，当输入信号达到最大限定值时就会发生失真。当电源电压为5V时，对于给定的增益G，最小VCM0.675+ 0.548G VIN （V），VIN是最小峰值电压VINVINVIN，最大VCM5- VCM (V)。,输入共模电压范围,2）. 输出端共模电压,在用户不改变ispPAC器件的模拟输出端共模电压的情况下，输出端共模电压总为2.5V,且与输入信号的共模电压无关。 当需要改变模拟输出端共模电压时，用户可通过开发软件选择用外部供给的参考电压代替默认的2.5V，这个外部供给的输出端共模电压必须经CMVIN管脚输入，只要求该电压信号大于1.25V、小于3.25V 。 但要注意，必须逐个对ispPAC1

29、0中的四个PAC块的输出放大器的输出共模电压进行编程设置。,PAC块增益的设置,1）.整数增益的设置 单个输入仪用放大器的增益可设置为110之间的整数。 要求的增益大于10小于20，整个电路的增益为IA1 、IA2各自增益之和。 如果要求的增益大于20，可以将多个PAC块级联使用，整个电路的增益为各级联增益之积。,单个输入仪用放大器的增益3,二个输入仪用放大器的增益20,2）.分数增益的设置 配合适当的外接电阻，ispPAC器件能提供具有任意分数增益的放大电路。,增益为5.7的PAC块配置图,3）.整数比增益的设置 应用整数比技术，无需外接电阻，用户可实现具有某些整数比增益的电路。图中增益7/

30、9。,2、 ispPAC20的结构与原理,1）. ispPAC20的结构,两个PAC块、两个比较器CP、一个数模转换器DAC以及模拟布线区、配置存储器、参考电压、自校正、isp接口等电路。,ispPAC20内部电路原理图,3、ispPAC30的结构与原理,ispPAC30内部电路原理图,4. ispPAC80/81的结构和原理,选开始= 程序= Lattice Semiconductor = PACDesigner后, 出现PACDesigner软件主窗口。,1. 设计输入,二、PAC-Designer软件的使用,打开File菜单，选择New，或按工具栏中快捷键，弹出建立新文件的对话框。如果所用的器件是ispPAC10，则选择ispPAC10 Schematic后，按OK键，或用鼠标左键双击ispPAC10 Schematic后，主窗口内出现ispPAC10的内部电路原理图，即ispPAC10的图形输入设计界面。,ispPAC10的图形输入设计界面,用三运放组成的双二阶滤波器,只要在ispPAC10的图形输入界面上添加连线、选择有关参数即可完成该原理图的输入。非常方便！,第一种方式输入:在ispPAC10的图形输入设计界面上，打开Edit菜单，选择Symbol项后，出现符号编辑对话框如图所示。,可由用户编程设置的所有内容均包含在此对话框中，