数字逻辑ByHuangzb02数字集成电路简介V07OK

1、1体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:534:45:532体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路章：数字集成电路与与 数字系统数字系统概述概述第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路第二节第二节. VHDL. VHDL与与EDAEDA3体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:544:45:54第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路第第2 2章：数字集成电路与章：数字集成

2、电路与 数字系统概述数字系统概述逻辑门电路逻辑门电路数字集成电路的分类数字集成电路的分类（标准）数字集成电路（标准）数字集成电路的命名的命名数字集成电路数字集成电路的使用特性的使用特性4体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成电路数字集成电路（Digital electronics, or digital (electronic) circuitsDigital electronics, or

3、digital (electronic) circuits）：）： 数字集成电路，也称数字电路数字集成电路，也称数字电路, ,与模拟电路与模拟电路相对，相对，它主要进行数字信号的处理它主要进行数字信号的处理（即信号以（即信号以0 0与与1 1两个状态表示），因此抗干扰能力较强两个状态表示），因此抗干扰能力较强。 数字集成电路数字集成电路 的供应商将元器件和连线集成于同一半导体的供应商芯片上而的供应商将元器件和连线集成于同一半导体的供应商芯片上而制成的数字逻辑电路。制成的数字逻辑电路。 是是由许多的由许多的逻辑逻辑门（门（ logic gates logic gates）组成组成的复杂的复杂电路

4、。电路。Intel Intel 80486DX280486DX2HitachiJ100AHitachiJ100AA binary clock, A binary clock, hand-wired on hand-wired on breadboardsbreadboards5体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成数字集成逻辑逻辑门的实现：门的实现： 逻辑门电路逻辑门电路 （门电路、逻辑器件）

5、（门电路、逻辑器件） 晶体管晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流, ,因因此晶体管可做为电流的开关，开关速度可以非常之此晶体管可做为电流的开关，开关速度可以非常之快快。 晶体管晶体管(transistor)(transistor)泛指泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包一切以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场效应括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场效应管等。管等。Gate Circuit 指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电

6、路 用半导体器件来实现（晶体管、场效应管）用半导体器件来实现（晶体管、场效应管） 最基本的电路：与、或、非门最基本的电路：与、或、非门 是构成数字电路的基本单元之一是构成数字电路的基本单元之一6体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成数字集成逻辑逻辑门的实现：门的实现： 逻辑门电路逻辑门电路 （门电路、逻辑器件）（门电路、逻辑器件） 晶体管晶体管主要分为两大类主要分为两大类： 双极性结型晶体管双

7、极性结型晶体管（ bipolar junction transistor, BJT bipolar junction transistor, BJT ）（）（俗称俗称三极管三极管) ) 因因同时涉及电子和空穴两种载流子的流动，因此它被称为双极性同时涉及电子和空穴两种载流子的流动，因此它被称为双极性的；的； p-n结二极管一般都是由结二极管一般都是由BJT进行不同型式的连接而构成的（常常进行不同型式的连接而构成的（常常称称为集成二极管）为集成二极管） 场效应晶体管（场效应晶体管（ Field Effect Transistor Field Effect Transistor ，FETFET）仅仅

8、涉及单一种类载流子的漂移涉及单一种类载流子的漂移作用作用Gate Circuit7体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成数字集成逻辑逻辑门的实现：门的实现： 晶体管晶体管主要分为两大类主要分为两大类： 双极性结型晶体管双极性结型晶体管（ bipolar junction transistor, BJT bipolar junction transistor, BJT ）（）（俗称俗称三极管）三

9、极管） 双极性晶体管是电子学历史上具有革命意义的一项发明，其发明者威双极性晶体管是电子学历史上具有革命意义的一项发明，其发明者威廉廉肖克利、约翰肖克利、约翰巴丁和沃尔特巴丁和沃尔特布喇顿被授予了布喇顿被授予了1956年的诺贝尔物理年的诺贝尔物理学奖学奖。 锗晶体管，锗晶体管，硅晶体管硅晶体管,砷化镓晶体管砷化镓晶体管 NPN型晶体管型晶体管,PNP型型晶体管晶体管,异质结双极性异质结双极性晶体管晶体管 BJT是非对称是非对称器件器件;发射区、基区和集电区的典型掺杂浓度各不相同发射区、基区和集电区的典型掺杂浓度各不相同Gate Circuit8体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-

10、QuantumGroup 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成数字集成逻辑逻辑门的实现：门的实现： 晶体管晶体管主要分为两大类主要分为两大类： 双极性结型晶体管双极性结型晶体管（ bipolar junction transistor, BJT bipolar junction transistor, BJT ）（）（俗俗称称三极管）三极管） 分立元件的逻辑门电路分立元件的逻辑门电路 利用分立的三极管利用分立的三极管/二极管构成的逻辑门电路二极管构成的逻辑门电路 TT

11、L门电路（门电路（Transistor-Transistor Logic(三极管三极管逻辑）三极管三极管逻辑） TTL门电路是以双极型三极管作为开关器件门电路是以双极型三极管作为开关器件的小规模集成电路。的小规模集成电路。 TTL逻辑器件分成逻辑器件分成54系列和系列和74系列两大系列两大类，类，54系列工作环境温度系列工作环境温度、电源工作范围比、电源工作范围比74系列宽系列宽Gate CircuitTTLTTL集成门电路工作集成门电路工作速度高，驱动能力速度高，驱动能力强，但功耗大，集强，但功耗大，集成度低成度低9体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup

12、 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成数字集成逻辑逻辑门的实现：门的实现： 晶体管晶体管主要分为两大类主要分为两大类： 场效应晶体管（场效应晶体管（ Field Effect Transistor Field Effect Transistor ，FETFET） 一种载流子参与导电，利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流一种载流子参与导电，利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的三极管，又称单极型三极管的三极管，又称单极型三极管Gate Circuit特点特点单极

13、型器件单极型器件( (一种载流子导电一种载流子导电) )； 输入电阻高；输入电阻高；工艺简单、易集成、功耗小、体积小、工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。成本低。10体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成数字集成逻辑逻辑门的实现：门的实现： 晶体管晶体管主要分为两大类主要分为两大类： 场效应晶体管（场效应晶体管（ Field Effect Transistor Field Effect

14、Transistor ，FETFET） 它它属于电压控制型半导体器件。噪声小、功耗低、动态范围大、易于属于电压控制型半导体器件。噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成等优点。集成等优点。 Gate CircuitN沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽（耗尽型型/总是导通的）总是导通的）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET) 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET）因有两个）因有两个PNPN结而得名结而得名 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管（IGFETIGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而）则因栅

15、极与其它电极完全绝缘而得名。得名。11体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成数字集成逻辑逻辑门的实现：门的实现： 晶体管晶体管主要分为两大类主要分为两大类： 两大类晶体管的比较：两大类晶体管的比较：Gate Circuit晶体管晶体管场效应管场效应管结构结构NPN型、型、PNP型型结型耗尽型结型耗尽型 N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅增强型绝缘栅增强型 N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅耗尽型绝缘栅耗尽

16、型 N沟道沟道 P沟道沟道C与与E一般不可倒置使用一般不可倒置使用D与与S有的型号可倒置使用有的型号可倒置使用载流子载流子 多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移 多子运动多子运动输入量输入量 电流输入电流输入 电压输入电压输入控制控制电流电流控制控制电压控制电压控制12体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成数字集成逻辑逻辑门的实现：门的实现： 晶体管晶体管主要分为两大类主要分为两大类： 两大类晶体

17、管的比较：两大类晶体管的比较：Gate Circuit晶体管晶体管场效应管场效应管噪声噪声 较大较大 较小较小温度特性温度特性 受温度影响较大受温度影响较大 较小较小输入电阻输入电阻 几十到几千欧姆几十到几千欧姆 几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响 不受静电影响不受静电影响 易受静电影响易受静电影响集成工艺集成工艺 不易大规模集成不易大规模集成 适宜大规模和适宜大规模和 超大规模集成超大规模集成13体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第

18、一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成电路：数字集成电路： 根据包含根据包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为分为 小规模集成（小规模集成（SSISSI）电路，）电路，1212个门以下个门以下/ /片片 中中规模集成规模集成MSIMSI电路，电路，12991299门门/ /片片 大规模大规模集成（集成（LSILSI）电路，电路，10099991009999门门/ /片片 超超大规模集成大规模集成VLSIVLSI电路，电路，1 1万万9999999999门门/ /片片 特大特大规模集成（规模集成（ULSIULSI）电路，电路，1010

19、万门以上万门以上/ /片片14体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成电路：数字集成电路： 根据电路的根据电路的功能，数字集成电路可分为：功能，数字集成电路可分为：1 1）门电路）门电路 与门与门/ /与非门、或门与非门、或门/ /或非门、非门等或非门、非门等。2 2） 触发器触发器 锁存器锁存器 R-SR-S触发器、触发器、D D触发器、触发器、J-KJ-K触发器触发器3 3） 编码器编码器

20、译码器译码器 二进制二进制十进制译码器、十进制译码器、BCD7BCD7段译码器等段译码器等。4 4）计数器）计数器 二进制、十进制、二进制、十进制、N N进制计数器等进制计数器等。5 5）运算电路）运算电路 加加/ /减运算电路、奇偶校验发生器、幅值比较器等减运算电路、奇偶校验发生器、幅值比较器等。6 6） 时基时基 定时电路定时电路 单稳态电路单稳态电路 、延时电路等、延时电路等。7 7） 模拟电子开关模拟电子开关 数据选择器数据选择器 8 8） 寄存器寄存器 基本寄存器、移位寄存器（单向、双向）基本寄存器、移位寄存器（单向、双向）。 9 9） 存储器存储器 RAMRAM、ROMROM、E2

21、PROME2PROM、Flash ROMFlash ROM等等1010） CPUCPU15体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:544:45:54第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成电路：数字集成电路： 数字集成电路数字集成电路的的命名命名 数字集成电路的型号组成一般由前缀、编号、后缀三大部分组成，前缀代表制造厂数字集成电路的型号组成一般由前缀、编号、后缀三大部分组成，前缀代表制造厂商，编号包括产品系列号、器件系列号，后缀一般表示温度等级、封装形

22、式等。商，编号包括产品系列号、器件系列号，后缀一般表示温度等级、封装形式等。表表 TTL74TTL74系列数字集成电路型号的组成及符号的意义系列数字集成电路型号的组成及符号的意义第1部分 第2部分第3部分第4部分第5部分前缀产品系列器件类型器件功能器件封装形式、温度范围符号意义符号意义符号 意义 符号意义5454军用电路-55+125oC 标准电路 阿拉伯数字 器件功能W陶瓷扁平H H高速电路B B塑封扁平代表制造厂商 S S肖特基电路F F全密封扁平7474民用通用电路LSLS低功耗肖特基电路D D陶瓷双列直插ALSALS先进低功耗肖特基电路P P塑封双列直插ASAS先进肖特基电路 16体系

23、结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成电路：数字集成电路： 数字集成电路数字集成电路的的命名命名 数字集成电路的型号组成一般由前缀、编号、后缀三大部分组成，前缀代表制造厂数字集成电路的型号组成一般由前缀、编号、后缀三大部分组成，前缀代表制造厂商，编号包括产品系列号、器件系列号，后缀一般表示温度等级、封装形式等商，编号包括产品系列号、器件系列号，后缀一般表示温度等级、封装形式等。 例子：例子： 54

24、LS21/DM54LS21/DM74LS21 54LS21/DM54LS21/DM74LS21 仙童公司生产的仙童公司生产的5454系列系列低功耗肖特基低功耗肖特基电路双路电路双路4 4输入与门输入与门 仙仙童童公司公司生产生产的的7474系列系列低功耗肖特基低功耗肖特基电路电路双双路路4 4输入与门输入与门17体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成电路：数字集成电路： 集成电路集成电路的封装

25、类型的封装类型封装形式外观DIP双列直插DIP封装（封装（Dual In-line Package），也叫双列直插式封装技术，是一种），也叫双列直插式封装技术，是一种最简单的封装方式最简单的封装方式.指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100。SOIC表面贴SOIC（Small Outline Integrated Circuit Package），小外形集成电），小外形集成电路封装，一般有宽体和窄体两种封装形式。路封装，一般有宽体

26、和窄体两种封装形式。SOIC是表面贴装集成电路封是表面贴装集成电路封装形式中的一种，它比同等的装形式中的一种，它比同等的DIP封装减少约封装减少约30-50%的空间，厚度方面的空间，厚度方面减少约减少约70%。与对应的。与对应的DIP封装有相同的插脚引线。封装有相同的插脚引线。PLCC嵌入式PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier),带引线的塑料芯片载体带引线的塑料芯片载体.表面贴装表面贴装型封装之一型封装之一,外形呈正方形外形呈正方形,32脚封装脚封装,引脚从封装的四个侧面引出引脚从封装的四个侧面引出,呈丁字呈丁字形形,是塑料制品是塑料制品,外形尺寸比外形尺寸比DIP

27、封装小得多封装小得多. PLCC为特殊引脚芯片封装，为特殊引脚芯片封装，它是贴片封装的一种，这种封装的引脚在芯片底部向内弯曲，因此在芯它是贴片封装的一种，这种封装的引脚在芯片底部向内弯曲，因此在芯片的俯视图中是看不见芯片引脚的。这种芯片的焊接采用回流焊工艺，片的俯视图中是看不见芯片引脚的。这种芯片的焊接采用回流焊工艺，需要专用的焊接设备，在调试时要取下芯片也很麻烦，现在已经很少用需要专用的焊接设备，在调试时要取下芯片也很麻烦，现在已经很少用LCCCLCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier)无引线陶瓷封装载体，主要用无引线陶瓷封装载体，主要用于军用电路。在陶瓷基板的四

28、个侧面都设有电极焊盘而无引脚的表面贴于军用电路。在陶瓷基板的四个侧面都设有电极焊盘而无引脚的表面贴装型封装，芯片被封装在陶瓷载体上，用于高速，高频集成电路封装。装型封装，芯片被封装在陶瓷载体上，用于高速，高频集成电路封装。18体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成电路：数字集成电路： 集成电路集成电路的使用的使用特性特性 负载负载能力能力 扇出系数扇出系数No是指与非门的输出连接到下级与非门输

29、入端时，能带同类是指与非门的输出连接到下级与非门输入端时，能带同类型与非门的型与非门的个数。个数。扇出系数是说明与非门带动负载的能力扇出系数是说明与非门带动负载的能力。TTL电路的扇出系数电路的扇出系数No为为810,CMOS电路的扇出系数电路的扇出系数No达达2025。 扇入系数扇入系数Nr是指一个门所具有的输入端个数，一般情况下，输入端个是指一个门所具有的输入端个数，一般情况下，输入端个数在制造门时已确定。一般数在制造门时已确定。一般TTL电路的扇入系数电路的扇入系数 Nr为为15，最多不超，最多不超过过8，若片若片输入端数多于实际要求的数目，可将芯片多余输入端接高电平输入端数多于实际要求

30、的数目，可将芯片多余输入端接高电平(+5平平(GND)。 模块模块的扇入扇出系数的扇入扇出系数设计得好的系统，上层模块有较高的扇出，下层模块有较高的扇人。设计得好的系统，上层模块有较高的扇出，下层模块有较高的扇人。19体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成电路：数字集成电路： 集成电路集成电路的使用的使用特性特性 负载负载能力能力 延迟延迟特性特性 平均传输延迟时间是反映门平均传输延迟时间是反

31、映门电路工作速度的一个重要参电路工作速度的一个重要参数数。 以与非门为例，在输入端加以与非门为例，在输入端加上一个正方波，则需经过一上一个正方波，则需经过一定的时间间隔才能从输出端定的时间间隔才能从输出端得到一个负方波。得到一个负方波。20体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成电路：数字集成电路： 集成电路集成电路的使用的使用特性特性 负载负载能力能力 延迟延迟特性特性 功耗功耗特性特性 动态

32、功耗动态功耗 指指电容充放电功耗和短路功耗电容充放电功耗和短路功耗,是由电路的翻转造成的。是由电路的翻转造成的。 静态功耗静态功耗 指指某稳定状态下消耗的功率，是电源电压与电源电流之乘积。电路有两某稳定状态下消耗的功率，是电源电压与电源电流之乘积。电路有两个稳态，则有导通功耗和截止功耗，电路静态功耗取两者平均值，称为个稳态，则有导通功耗和截止功耗，电路静态功耗取两者平均值，称为平均静态功耗平均静态功耗。 空载空载导通功耗导通功耗Pon 当输出端空载，门电路输出端为低电平时电路的功耗当输出端空载，门电路输出端为低电平时电路的功耗 空载截止功耗空载截止功耗Poff f当输出端空载，门电路输出端为高

33、电平时电路的功耗当输出端空载，门电路输出端为高电平时电路的功耗V V是供电电压，是供电电压，C C是是等价电容等价电容，A A是翻转概率，是翻转概率，F F是工作频率是工作频率VccVcc是供电电压，是供电电压，N N是晶体管个数，是晶体管个数，K K是是N,PN,P型晶体管的比例，型晶体管的比例，I Ileakleak是漏电电流是漏电电流21体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第一节第一节. . 数字集成电路数字集成电路数字集成电路：数字集

34、成电路： 集成电路集成电路的使用的使用特性特性 负载负载能力能力 延迟延迟特性特性 功耗功耗特性特性 空空脚处理脚处理为了保证门电路可靠工作，未使用的输入端要接入一个固定逻辑电平。为了保证门电路可靠工作，未使用的输入端要接入一个固定逻辑电平。与门与门 将不用端接逻辑将不用端接逻辑“1” （VCC）或门或门 将不用端接将不用端接逻辑逻辑“0 0” ( (GND )22体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55第二节第二节. VHDL. VHDL与与EDAEDA第第2 2章：数字集成电路与章：数字集成电路与 数字系统概述数字系

35、统概述EDAEDA技术概述技术概述EDAEDA技术的主要技术的主要内容内容EDAEDA软件系统的软件系统的构成构成VHDLVHDL编程语言编程语言23体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第二节第二节. VHDL. VHDL与与EDAEDA数字系统设计方法发展阶段：数字系统设计方法发展阶段： 计算机辅助设计计算机辅助设计CADCAD阶段阶段 计算机辅助工程计算机辅助工程设计设计CAECAE阶段阶段 20 20世纪世纪7070年代，属于年代，属于

36、EDAEDA技术发展初期。利用计算机、二技术发展初期。利用计算机、二维图形编辑与分析的维图形编辑与分析的CADCAD工具，完成工具，完成布图布线布图布线等高度复杂性的等高度复杂性的繁杂工作繁杂工作。典型。典型设计软件设计软件TangoTango布线软件，主要用于布线软件，主要用于进行布进行布图图布线、电路性能的模拟仿真、集成电路版图编辑等工作。布线、电路性能的模拟仿真、集成电路版图编辑等工作。 20世纪世纪80年代，出现了低密度的可编程逻辑器件（年代，出现了低密度的可编程逻辑器件（PLA（Programmable Array Logic） 和和 GAL（Generic Array Logic）

37、，相应），相应的开发的开发工具主要解决电路设计没有完成之前的功工具主要解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题能检测等问题。80年代后期，由于可编程逻辑器件年代后期，由于可编程逻辑器件CPLD、FPGA的发展和相应的开发软件的进步，的发展和相应的开发软件的进步，EDA工具已经可以进行工具已经可以进行初级的设计描述、综合、优化和设计结果验证。初级的设计描述、综合、优化和设计结果验证。24体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第二节第二节. VHD

38、L. VHDL与与EDAEDA数字系统设计方法发展阶段：数字系统设计方法发展阶段： 电子设计自动化（电子设计自动化（EDAEDA）阶段阶段 EDA=Electronic Design Automation 20 20世纪世纪9090年代，可编程逻辑器件迅速发展（由最初的几百门年代，可编程逻辑器件迅速发展（由最初的几百门几千门发展到现在的数万门数十万门），并且出现功能强大的全几千门发展到现在的数万门数十万门），并且出现功能强大的全线线EDAEDA工具，使用具有较强抽象描述能力的硬件描述语言（工具，使用具有较强抽象描述能力的硬件描述语言（VHDLVHDL、Verilog HDLVerilog HD

39、L）及高性能综合工具，使过去单一功能电子产品开）及高性能综合工具，使过去单一功能电子产品开发转向系统级电子产品开发（即发转向系统级电子产品开发（即SOC: System On a ChipSOC: System On a Chip：单片：单片系统、或片上系统集成；系统、或片上系统集成；SOPC: System On a Programmable SOPC: System On a Programmable ChipChip：片上可编程系统：片上可编程系统 ）。工程设计）。工程设计师开始实现师开始实现“概念驱动工概念驱动工程程”（Concept Driver Engineering, CDECo

40、ncept Driver Engineering, CDE）的梦想。）的梦想。25体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第二节第二节. VHDL. VHDL与与EDAEDAEDAEDA技术的概念：技术的概念： EDAEDA技术就是依赖功能强大的计算机，在技术就是依赖功能强大的计算机，在EDAEDA工具软件平台上，对以硬件描工具软件平台上，对以硬件描述语言述语言HDL (Hardware Description Language)HDL (Har

41、dware Description Language)为系统逻辑描述手段完成为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。 EDAEDA技术的定义技术的定义（1 1）广义定义：）广义定义：半导体工艺设计自动化、半导体工艺设计自动化、可编程器件设计自动化、可编程器件设计自动化、电子系统设计自动化、电子系统设计自动化、印制电路板设计自动化、印制电路板设计自动化、仿真与测试、故障诊断自动化、仿真与测试

42、、故障诊断自动化、形式验证自动化形式验证自动化EDAEDA技术包括：技术包括：26体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55第第2 2章：数字集成电路与数字系统章：数字集成电路与数字系统概述概述/ /第二节第二节. VHDL. VHDL与与EDAEDAEDAEDA技术的概念：技术的概念： EDAEDA技术的定义技术的定义 以以大规模可编程器件为设计大规模可编程器件为设计载体载体，以硬件描述语言，以硬件描述语言HDLHDL（Hardware Description LanguageHardware Description L

43、anguage）为系统逻辑功能描述的）为系统逻辑功能描述的主要主要表达方式表达方式，依赖功能强大的计算机依赖功能强大的计算机，大规模可编程器件大规模可编程器件的开发软件及实验开发系统为设计工具的开发软件及实验开发系统为设计工具，自动完成从软件方，自动完成从软件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合与优化、布局布线、以及逻辑仿真与测试，分割、逻辑综合与优化、布局布线、以及逻辑仿真与测试，直至完成对于特定目标芯片的适配、逻辑映射、编程下载等直至完成对于特定目标芯片的适配、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统

44、或专用集成芯片的一门多学科工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门多学科融合的新技术。融合的新技术。（2 2）狭义定义：）狭义定义：27体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55EDAEDA技术的主要内容技术的主要内容第第2 2章：数字集成电路与数字系统概述章：数字集成电路与数字系统概述/ /第二节第二节. VHDL. VHDL与与EDAEDA实现载体：大规模可编程逻辑器件实现载体：大规模可编程逻辑器件 （PLD : Programmable Logic DevicePLD : Programmable Logic

45、Device）描述方式：硬件描述语言描述方式：硬件描述语言 （HDL : Hard Description LanguageHDL : Hard Description Language） VHDLVHDL、Verilog HDLVerilog HDL等等设计工具：开发软件、开发系统设计工具：开发软件、开发系统硬件验证：实验开发系统硬件验证：实验开发系统28体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55VHDLVHDL编程语言编程语言- VHDL- Very High Speed Integrated Circuit VHDL

46、- Very High Speed Integrated Circuit Hardware Hardware Description Language; Description Language; 起源于起源于八十年代，由美国国防部八十年代，由美国国防部开发开发, , 19871987年实现标准化年实现标准化( ( IEEE 1076IEEE 1076（VHDL87VHDL87）), ), 19931993年年进行了修正（进行了修正（VHDL93VHDL93）, , 19951995年，我国国家技术监督局推年，我国国家技术监督局推荐荐VHDLVHDL做为电子设计自动化硬件描述语言的国家标准。做

47、为电子设计自动化硬件描述语言的国家标准。第第2 2章：数字集成电路与数字系统概述章：数字集成电路与数字系统概述/ /第二节第二节. VHDL. VHDL与与EDAEDA29体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55 EDAEDA技术的主要技术的主要内容内容- 实现载体：大规模实现载体：大规模可编程逻辑器件可编程逻辑器件- 描述方式：硬件描述描述方式：硬件描述语言语言- 设计工具：开发软件、开发系统设计工具：开发软件、开发系统第第2 2章：数字集成电路与数字系统概述章：数字集成电路与数字系统概述/ /第二节第二节. VHDL

48、. VHDL与与EDAEDAQuartus II集成开发集成开发环境环境 9.1版版30体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55 EDAEDA技术的主要技术的主要内容内容- 实现载体：大规模实现载体：大规模可编程逻辑器件可编程逻辑器件- 描述方式：硬件描述描述方式：硬件描述语言语言- 设计工具：开发软件、开发系统设计工具：开发软件、开发系统第第2 2章：数字集成电路与数字系统概述章：数字集成电路与数字系统概述/ /第二节第二节. VHDL. VHDL与与EDAEDAISE 集成开发环境集成开发环境31体系结构中心体系结构中心-QuantumGroup-QuantumGroup 20154:45:554:45:55 EDAEDA技术的主要技术的主要内容内容- 实现载体：大规模实现载体：大规模可编程逻辑器件可编程逻辑器件- 描述方式：硬件描述描述方式：硬件描述语言语言- 设计工具：开发软件、开发系统设计工具：开发软件、开发系统第第2 2章：数字集成电路与数字系统概述章：数字集成电路与数字系统概述/ /第二节第二节. VHDL. VHDL与与EDAEDAispLEVER 集成开发环境集成开发环境32体系结构中心体系结构中心-Quantum