数字逻辑电路在EDA实验开发系统中的仿真设计

1、科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2010年第21期0引言EDA 实验开发系统是一种多功能、高配置、高品质的EDA 教学与开发设备。利用EDA 技术进行电子系统的设计,就是以大规模可编程逻辑器件为设计载体,通过硬件描述语言作为输入方式,经过开发软件的编译和仿真最终下载到设计载体中,从而完成系统的电路设计。可编程逻辑器件(简称PLD是一种由用户编程来实现某种逻辑功能的新型逻辑器件,主要包括FPGA 和CPLD 两大类。FPGA 和CPLD 分别是现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件的简称。CPLD 和FPGA 的开发工具种类繁多,如Altera 公司

2、的Max+Plus II 和Quartus ;Lattice 公司推出的EDA 软件ispLEVER 和Xilinx 公司的ISE 等。 目前,在FPGA 芯片制造业中,Altera 公司所占的市场份额比较大。该公司针对其芯片应用推出了两套开发工具软件Max+Plus II 和Quartus ,是目前应用较为广泛的两套CPLD/FPGA 开发工具。我们的实验开发系统应用的是Max+Plus II 。1开发软件的介绍理想的可编程逻辑器件开发环境应该满足多方面的设计需求。首先,它应该支持不同体系结构的芯片系列,可以应用于不同的硬件平台,拥有便于使用的人机见面;其次,开发环境应向设计者提供使用不同输

3、入方式的自由以及选择不同应用工具的自由。Altera 公司的Max+Plus II 可编程逻辑开发软件能够满足这些要求。Altera 公司的Max+Plus II 可编程逻辑开发软件,提供了一种与结构无关的全集成化设计环境,使设计者能方便的对Altera 公司的PLD 系列产品进行设计输入、快速处理和器件编程。1.1Max+Plus II 软件的组成及设计方法Max+Plus II 软件包括设计输入、项目处理、项目校验及器件编程等四部分。在此软件平台上设计者可以直接用VHDL 或电路图输入,通过系统的编译仿真后自动生成可下载文件,并将该文件下载到CPLD 芯片上,即可让一个CPLD 芯片成为具

4、有特定功能的系统硬件了,Max+Plus II 的软件设计流程如图1-1所示。 图1-1Max+Plus II 的软件设计流程图1.2Max+Plus II 应用方法在设计的输入方法中,常用的将所设计的电路或者系统输入到计算机工作平台的方法有:通过Max+Plus II 图形编辑器,创建图形设计文件(*.gdf;通过Max+Plus II 文本编辑器,使用AHDL 语言创建文本设计文件(*.tdf,使用VHDL 语言创建文本设计文件(*.vhd;通过Max+Plus II 波形编辑器,创建波形设计文件(*.wdf。当Max+Plus II 安装成功后,就可以进入如图1-2所示的Max+Plus

5、 II 主界面。图1-2Max+Plus II 主界面1.3输入方式常用的硬件描述语言有VHDL 语言,一个相对完整的VHDL 程序至少应包括三个组成部分:库、程序包使用说明,实体说明和实体对应的结构体说明。其中,库、程序包使用说明用于打开设计实体将要用到的库、程序包;实体说明用于描述该设计实体与外界的接口信号说明,是可视部分;结构体说明用于描述设计实体内部工作的逻辑关系,是不可视部分。在一个实体中,可以含有一个或一个以上的结构体,而在一个结构体中又可含有一个或多个进程以及提他的语句。根据需要,实体还可以有配置说明语句。配置说明语句主要用于以层次化的方式对特定的设计实体进行元件例化,或是为实体

6、选定某个特定的结构体。通常认为,一个完整的设计实体的最低要求应该能为VHDL 综合器所接受,并能作为一个独立设计单元,即以元件的形式存在的VHDL 程序。2程序设计举例例:门电路程序设计。源程序如下:ENTITY ch2_2_1IS (下转第143页数字逻辑电路在EDA 实验开发系统中的仿真设计吴德林(华南师范大学增城学院广东增城511363【摘要】数字逻辑电路是重要的硬件基础课程,也是一门与应用密切相关的课程,其应用理论与方法随数字电路器件的发展而不断变革,EDA 实验系统是为在系统可编程器件提供一个实验平台。课题研究的内容是基于EDA (电子设计自动化实验系统,以VHDL 为硬件描述语言,

7、以Max+Plus II 为软件开发工具,设计了数字逻辑电路的实验程序,为数字电路初学者的逻辑设计抛砖引玉。【关键词】数字逻辑电路;EDA ;VHDL ;Max+Plus IISimulation Design of Electric Circuit in the EDA Experiment SystemWU De-lin(Department of Computer Science,SCNU Zengcheng College,Zengcheng Guang dong ,511363【Abstract 】Electric circuit is not only an important h

8、ardware foundation courses,but also closely related of application,its theory and method of application is changing with the development of the devices.EDA experiment system can provide a test platform for in-system programmable device.The research is based on EDA experiment system.It uses VHDL hard

9、ware description language ,Max+Plus II software development tools,and designs experimental procedure of electric circuit,can lead circuit beginners to lean logic design.【Key words 】Electric circuit ;EDA ;VHDL ;Max+PlusII高校讲坛132科技信息2010年第21期SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科实践教学是学生加深抽象知识理解、培养扩散思维能力的

10、主要途径,更是提高学生动手能力和创新意识的重要手段4,因此工业炉窑课程必须加强实践教学才能取得良好的教学效果。本课程实践教学主要包括校内实验教学和校外实地参观,共6学时,其中实验教学为2学时,校外实地参观4学时。在实验教学上,我们提前编写好工业炉窑实验指导书,包括实验设备、实验方法、实验步骤等,采用理论教学和实验教学同步进行的教学方法,即在学习完陶耐工业炉窑的理论知识后,不直接学习玻璃池窑的理论知识,而是直接进行陶耐工业炉窑实验,这样既巩固了所学的理论知识,又能起到良好的实验效果。为了调动学生实验的积极性,我们将学生按6人一组,共分5组进行实验,然后对各组实验情况及结果进行对比,对成绩好的一组

11、提出表扬,这样有利于培养学生相互竞争意识和发挥团队协助精神。在校外实地参观上,由于受实践教学课时限制,不能对每种工业炉窑企业进行实地参观,所以选择了具有代表性的水泥和钢铁工业炉窑企业进行参观,请企业相关技术人员现场教学。在实际生产中,面临更多的是课件中没有涉及到的自动化技术的应用,通过学生的提问和相互交流,使他们感受到所学课程不是单一存在的,而是多学科、多专业的交叉融合和发展,这样有利于提高学生们的思维能力和创新意识。3考核评价体系创新工业炉窑课程教学目的是使学生们掌握基础理论知识,具备分析及解决实际问题的能力,所以合理的考核评价体系应包括学生知识、能力、素质各方面的综合评价5。本课程实行了闭

12、卷考试成绩与实践教学、平时课堂表现、作业相结合的考核办法,成绩采用百分制,其中闭卷考试成绩占总成绩的70%、实践教学成绩占20%、其余占10%。在闭卷考试内容选择上,实行了考试题型的多样化,既在概念题、简答题和判断题中体现学生对工业炉窑的工作原理、基本结构及设计的理解和掌握,又在分析题和论述题中体现学生运用所学知识来分析和解决实际问题的能力,做到既考理论,又考能力。实践教学考核始终贯穿于整个考核评价体系中,通过实验动手能力的考察、实验报告完成的好坏及校外实地参观的考核,做到客观全面地评价学生的实践能力和创新意识。平时课堂表现和资料查阅情况主要反映学生对课程学习的主动性和积极性,这也是考核评价体

13、系中不可缺少的重要环节之一。通过上述评价体系的建立,达到了考核学生综合能力的效果,起到了课程教学的真正目的。4结语工业炉窑是全国首开课程,根据工业生产需要和我校实际情况,我们进行了一个学期的教学创新和尝试,取得了较好的教学效果,主要体会为:通过教材编制与整合,保证了内容精练和针对性;通过多媒体课件与板书相结合,极大地提高了学生学习的积极性和主动性;通过课堂互动教学,积极发挥了学生学习的主观能动性;通过理论教学与生产实际相结合,激发了学生的学习兴趣和爱好;通过实验教学和实地参观相结合的实践教学,提高了学生的实践能力和创新意识;通过评价体系的建立,达到了考核学生综合能力的效果。【参考文献】1吴吁生

14、,邢改兰.工程热力学课程教学改革J.化工高等教育,2007,5.2宋松和,朱建民,唐玲艳,等.高等数值分析课程教学改革探讨J.高等教育研究学报,2008,12.3董庆伟.工程流体力学课程教学改革的实践J.中国现代教育装备,2008,12.4丁晓映,陆小明,刘长寿.内燃机课程教学改革的实践与建议J.集美大学学报,2008,10.5张丽,汪志涛.高职环境监测课程教学改革与实践探讨J.现代商贸工业, 2009,1.责任编辑:曹明明(上接第132页PORT(A:IN STD_LOGIC;B:IN STD_LOGIC;C: IN STD_LOGIC;F:OUT STD_LOGIC;END ch2_2_1

15、;ARCHITECTURE a OF ch2_2_1ISSIGNAL D,E:STD_LOGIC;BEGIND<=A and B;E<=not C;F<=D or E;END a;其仿真波形如图1-3所示。图1-3门电路仿真波形图3结论EDA技术就是以微电子技术为物理层面,现代电子设计技术为基础,计算机软件技术为手段,最终形成集成电子系统或专用集成电路ASIC(application specific integrated circuit为目的的一门新兴技术。利用EDA技术进行电子系统的设计,具有以下几个特点:3.1用软件的方式设计硬件:使用硬件描述语言,设计者可以在抽象层次

16、上描述设计结构及其内部特征,是EDA技术的一个重要特征。3.2软件方式设计的系统到硬件系统的转换是有关的开发软件自动完成的。3.3 设计过程中可通过EDA软件的综合库、版图库、测试库和模拟库等,系统开发者能够完成自动仿真和测试。【参考文献】1江晓安.计算机电子电路技术M.西安:西安电子科技大学出版社,2007.2康华光.电子技术基础M.武汉:高等教育出版社,2008.3李平.电子设计自动化技术M.成都:电子科技大学出版社,2008.4史晓东,苏福根,陈凌宵.数字电路与逻辑设计实验教程M.北京:北京邮电大学出版社,2008.5田建艳,夏路易.EDA支持下的电子技术教学实践J.教育理论与实践,2005(6.6徐志军.EDA技术与VHDL设计M.北京:电子工业出版社,2009.7王振红,张常年.综合电子设计与实践M.北京:清华大学出版社,2008.作者简介:吴德林(1981,男,广东潮州人,硕士,研