1、2EDA简介与可编程逻辑器件PLDppt课件

1、电子设计自动化EDA魏永涛.什么是EDAEDA运用电子计算机信息处置人工智能拓扑学计算数学Electronic Design Automation电子设计自动化是在计算机的辅助下完成电子产品设计的一种先进的硬件设计技术！ 是立足于计算机任务平台开发出来的一整套先进的设计电子系统的软件工具。.EDA的开展CAD包含电气性能和几何图形描画之间一致性的验证PCBCAE添加电路功能和构造的设计PCB的自动规划布线及分析 EDA芯片设计及系统设计从PCB扩展到IC.EDA技术的范畴IC 幅员设计PLD 设计电路设计PCB 设计模拟电路数字电路混合电路设计输入逻辑综合仿真编程下载.基于EDA工具的设计步骤

2、电子系统的设计、仿真、综合与实现设计Design：根据功能要求，完成对电子系统的初步设计仿真Simulation：又称为模拟，指利用计算机模拟所设计电子系统的实践任务情况合成Synthesis ：从所设计电子系统的行为描画及目的电路的约束条件出发，找出一个满足要求的构造，如原理图PCB。实现Realization：运用EDA工具对综合结果在实践器件或电路中予以实现。.EDA常用软件 电子电路设计与仿真软件 PCB设计软件 IC 设计软件 PLD设计软件 MultiSim7， Proteus，SystemView， Protel DXP，MAX+Plus/Quartus II.计算机并口器件编程

3、接口PCB BoardPLD编程目的文件Electronics Design Automation硬件软化，软件硬化EDA技术的特点.软、硬件协同设计普通的系统由硬件电路和运转其上的软件构成，有些功能既可搭建硬件电路实现，也可软件编程实现。软件：编程任务量大，占用CPU时间多，运转速度较慢，但本钱较低且调试相对容易。硬件：运转速度快，但本钱高且调试难度较大 软件和硬件的合理分配采用CPLD/FPGA器件 EDA技术的特点.电子设计自动化的主要运用 1公用集成电路(ASIC)或大规模集成电路 LSI设计运用PLD器件及开发系统 2电子线路的设计分析仿真模拟、数字、 模/数混合 3多层印制电路板元

4、件规划、自动布线、 仿真测试 4电子系统设计与整体优化 5电子产品可靠性分析 电磁兼容性EMC分析 热分析等.课程安排课堂24学时，实验16学时，第三次课后找任良超教师联络实验。课时少，课堂上只讲最适用的部分(仿真软件和VHDL /CPLD)数电和C言语是根底。预习很重要，课堂上略化语法，以讲解方法和技巧为主，留意做笔记。.电子电路仿真简介 .电路仿真 RLC二阶电路： 人脑：利用节点法、回路法或支路法等列电路方程并求解 电脑：如何实现？ 将电路图转成计算机能识别的方式：数学模型.模拟电路的仿真 计算和求解生成波形 数学模型 数学方程 物理景象拓扑构造 计算机技术 .数字电路的逻辑仿真 输入输

5、出波形 拓扑关系 输入输出逻辑数字器件 器件的功能和特性 计算机技术 .仿真流程 .模拟电路仿真设计工具Berkeley University：SPICE3F5 SPICESimulation program with integrated circuit emphasis ，用于模拟集成电路EWB:由Multisim、Ultiboard、Ultiroute和Commsim四个软件模块组成中心：SPICEHspice Pspice Vspice .可编程逻辑器件 .回想：数字系统的设计一、数字系统的概念二、传统的数字系统设计方法三、现代的数字系统设计方法.1传统数字系统设计方法1. 根据设计要

6、求划分功能模块；2. 确定输入和输出的关系，画出真值表；3. 由真值表写出逻辑表达式；4. 利用公式或卡诺图进展人工化简；5. 根据化简后的逻辑表达式画出电路原理图；6. 在面包板上进展实验，验证电路的正确性；7. 假设无错误，画PCB图；8. 检查后送制板厂制板；9. 对PCB板进展安装、调试，假设有大的错误，修正设计，反复以上过程，重新制板。基于电路板的设计方法采用固定功能的器件通用型器件，经过设计电路板来实现系统功能.传统的数字系统设计方法基于电路板采用固定功能器件通用型器件，经过设计电路板来实现系统功能写出真值表或形状表推出逻辑表达式化简逻辑电路图用小规模逻辑器件来实现特点采用自下而上

7、Bottom Up的设计方法采用通用型逻辑器件搭积木式的方式 在系统硬件设计的后期进展仿真和调试 主要设计文件是电路原理图 .传统的数字系统设计方法效率低下几乎都是手工完成！设计周期很长；容易出错如PCB绘制与焊接器件引脚；芯片种类多，数量大，受市场的限制；设计灵敏性差如器件下市；产品体积大。采用自下而上Bottom Up的设计方法采用通用型逻辑器件搭积木式的方式 在系统硬件设计的后期进展仿真和调试 主要设计文件是电路原理图 .2现代的数字系统设计方法首先在计算机上安装EDA软件，它们能协助设计者自动完成几乎一切的设计过程；再选择适宜的PLD芯片，可以在一片芯片中实现整个数字系统。基于芯片的设

8、计方法采用PLD可编程逻辑器件，利用EDA开发工具，经过芯片设计来实现系统功能。EDA软件空白PLD+数字系统编程.现代的数字系统设计方法计算机+EDA软件空白PLD+数字系统通常采用自上而下Top Down的设计方法采用可编程逻辑器件 在系统硬件设计的早期进展仿真主要设计文件是用硬件描画言语编写的源程序降低了硬件电路设计难度特点.1.自上而下的设计Top Down占据主导位置 辅助的设计手段 功能模块划分子模块设计系统级设计功能级描画功能仿真门级描画时序仿真假设仿真未经过，那么需修正设计！2.自下而上的设计Bottom Up设计根本单元构成子模块子系统系统.现代的数字系统设计方法1.根据设计

9、要求划分功能模块2. PLD开发利用EDA工具1设计输入：采用硬件描画言语HDL，用条件语句或赋值语句表示输入和输出的逻辑关系，将整个程序输入到计算机中；2设计的编译：EDA工具可自动进展逻辑综合，将功能描画转换为门级描画，或转换成详细PLD的网表文件，将网表文件自动适配到详细芯片中进展规划布线；3功能仿真和时序仿真；4编程下载到实践芯片中，在实验台上进展实践验证；5在每一阶段假设有问题，可在计算机上直接修正设计，反复以上过程。.现代的数字系统设计方法3. 设计包含PLD芯片的电路板1在计算机上利用EDA软件画电路原理图；2 进展电气规那么检查无误后，自动生成网表文件；3 利用EDA软件画PC

10、B图，自动布线；4 自动进展设计规那么检查，无误后输出文件，制板。 优点：效率高一切这一切，几乎都是借助计算机利用EDA软件自动完成！容易检查错误，便于修正；设计周期短、胜利率很高 ；产品体积小。.特 点传统方法现代方法采用器件通用型器件可编程逻辑器件设计对象电路板芯片设计方法自下而上自上而下仿真时期系统硬件设计后期系统硬件设计早期主要设计文件电路原理图HDL语言程序数字系统的两种设计方法比较.二由半导体器件公司推出的几种 可编程逻辑器件开发软件 可编程逻辑器件 PLD(Programmable Logic Device)是用于公用集成电路ASIC(Application Specific I

11、ntegrated Circuit)的设计的通用器件，它的逻辑功能是由用户对器件编程来设定的。 .目前消费和运用的PLD产品主要有： 1 现场可编程逻辑阵列FPLA (Field Programmable Logic Array) 2.可编程阵列逻辑PAL (Programmable Array Logic) 3.通用逻辑阵列GAL(Generic Array logic) 4.可擦除的可编程逻辑器件EPLD (Erasable Programmable Logic Device) CMOS工艺 1万门/片 5.现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Arra

12、y)集成度3万门/片. EPLD和FPGA集成密度高，称为高密度PLD 以上五种PLD编程开发系统由硬件计算机和编程器和软件公用编程软件构成。 6.在系统可编程器件ISP(In-System Programmable)-PLD是新一代器件，不需编程器，只需将计算机编程产生的数据直接写入PLD就可以了。其中高密度ISP-PLD又称为CPLD(Complex Programmable Logic Device).PLD的主要开发软件及开发商有： CPLD开发软件Max Plus 2(Quatues)Altera公司 FPGA开发软件FundationXiLinX公司 ISPLSI开发软件 Expe

13、rt(Synario)Lattice公司 集成化开发系统软件包 优秀PLD开发程序的集成 XACT5.0 XinLinX公司 ISP Synario SystemLattice公司.PLD的开展PALProgrammable Array LogicGALGeneric Array LogicCPLD(触发器有限而乘积项丰富的算法和组合逻辑构造.系统断电编程信息不丧失)FPGA(触发器丰富的时序逻辑构造,编程信息在系统断电时丧失,故可动态配置).CPLD的设计原理数字电路可以用逻辑表达式来表示。如一位全加器可以根据真值表写出它的逻辑表达式：SumxyCinxyCinxyCinxyCinCoutx

14、yxyCinxyCin特点：每个输出都是由输入变量的与和或操作组合而成。.CPLD的构造表示Y1X1X2X3X2X3X1X3Y2=X1X2X3X1X2.一、图形设计方式二、基于HDL的设计数字系统的设计描画方法.数字系统的设计描画方法 一、图形设计方式常用于设计规模较小的电路和系统适宜描画电气衔接关系和接口关系EDA工具必需提供元件库或宏单元库优点：直观、笼统对表现层次构造、模块化构造更为方便缺陷：不适于描画逻辑功能通用性、可移植性较弱.数字系统的设计描画方法 例 电子秒表电路的顶层图形文件.数字系统的设计描画方法二、基于HDL的设计硬件描画言语HDL，Hardware Description

15、 Language是一种用方式化方法即文本方式来描画和设计数字电路和数字系统的言语。一种专门用于PLD设计的高级模块化言语。是电子系统硬件行为描画、构造描画、逻辑描画的言语 。HDL常用来设计规模较大、复杂的电子系统用HDL描画设计编程下载EDA工具综合、仿真目的文件所谓的高层设计(High Level Design)方法.数字系统的设计描画方法优点：能笼统化、笼统地表示电路的构造和行为适于描画逻辑功能借用高级言语简化电路的描画具有电路仿真与验证机制便于文档管理易于了解和移植重用缺陷：不如图形设计方式直观较广泛运用的有3种：VHDL、Verilog HDL和AHDL.数字系统的设计描画方法Ve

16、rilog HDLVHDL成为IEEE标准1995年1987年语法结构比VHDL简单语法结构比较严格，模块风格比较清晰学习难易程度容易掌握较难掌握建模能力门级开关电路描述方面很强系统级抽象能力较强测试激励模块容易编写适合由多人合作完成的特大型项目（一百万门以上）。较多的第三方工具的支持仿真工具比较好用Verilog HDL 与VHDL的比较.数字系统的设计描画方法VHDLVHSIC Hardware Description LanguageVHSICVery High Speed Integrated Circuits，甚高速集成电路硬件描画言语。来源于美国军方。1987年成为IEEE规范。全方位HDL，包括从系统到电路的一切设计层次。支持构造、数据流逻辑和行为3种描画方式的混合描画。.数字系统的设计描画方法特点 1数据类型丰富规范数据类型：不仅有整数、布尔、字符、字符串等数据类型，还有位型Bit、位矢量型Bit-Vect