电路与电子技术计算机辅助设计

电路与电子技术

计算机辅助设计

2012.3.1目录4、总结2、EDA技术及其发展1、电子CAD技术概述3、实例分析-基于单片机的矿井瓦斯检测系统设计1、电子CAD技术概述陈旧的工艺阻碍技术发展

早期，电路原理设计、逻辑设计及印刷电路板的设计、绘制工作全部依靠人工制做。人工绘制墨图：

根据4:1或2:1的比例，用铅笔绘制出电路图案的边框线,再将图案部分用墨汁涂黑制成照像底图,最后把照像底图用照相机缩成1:1的照像底板用于生产。贴图法：

在原方法上进行工艺改进，即把事先做好的焊盘、走线、图象,贴到图纸上做为照像底图。传统的电子线路设计工作：完备的元器件和仪器设备；设计依赖于设计师的经验；在实验室中反复调整测试；消耗大量的时间、精力以及成本；

随着计算机技术的发展，电子元器件向小型化的方向发展,仪器设备体积、重量也趋于小型、轻便、实用,技术指标也要求越来越高的发展趋势，而落后陈旧的设计方法显然不能满足精密工艺质量的要求。20世纪60年代，电子线路系统设计工作进入了电子CAD设计阶段，即电子线路计算机辅助设计阶段。电子CAD的概念

以计算机硬件和软件系统为平台，利用CAD通用软件和相应软件包来完成电子线路的设计过程，包括原理图的编辑、电路功能的仿真、工作环境的模拟、印刷板设计与检测等。提高设计精度和质量，利于生产自动化；缩短设计时间，减轻劳动强度；易于修改、保存；设计数据可直接供生产、测试、质量控制用；对产品进行电路正确性检查以及性能分析；2、EDA技术及其发展EDA:(ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化)

EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。

利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。EDA技术的发展历程手工设计，人工布线计算机辅助设计（CAD，20世纪70年代）电子设计自动化（EDA，20世纪90年代至今）计算机辅助工程（CAE，20世纪80年代）①CAD阶段CAD软件功能十分简单，未涉及到自动化和智能化；电子设计工程师利用图形界面和相应的电路模型，用CAD软件设计印刷电路板和集成电路版图，设计可达到几百个门的程度；本阶段的EDA工具供应商只有几家，产品几乎全部面向LSI和PCB布线设计。典型的产品如TangoPCB布线软件；

②CAE阶段80年代，当时的Mentor、DaisySystems及LogicSystem公司开始提供带电路图编辑工具和逻辑模拟工具的CAE软件；除了CAD纯粹的图形绘制功能外，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（CAE）的概念；

CAE的主要功能是：原理图输入、逻辑仿真、电路分析、自动布局布线和PCB后分析等。其中，自动布局布线仍是今后算法研究领域的热门课题；CAD/CAE的局限性：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CAD/CAE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；

基于电子CAD/CAE技术的局限性，人们开始追求贯彻整个设计过程的自动化，即电子设计自动化。EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向。③EDA阶段设计人员按照“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件；EDA软件以逻辑综合、硬件行为仿真、参数分析和测试为重点。设计工具门类齐全，能够提供系统设计需要的全部工具，包括设计输入、逻辑综合、设计优化、设计验证和性能评估等；EDA技术的范畴：IC版图设计PLD设计电路设计PCB设计模拟电路数字电路混合电路常用的EDA软件SPICE（晶体管级仿真）、EWB（虚拟电子实验室

）PROTEL、PADS（PCB高端用户工具软件）ISE、Webpack（功能比ISE少，xilinx公司）MaxplusII、QuartusII（Altera公司）ispDesignEXPERT、ispLVER（Lattice公司）ActiveHDL、Modelsim：仿真工具Synplify、FPGAExpress、Exemplar：综合工具

Cadence、Mentor等公司提供的专用集成电路设计软件EDA技术涉及的领域包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。

3、实例分析-基于单片机的矿井瓦斯检测系统设计

矿井瓦斯检测系统设计源于生产实际。矿井瓦斯爆炸事故是煤矿事故中最为严重的灾害，后果严重，危害性极大。系统以单片机为控制核心，通过瓦斯浓度传感器将井下瓦斯浓度传给单片机，当瓦斯浓度是否超过上限值时，单片机发出声光报警，并控制三相异步电机的启停对瓦斯浓度进行调节，使瓦斯浓度降低到上限值以下，从而保证井下工人作业环境的安全。系统总体原理框图在单片机系统开发过程中，电路板设计也是很重要的一个环节，而计算机软、硬件技术的飞速发展使得计算机辅助设计成为电路板设计与制作工作中一个重要环节。Protel99SE是澳大利亚Protel公司于2001年推出的电子线路设计和布线的软件，是世界上第一将EDA环境引入Windows开发环境的EDA开发工具，具有强大的自动设计能力、高速有效的编辑功能、简洁方便的设计过程管理，是目前众多EDA设计软件中用户最多的产品之一。基于Protel99SE系统硬件电路设计建立工程项目新建原理图文件调用库元器件绘制原理图

印刷电路板（PCB）是电子产品中电路元件和器件的支持件，它提供电路元件和器件之间的电器连接。完成原理图设计后，生成与原理图相对应的网络表，根据电路图以及相关器件说明书画出自己定义的非标准件的封装库。在禁止布线层，画出边界线。在需要放置固定孔的地方放上焊盘。在PCB文件中调入PCB库文件后，调入网络表文件。在PCB元件布局完成后，制定详细的布线规则，最后在各布线层放置地线网络的覆铜。PCB设计图PCB制作完成之后，采用3D预览命令查看制作的PCB文件的布局、连线、覆铜情况。基于Proteus的系统硬件电路仿真

Proteus是英国LabcenterElectronics公司研发的EDA工具软件。Proteus不仅是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台，更是世界上最先进、最完整的多种型号微控制器系统的设计与仿真平台。同时提供软件调试功能，支持第三方软件编译和调试环境，如KeiluVision3等软件。智能原理图输入系统高级布线编辑软件4、总结1、EDA技术将广泛应用于专用集成电路的开发；

专用集成电路芯片及标准模块功能特定且开发周期相对较长，设计者可以在瞬息万变的市场竞争中，只需要进行二次开发，设