发布时间 : 星期一 文章基于EDA技术的数字电子时钟设计更新完毕开始阅读e957db6ea7c30c22590102020740be1e650ecceb
第一章 EDA概述
1.1 EDA技术概论
电子产品随着技术的进步，更新换代速度可谓日新月异。不同行业层出不穷的技术需求，使得对配套电子系统或部件的功能、可靠性、集成度、成本、设计周期的要求日益提高。随着时间的推移，科学研究与技术开发行为日益市场化，而远非纯粹的学术行为，这要求设计工作必须在较短的时间内出色完成，技术人员感到工作压力越来越大。显然，采用传统的电子设计手段完成复杂电子系统设计显得越来越力不从心了，传统的电子设计与现实手段受到极大的挑战。 如果在激烈的技术产品竞争中仍沿用老办法，很可能在激烈的竞争中处于被动落后的境地，例如，当设计比较复杂的电子系统时，要等到做完全部硬件试验才开始设计印制电路板，这样，设计周期必然会相应拉长，即使设计出印制电路板来，也很难保证它的电气连接全部正确、各个元器件参数合理以及完善的电磁兼容性能，如果需要设计实现的数字电路部份规模较大，仍习惯地利用中、小规模数字集成芯片实现，电路的集成度和可靠性在许多应用场合会受到很大限制，甚至根本无法满足需求。作为电路主体的器件，特别是集成电路器件功能越来越强大，集成度越来越高，传统设计方式已难以胜任。
EDA即电子设计自动化，英文全称Electronic Design Automation，EDA技术是以计算机为工作平台，以EDA软件工具为开发环境，以硬件描述语言为设计语言，以可编程器件为实验载体，以芯片为目标器件，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。EDA技术满足了提高设计规模、质量和效益的需要。目前，电子产品开发领域的竞争十分激烈，其产品的市场周期越来越短，这意味着电子产品的设计开发周期必须大大缩短，没有高效率的设计手段是无法参与市场竞争的。EDA工具的优势体现在复杂电路系统的设计上，其设计效率远远高于人工设计，而且可按照事先规定的设计规则随时进行检查，及时提醒设计者出现的设计失误，设计质量得到保障，这自然会缩短周期、降低成本、提升竞争力，从而最大限度地提高经济效益。
EDA技术是以计算机科学和微电子技术发展为先导，汇集了计算机图形学、拓扑逻辑学、微电子工艺与结构等多种学科的先进技术，它是在计算机工作平台产生的电子系统设计应用技术。EDA技术随着计算机、集成电路和电子系统设计的发展，经历了计算机辅助设计CAD、计算机辅助工程设计CAE和电子设计自动化EDA 3个发展过程。EDA技术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。
EDA软件在电子行业的应用也越来越广泛，但和发达国家相比，我国的电子设计水平仍然存在着相当大的差距，随着经济全球化，中国已走入WTO，随着加入WTO，电子行业将会受到较大的冲击。但我国许多从事电子设计工作的人员对EDA软件并不熟悉，因此需提高电子设计在电脑方面应用的水平。
1.2 EDA在数字电路课程设计中的必要性
数字电路课程设计是数字电路设计型实验中的重要部分，它要求运用电子技术课程中有关的理论知识和实验方法，完成一些综合性较强的设计课题。由于目前在数字电路实验教学中，大部分院校仍然用中小规模的通用集成电路来实现设计功能，当设计的数字电子钟系统比较复杂，需要多个集成芯片和大量连线时，就增加了设计电路板的难度和故障调试难度，延长了设计周期，降低了学生的学习兴趣；同时，常用中小规模集成芯片的大量重复使用也大大增加了设计成本。因此，在数字电路课程设计中引入EDA技术，采用当前国际先进的设计方法和理念，改革传统的课程设计方法，已经成为一种趋势。
在学校电子技术实验的课程教学中，最让实验老师感到头痛的有两个方面：一是由于电路的连接、电子元件的损坏或仪器毛病，为了查找这些问题，使得一个实验在相对短暂的时
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间内难以完成；二是仪器坏了要修理，元件坏了要拆换，连接导线、电缆线损坏也要调换等等。这些不仅大大增加了实验的开支，同是实验室的管理也非常困难。
应用EDA虚拟的电子实验平台，让学生坐在计算机旁进行各种电子线路的仿真实验与在实验室使用真实的仪器、进行电子线路实验，具有同样的感受和更具有真实的实验效果。学生可以在虚拟的元器件库中拿取元器件；可以在虚拟的仪器库中拿取仪器与仪表；同样可以用导线与电缆连接电路；可以选择器件的参数，可以对电路进行调试、分析；可以在示波器的显示屏上观测到所测电压、电流的波形，可以通过仪表读取被测参数的值，这一切都非常逼真。做仿真实验一般不会损坏仪器，不会烧坏仪器（除非把计算机损坏）。只要按照规定的方法进行实验，都能够达到预期的实验目的。可见，用EDA软件进行仿真电子实验的确可以达到事半功倍的效果。
所以在数字电路课程设计中学习EDA技术是非常必要的。
1.3 MAXplusⅡ 概述
EDA技术的关键之一是EDA工具，EDA工具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、智能化技术最新成果而研制成的电子设计通用工具软件，主要能进行三方面的辅助设计工作： （1）：PCB印刷电路板设计 （2）：ASIC（集成电路）设计 （3）：电子系统设计（SOC）
没有EDA技术的支持，想要完成超大规模集成电路的设计是很难想象的，反过来，生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术提出新的要求。
由于集成电路制造技术日新月异,电路的设计日趋复杂。为了能在电路实现之前,完全掌握操作环境因素(如电源电压、温度等)对电路的影响,利用电脑辅助设计进行电路模拟与分析,并进行输入与输出信号响应的验证,可有效地节省产品开发的时间与成本。
Altera公司推出的MAXplusⅡ软件是专门用于电子电路仿真的“虚拟电子工作台”软件，它是目前全球最直观、最高效的EDA软件。它的功能强大，能够提供电阻、电容、三极管、集成电路等数十大类几千种元件，能够提供示波器、万用表等十几种常用的电子仪器；具有强大的电路图绘制功能，可绘制出符合标准的电子图纸；它还具有强大的波形显示功能，并且结果可轻松放入各类文档。用该软件进行设计、分析非常方便。本文在MAXplusⅡ基础上设计电子时钟，是由数字集成电路构成、用数码管显示的一种现代计时器，与传统机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此广泛使用。
MAXplusⅡ是美国加州Altera公司推出的专门用于电子线路仿真实验与设计的“虚拟电子工作平台”。 MAXplusⅡ是一种在电子技术工程与电子技术教学中广泛应用的优秀计算机仿真软件，被公认为是最易使用，人机界面最友善的数字系统开发软件，特别适合初学者使用。 1.4 设计电子钟的可行性分析
选用MAXplusⅡ软件，以计算机作为载体。通过使用MAXplusⅡ软件，设计实现一个数字电子钟。并使数字钟具有校时、校分、校秒及整点报时功能。掌握使用MAXplusⅡ软件完成基本电路的设计。
设计数字电子钟的条件具备，设计是可行的。
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第二章 设计依据
2.1 设计总体方案
多功能数字钟电路的设计总体方案框图(如图2-1所示)，由控制电路、两个60进制计数器、一个12进制计数器、译码器、显示器和扬声器组成。控制电路控制计数器计时和扬声器报时。计数器对秒、分、小时进行计时,当计时到11时59分59秒时,来一个计数脉冲,则计数器清零，重新开始计时。译码器将计数器输出的BCD码计时结果转换成十进制送到显示器。显示器显示时、分、秒计时结果。
图 2-1 总体方案框图
2.2 设计原理
数字电子钟由振荡器、分频器、计数器、译码显示器、报时等电路组成。其中振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累加的结果以‘时’、‘分’、‘秒’的数字显示出来。‘时’显示由12进制计数器、译码器、显示器构成。‘分’、‘秒’显示分别由60进制计数器、译码器、显示器构成。可进行整点报时，计时出现误差时，可以用校时电路校时、校分。
2.3 设计目标和方法
MAXplusⅡ软件作为电子钟设计工作平台，以数字电路为设计电子钟的理论基础，按照“自顶向下”的层次化设计方法设计该电路，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路实现，应用MAXplusⅡ软件进行数字电路的设计与仿真。
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