EDA技術與數(shù)字電路的融合研究

林智慧,唐 亮,何 穎

（西安思源學院電子信息工程分院，西安,710038）

EDA技術與數(shù)字電路的融合研究

林智慧,唐 亮,何 穎

（西安思源學院電子信息工程分院，西安,710038）

本文介紹了EDA技術，提出了以數(shù)字電路基本知識為引導，以EDA平臺為主要手段，建立傳統(tǒng)數(shù)字電子技術設計和現(xiàn)代設計方法相結合的新模式。

數(shù)字電子技術；EDA技術；融合

0 引言

EDA技術代表當今電子技術的最新發(fā)展趨勢。不僅提供了一種現(xiàn)代電子設計技術，同時還為學習提供了一個極為方便的、科學的實驗平臺。將EDA仿真軟件應用到學習中是一種學習手段的創(chuàng)新，也是提高學習質量的優(yōu)選之舉。

引入EDA技術能很方便地設計、測試和演示包括組合邏輯電路、時序邏輯電路和數(shù)字系統(tǒng)等各種電路，還能對仿真電路設置各種故障，所以可以在學習中模擬各種故障，來提高對實際電路分析和排故能力，方便掌握學習情況。

EDA技術的引入，更有利于數(shù)字電路學習的合作性學習。目前，在數(shù)字電路學習中，一個數(shù)字電路功能的實現(xiàn)，經(jīng)過功能分析——真值表——邏輯表達式——化簡——器件的選擇等，最終采用門電路或者中規(guī)模集成電路實現(xiàn)，電路圖比較固定，照此連線基本能夠得出結果，而對于其內部的邏輯關系、工作原理未必掌握得透徹。本文以全加器為例采用傳統(tǒng)設計方法和兩種EDA設計方法相結合，然后對比，從而驗證將EDA技術與數(shù)字電路的融合的優(yōu)越性。

1 全加器的傳統(tǒng)設計方法

在計算機中，加法器是最重要的基本運算單元，雖然實現(xiàn)加法器電路的設計有多種形式，但構成該電路的基本單元就是半加器和全加器。全加器是實現(xiàn)兩個二進制加數(shù)以及一個來自于低位的全加運算。其真值表如表1所示，其中A、B為兩個二進制輸入，Cn-1表示來自于低位的進位，Sn為半加和，Cn為進位輸出。

利用真值表得到全加器的邏輯表達式（1）和（2）。

電路的設計目的就是根據(jù)實際的邏輯問題，通過寫出它的真值表和邏輯函數(shù)表達式，最終找到實現(xiàn)這個邏輯電路的元器件，將它們組成最簡單的邏輯電路。

表1 全加器真值表

2 全加器的EDA設計方法—Multisim 仿真

在Multisim 10中利用邏輯轉換儀分別獲得全加器的Sn和Cn表達式，而不是像傳統(tǒng)方法中需要人工計算。而且，數(shù)字電路的生成可以可以由真值表得到表達式及電路，也可以由電路圖得到真值表及表達式，靈活性大大增強。

圖1 全加器Sn的電路

圖2 全加器Cn的電路

另外，還可以測試全加器的邏輯功能，更加的直觀。

I、組建全加器仿真電路

II、開啟仿真開關，根據(jù)圖1、2改變輸入數(shù)據(jù)A、B和Cn-1，觀察兩個指示燈的情況（Sn表示全加和，Cn表示向高位的進位）。

3 全加器的EDA設計方法— Quartus II仿真

3.1 建立工程

圖3 全加器仿真電路

啟動Quartus II 軟件，在Quartus II 管理器窗口中選擇菜單File并選擇New Project Wizard，進入新建工程向導。

在新建工程對話框鍵入工程名和工程路徑。編寫VHDL描述程序。

3.2 編譯仿真

（1）進行全程編譯。選擇Processing中的Start Compilation命令?；騿螕艟幾g器快捷方式啟動全程編譯。

（2）編譯成功后，再進行仿真。設置仿真時間區(qū)域和網(wǎng)格大小。

（3）設置仿真觀察點。以時鐘脈沖方式對輸入信號A、B、Cin進行編輯，使之具有“000”，“001”、“010”、“011”、“100”、“001”、“110”、“011”這8種狀態(tài)，這里對A、B、Cin都選用時鐘信號激勵，周期分別設為20us，40us，80us。保存波形文件，進行功能仿真。

從功能仿真圖中看出，邏輯關系都是正確的，這驗證了設計的全加器在模擬硬件仿真中是可以實現(xiàn)的。而后，可以進一步將生成的配置文件下載至可編程邏輯器件中，進行直觀的顯示驗證。

4 總結

通過上面的論述及方法對比可見，在數(shù)字電路學習中引入EDA技術，其強大的仿真功能很容易把實踐帶入課堂、帶入學習的每一個階段。利用EDA平臺，能輕松的實現(xiàn)復雜電子系統(tǒng)原理圖輸入、模擬驗證、邏輯綜合、仿真設計、時序分析和編程下載；同時，基于可編程邏輯器件的設計還能大大減少系統(tǒng)芯片的數(shù)量、縮小系統(tǒng)體積并提高系統(tǒng)的可靠性。

引入EDA技術能很方便地設計、測試和演示包括組合邏輯電路、時序邏輯電路和數(shù)字系統(tǒng)等各種電路，還能對仿真電路設置各種故障，所以可以在學習中模擬各種故障，來提高對實際電路分析和排故能力，方便掌握學習情況。

EDA技術作為數(shù)字電路學習的輔助和補充，在學習中得到了證明，是一種創(chuàng)新的學習方式。其強大的功能和可以充分發(fā)揮學習者的自我能動性和創(chuàng)造力，不局限于傳統(tǒng)學習，編寫各具特色的功能模塊，實現(xiàn)的方法也靈活多樣。隨著電子技術的不斷發(fā)展，EDA仿真技術的日趨完善，數(shù)字電路與EDA技術的結合會更加緊密。

[1]畢春躍等.基于EDA技術的數(shù)字電路教學研究.計算機教育,2011年09.

[2]鄭步生,吳渭.Multisim2001電路設計及仿真人門及應用.電子工業(yè)出版社,2002.

Fusion research on EDA technology and digital circuit

Lin Zhihui,Tang Liang,He Ying
（Xi'an Siyuan University，Xi'an,710038）

This paper introduces the EDA technology,and puts forward the basic knowledge of digital circuit as the guide,with the EDA platform as the main means to establish a new model of traditional digital electronic technology design and modern design methods.

Digital electronic technology;EDA technology;Fusion

圖4 一位全加器功能仿真結果