淺析數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的EDA技術(shù)

南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 趙 洧

1.前言

EDA技術(shù)以電腦中的前沿技術(shù)為強(qiáng)大基礎(chǔ)，對數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施起著提高和促進(jìn)的作用，實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員及用戶應(yīng)在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施中重點(diǎn)發(fā)展基于EDA的虛擬平臺，并以此為契機(jī)使用戶和學(xué)員在接近現(xiàn)實(shí)的情形下，理解并更加自如的運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)。本文將從現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)入手，具體解釋EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的強(qiáng)大作用，并為今后同類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中EDA技術(shù)的應(yīng)用給予借鑒與技術(shù)支持。

2.EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)的大體結(jié)構(gòu)

以EDA目前發(fā)展的情形來看，其在技術(shù)實(shí)驗(yàn)方面的結(jié)構(gòu)大體包括三個方面：首先，實(shí)驗(yàn)建立在EDA技術(shù)之上，就應(yīng)該選擇符合實(shí)際的相應(yīng)的編程語言，且應(yīng)以接近現(xiàn)實(shí)為目的，建立一個接近現(xiàn)實(shí)環(huán)境的平臺；其次，在EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)的大體結(jié)構(gòu)的建立中，特別要將重點(diǎn)放在對最終數(shù)據(jù)的詳細(xì)加工分析、有用數(shù)據(jù)的甄選等方面，達(dá)到技術(shù)實(shí)驗(yàn)的目的，而且使得用戶與學(xué)員能將圖表、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、仿真曲線等相應(yīng)知識點(diǎn)歸納總結(jié)。除了以上的關(guān)注點(diǎn)外，EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)的大體結(jié)構(gòu)建立當(dāng)中的信息共享尤其重要，所以重心應(yīng)放在連接實(shí)驗(yàn)平臺、服務(wù)器，使得能夠在實(shí)驗(yàn)過程中快速獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；最后，EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)的大體結(jié)構(gòu)建立中可以應(yīng)用VHDL等編程語言，達(dá)到該平臺虛擬現(xiàn)實(shí)的要求。

3.EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 以往數(shù)據(jù)的交互、處理

以往數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作中的硬件→搭試→調(diào)試→焊接模擬不形象且環(huán)境不友好，使項(xiàng)目總體實(shí)驗(yàn)水平下降，為了達(dá)到環(huán)境友好，形象生動，易于操作，在項(xiàng)目實(shí)施中需要著力構(gòu)架基于EDA技術(shù)的模擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境，把項(xiàng)目實(shí)施的以往數(shù)據(jù)代碼，以VHDL文本、原理圖文本的形式交互進(jìn)入模擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境，以EDA程序體系為工具，將導(dǎo)入的VHDL文本做深入加工，把理論范疇的Logic circuit diagram進(jìn)化為gated circuit，表現(xiàn)為遵循特定而簡單的標(biāo)記語法的文本、不同時間的數(shù)據(jù)分析主要是預(yù)測的方法文本，使得用戶與學(xué)員以此類最終形式為出發(fā)點(diǎn)，對項(xiàng)目實(shí)施結(jié)果歸納總結(jié)并找到結(jié)論，且在該過程中同步達(dá)到深化成果的目的。

3.2 器件整體走向線路與平面布置

在器件整體走向線路與平面布置中，在EDA構(gòu)件的模擬現(xiàn)實(shí)的形勢下，牽扯到邏輯分割、底層器件配置等操作過程，實(shí)施中將關(guān)注的重點(diǎn)放在該類過程控制中，模擬真實(shí)的工作環(huán)境，這就要求按工序進(jìn)行模擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)施過程中，要關(guān)注部署JAM、JEDEC等類型的下載文件，使得電路中各元件之間達(dá)到和諧統(tǒng)一，達(dá)到模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的要求。

3.3 仿真

EDA技術(shù)借助其在具體技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，使得整個電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的流暢性得到保障，這就要求在實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)時收集各類數(shù)據(jù)，對實(shí)驗(yàn)中各變化參數(shù)對項(xiàng)目的影響進(jìn)行分析處理，以達(dá)到歸納總結(jié)各類知識點(diǎn)的作用。同時由于模擬的環(huán)境非常接近現(xiàn)實(shí)，可以達(dá)到沉浸式的效果，依據(jù)總結(jié)的知識點(diǎn)，促進(jìn)效率、提高水平。另外，仿真實(shí)驗(yàn)平臺的建構(gòu)亦增設(shè)了項(xiàng)目發(fā)布、故障處理、系統(tǒng)注冊等功能，對于整個系統(tǒng)的運(yùn)作，給予很大補(bǔ)充。

4.EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的實(shí)例分析

國際上傳統(tǒng)應(yīng)用的EDA數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，其構(gòu)成主要有：①Discrete element testbox；②EDA Experiment box（EEB）。此類構(gòu)成的先天劣勢在于：箱體過于繁瑣、其實(shí)用性與時效性受到很大制約，因此對于實(shí)驗(yàn)箱來說，一要適于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的生成，二要適于現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。EDA對于數(shù)字電子技術(shù)的推廣舉足輕重。

本次實(shí)驗(yàn)使用的是以德國賽門鐵克公司的JL34R96型芯片為基礎(chǔ)而自行研制的FPGA運(yùn)行系統(tǒng)，包括元素體系與電氣元件線路，并編制了跑馬燈、按鍵掃描、數(shù)碼管顯示、蜂鳴器、VGA接口等一系列程序，使其有利于系統(tǒng)技術(shù)人員、學(xué)員與用戶熟練應(yīng)用FPGA系統(tǒng)的。

4.1 用戶目標(biāo)研究

EEB的組成力求簡潔，應(yīng)改進(jìn)成為更直觀的類型、以節(jié)約其操作時間；具體操作的實(shí)施要展示出各組成部分之間的緊密聯(lián)系與按邏輯關(guān)系執(zhí)行的工序；在感官上一定要給于參與者足夠的刺激，如將結(jié)果或變化規(guī)律以聲光的形式來表現(xiàn)。

4.2 實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計

EEB由賽門鐵克公司JL34R96 chipboard與其周邊電路組成，為了便于輸入數(shù)據(jù)，增加了許多人機(jī)對話的路徑，提高了系統(tǒng)的可互動性。FPGA互動性傳感器接口有：聲、光、溫度、母機(jī)，硬件由以下部分組成：22盞LED燈、22枚按鍵、14個八段數(shù)碼管、蜂鳴器、VGA接口、串口、溫度傳感器。

4.3 JL34R96中央母板的結(jié)構(gòu)

①電源電路。②時鐘電路。③下載電路。④JL34R96CHIP。

4．3．1 電源電路

電流經(jīng)過變壓裝置SMS6364,最終其內(nèi)核工作電壓為1.5V、外部I/O電壓4.2V。通過濾波裝置D33，D34和D56，D57濾波。

4．3．2 時鐘電路

該電路生成的電路時鐘為65MHz。

4．3．3 下載電路

CHIP型號采用SKFDWTIUT，內(nèi)存為1G。驅(qū)動力方面，采用5.5k電阻提升能力。

JL34R96CHIP芯片賽門鐵克公司的JL34R96CHIP型芯片作為CORE處理芯片。

4．3．4 數(shù)碼管電路

數(shù)碼管電路，由8個數(shù)碼管構(gòu)成。其中10個段選和6個位選引腳連接到FPGA的I/O引腳。應(yīng)用MOM型三極管驅(qū)動FPGA管腳信號。

4．3．5 按鍵電路

22個按鍵，各按鍵一端串連接地，對向一端接4.2V電壓。若不按下，I/O口處顯示高電位，按下則為低電位。

4.4 蜂鳴器電路的線路設(shè)計與發(fā)聲

蜂鳴器兩端分別連接4.2V的電源與MOM型三極管管腳驅(qū)動，在FPGA以方波發(fā)信號給蜂鳴器，令蜂鳴器發(fā)聲。

4.5 平臺架構(gòu)

以EDA為基礎(chǔ)的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，其平臺組成為：PC、DOWNLOADER、SHELL、BOARD組成。賽門鐵克公司軟件版本為v1.8,共有3種層次：(1)實(shí)際符合性實(shí)驗(yàn)；(2)開發(fā)型實(shí)驗(yàn)；(3)技術(shù)革新型實(shí)驗(yàn)。其水平依次遞增。

本實(shí)驗(yàn)實(shí)例難度依次遞增，其中實(shí)際符合性實(shí)驗(yàn)主要承擔(dān)設(shè)計與現(xiàn)實(shí)能力驗(yàn)證的工作。本例中用賽門鐵克公司進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、驗(yàn)證。重點(diǎn)應(yīng)放在它與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合嚴(yán)密程度和該軟件與其他軟件在項(xiàng)目上的協(xié)同工作。數(shù)字電子原理主要包括組合電路設(shè)計、時序電路設(shè)計、存儲器設(shè)計等部分知識點(diǎn)。開發(fā)型實(shí)驗(yàn)需要用戶用物理與電路的原理加入各類傳感器和聲光設(shè)備，并在實(shí)驗(yàn)過程中隨各類實(shí)驗(yàn)參數(shù)的變化而產(chǎn)生效果。例如跑馬燈就是用計數(shù)器的原理，在燈的快慢節(jié)奏上呈現(xiàn)效果；數(shù)碼管上面的動態(tài)變化，使用戶可以動態(tài)控制數(shù)碼管；蜂鳴器實(shí)驗(yàn)使用戶能通過電路的控制使設(shè)備發(fā)聲。

5.EDA技術(shù)為數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)帶來的應(yīng)用價值

EDA技術(shù)為數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)帶來的應(yīng)用價值主要有：首先，全過程的精確度大幅提高，并且相對于以往模式的不可控性，可以將實(shí)驗(yàn)的原理、內(nèi)涵、甚至應(yīng)用完整表達(dá)，從用戶的感官上提高對該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的認(rèn)知與掌握程度；其次，隨著軟件系統(tǒng)的不斷升級，使用戶與學(xué)員利用該類沉浸式模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，不斷加強(qiáng)其自身能力，同時提升興趣，形成良性循環(huán)。

6.結(jié)語

經(jīng)過以上闡述，以往模式在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中由于落后性與低效性，正逐步被以EDA技術(shù)為核心的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)所取代，為了提升系統(tǒng)質(zhì)量、為了提高學(xué)習(xí)效率、達(dá)到學(xué)員與用戶的需求，必須要熟悉和掌握該技術(shù)，熟練使用EDA技術(shù)創(chuàng)建平臺，從理論與實(shí)際上充分了解EDA技術(shù)的重要性，并在今后的工作中主動應(yīng)用，使其發(fā)揮更好的效果。

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