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EDA技术应用报告数字闹钟的设计与实现院（系、部）：信息工程学院姓名：班级：电131指导教师签名：2015年11月11日目录前言..........................................................................................................................................1第一章EDA技术导论1.1EDA技术概述...............................................................................................................11.2EDA的发展阶段............................................................................................................11.3EDA系统的组成..................................................................................................................21.4EDA技术的发展趋势....................................................................................................3第二章数字闹钟的设计与实现.............................................................................................42.1系统的设计要求..........................................................................................................42.2系统的总体设计..........................................................................................................52.3闹钟控制器的设计......................................................................................................72.4预置寄存器的设计....................................................................................................112.5闹钟寄存器的设计....................................................................................................122.6分频电路的设计........................................................................................................132.7时间计数器的设计....................................................................................................142.8显示驱动器的设计....................................................................................................162.9系统的总装设计........................................................................................................182.10系统的硬件验证........................................................................................................18学习心得体会.........................................................................................................................19参考文献.................................................................................................................................201前言随着电子系统设计复杂程度的不断增加,仅靠手工进行电子系统的设计已经无法满足要求,迫切需要更高级、更快速和更有效的电子设计自动化EDA工具。EDA是电子设计自动化的简称EDA技术就是以计算机为工具,在EDA软件平台上,根据硬件描述语言HDL，完成的设计文件,自动地完成逻辑编译,化简,分割,综合及优化,布局布线,仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作，最终形成积成电子系统或集成芯片的一种新技术。第一章EDA技术导论1.1EDA技术概论EDA(ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化)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、微电子工艺与结构学和计算数学等多种计算机应用学科最新成果的先进技术，它是在先进的计算机工作平台上开发出来的一套电子系统设计的软件工具。它也是一种帮助电子设计工程师从事电子产品和系统设计的综合技术。从技术应用角度理解EDA技术，可以认为EDA技术是以大规模集成电路为设计载体，以硬件描述语言为描述系统的主要表达方式，以计算机为设计环境，利用软件开发工具自动完成设计系统的编译、化简、综合、仿真、布局布线、优化，直至完成对特定芯片的适配、映射、编程下载，最终将涉及系统集成到特定芯片中，完成专用集成电路芯片的设计。EDA技术以计算机为工具，硬件设计者只需用软件语言完成对系统的描述，其他工作都交给计算机及其软件开发工具处理。硬件设计与传统的手持电烙铁，面对电路、芯片元器件的方式已经完全不同，今天的硬件设计如同软件设计，面对的是计算机屏幕和程序，硬件方案的修改如同软件方案修改一样方便、快捷，人们已经很难对硬件设计与软件设计进行严格的区分了。1.2EDA的发展阶段EDA技术伴随着计算机、集成电路和电子系统设计的发展,经历了三个发展阶段,各阶段时间及特点见表1所示：表1EDA的发展阶段阶段及时间特点CAD20世纪70年代1)硬件设计大量选用中小规模标准集成电路电子系统的调试在组装好的PCB板上进行。2)研制出了一些可进行诸如逻辑仿真,电路仿真,咒及IC版图绘制等的CAD软件此类软件的工作平台主要为小型计算机,能支持的设计工作有限且性能比较差。CAE20世纪80年年代l)将各个CAD工具集成为系统,推出的EDA工具以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局和布线为核心,重点解决电路设计没有完成之前的功能检验等问题。2)设计过程中,人工干预比较多,具体化的元件图形制约着优化设计,设计层次不够高。ESDA20世纪90年代1)ESDA工具是以系统级设计为核心,包括一整套电子系统设计自动化工具。2)具有开放式的设计环境和各种工艺的丰富的标准元器件模型库，2设计层次较高,自动化能力较强。1.3EDA系统的组成EDA系统的组成可以用以下公式来描述,框架结构+各种CAD工具+模型库+算法+硬件支撑环境、其系统框图如图1所示：图1EDA系统组成框图EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向,即利用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。设计者采用的设计方法是一种高层次的自上而下的全新设计方法,即首先从系统设计入手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述,在系统一级进行驶证;然后用综合优化工具生成具体门电路的网络表,其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。设计者的工作仅限于利用软件的方式,即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。随着设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的,这既有利于早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的浪费,又减少了逻辑功能仿真的工作量,提高了设计的一次性成功率。随着现代电子产品的复杂度和集成度的日益提高,一般的中小规模集成电路组合已不能满足要求,电路设计逐步地从中小规模芯片转为大规模、超大规模芯片,具有高速度、高集成度、低功耗的可编程器件已蓬勃发展起来。硬件描述语言(HDL)是一种用于进行电子系统硬件设计的计算机高级语言,它采用软件的设计方法来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。硬件描述语言是EDA技术的重要组成部分,是EDA设计开发中很重要的软件工具。VHDL即超高速集成电路硬件描述语言,是作为电子设计主流硬件的描述语言。它具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计可靠性，用VHDL进行电子系统设计的一个很大的优点是设计者可以专心致力于其功能的实现,而不需3要对不影响功能与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。硬件描述语言可以在三个层次上进行电路描述,其层次由高到低,分为行为级、几级和门电路级。应用VHDL进行电子系统设计有以下优点:（1)VHDL的宽范围描述能力使它成为高层次设计的核心。将设计人员的工作重心提高到了系统功能的实现与调试,只需花较少的精力用于物理实现。（2)VHDL可以用简洁明确的代码描述来进行复杂控制逻辑的设计,灵活且方便,而且也便于设计结果的交流、保存和重用。（3)VHDL的设计不依赖于特定的器件,方便了工艺的转换。（4)VHDL是一个标准语言,为众多的EDA厂商支持,因此移植性好。将EDA技术与传统电子设计方法进行比较可以看出,传统的数字系统设计只能在电路板上进行设计,是一种搭积木式的方式,使复杂电路的设计、调试十分困难;如果某一过程存在错误,查找和修改十分不便;对于集成电路设计而言,设计实现过程与具体生产工艺直接相关,因此可移植性差;只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实现,因而开发产品的周期长。而EDA技术则有很大不同,采用可编程器件,通过设计芯片来实现系统功能。采用硬件描述语言作为设计输入和库的引入,由设计者定义器件的内部逻辑和管脚,将原来由电路板设计完成的大部分工作改在芯片的设计中进行。由于管脚定义的灵活性,大大减轻了电路图设计和电路板设计的工作量和难度,有效增强了设计的灵活性,提高了工作效率。并且可减少芯片的数量,缩小系统体积,降低能源消耗,提高了系统的性能和可靠性。能全方位地利用计算机自动设计、仿真和调试。1.4EDA技术的发展趋势EDA技术发展迅猛,逐渐在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面:几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本原理和基本概念、掌握用VHDL描述系统逻辑的方法、使用EDA工具进行电子电路课程的模拟仿真实验。如实验教学、课程设计、毕业