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1、原理图法设计的4位全加器05电信2班 36号 欧林萌一. 在四位全加器的设计过程中，采用分层设计的方法。我首先设计了1位全加器，在设计完成之后，使之作为底层模块，利用已设计的1位全加器组成四位全加器，从而实现四位全加器的设计。1. 1位全加器的设计步骤(1) 画电路布线图。1位全加器的原理图如图1-1所示。（2）添加输入，输出器件。在prim库中找到输入，输出器件（也可在Symbol Name对话框中直接输入器件的名称。我设输入端为C1,A,B输出端为S,C0。图1-1 一位全加器原理图（3）存盘编译。点击FilePrijectSave&Check选项，弹出的对话框输入文件名ou.gdf，点击
2、ok,.弹出图1-2.图1-2 1位全加器仿真结果图二.利用以设计的1位全加器组成四位全加器1(1)将1位全加器电路创建为工程。设文件名为ou.点击Entre Symbol 对话框Symbol File窗口中双击模块名ou，则在新建的图形编辑区会有1位全加器的模块名出现。用同样的方法选择4个全加器模块，图形如图2-1，完成4位全加器的电路设计。编译后存盘，起文件名ou1，点击FileCreat Default Symbol,将电路创建成四位全加器的工程文件。图2-1 组成4位全加器的器件图图2-2 四位全加器原理图图2-3 四位全加器的工程文件(2)存盘编译。点击FilePrijectSave
3、&Check选项，弹出的对话框输入文件名ou.gdf，点击ok,.弹出图2-3.图2-4 四位全加器工程编译结果2波形仿真（1） 波形界面的进入打开下拉菜单MAX+PLUSII，单击Wavefrom Editor选型，弹出波形编辑界面，在该界面所对应的菜单下，打开Node，单击Enter Node SnF.，将会弹出输入、输出，内部节点选择对话框，如图2-5示。点击List对话框，在Available Nodes &对话框中选择输入、输出管脚，及所需要的节点，点击ok。图2-5 输入输出端口图在仿真界面下，点击菜单File下的End Time菜单；在弹出的对话框对话框中添加仿真结束时间1us。
4、（2）4位全加器编译结果的输出管脚设定完成后，打开File，选择Project下Save,Compile & Simulate选项，得到仿真结果。图2-2 四进制全加器的工程编译结果图2-3 仿真波形输出图3.时序分析时序分析是从时间的角度来对系统进行验证，或者说从时间的角度评估系统性能。利用时序分析可以分析系统的工作速度。打开时序分析器。设置源节点和木笔和目标节点。打开Options菜单栏中的Cut Off I/O Pin Feedback选项，进行时序分析是双向时双向I/O管脚只作为源节点或目标节点。单击延时矩阵分析窗口中的Start按钮开始时序分析。时序分析结果图。如图3-1图3-1 4
5、位全加器时序分析结果4.底层编辑Max+plusII的底层编辑采用管脚与实际器件的管脚意义对应，因此只需用鼠标简单的拖放即可完成对I/O口管脚的编辑任务。1.器件的指定器件的指定既可在编译前进行，也可在编译后进行。点击AssignDevice选项，在Device Family框中可选家族中的一类。2.管脚分配完成器件选择后，就可以进行管脚分配。单击菜单MAX+PlussIIFloodplain Editor 选项，弹出管脚分配图，选择分配管脚。如图3-2图3-2 管脚分配因为没有相关器件，无法进行编程下载，图形如上图可编程逻辑器件的发展及其应用前景【关键词】可编程逻辑器件,VHDL语言,电气传
6、动.【摘要】介绍了大规模可编程逻辑器件的分类、特点、设计应用和开发现状，综合分析了它在电气传动领域中的应用，并说明用于开发该器件的VHDL语言的特点，指出了可编程逻辑器件在电气传动中的应用趋势。 1.现代电气传动技术的发展得益于电力电子技术、自动控制技术和微电子技术的发展，现代全控开关型电力电子器件制造技术的进步和PWM技术的产生使处于调速系统中的电机电流谐波减小、电机运行效率和调速性能提高；而现代控制理论的发展为进一步改善，为电机调速性能提供了有利条件，出现了标志现代交流调速理论的矢量控制和直接转矩控制， 使感应电机的调速性能可以和直流电机媲美；然而，优越的调速性能是需要强有力的微电子技术(
7、以往主要是高速CPU)发展来保障的，先进的控制算法加上高速的计算处理能力才能使交流调速系统性能得到满足。近年来发展起来的超大规模可编 程逻辑芯片，由于其灵活的可编程能力、快速的并行信号处理方式、足够多的内部资源、无复位问题和程序跑飞的困扰等，使其在电气传动领域中获得了广泛应用。2 大规模可编程逻辑器件的分类及其特点 可编程逻辑器件的发展已经经历了几十年，以往由于其内部拥有的资源太小，并未引起轰动 ，然而近几年随着芯片制造技术的发展，可编程逻辑芯片已从原来的十几门逻辑发展到万门 、几十万门、甚至百万门，其应用面变得越来越广泛，目前已广泛应用于通讯、电了、电力 、军事、仪器仪表、影视等各个高科技研
8、发领域和产品中。目前，超大规模可编程逻辑器件 主要分为两大类：复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)。CPLD内部结构与以往简单的PLD器件(如PAL或GAL)类似，只是容量比PLD高，一般采用EPROM 、EEPROM或FLASH结构，其内部逻辑块大，特别适合控制逻辑、译码逻辑、时序逻辑的应用 。FPGA的内部结构与CPLD截然不同，它是由许多微小的逻辑块阵列组成，各个逻辑块阵列四周被I/O块包围，通过编程方式将这些微小的逻辑块连接起来，从而实现各种复杂的逻辑运算 ，因此FPGA具有逻辑单元小、密度高、数据通道资源丰富、寄存器多等特点，特别适合于复 杂的逻辑运算，通常F
9、PGA的容量也比CPLD大。3 可编程逻辑器件的开发工具与EDA技术随着可编程逻辑芯片规模的不断扩大，对芯片功能的2次开发就越来越依赖专用的手段和工具才能完成，电子设计自动化技术(Electronic Design Automation, EDA)顺应了这种需求 ，使人们利用集计算机图形学、拓扑逻辑学、计算数学、人工智能学等多种计算机应用学科 的最新成果开发而成的一整套软件工具，进行芯片逻辑功能的设计、仿真、时序分析、逻辑综合等，极大改善了开发环境。应用这种软件工具及其支持的硬件描述语言从事电子系统的设计，它打破了软硬件之间最后的屏障，使软硬件工程师们有了真正的共同语言。 EDA技术实际上是一
10、个以计算机辅助设计为基础的工作平台，由于计算机软硬软件技术的飞 速发展和超大规模集成芯片制造工艺的日趋成熟与稳定，促成了电路设计和版图设计工作的 独立进行，使电路设计工程师免除了对IC底层设计和制造中的后顾之忧，EDA技术的发展便 有了坚实的基础，可以说，EDA技术的发展，就是EDA工具的发展，即计算机软件开发环境发展。随着基于EDA的SOC(单片系统)设计技术的发展 、软硬功能核库的建立以及VHDL自顶向下的设计理念的确立，未来的电子系统设计和规划将不再是电子工程师的专利，它将成为电气与电子工程师必备的工具和技能。4. VHDL硬件描述语言 硬件电路设计的软件化是电路设计的发展趋势，硬件描述
11、语言是实现硬件电路设计软件化的重要语言工具，它 实现了将数字系统的设计直接面向用户，根据系统的行为和功能要求，自上而下的完成相应 的描述、综合、优化、仿真和验证，直到生成器件。VHDL用于描述组织电路的结构行为，它克服了原理图输入在设计门路方面的局限性(一般认为瓶颈为1万左右，门路在增加，则测试和修改难以进行)。VHDL语言的主要优点是，具有很强的行为描述能力，可以实现各种级别(系统级、算法级、寄存器级、逻辑级、门级)的逻辑设计、仿真验证、时序分析、逻辑综合等。丰富的 仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期(即尚未完成)，就能检查设计系统功能的可行性，随时对设计进行仿真模拟。VHDL设计
12、实体、程序包、设计库等结构为设计任务分解和并行工作提供了有利的支持，便于加快设计流程和方便组合各功能模块，加快开发周期 ，降低开发成本。具有相对独立性，设计者没有必要熟悉硬件的结构，也不必了解最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。可移植性好，可兼容许多EDA软件平台和 逻辑仿真与综合工具。其缺点是可能失去对门级电路的控制，由逻辑综合工具实现的逻辑可 能不够有效。5. 可编程逻辑芯片在电气传动中的应用 现代电气传动控制是建立在电力电子变流技术的基础上，而电力电子变流技术都是通过对功率器件的开关控制来实现的，可以说，控制策略是变流技术的核心和灵魂。20世纪80年代以来，随着电力电子开关器
13、件的发展和现代控制理论的进步，交流电气传动获得了很大发展，特别是PWM控制技术的应用使感应电机的变频调速性能获得了很大程度的提高，尔后，各种先进的现代控制技术在电气传动控制中被采用，进一步改善控制系统的调速性能。然而，在现代高性能的调速系统中，几乎没有不依靠复杂的控制算法来实现的，如果在控制系统中采用FPGA来实现控制算法，情况就完全不同了，因为控制算法用VHDL语言描述好，并通过逻辑综合工具装载到FPGA芯片以后，其控制算法不再象CPU程序那样一条一条地执行，而是通过硬件连接的并行算法实现的，完成整个控制运算所需的时间是极短的，而且由于是硬件连接，不存在CPU那种死机、程序跑飞等现象。因此在
14、电气传动中利用FPGA实现复杂控制算法的应用也越来越广泛，其高集成度、高速和高可靠性的特点不仅可以解决CPU的抗干扰、程序跑飞等， 而且可以将复杂的控制算法装载于一个芯片中，实现所谓片上系统，从而大大缩小了体积，易于管理和屏蔽，其标准化的设计语言也使得已开发成功的控制算法或系统很 容易利用和移植。6. 结语 可编程逻辑器件以其高集成度、高速、高可靠性、灵活的编程能力、全新的开发设计思想等 特点，成为当今微电子技术发展的一个重要突破，并视为电子技术领域继单片机以来的又一 次技术革命。它的发展给电气传动的理论研究和实践带来了新的发展机遇，以往在单片机甚至DSP上难以实现的复杂控制策略和控制算法，可以在大规模FPGA芯片上实现，因而进一步拓展了电气传动的理论研究和实际应用的发展空间。参考文献：1刘志军.积极稳妥的启动EDA现代化教学J.北京.电子科技导报.1998，
