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1、第一章 绪论,1.1 关于本教材,1.2 Protel 99 SE软件介绍,1.3 Multisim 2001软件介绍,1.4 可编程逻辑器件技术介绍,1.1 关于本教材,电子设计自动化（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上产生的电子系统设计的应用技术。,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三个发展过程。,随着EDA技术的不断发展，其内涵也发生了两个方面的变化，一个方面是以Protel、EWB等软件为
2、标志的板级EDA技术，这种技术仅限于电路元器件与元器件之间即芯片外部设计自动化，另外一个方面是以FPGA/CPLD技术为标志的芯片内部设计自动化，随着微电子技术的不断发展，当今的EDA技术更多的是指可编程逻辑器件的设计技术。如果Protel问世在电子设计领域是一次革命的话，那么CPLD/FPGA技术称得上是电子设计领域的第二次革命。,1.1 关于本教材,EDA软件工具种类繁多，如Protel、Pspice 、Maxpluss2和Foudation Series等，本教材将重点常用的EDA技术软件。,国内绝大部分高职院校都建立了EDA技术实验室，开展了相关课程的教学，在使用中我们发现目前的教材几
3、乎只涉及单一的EDA技术，而且内容多偏重器件原理或具有较强的手册色彩，应用性不强，这些都不适合高职院校的教学要求。将EDA技术应用视为一个完整的教学活动过程，开设一门多学科综合的应用性课程的工作尚少人问津，也无相应的教材，因此我们尝试利用EDA技术实验室的软、硬件条件进行EDA技术应用的综合教学，更好地体现高等职业技术教育的教学特点，基于这些教学理念我们完成了这本教材的编写。,在教材中涉及了常用的EDA技术软件如Protel99 SE、Multisim 2001和 Max+plus II等，在编写过程中我们注意到以下几个方面的问题：,1.1.1 宽和新 知识内容包括流行的各种开发软件如Prot
4、el99 SE、Max+plus II、Multisim、ispDesignExpert和 PAC-Designer等基本部分，同时也函盖目前市场流行的典型EDA器件，在知识内容、技术方法和工艺水平等方面力图反映当前的先进水平。 1.1.2 浅和用 体现高等职业教育注重技能培养的特色，以“必需”和“够用”为前提，删除不必要的理论叙述，重视对学生各种实际能力的培养，多方面组织以学生为主的教学活动，让学生在主动参与的自主思考中学习，从被动学习转为主动学习，尽量给学生留下更多的自主思考空间，只讲述最本质、最基本的知识、方法，然后由学生在教学活动中举一反三，直至能独立解决实际问题。,1.1 关于本教材
5、,1.1.2 浅和用,1.1 关于本教材,在本教材中，以若干实际应用模型为例进行讲述，体现出了真实的应用过程，通过该教材安排的教学活动，可以培养学生处理实际生产问题的能力，体现职业教育到实际应用的“无缝过度”。,1.2 Protel 99 SE软件介绍,随着电子技术的发展和新型器件的不断出现，电路板的设计变得日益复杂，采用计算机辅助设计方法取代传统的电路板手工设计技术已经成为必然趋势。从1987年美国推出的TANGO软件开始，电路板的设计软件经历了迅猛的发展，最后Protel公司以Protel 99 SE这个32位的电路软件站到了这一领域的前例。,1.2 Protel 99 SE软件介绍,1.
6、2.1 Protel 99 SE的组成 Protel 99 SE电路设计软件具有快捷实用的操作界面和良好的开放性，同时还具有PDM功能的强大EDA综合设计环境，该软件主要由两大部分组成，每一部分又分别具有三个模块。 1.电路设计部分 用于原理图设计的Advanced Schematic 99模块，该模块主要包括原理图编辑器、零件库编辑和报表的生成器。 用于电路板设计的Advanced PCB 99模块，该模板主要包括用电路板编辑器、零件封装编辑器和电路板组件管理器。 用于PCB自动布线的Advanced Route 99模块。 2.仿真与PLD设计部分 用于可编逻辑器件设计的Advanced
7、PLD 99模块，该模块主要包括文本编辑器、用于编译和仿真设计结果的PLD和用来观察仿真波形的Wave。 用于电路仿真的Advanced SIM 99模块，该模块主要包括一个功能强大的数/模混合信号电路仿真器。,1.2.1 Protel 99 SE的组成 用于电路仿真的Advanced SIM 99模块，该模块主要包括一个功能强大的数/模混合信号电路仿真器。 用于高级信号完整性分析的Advanced Integrity 99模块，该模块主要包括一个高级信号完整性仿真器。,1.2 Protel 99 SE软件介绍,1.2 Protel 99 SE软件介绍,1.2.2 Protel 99 SE的特
8、性 Protel 99 SE是桌面环境下第一个以独特的设计管理和协作技术（PDM）为核心的全方位印制电路板设计系统，它是基于Windows95/98/2000/NT的完全32位EDA设计系统。Protel 99 SE在原有版本的特点基础之上又具有以下三个特性。 1.SmartDoc技术 所有文件都存储在一个综合设计数据库中。从原理图、PCB、输出文件到材料清单等，还有其他设计文件 如：手册、费用表、机械图等都存储在一个综合设计数据库中，以便对它们进行有效观管理。 2.SmartTool技术 把所有设计工具（原理图设计、电路仿真、PLD设计、自动布线、信号完整性分析以及文件管理器）都集中到一个独
9、立、直观的设计管理器界面上。,1.2 Protel 99 SE软件介绍,1.2.2 Protel 99 SE的特性 3.SmartTool技术 设计组的所有成员可以同时访问同一个设计数据的综合信息，更改通告以及文件锁定保护，确保整个设计组的工作协调配合。 Protel 99 SE电路设计软件大大提高了电子线路的设计效率，已经成为电路设计者首选的计算机辅助电路设计的软件工具。,1.3 Multisim 2001软件介绍,随着EDA技术的发展，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。 电子工作平台Electronics Workb
10、ench (EWB) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司(简称IIT公司)推出的电子仿真工作软件，以其界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点，引起了广大电子设计工作者的关注，并且在使用中得到了迅速的发展。IIT公司从EWB 6.0版本开始，将专用于电路级仿真与设计的模块更名为Multisim，在保留原来软件优点的基础上，大大增强了软件的仿真测试和分析功能，也大大扩充了元件库中仿真元件的数目，特别是增加了若干个与实际元件相对应的现实性仿真元件模型，使得仿真设计的结果更精确、更可靠，该软件在一个程序包中汇总了框图输入、Spice仿真、HD
11、L设计输入和仿真、可编程逻辑综合及其他设计能力，可以协同仿真Spice、Verilog和VHDL，并且添加了RF设计模块。它具有这样一些特点：,1.3 Multisim 2001软件介绍,1.采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。 2.软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。 3.带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法，作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据 4.利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行
12、情况，熟悉常用电子仪器测量方法，是一个优秀的电子技术训练工具。 本教材将针对Multisim 2001(教育版)全面系统地介绍此软件的各种仿真设计功能和基本操作方法和典型的分析方法。,1.4 可编程逻辑器件技术介绍,可编程逻辑器件技术指开发人员通过自己设计来定制内部的电路功能，使芯片成为设计者自己的专用集成电路芯片，其应用从简单的逻辑电路、时序电路设计到复杂的数字系统设计均得以体现，广泛应用在通信、数字信号处理、嵌入式系统及各种IP内核等领域。 随着可编程逻辑器件技术的不断发展和崛起，设计灵活、仿真调试方便、体积小、容量大、I/O口丰富、成本低廉、易编程和加密等优点得到业内的普遍认可，其在系统
13、可编程逻辑技术是可编程逻辑器件技术的又一个突出的特点，该特点的优势在于它不但具有可编程的能力，而且还具有在系统可编程能力（即在用户自己设计的目标系统上，可以重新构造其设计逻辑而对器件进行编程或者反复编程，该技术称为在系统可编程技术简称ISP技术）。,1.4 可编程逻辑器件技术介绍,ISP技术工作电路集成在芯片内部，不需要配置编程器，将芯片安装到目标系统上后利用系统的工作电压实现对芯片的直接编程。由于ISP技术的应用，打破了产品开发时必须先编程后装配的惯例，而可以先装配后编程，成为产品后还可以在系统内反复编程和修改，ISP技术使得系统内硬件的功能象软件一样被编程配置，使系统的升级和维护变得更容易
14、和方便，实现了硬件的“软件化”自动设计。 可编程逻辑器件可分为数字可编程逻辑器件和模拟可编程逻辑器件两类。数字可编程逻辑器件技术的发展已经相当成熟并得到了广泛应用；模拟可编程逻辑器件发展要晚一些，其现有的芯片功能也比较单一。数字可编程逻辑器件按其密度可分为低密度PLD和高密度PLD两种，低密度PLD器件如早期的PAL、GAL等，它们的编程都需要专用的编程器，属半定制ASIC器件；高密度PLD又称复杂可编程逻辑器件，如市场上十分流行的CPLD、FPGA器件，它们属于全定制ASIC芯片，编程时仅需以JTAG方式的下载电缆与计算机并口相连即可。本教材主要对数字可编程逻辑器件的设计与应用进行描述。,1
15、.4 可编程逻辑器件技术介绍,CPLD/FPGA同属于高密度用户可编逻辑程器件，其芯片门数（容量）等级从几千门几万门、几十万门到几百万门以上不等，适合于时序、组合逻辑电路应用场合，它可以替代几十甚至上百块通用IC芯片，实际上这样的CPLD/FPGA就是一个子系统部件。相比而言，CPLD适合于做各种算法和组合逻辑电路设计，而FPGA更适合完成时序比较复杂的逻辑电路，由于FPGA芯片采用RAM结构，失电以后其内部程序将丢失，在形成产品时一般都和其专用程序存储器配合使用，其芯片内部的电路文件（程序）可放置在磁盘上、ROM或E2PROM中，因而可以在FPGA芯片及其外围保持不动的情况下，换一块存储器芯片就能实现一种新的功能。电路设计人员在使用CPLD/FPGA器件进行电路设计时不需过多的考虑它们的区别，因为其电路设计和仿真方法都完全一样，不同之处在于芯片编译或适配时生成的下载文件不一样而已。,1.4 可编程逻辑器件技术介绍,可编程器件CPLD/FPGA厂商比较众多，比较知名的如Altera、Lattice、Xilinx、Actel公司等，上述几家公司推出的芯片均配有功能强大的开发软件，不仅支持多种电路设计方法，如电原理路图、硬件描述语言VHDL等，而且还支持电路仿真和时序分析等功能，为用户开发和调试产品提供了极大的方便，有关可编程器件设计软件的具体使用将后续章节中做出详细介绍。,
