EDA技术在数字电子技术课程设计的应用范文

摘要：文章主要以FPGA技术在数字电子钟的设计为例，介绍了EDA软件在电子电路设计中的应用。

关键词：Quartusii；嵌入式；电子产品设计；数字电子钟

目前高校电子类专业的学生存在以下问题［1］：①理论课堂教学只是对一些脱离实际的电路模型进行各种分析方法的传授，学生学习主动性不高，理论知识掌握不扎实；②学校开设的专周课程设计实训所需的实验耗材购买数量有限，不能做到让每个学生都无限制的更换元器件；③学生动手能力不足，电子线路调试经验不足，遇到问题思考不全面，不能解决实际电子线路问题。在课程安排的配套实验课程，因为实验仪器有限，不能做到让每个学生独立操作，实验过程被动参与，实际效果很不理想，动手能力得不到提高。针对以上问题，学生在课程设计中，如果仍然采用传统的课程设计方式，就会出现开发周期长、耗时费力的现象。若在课程设计的环节中引入EDA技术，通过计算机强大的辅助设计和计算能力，学生可以方便地编写符合电路功能的语句。在配套的测试平台中反复下载调试直至电路功能测试成功后再进行下载固化，这样既提高了电路设计的效率和准确率，又降低了元器件材料的损耗和减小产品体积，有利于提升学生的创新能力、计算机编程和应用能力。EDA即电子设计自动化，英文全称ElectronicDesignAutomation，它是以计算机为工具，在EDA软件平台上，对以硬件描述语言HDL（HardwareDescriptionIan）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动完成逻辑编译、化简、综合、优化、仿真、直至下载到可编程逻辑器件或专用集成电路ASIC芯片中，实现既定的电子电路设计功能。下面以简单的数字电子钟的设计为例，阐述EDA技术在数字电子技术课程设计中的应用［2，3］。

1简单数字电子钟的设计

1．1设计任务数字电子钟基本要求如下：①时间以12h为计时周期；②通过数码管显示时、分、秒。

1．2设计步骤①明确设计的目标———功能和指标；②运用VerilogHDL语言编写系统底层电路；③运用原理图设计系统层电路；④系统仿真和程序下载。

2数字电子钟的主要功能电路设计

2．1秒、分计时电路和时计时电路计时电路是整个电路设计的核心部分，它的正确与否关系到后面是否正常显示及其他电路的正常运行。秒计数电路和分计数电路都是采用的具有异步复位功能的8421BCD码的六十进制的同步计数器，编写代码一致，程序名称分别对应的cnt60S和cnt60M。生成的模块图如图1所示。小时计数电路同样也是采用的具有异步复位功能的8421码的十二进制的同步计数器。程序名称是cnt12H。

2．2译码驱动和时钟显示电路显示模块采用6个共阳数码管实现，它们分别实现显示数字钟的时、分、秒。这部分电路编程时主要根据所采用的数码管是共阴还是共阳来编写相应的驱动电路。数码管采用的是共阳接法，把公共端3和8引脚连接到对应的共阳端（电源＋5V）。共阳接法的数码管如果显示一个数值，相应的发光二极管阴极为低电平，例如要显示数字5，则译码器输出的电平信息是0100100对应共阳数码管的a～g段。编写完译码驱动电路程序代码，程序名是Decoder47。

2．3总体功能设计在QuartusII［4］平台中整体电路设计采用层次化设计，主要电路功能包括：秒脉冲输出、时、分、秒计时和译码显示。电路整体框图如图4所示。图中包括各个底层文件的模块示意图，体现了底层模块的输入和输出接口，用导线和总线按照信号的连接关系连接，简单功能的数字钟电路就完成了。

2．4整体电路仿真结果整体电路设计完成后，在modelsim软件中仿真。仿真结果显示：基本完成数字钟的设计功能。

3总结

数字电子技术课程设计是继《数字电子技术》课程之后的一门重要实践教学环节，把EDA技术应用到课程实践环节中，可以使学生灵活自主的设计电路，不用担心元器件和仪器的损坏，不用受到时间的限制，而且在EDA配套的软件平台中可以随时进行功能仿真，检验编写的代码是否能实现预定的电路功能，更改语句就可以更改电路功能的效果，比传统的电路设计更方便快捷。在课程设计中引入EDA技术，还可以激发学生积极、主动地参与教学过程，有利于培养学生的创新精神和提高他们的创造能力，可以大幅度提高教学质量［5］。

［参考文献］

［1］李媛．Multisim仿真软件在电子类课程教学改革中的应用与实践［J］．商丘师范学院学报，2017，（3）：100～102．

［2］张强．基于FPGA的多功能数字钟的设计与实现［J］．仪器仪表用户，2008，15（6）：103～104．

［3］孟庆海，张洲．可编程逻辑器件［M］．西安：西安交通大学出版社，2008．

［4］郑燕，赫建国，党剑华．基于VHDL语言与QuartusⅡ软件的可编程逻辑器件应用与开发［M］．北京：国防工业出版社，2007．

［5］黄建清，李婉萍，王立辉．Multisim在模拟电子技术课程设计中的应用［J］．教育现代化，2017，（14）168～170

作者：吕念芝 单位：福州理工学院工学院