电子设计自动化实验系统的开发与应用

近些年来，电子设计自动化技术快速发展，已成为大部分高校电子技术教改的主要方向。本文对电子设计自动化技术进行了简单的介绍，根据教学经验，进行了电子设计自动化实验系统的开发与应用研究。

【关键词】电子设计自动化 实验系统 设计开发

1 电子设计自动化技术

电子设计自动化就是使用者依靠计算机，使用大规模可编程逻辑器件为设计基础，选用硬件描述语言作为输入手段，下载到大规模可编程逻辑器件之前，通过软件工具进行逻辑编译、综合、优化、布局、布线和仿真，最终完成系统电路的设计工程。

20世纪90年代初，计算机辅助设计和计算机辅助工程设计发展成为电子设计自动化技术。电子设计自动化技术的出现和应用减少了电路设计者的劳动量，使得开发效率大大提高。

在电子设计领域，随着可编程逻辑器件的广泛应用，硬件设计也变得和软件设计一样简单，反过来又促进了电子设计自动化技术的发展。

现如今，电子设计自动化技术的应用非常宽泛，已经成为电子工业发展的重要动力，在通信、航空航天、化工、电子、机械、生物、军事等各个领域都发挥很大的作用，同时对高校的数字逻辑电路课程也产生重大影响，成为很多高校电子技术教改的主要方向。

2 电子设计自动化实验系统的设计开发

为了减少教学和实验中实验器材的投入，降低实验成本，提高实验效率，出于这个目的进行电子设计自动化实验系统的开发。

2.1 实验系统的内容

该电子设计自动化实验系统，不仅要能够实现基本数字电路功能，而且还要能够实现部分中规模和大规模的数字电路功能。具体设计内容包括以下这些：

（1）数字时钟的设计。

（2）LED16×16点阵控制器的设计。

（3）数字频率计的设计。

（4）实现抢答器数字系统。

（5）实现电子密码锁数字系统。

（6）实现三色交通指挥灯控制器的数字系统。

（7）实现简易电子琴的数字系统。

（8）实现三层电梯控制器的数字系统。

2.2 实验系统的设计方案

该电子设计自动化实验开发系统是基于FPGA/CPLD器件，主要包括四部分，即信号发生模块、输出信息的显示模块、扩展模块、FPGA/CPLD芯片通用适配座及芯片编程下载电路。该实验系统设计，采用了通用适配板与系统功能板分离的结构方式。通用适配板具有完整的下载电路，既可插在系统功能底板上使用，也可单独工作。

2.3 实验系统的电路设计

根据电路功能，将其划分为两部分，即通用适配板电路和系统功能板电路。这两部分通过芯片适配接口进行连接。

2.3.1系统功能板电路设计

系统功能板电路设计如图1，下面是各个模块的介绍：

（1）7段数码管模块，用于实现各种数字显示，例如计数器计数结果的显示、频率计的频率显示、数字钟表的时问显示及抢答器的倒计时显示等。

（2）红绿灯电路模块，用于红绿灯的电路实验。

（3）LED指示电路模块，用来显示组合逻辑电路实验的输出电平的高低。

（4）点阵模块，用来显示点阵输出。

（5）时钟电路，提供时序逻辑电路的CLK。

（6）状态机电路，由FPGA相应的I/O口和状态指示电路组成，用于序列信号发生器、告警器等的设计。

（7）蜂鸣器模块。一部分是音乐片电路，当有人抢答时该电路可以放一小段音乐来告知有人抢答；第二部分是电子琴电路，由FPGA送出一定的乐谱频率，在扬声器上发出相应的谱音。音乐片和电子琴电路通过一个DIP2的拨动开关来选择。

（8）键盘电路模块，该模块用于选择电子琴的数字系统实验、抢答器数字系统实验、电子密码锁数字系统实验等实验项目。

（9）DIP开关电路，提供输入端的高、低电平。

（10）液晶显示电路。

2.3.2通用适配板的电路设计

通用适配板由CPLD芯片、下载电路、扩展接口电路等部分组成。通用适配板结构框图见图2。

3 结束语

本文的电子设计自动化实验系统不仅适合初学者做验证性实验，而且也能满足设计者自行设计逻辑电路。电子设计自动化实验系统作为数字电路自动化设计的工具，不仅可以使教师用作研究工具，也可以用于高校数字电路课程的实验教学。

参考文献

[1]朱新宇.电子设计自动化实验系统的开发与应用[D].北京邮电大学，2012.

[2]王彩凤，胡波等.电子设计自动化创新研究型实验的开发[J].实验科学与技术，2011（04）.

作者单位

陕西航空职业技术学院 陕西省汉中市 723102

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