基于eda技术的数字电子时钟设计-毕业论文

基于eda技术的数字电子时钟设计-毕业论文内容摘要：

设备和科技投入，已使电子技术形成非常强大的产业能力。 电子技术水平发展如此迅速，在于它具有极大的市场应用需求。 科学技术发展到今天，衡量许多电子产品技术含量高低在很大程度上取决于电子技术的引入水平。 然而，孤立地发展电子技术是没有出路的，它必须同各种生产实践相结合，以社会需求为动力。 随着计算机新技术的发展以及电子系统设计新需求的上升，技术竞争需要的是对新器件应用的需求，集成电路专业设计人员需要的是贯穿电子设计过程始终的 最小人工花销、最强的自动化设计手段。 正是在这种强烈的技术要求推动下，产生了电子设计自动化EDA(Electronic Design Automation) 技术， EDA 是新崛起的现代化电子设计手段。 EDA 技术的关键之一是 EDA 工具， EDA 工具是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子设计通用工具软件，本文就是介绍一种 EDA 工具 —— EWB 软件设计数字电子钟。 2 第一章 EDA 概述 EDA 技术概论 电子产品随着技术的进 步，更新换代速度可谓日新月异。 不同行业层出不穷的技术需求，使得对配套电子系统或部件的功能、可靠性、集成度、成本、设计周期的要求日益提高。 随着时间的推移，科学研究与技术开发行为日益市场化，而远非纯粹的学术行为，这要求设计工作必须在较短的时间内出色完成，技术人员感到工作压力越来越大。 显然，采用传统的电子设计手段完成复杂电子系统设计显得越来越力不从心了，传统的电子设计与现实手段受到极大的挑战。 如果在激烈的技术产品竞争中仍沿用老办法，很可能在激烈的竞争中处于被动落后的境地，例如，当设计比较复杂的电子系统时，要等到 做完全部硬件试验才开始设计印制电路板，这样，设计周期必然会相应拉长，即使设计出印制电路板来，也很难保证它的电气连接全部正确、各个元器件参数合理以及完善的电磁兼容性能，如果需要设计实现的数字电路部份规模较大，仍习惯地利用中、小规模数字集成芯片实现，电路的集成度和可靠性在许多应用场合会受到很大限制，甚至根本无法满足需求。 作为电路主体的器件，特别是集成电路器件功能越来越强大，集成度越来越高，传统设计方式已难以胜任。 EDA 即电子设计自动化，英文全称 Electronic Design Automation， EDA 技术是以计算 3 机为工作平台，以 EDA 软件工具为开发环境，以硬件描述语言为设计语言，以可编程器件为实验载体，以芯片为目标器件，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。 EDA技术满足了提高设计规模、质量和效益的需要。 目前，电子产品开发领域的竞争十分激烈，其产品的市场周期越来越短，这意味着电子产品的设计开发周期必须大大缩短，没有高效率的设计手段是无法参与市场竞争的。 EDA 工具的优势体现在复杂电路系统的设计上，其设计效率远远高于人工设计，而且可按照事先规定的设计规则随时进行检查，及时提醒设计者出现的 设计失误，设计质量得到保障，这自然会缩短周期、降低成本、提升竞争力，从而最大限度地提高经济效益。 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产生的电子系统设计应用技术。 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 3 个发展过程。 EDA 技术融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。 EDA 软件在电子行业的应用也越来越广泛，但和发达国家相比，我国的电子设计水平仍然存在着相当大的差距， 随着经济全球化， 中国已走 入 WTO，随着加入 WTO，电子行业将会受到较大的冲击。 但我国 许多从事电子设计工作的人员对 EDA 软件并不熟悉， 因此需 提高电子设计在电脑方面应用的水平。 EDA 在数字电路课程设计中的必要性 数字电路课程设计是数字电路设计型实验中的重要部分，它要求运用电子技术课程中有关的理论知识和实验方法，完成一些综合性较强的设计课题。 由于目前在数字电路实验教学中，大部分院校仍然用中小规模的通用集成电 路来实现设计功能，当设计的数字电子钟系统比较复杂，需要多个集成芯片和大量连线时，就增加了设计电路板的难度和故障调试难度，延长了设计周期，降低了学生的学习兴趣；同时，常用中小规模集成芯片的大量重复使用也大大增加了设计成本。 因此，在数字电路课程设计中引入 EDA 技术，采用当前国际先进的设计方法和理念，改革传统的课程设计方法，已经成为一种趋势。 在学校电子技术实验的课程教学中，最让实验老师感到头痛的有两个方面：一是由于电路的连接、电子元件的损坏或仪器毛病，为了查找这些问题，使得一个实验在相对短暂的时间内难以完成；二 是仪器坏了要修理，元件坏了要拆换，连接导线、电缆线损坏也要调换等等。 这些不仅大大增加了实验的开支，同是实验室的管理也非常困难。 4 应用 EDA 虚拟的电子实验平台，让学生坐在计算机旁进行各种电子线路的仿真实验与在实验室使用真实的仪器、进行电子线路实验，具有同样的感受和更具有真实的实验效果。 学生可以在虚拟的元器件库中拿取元器件；可以在虚拟的仪器库中拿取仪器与仪表；同样可以用导线与电缆连接电路；可以选择器件的参数，可以对电路进行调试、分析；可以在示波器的显示屏上观测到所测电压、电流的波形，可以通过仪表读取被测参数的值 ，这一切都非常逼真。 做仿真实验一般不会损坏仪器，不会烧坏仪器（除非把计算机损坏）。 只要按照规定的方法进行实验，都能够达到预期的实验目的。 可见，用 EDA 软件进行仿真电子实验的确可以达到事半功倍的效果。 所以在数字电路课程设计中学习 EDA 技术是非常必要的。 MAXplusⅡ 概述 EDA 技术的关键之一是 EDA 工具， EDA 工具是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技 术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子设计通用工具软件，主要能进行三方面的辅助设计工作： （ 1）： PCB 印刷电路板设计 （ 2） ： ASIC（集成电路）设计 （ 3）：电子系统设计（ SOC） 没有 EDA 技术的支持，想要完成超大规模集成电路的设计是很难想象的，反过来，生产制造技术的不断进步又必将对 EDA 技术提出新的要求。 由于集成电路制造技术日新月异 ,电路的设计日趋复杂。 为了能在电路实现之前 ,完全掌握操作环境因素 (如电源电压、温度等 )对电路的影响 ,利用电脑辅助设计进行电路模拟与分析 ,并进行输入与输出信号响应的验证 ,可有效地节省产品开发的时间与成本。 Altera 公司推出的 MAXplusⅡ 软件是专门用于电子电路仿真的“虚拟电子工作台”软件，它是目前全球最直观、最高效的 EDA 软件。 它的功能强大，能够提供电阻、电容、三极管、集成电路等数十大类几千种元件，能够提供示波器、万用表等十几种常用的电子仪器；具有强大的电路图绘制功能，可绘制出符合标准的电子图纸；它还具有强大的波形显示功能，并且结果可轻松放入各类文档。 用该软件进行设计、分析非常方便。 本文在 MAXplusⅡ 基础上设计电子时钟，是由数字集成电路构成、用数码管显示的一种现代计时器，与传统机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此广泛使用。 MAXplusⅡ 是 美国 加州 Altera 公司推出的专门用于电子线路仿真实验与设计的“虚拟电 5 子工作平台”。 MAXplusⅡ 是一种在电子技术工程与电子技术教学中广泛应用的优秀计算机仿真软件， 被公认为是最易使用，人机界面最友善的 数字系统 开发软件，特别适合初学者使用。 设计电子钟的可行性分析 选用 MAXplusⅡ 软件，以计算机作为载体。 通过使用 MAXplusⅡ 软件，设计实现一个数字电子钟。 并使数字钟具有校时、校分、校秒及整点报时功能。 掌握使用 MAXplusⅡ 软件完成基本电路的设计。 设计数字电子钟的条件具备，设计是可行的。 第二章 设计依据 设计总体方案 多功能数字钟电路的设计总体方案框图 (如图 21 所示 )，由控制电路、两个 60 进制计数器、一个 12进制计数器、译码器、显示器和扬声器组成。 控制电路控制计数器计时和扬声器报时。 计数器对秒、分、小时进行计时 ,当计时到 11 时 59分 59秒时 ,来一个计数脉冲 ,则计数器清零，重新开始计时。 译码器将计数器输出的 BCD 码计时结果转换成十进制送到显示器。 显示器显示时、分、秒计时结果。 6 图 21 总体方案框图 设计原理 数字电子钟由振荡器、分频器、计数器、译码 显示器、报时等电路组成。 其中振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。 秒信号送入计数器进行计数，把累加的结果以‘时’、‘分’、‘秒’的数字显示出来。 ‘时’显示由12 进制计数器、译码器、显示器构成。 ‘分’、‘秒’显示分别由 60 进制计数器、译码器、显示器构成。 可进行整点报时，计时出现误差时，可以用校时电路校时、校分。 设计目标和方法 MAXplusⅡ 软件作为电子钟设计工作平台，以数字电路为设计电子钟的理论基础，按照“自顶向下”的 层次化设计方法设计该电路 ，对整 个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路实现，应用 MAXplusⅡ 软件进行数字电路的设计与仿真。 第三章 EDA 电子钟系统设计 电子钟功能分析、总体规划 电子钟功能分析 1：电子钟基本功能设计目标 数字钟能进行正常的时、分、秒计时 ,小时计时要求为 12 进制循环 ,分和秒计时要求为 60进制循环。 2：电子钟扩展功能设计目标 整点报时： 要求逢整点报时 ,在 59′ 59″即到整点时 ,扬声器发出最后一声整点报时。 7 校时：校正时间， 能够通过手动按键来调整时间，实现 校时功能，具有闹钟功能。 总体规划 数字电子钟主 干电路系统由秒信号发生器、 “ 时、分、秒 ” 计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。 秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器 和 分频器来实现。 将标准秒信号送入 “ 秒计数器 ” ， “ 秒计数器 ” 采用 60 进制计数器，每累计 60 秒发 出 一个 “ 分脉冲 ” 信号，该信号将作为 “ 分计数器 ” 的时钟脉冲。 “ 分计数器 ” 也采用 60 进制计数器，每累计 60分钟，发出一。