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ＥＤＡ教学内容探讨与实验装置选型分析

作者:我BT　文章来源:本站原创

　　　　本文作者：付慧生
　　第23卷第2期2001年4月电气电子教学学报JOURNAL0FEEEEV01．23No．2Apr．2001付慧生(中国矿业大学信电学院徐州：22100)摘要综述了EDA技术发展状况和国内高等院校开展EDA技术教学的需求并介绍了几种EDA软件系统的功能与特性，给出了高校开展E【)A技术教学在软件系统选择的建议，并对CPLD／Ff毽A硬件实验装置提出了功能要求和选型参考．关键词Ⅱ)A技术软件系统CADCAE系统模拟本科教学1电类本科中进行EDA教学的意义EDA(ElectromcDesignAutoITlation即电子设计自动化)技术是一门综合了现代电子与计算机技术最新研究成果、以计算机为工作平台对电子线路、系统或芯片进行自动化设计与开发的计算机辅助设计技术。随着半导体精密加工技术发展到深亚微米(o．13～o．35肛m)阶段，基于现代大规模或超大规模集成电路(LSI／Ⅵ凸I)技术的定制或半定制ASIC器件大量涌现并获得广泛的应用，在当今的时代没有EDA技术的发展和应用，人们将无法有效地设计和开发现代复杂电子系统和VsI／Ⅵ颢芯片，也就不会有现代电子技术和信息化社会的今天。显然，高等教育必须适应现代电子技术的这种发展趋势，为社会与产业培养出大批懂得现代电子技术又熟悉现代EDA技术的高层次电子工程技术人才。因此在我国高等院校电工电子技术本科教学中普遍开展EDA教学是很有必要的，也应该成为高校电子技术课程教改的个重要内容。2高校EDA教学内容与软件选型要搞好高校的EDA教学，首先应确定EDA教学中应具有的内容。
　　一般认为，EDA技术中至少应包括如下内容：1)电子设计CAD(Computer～dedDesign即计算机辅助设计)。
　　这一部分包含了在计算机上进行电路图的输入及PCB版图设计的EI)A软件工具，从而使人们摆脱了大量繁重、重复、单调的手工绘图工作。收稿日期2000年9月15日2)电路和系统的模拟分析与设计。在这一部分中交流，人们利用EDA工具来对所设计的电路和系统进行功能验证或时序分析，以节省设计时间和设计费用，提高设计效率。，3)电子设计CAE(Computer加dedEn西neer-ing即计算机辅助工程)。
　　在这一部分中人们已经将各种电子线路设计工具如电路图输入、编译与连接、逻辑模拟、电路模拟、版图自动生成及各种单元库都集成在一个Q姬系统中，以实现电子系统或芯片从原理图输入到版图设计输出的全程设计自动化。目前国际著名的EDA公司如C址)ENCE公司、MENToR公司、趴烈OPSYS公司，}m公司等，都有全系列的专业EDA软件产品(如C虹)ENCE的SPW系统、船的EESOF等，后者可支持高达25G】也的射频系统板级开发和模拟设计。这些专业EDA软件产品功能强大但价格昂贵(几万到几十万美元一套)，一般难以在大学本科教学中普遍使用。
　　从上述EDA技术包含的内容可以看出，我国高校电类专业(不含微电子专业)的EDA教育应包括如下几个部分：(1)电子线路CAD设计让学生掌握电子线路CAD技术，能够在计算机上实现电路图输入与设计、PCB版图设计及校验。这部分的教学各校多年来已在不同层次上展开，例如将著名的电路图与PCB版图设计软件Proel(Tango)或Ora姬?等引入电类专业本科的教学与实验中。(2)电路和系统的模拟分析与设计目前国外已有很多性能良好的电路和系统的模第23卷第2期付慧生：EI)A教学内容探讨与实验装置选型分析69拟分析与设计工具，它们提供了大量的元件、工具库以及多种在屏虚拟测试仪器，可进行数模混合模拟和多种电路分析，一旦电路或系统设计、模拟结束，就可根据设计结果迅速进行PCB版图的自动布线，完成PCB的设计。在这方面典型的软件有：加拿大InteractiveIrmgeTechnologies公司的Mul最新传奇tisim、UltiB。ard(其前身即是著名的ElectrollicsWork-bench)，美国orCAD公司的0rCADforWIN_DOWS，PSpice(或Spice)等。
　　Multisim、UltiBoard软件系统是新一代的虚拟电子工作平台软件，它继承了Electronicswork-bench软件操作方便、简单易学、工作界面直观、功能强大的特性，进行了较大的改进和提高(MultisimV6．2能提供数字设计的vHDI，语言支持和RF功能设计支持)，它可直接从屏幕图形中调用电路器件与测试仪器的特点和模／数电路混合模拟的功能，受到人们普遍青睐并成为电工、电子课程教学与实验很好的软件教学工具。O尤AD公司收购了spice的原始研制厂家，将其揉合在OrCADforwINDOwS软件中，使其不仅是一个更专业化的电子设计CAD系统，而且成为一个具有较强大功能的数、模混合电子线路模拟分析系统，它将一切设计和模拟都集成在电路原理图设计窗口中，可提供多达120万个元器件设计资料数据，是号称PC级最强大的电子线路设计a妨系统。
　　更高级的EAD软件由于其专业性和高价格，如Cm)ENCE公司的专业EDA软件SPW、HP公司的EESOF软件(可支持高达25GHz的射频系统板级开发和仿真)等，使其已归类于第四代EDA开发工具，它们功能强大但价格昂贵(几万到几十万美元一套)，是专业ASIC及复杂电子系统设计的工作平台，在近期内难以成为大学本科教学中使用的EDA工具。在系统设计方面，有些系统模拟软件能为用户提供一个完整的动态系统设计、模拟与分析的可视化软件环境，能进行模拟、数字、数模混合系统、线性和非线性系统的分析设计，可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。并提供开发各种系统的模拟和数字工具。包括数字信号处理、通信、控制以及构造通用数学堪型。
　　这方面美国ELANⅨ公司推出的Syste血vi毒丽系统模拟软件就是一个良传奇好的设计工具，该软件系统尤其适合用于通讯系统的理论教学与实验模拟。
　　(3)CPLD／FPGA技术的教学在电类专业本科阶段普及推广CPLD／FPGA技术的教学，将使学生在学完基础数字电子技术之后，能够熟悉并掌握现代大规模可编程逻辑器件的设计、模拟及开发应用技术，以跟踪现代数字电子技术发展、应用潮流的趋势，为他们毕业后能迅速适应专业工作需求打好扎实的技术基础。在这一方面，选择好恰当的可编程逻辑器件的类型、型号和开发系统是至关重要的。一般要求所选择的可编程器件应是国际主流应用系列，芯片应有足够功能与集成度相应的CPLD／FPGA开发系统除应具备较强大的开发功能外，还应该较为简单易学，适合本科教学的时间与功能需求。虽然目前市场数百万门级的超大规模CPLD／FPGA器件已经问世，但从目前本科教学的需求来说，采用万门级的芯片是较为恰当的。因为该档次的芯片不仅有较高的性能价格比，用其构成的系统功能也基本能满足一般本科教学的需求。在高校本科教学中，除考虑技术先进、市场主流等因素外，公司对学校教学的支持程度及其开发系统的开放性也是需要考虑的关键因素。否则许多学校会由于经费问题而只能使用功能不全的评估版或试用版开发系统，以致影响到教学工作的顺利进行。
　　基于上述考虑，在去年6月份完成的教育部使用世界银行贷款进行的“高等教育发展项目”第一期设备采购中，对CPLD／H)GA开发系统提出的主要招标性能要求是：?可对集成度大于90万门的CPLD／FPGA进行设计与模拟。?具有完整的设计环境和系统开发能力。
　　?设计输入方式：支持图形输入，删，输入，、krilogm)L输入，EDIF输入，波形输入，状态机输入，模块编辑，层次化设计管理。?编译：编译速度快，自动错误定位，自动适配与综合，设计规则检验，多器件分区。
　　?传奇校验：具有功能模拟，定时模拟，时序分析能力。?编程与配置：支持用编程器编程，在系统编程，支持JTAG输出与Jam编程语言。?支持协同工作环境：支持工作组设计，支持多处理器的分布式进程，支持基于网络的设计。70电气电子教学学报2001年4月?支持与其它EDA工具的接口：提供对流行EDA工具的完整接口。?带有设计库：包括逻辑单元库，通用单元库，Ⅵ{DL库，LPM库(参数化模块库)，宏功能库。?工作界面友好：提供在线帮助。
　　3对CPLD／FPGA硬件实验装置的功能要求和选型建议在高校开展CPLD／FPGAED教学除应具有计算机和软件开发系统之外，还必须具有硬件实验条件。目前在我国高校中使用的许多CPLD／FPGA硬件实验装置一般都属于第一代产品，其特点是在实验装置中固定设置了CPLD／FPGA芯片，总片数据下载接口做在实验板上。这类实验装置虽然有使用方便、价格较低廉的优点，但其缺点表现在：1)使用的CPLD／FPGA芯片集成度一般都较低(多为2000～4000门级)，难以在此芯片上进行较复杂的系统级电路设计。2)使用的CPLD／FPGA芯片管脚数量有限，通常不超过84脚(ISPl016芯片是44条引脚，32条I／0引脚)。在这种情况下很易出现芯片功能未用尽而I／0引脚已不够使用的情况。3)由于CPLD／FPGA芯片是固定设计在实验装置上面，用户将不能对所使用的C翮LD／FI)GA芯片进行更新与升级。限制了用户对cPLD脚A芯片选择自由。例如实验装置使用的是Lattice公司的2000门级ISPl016芯片，则用户就不可能在这种实验装置上使用烈tera公司的10000门级FLEXlOKlO芯片。4)某些实验装置甚至没有为H，GA芯片设计断电功能维持电路。此时实验装置将不具备断本游戏这一点真好电系统功能维持能力，缺乏常规电子电路或系统应有的基本特性。通过对上述问题的分析，在世界银行贷款“高等教育发展项目”设备招标采购中，对在国内高校教学使用的CPLC忸、PGA实验装置提出了如下功能和技术要求：(1)CPLD／FPG．A下载板与实验板分开(2)实验板可支持2家以上国际知名CPLD／FPGA厂商的主流芯片(3)要求下载板：?配合CPLD／FPGA开发系统工作?可与实验板协同进行实验?下载接口做在板上?使用普通的通讯电缆?板上CPLD／FPGA芯片的可用门数：6000门?芯片下载次数：1000次?具有断电后芯片功能保持能力，除非再次进行数据下载?所用芯片应容易买到?工作时不要求其它硬件条件。4)要求实验板：?与下载板配合工作，完成CPLD停PGA实验?可与由多家国际知名CPLD／FPGA厂商(如灿tera、Xilinx、Lattice公司)主流芯片构成的下载板配合工作?具有6个以上7段LED显示管，支持静态和动态(扫描)显示?数字量输出16个，发光二极管显示?数字量输入16，使用按键式或DIP开关?提供时钟信号4MHz?提供脉冲输出2路，频率为1Hz到1MHz?下载通讯电缆长度2m?支持40分钟CPLD／FPCA实验。在这种CPLD／FPGA实验装置中，最显著的特点是CPLD／FPGA下载板与实验分开，并要求实验板可使用多种国际知名的CPLD／FPGA主流芯片。用户若要对所使用的CPLD／FPGA芯片进行更新或升级，只需简单的更换下载板就可以了。由于要求把芯片下载接口做在下载板，就避网游免了使用专用下载电缆的要求，使实验教学更为方便、简单。从上述招标技术与功能要求来看，满足此要求的CPLD／FPGA实验装置显然是新一代的CPLD／FPGA实验装置，人们在进行CPLD／FPGA实验装置选型时，不妨参考上述要求，以保护设备投资，提高应用效益。
　　目前国内已有多家厂商按此要求设计、制作了新一代的CPLD／H)GA实验装置，这为我们有效开展CPLD／FPGA技术的教学提供了较好的选择余地。(下转第116页)116电气电子教学学报2001年4月simulationofModulatorB嬲ingonSoftwareRadioM∞Yongj吼，YuHui(日ectroIlicDIpt．，ShanghiJiaotongUniversity，shanghai200030，C}lim)Abst豫ct：Thispaperismirdyconcerned诵ththefunctionblocksofHSP50215andthestructureinside．ThenwegivethefunctionsimulationofHsP50215usingMATI，AB．ItincludesthenlodulatiousofBPSK，QPSK，OQPSK，MSK，GMSK，兀／4一QPSK，QAM，AMandFM．FimlwegiveouttheiroutputwavesandfrequencyspectrunlS．KeywoI。ds：digitalmodulationanddenlodulationdigitalupconvertersoftwareradioextractionandinterpolation(上接第70页付慧生文)StudyonEDATeachingContentsandEDAExperimentDeVicesFuHuisheng(Chi腿Umve薅ityofMiningandTech∞lo盯，X叱hou221008，ChiM)Abst髓ct：ThispapermakesasurveyofthemodernEDAtechnologyandanalysestherequirenlentsofEDAtechnologyteachinginChinaengineeringcollege．硝terintroductiontosomekindofEDAsoftwaresystem，thepapergivesaopilliononchoiceoftheE【)AsyStemsoftwareforteachingandrmkesafunctionre?quirementtoCPLD／FPGAhard啪reeXperimentdevices．KI猡words：EDAtechnologysoft、髓resystem(’ADCIAEsystemsimulationcollegeteaching(上接第72页熊俊俏文)DicussionEngineering(=apabilityTraniningoftheUndergraduatefromaTypecalExperimentItemⅪ蚰gJunqi舯(Ebpt．ofEI篦trorIicInfomntion，Jiangh觚PetroleumUrIive璐ity，Jingzllou434102，Chi腿)Abst豫ct：HowtotrainingtheundergraduateofEngineeringandPracticecapablility?BasedongainingofdeVelopingengineeringcapabilityoftheundergraduatefromatypicalexperimentitem，theselectirlgandarrangingprinciplesofelectromctechllicalexperirnentitemandreformirlgofexperinlentteachingrnaterialsarediscussedinthispaper．Keywords：experimentteachingteachingreform(上接第103页禹思敏文)AnalyticsofConVolutionIntegral0nCausalSignalsYuSiminEng．GuangDOIlgUIlive聆时of1kh．，Ghangzllou510643，CK眦)Abstnct：Analyticsofconvolutionintegraloncausalsignalsisanalyzedanddiscussed．Ageneralmathe_mticalexpressiononcausalsigmlconvolutionintegralispreSented．someappliedexamplesaredeIrlon-stratedaccordingtothederivedf6rmula．Ke)哪rdS：causalsignalconvolutionintegralanalytics。
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