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EDA技术与单片机系统

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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.netEDA技术与单片机系统

唐　颖

(浙江树人大学信息科技学院　杭州　310015)

摘　要　分析了基于FPGA󰃗CPLD的EDA技术的特点及由其构成数字系统的优越性,并将

它与单片机系统进行了比较,指出EDA技术克服了单片机本身难以克服的缺陷,将成为今后电子

系统设计的主流。

关键词　EDA技术　单片机

目前,单片机在我国电子系统的设计中已得到

广泛的应用,使我国的电子系统智能化水平在广度

和深度上发生了质的飞跃。在基于单片机的数字系

统设计中,用户能够通过编程方式改变器件逻辑功

能只有两条途径:即对单片机的软件编程和特定器

件的控制字配置。如果想任意确定器件引脚功能的

硬件方式是不可能的。

在数字系统中,尽管采用了单片机和存储器,但

仍需大量的中、小规模的数字集成电路来进行各种

逻辑控制。而对于系统构成的设计过程只能对器件

功能和电路板图分别进行设计和确定,通过设计板

来规划系统功能,花大量时间用于元件的选配和系

统结构的可行性分析上。这也暴露出基于单片机的

数字系统设计上的一个不可逾越的困难。

随着集成技术的发展,FPGA󰃗CPLD(现场可编

程逻辑器件󰃗复杂可编程逻辑器件)在EDA(电子设计自动化)基础上的广泛应用,在更高层次上包含

了数字技术的优秀部分,向单片机系统进行了挑战。

1　关于FPGA󰃗CPLD和EDA技术

FPGA󰃗CPLD是一种新兴的高密度的可编程

逻辑器件,它具有门阵列的高密度和PLD器件的灵

活性和易用性,目前已成为一类主要的可编程器件.可编程器件的最大特点是可通过软件编程对其器件

的结构和工作方式进行重构,能随时进行设计调整

而满足产品升级。使得硬件的设计可以如软件设计

一样方便快捷,从而改变了传统数字系统及用单片

机构成的数字系统的设计方法、设计过程及设计观

念,使电子设计的技术操作和系统构成在整体上发

生了质的飞跃。采用FPGA󰃗CPLD可编程器件,可利用计算机

软件的方式对目标器件进行设计,而以硬件的形式

实现。既定的系统功能,在设计过程中,可根据需

要随时改变器件的内部逻辑功能和管脚的信号方

式,借助于大规模集成的FPGA󰃗CPLD和高效的设

计软件,用户不仅可通过直接对芯片结构的设计实

行多种数字逻辑系统功能,而且由于管脚定义的灵

活性,大大减轻了电路图设计和电路板设计的工作

量的难度,同时,这种基于可编程芯片的设计大大

减少了系统芯片的数量,缩小了系统的体积,提高

了系统的可靠性。

EDA技术就是以计算机为工具,在EDA软件

平台上,对以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述

手段,完成的设计文件自动完成逻辑编译、逻辑化

简、逻辑综合及优化、逻辑仿真,直至对特定目标

芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

EDA的仿真测试技术只需要通过计算机就能对所设计的电子系统从各种不同层次的系统性能特点完

成一系列准确的测试与仿真操作,大大提高了大规

模系统电子设计的自动化程度。设计者的工作仅限

于利用软件方式,即利用硬件描述语言(如

VHDL)来完成对系统硬件功能的描述,在EDA工

具的帮助下就可以得到最后的设计结果,这使得对

整个硬件系统的设计和修改过程如同完成软件设计

一样方便、高效。

2　FPGA󰃗CPLD与单片机

90年代以来,我国单片机的应用经历了一个辉

煌的时代。在电子设计数字化的今天,单片机几乎

应用到电子设计的各个领域。13第3期唐　颖:EDA技术与单片机系统

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net但随着应用范围的推广,我们发现单片机并不

是万能的,它本身还存在着一些缺陷,有些缺陷甚

至是难以解决的。

下面我们从两个方面来看单片机和可编程器件

FPGA󰃗CPLD的对比:(1)单片机的学习效率较低单片机为适应实时处理的快速要求,它是直接

面对硬件的,属较低级的,大多数都使用汇编语言。

对每个厂家生产的单片机其汇编语言均不同。所以,使用不同型号的单片机必须学会不同的汇编语言。

并且,编程还与硬件连接的方式有关。而FPGA󰃗

CPLD可使用标准硬件描述语言VHDL,只要学会一种语言,即可对所有型号的FPGA󰃗CPLD编程。

同时,VHDL是一种行为描述语言,它可以不了解

系统的硬件结构而编程,远离硬件,打破了软硬件

之间的屏障,可做到几分钟设计出一个芯片,使学

习和设计的效率大大提高。(2)单片机本身的速度相对FPGA󰃗CPLD来显得太慢

单片机是用指令排队形式来执行指令的,影响

了速度的提高。特别是用于高速采样系统,单片机

往往无法胜任。而FPGA󰃗CPLD在实时处理时均为

并行工作,速度快。另外,单片机的各引脚功能均为确定,不象FPGA󰃗CPLD那样可根据需要用软件

改变各引脚的功能。如需要的话,也可在FPGA󰃗

CPLD中设计出一个或多个CPU,达到控制的目的。因此,FPGA󰃗CPLD在EDA基础上的广泛应

用,从某种意义上说,将是对单片机系统的一种背

离。高速发展的FPGA󰃗CPLD不但包括了单片机的

所有能力,并兼有串、并行工作方式和高速、高可

靠性及宽口径适用性等多方面的特点。目前我国

FPGA󰃗CPLD的应用虽还不平衡,但随着集成技术的飞跃发展;随着硬内核FPGA、激光可编程门阵列

(LPGA)等芯片的开发;软硬功能核库的建立,今后的电子系统设计,不分模拟还是数字电路,将总

归于EDA。人们只要有一台计算机、一套EDA软

件和一片FPGA󰃗CPLD芯片,就能在家完成大规模

集成电路合适子系统的设计。由此,EDA技术的高

速发展,将为我们打开一个广阔的空间。

参　考　文　献

1　薛宏煦,边计年,苏明1数字系统设计自动化1北京:清华大学出版社,1996

2　杨晖,张凤言1大规模可编程逻辑器件与数字系统设计1北京:北京航空航天大学出版社,1998

3　潘松,王国栋1VHDL实用教程1成都:电子科技大学出版社,2000

网虫的“七大注意”

注意养成良好的卫生习惯　电脑操作者不宜一边

操作电脑一边吃东西,也不宜在操作室内就餐,否则易

造成消化不良或胃炎。电脑键盘接触较多者,工作完毕

应洗手以防传染病。

注意保持皮肤清洁　应经常保持脸部和手的皮肤

清洁,因为电脑荧光屏表面存在着大量静电,其集聚的

灰尘可转射到脸部和手的皮肤裸露处,时间久了,易发

生难看的斑疹、色素沉着,严重者甚至会引起皮肤病变

等。

注意补充营养　电脑操作者在荧光屏前工作时间

过长,视网膜上的视紫红质会被消耗掉,而视紫红质主

要由维生素A合成。因此,电脑操作者应多吃些胡萝

卜、牛奶、瘦肉等食物,以补充人体内维生素A和蛋

白质。平时可多饮些茶,因为茶叶中含有茶多酚等活性

物质,有吸收与抵抗放射性物质的作用。注意正确的姿势　操作时坐姿应正确舒适。应将

电脑屏幕中心位置安装在与操作者胸部同一水平线

上,眼睛与屏幕的距离应在40～50cm,最好使用可以

调节高低的椅子。在操作过程中,应经常眨眨眼睛或闭

目休息一会儿,以调节和改善视力,预防视力减退。

注意工作环境　电脑室内光线要适宜,不可过亮

或过暗,避免光线直接照射在荧光屏上而产生干扰光

线。定期清除室内的粉尘及微生物,清理卫生时最好用

湿布或湿拖把,用空气过滤器进行消毒处理,合理调节

风量,变换新鲜空气。

注意劳逸结合　一般来说,电脑操作人员在连续

工作1小时后应该休息10分钟左右。并且最好到操作

室之外活动活动手脚与躯干等进行积极的休息,很多

人抱怨颈椎疼,活动头部会有帮助。

注意保护视力　欲保护好视力,除了定时休息、注

意补充含维生素A类丰富的食物之外,最好注意远

眺,经常做眼睛保健操,保证充足的睡眠时间。23现　代　电　子　技　术2001年

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单片机系统开发流程

单片机系统开发流程

单片机系统开发流程

1. 硬件设计

硬件设计是单片机系统开发的第一步，它涉及到电路原理图设计、PCB布局和元器件选型等工作。

1.1 电路原理图设计

根据项目需求，使用相应的EDA软件（如Altium Designer、Cadence等）进行电路原理图设计。在设计过程中，需要注意以下几点： - 确定单片机型号和外部器件的连接方式，包括引脚定义和功能。 - 根据外设模块的要求进行接口设计，如LCD显示屏、按键、传感器等。 - 考虑电源管理电路，包括稳压器、滤波电容和保护电路等。 - 进行信号调试和仿真验证，确保原理图没有错误。

1.2 PCB布局

根据电路原理图进行PCB布局设计。在布局过程中，需要注意以下几点： - 根据外部器件的位置和尺寸进行布局安排，尽量减少信号线的长度和干扰。 - 分析信号线的走向和层次分配，在不同层次上布置不同类型的信号线（如时钟线、数据线、地线等）。 - 合理安排元器件的焊盘位置和间距，方便手工焊接或自动插件。 -

添加必要的电源和地平面，增强电磁兼容性（EMC）和信号完整性（SI）。

1.3 元器件选型

根据项目需求和硬件设计要求，选择合适的元器件。在选型过程中，需要注意以下几点： - 确定单片机型号，考虑处理器性能、存储容量、接口等因素。 - 根据外设模块的要求选择合适的器件，如LCD显示屏、按键、传感器等。 - 考虑元器件的可获得性、价格和可靠性等因素。

2. 软件开发

软件开发是单片机系统开发的核心环节，它涉及到嵌入式软件编程和调试等工作。

2.1 嵌入式软件编程

根据项目需求和硬件设计要求，选择合适的嵌入式开发平台（如Keil、IAR

Embedded Workbench等），进行软件编程。在编程过程中，需要注意以下几点：

- 编写初始化代码，配置单片机的时钟源、引脚功能和外设模块等。 - 设计主程序框架，包括任务调度、中断处理和状态机控制等。 - 编写驱动程序，实现对外设模块的控制和数据交互。 - 开发应用程序，根据项目需求实现相应的功能。 2.2 调试和验证

EDA技术实验讲义

EDA技术实验讲义

EDA/SOPC技术实验讲义

陕西科技大学

电气与信息工程学院

目 录

4 第一章 EDA_VHDL实验/设计与电子设计竞赛

4 1-1、 应用QuartusII完成基本组合电路设计

5 1-2. 应用QuartusII完成基本时序电路的设计

6 1-3. 设计含异步清0和同步时钟使能的加法计数器

7 1-4. 7段数码显示译码器设计

8 1-5. 8位数码扫描显示电路设计

9 1-6. 数控分频器的设计

10 1-7. 32位并进/并出移位寄存器设计

10 1-8. 在QuartusII中用原理图输入法设计8位全加器

11 1-9. 在QuartusII中用原理图输入法设计较复杂数字系统

11 1-10. 用QuartusII设计正弦信号发生器

13 1-11. 8位16进制频率计设计

16 1-12. 序列检测器设计

16 1-13. VHDL状态机A/D采样控制电路实现

18 1-14. 数据采集电路和简易存储示波器设计

19 1-15. 比较器和D/A器件实现A/D转换功能的电路设计

20 1-16 移位相加硬件乘法器设计

24 1-17 采用流水线技术设计高速数字相关器

24 1-18 线性反馈移位寄存器设计

25 1-19 乐曲硬件演奏电路设计

28 1-20 乒乓球游戏电路设计

32 1-21 循环冗余校验(CRC)模块设计

33 1-22. FPGA步进电机细分驱动控制设计(电子设计竞赛赛题)

34 1-23. FPGA直流电机PWM控制实验

EDA

EDA

题目：

EDA技术在数字保护继电器中的应用

摘要

信息产业已经成了21世纪的产业主流。本文主要阐述了EDA技术在数字保护继电器中的应用。EDA技术的定义及特征。数字保护继电器的相关背景及特征。EDA技术在数字保护继电器中具体过程分别起的作用。并点明了EDA技术在未来应用的广大前景。

ABSTRACT

The information industry has become the mainstream industry in the

21 st century. This article mainly expounds the EDA technology in the

digital protection relays of application. The definition and features

of EDA technology. Digital protection relay of the relevant background

and characteristics. EDA technology in the digital protection relays in

detail in the process of the role of respectively. And point out the EDA

technology in the future application of the broad masses of the future.

关键词：EDA; 数字保护继电器； 集成电路；PLD器件

引言

第三次工业革命后，人类全面进入了信息产业主导的知识经济时代，信息领域正在发生一场巨大的变革，其先导力量和决定性因素正是微电子集成电路由于微电子技术的高速发展，由IC芯片构成的数字电子系统朝着规模大，体积小，速度快的方向飞速发展，而且发展速度越来越快 。

EDA讲义

EDA讲义

- 1 - 第一章 CPLD/FPGA数字实验开发系统使用说明

GXUEDA-98C实验开发系统设计原理和使用方法

GXUEDA-98C型CPLD/FPGA实验开发系统是一种多功能、高配臵的EDA教学与开发设备，适合用于大学本科EDA教学、课程设计和毕业设计。也适合于大专院校、科研所做项目开发之用。

该系统采用单片机控制整个实验系统的独特技术，在单片机的控制下，系统可以产生不同的实验模式，构成了以CPLD+MPU双系统为主要特征的复合型综合电子实验平台。除了适用基于数字逻辑电路的电子设计自动化EDA，数字系统设计硬件描述语言（VHDL、Verilog HDL），数字系统设计等相关课程教学实验平台，还适用基于单片机的学生电子创新设计平台。系统配有RS232、AD0809、DAC0832、RAM62256、LED点阵、SST89E564RD单片机等功能模块器件和接口，所构成的综合系统完全是由用户根据题意所设定，最典型的组合模式有13种，极为灵活（每种模式功能参见说明书）。同时，该系统扩展灵活，完全可以根据用户需要改变电路结构，为高年级学生做创新性实验课题、综合电子设计、毕业设计、电子设计竞赛的训练以及为教师的科研工作提供了实验环境。例如可利用此平台完成基于LED点阵的汉字显示、100MHz范围内自适应频率计等大型课题的设计。

该系统的实验电路结构是可控的，即可通过模式选择键SW17，使电路改变连接方式以适应不同的实验需要。从物理结构上看，实验板的电路结构是固定的，但其内部的信息流在主控单片机的控制下，电路结构将发生变化，这种“多任务重配臵”（Multi-task Reconfiguring）是目前最先进的数字电子系统设计思想，本设计方案的优点体现在：1.适应更多的实验与开发项目；2. 兼容更多的PLD公司的器件；3. 兼容不同封装的CPLD和FPGA器件；4.减少连线的麻烦，增加了系统的可靠性和稳定性；5.用户可支配系统资源非常多。为适应世界多家PLD公司器件的应用，该实验平台采用了独特的“主板+目标板”双板式结构，通过更换不同的目标板，可与Altera、Lattice、Xilinx等诸多PLD公司的产品兼容。