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1.1實驗系統的內容
該電子設計自動化實驗系統,不僅要能夠實現基本數字電路功能,而且還要能夠實現部分中規模和大規模的數字電路功能。具體設計內容包括以下這些:(1)數字時鐘的設計。(2)LED16×16點陣控制器的設計。(3)數字頻率計的設計。(4)實現搶答器數字系統。(5)實現電子密碼鎖數字系統。(6)實現三色交通指揮燈控制器的數字系統。(7)實現簡易電子琴的數字系統。(8)實現三層電梯控制器的數字系統。
1.2實驗系統的設計方案
該電子設計自動化實驗開發系統是基于FPGA/CPLD器件,主要包括四部分,即信號發生模塊、輸出信息的顯示模塊、擴展模塊、FPGA/CPLD芯片通用適配座及芯片編程下載電路。該實驗系統設計,采用了通用適配板與系統功能板分離的結構方式。通用適配板具有完整的下載電路,既可插在系統功能底板上使用,也可單獨工作。
1.3實驗系統的電路設計
根據電路功能,將其劃分為兩部分,即通用適配板電路和系統功能板電路。這兩部分通過芯片適配接口進行連接。1.3.1系統功能板電路設計系統功能板電路設計如圖1,下面是各個模塊的介紹:(1)7段數碼管模塊,用于實現各種數字顯示,例如計數器計數結果的顯示、頻率計的頻率顯示、數字鐘表的時問顯示及搶答器的倒計時顯示等。(2)紅綠燈電路模塊,用于紅綠燈的電路實驗。(3)LED指示電路模塊,用來顯示組合邏輯電路實驗的輸出電平的高低。(4)點陣模塊,用來顯示點陣輸出。(5)時鐘電路,提供時序邏輯電路的CLK。(6)狀態機電路,由FPGA相應的I/O口和狀態指示電路組成,用于序列信號發生器、告警器等的設計。(7)蜂鳴器模塊。一部分是音樂片電路,當有人搶答時該電路可以放一小段音樂來告知有人搶答;第二部分是電子琴電路,由FPGA送出一定的樂譜頻率,在揚聲器上發出相應的譜音。音樂片和電子琴電路通過一個DIP2的撥動開關來選擇。(8)鍵盤電路模塊,該模塊用于選擇電子琴的數字系統實驗、搶答器數字系統實驗、電子密碼鎖數字系統實驗等實驗項目。(9)DIP開關電路,提供輸入端的高、低電平。(10)液晶顯示電路。2.3.2通用適配板的電路設計通用適配板由CPLD芯片、下載電路、擴展接口電路等部分組成。通用適配板結構框圖見圖2。
2結束語
1.電氣工程自動化的現狀缺乏較強的系統集成性對于電氣自動化的整體功能而言,系統集成為主要的發展趨勢,是必然的發展趨勢。對于當前的電氣自動化,存在多島自動化的結構,其特點為相互獨立、互不影響、性能單一、信息具有較高的集中性,很難發揮電氣機動化的整體功能。電氣自動化的網絡架構存在不一致性對于電氣自動化的發展,其主要目標是形成便捷、有效的電氣工程師,建立完善的自動化體系。但是,在當前的行業內,缺乏完善的架構,對網絡的認識不深入,網絡架構存在差異性,使得借助網絡結構而發展起來的電氣工程自動化在未來發展的道路上受到嚴重阻礙。同時,不同的主體在使用信息軟件的過程中,出現接口不匹配的問題,給信息的有效交流造成的障礙,影響了數據在不同主體之間的分享,在很大程度上破壞了系統運行中的實際效果。
2.對電氣自動化進行的積極改進立足科技,電氣自動化要充分運用新技術,注重實用性,開發新產品,運用新材料。在具體實踐過程中,要側重自主研發和創新,將節能作為重中之重,提出節能降耗,在運行中使用新工藝和新工具,重視思想的創新,尤其是注重網絡信息技術的應用,不斷更新,促進與自動化技術的有機整合。從信息方面進行考慮,電氣自動化的信息化主要突出信息技術的重要作用。對于設備的研發和制造要廣泛采用計算機信息技術,加快智能化的發展速度,在電氣工程中,加重網絡通信技術的使用。
二、電氣工程自動化系統中節能技術的體現
選擇合理的變壓器變壓器的損耗會造成電能的浪費,但是,其使用范圍有很廣,因此,要注重對變壓器的類型的選擇。首先要注重變壓器自身的能耗,其次,要注重節能性,減少有功功率的耗損。降低傳輸進行中電能的損失電能在傳輸的進行中,能量損耗無法避免。但是,根本的方式是減小電阻。首先,要重視導線的布局,防止出現彎路,縮短導向的長度;其次,導線材料要進行電阻率較小;再次,在統一的條件下,選擇橫截面積較大的導線;最后,靠近負載中心,減少實際供電的距離。選擇有源濾波器在實際操作過程中,要借助對諧波的去除,降低誤操作的頻率,其根本途徑就是使用濾波器。
三、節能設計在電氣自動化中的具體應用
1.不斷提升電氣系統的運行效率在進行電氣設備選擇的時候,要注重其節能的特性,目的是為后期的節能功能奠定基礎。同時,還可以對無功功率進行補償,對運行負荷進行有效均衡,減少電能輸送過程中的損失,這些做法的目的都是為了提升節能的效果,也可以在設計中,對負荷值進行合理調整,運用科學的設計參數。這樣做的目的是確保系統安裝和運行進行中,電源的高效、綜合地運用,增強設備運行效率,降低能耗。
2.對配電系統的設計進行不斷優化電力系統的功能就是為系統安裝提供必須的動力。因此,在具體的配電設計中,最基本的就是充分考慮適用性,保障對電氣設備的有效控制,與此同時,要達到用電設備對供電設備的綜合要求,對各種不良因素進行有效控制。在配電工程中,在達到設備有效運行的基本要求外,還要保障整個電力系統的全面、可靠、穩定的運行,促進系統的靈活性,保障操作的便捷性。另外,要全面考慮系統運行的安全性。要重視導線的絕緣性能,在進行布線的過程中,要保障合理的絕緣距離,以提升導線的穩定性,提升配電和用電的安全性。另外,要做好接地,安排和設置防雷設施。
四、結束語
英文名稱:Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics
主管單位:中國科學技術協會
主辦單位:中國計算機學會
出版周期:月刊
出版地址:北京市
語
種:中文
開
本:大16開
國際刊號:1003-9775
國內刊號:11-2925/TP
郵發代號:82-456
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1989
期刊收錄:
SA 科學文摘(英)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
期刊榮譽:
第三屆(2005)國家期刊提名獎期刊
聯系方式
期刊簡介
《計算機輔助設計與圖形學學報》(月刊)創刊于1989年,是由中國計算機學會主辦的我國CAD和計算機圖形學領域第一個公開出版的學術刊物。該刊以快速傳播CAD與計算機圖形學領域的知識與經驗為目的,刊登有創新的學術論文,報導最新科研成果和學術動態,及時反映該領域發展水平與發展方向。讀者對象為從事CAD和計算機圖形及其他有關學科的科研、工程技術人員及高等院校師生。
【關鍵詞】電子工程設計 EDA技術 研究分析
隨著電子技術的發展革新,應用系統逐步朝向大容量、小型化、快速化的方向發展。數字化的設計系統也逐步由組合芯片向單片系統發展。EDA技術不僅帶來了電子產品領域和系統開發的革命性變革,這也是科技發展與提高的必然產物。對于EDA技術的了解和對其在電子工程設計中的關鍵性分析都是十分有意義的。
1 EDA技術概述
所謂EDA技術,就是電子設計自動化,由CAE、CAD、CAM等計算機概念發展出現。EDA技術以計算機為主要工具,集合了圖形學、數據庫、拓撲邏輯、優化理論、計算數學、圖論等學科,形成最新的理論體系,是微電子技術、計算機信息技術、電路理論、信號處理和信號分析的結晶。現代化的EDA技術具備很多特點,普遍采用了“自頂向下”的程序進行設計,保證了設計方案的整體優化,EDA技術的自動化程度更高,在設計過程中能夠進行各類級別的調試、糾錯和仿真,設計者能夠及時發現結構設計的錯誤,避免了設計上的工作浪費,設計人員也能拋開細枝末節的問題,將更多精力集中于系統開發,保證了設計的低成本、高效率、循環快、周期短。EDA技術還能實現并行操作,建立起并行工程框架的結構環境,支持更多人同時并行電子工程的技術開發和設計。
2 EDA技術發展
電子工程設計的EDA技術自出現以來,大致可以分為三個歷史時期:
2.1 初級階段
大約在二十世紀的七十年代,早期的EDA技術處于CAD階段,出現了小規模的集成電路,由于傳統手工在制圖設計中的集成電路和集成電路板的花費大、效率低、周期長,借助于計算機技術的設計印刷,采取了CAD工具實現布圖布線的二維平面編輯和分析,取代了高重復性的傳統工藝。
2.2 發展階段
到了二十世紀八十年代,EDA技術進入了發展完善的階段。集成電路的規模逐漸擴大,電子系統日益復雜化,人們深入研究軟件開發,將CAD集成為系統,加強了電路的機構設計和功能設計,這一時期的EDA技術已經開始延伸到半導體芯片設計的領域。
2.3 成熟階段
經過了長期的發展,直至二十世紀九十年代,微電子技術的發展突飛猛進,單個芯片的集成就能夠達到幾百萬或是幾千萬甚至上億的晶體管,這種科技現狀對EDA技術提出更高的要求,推動了EDA技術的發展。各類技術公司陸續開發出大規模EDA軟件系統,出現了系統級仿真、高級語言描述和綜合技術的EDA技術。
3 EDA技術軟件
3.1 EWB軟件
所謂EWB是一種基于PC的電子設計軟件,具備了集成化工具、仿真器、原理圖輸入、分析、設計文件夾、接口等六大特點。
3.2 PROTEL軟件
該技術軟件廣泛應用了Prote199,主要由電路原理圖的設計系統和印刷電路板的設計系統兩大部分組成。高層次的設計技術在近年的國際EDA技術領域開發、研究、應用中成為熱門課題,并且迅速發展,成果顯著。該領域主要包括了硬件語言描述、高層次模擬、高層次的綜合技術等,伴隨著科技水平的提升,EDA技術也必然會朝向更高層次的自動化設計技術不斷發展。
4 EDA在電子工程設計中的應用技術流程
近年來的EDA技術深入到了各個領域,包括了通信、醫藥、化工、生物、航空航天等等,但是在電子工程設計的領域中應用的最為突出,主要利用了EDA技術為虛擬儀器的測試產品提供了技術支持。EDA技術在電子工程設計的領域中,主要應用于了電路設計仿真分析、電路特性優化設計等方面。主要的技術流程如下:
4.1 源程序
通常情況下,電子工程設計首要的步驟就是通過EDA技術領域中的器件軟件,利用了文本或者是圖形編輯器的方式來進行展示。不管是圖形編輯器或者是文本編輯器的使用,都需要應用EDA工具進行排錯和編譯的工作,文件能夠實現格式的轉化,為邏輯綜合分析提供了準備工作。只要輸入了源程序,就能夠實現仿真器的仿真。
4.2 邏輯綜合
在源程序中應用了實現了VHDL的格式轉化之后,就進入了邏輯綜合分析的環節。運用綜合器就能夠將電路設計過程中使用的高級指令轉換成層次較低的設計語言,這就是邏輯綜合。通過邏輯綜合的過程,這可以看作是電子設計的目標優化過程,將文件輸入仿真器,實施仿真操作,保持功效和結果的一致性。
4.3 時序仿真
在實現了邏輯綜合透配之后,就可以進行時序仿真的環節了,所謂的時序仿真指的就是將基于布線器和適配器出現的VHDL文件運用適當的手段傳達到仿真器中,開始部分仿真。VHDL仿真器考慮到了器件特性,所以適配后的時序仿真結果較為精確。
4.4 仿真分析
在確定了電子工程設計方案之后,利用系統仿真或者是結構模擬的方法進行方案的合理性和可行性研究分析。利用EDA技術實現系統環節的函數傳遞,選取相關的數學模型進行仿真分析。這一系統的仿真技術同樣可以運用到其他非電子工程專業設計的工作中,能夠應用到方案構思和理論驗證等方面。
5 結束語
伴隨著科學的發展,技術的革新,EDA技術的領域也在向高層次的技術推廣和開發,成效十分顯著。本篇論文我們對EDA技術的相關信息進行了詳細的分析很研究,研究表明,EDA技術對于我國的電子工程設計改革具有巨大的推動力,基于EDA技術領域的電子產品在專業化程度和使用性能上都要比傳統的設計方案制造的產品更加優化。將EDA技術應用到電子工程設計的領域當中,對于電子產品的優化和工作效率的提高以及產品附加值的拓展都有很大的作用。
參考文獻
[1]白楊.電子工程設計中EDA技術的應用[J].科海故事博覽.科技探索,2012(6):242.
[2]于洋.分析EDA技術在電子工程設計中的應用[J].電子制作,2012(12):83.
[3]徐冠宇.淺談電子工程設計的EDA技術[J].中國科技縱橫,2011(9):328.
關鍵詞:數字邏輯設計;電子設計自動化;可編程邏輯器件;教學改革;實踐教學
作者簡介:何樂生(1977-),男,白族,云南昆明人,云南大學信息學院,副教授;余鵬飛(1975-),男,云南昆明人,云南大學信息學院,副教授。(云南 昆明 650091)
基金項目:本文系2013年云南大學本科實踐教學能力提升項目的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)02-0115-02
“數字邏輯設計”是計算機及其相關專業承前啟后的重要專業基礎課,該課程介紹計算機的基本結構——數字電路的原理以及設計方法,是“計算機組成原理”、“計算機體系結構”等后續專業核心課程的必要基礎。
在就業形勢嚴峻的背景下,社會和學生都對課程的內容及其實用性提出了更高的要求。計算機專業學生往往將自己未來的職業規劃定位于軟件開發,因此認為“數字邏輯設計”課程沒有太大用處,出現輕視的思想。另外,大部分高校仍以已經過時的小規模通用集成電路作為主要教學內容,進一步加深了學生對“數字邏輯設計”課程無用的錯誤認識。怎樣合理地將基于EDA技術的現代數字邏輯系統設計方法引入課堂和實踐教學;將“數字邏輯設計”課程內容和計算機專業學生感興趣的東西結合,提高學習積極性,為將來從事相關領域的工作打下必要的硬件基礎,成為了“數字邏輯設計”課程改革必須解決的問題。[1-3]
一、目前教學工作中存在的問題及其成因
近年來,以數字技術為核心的半導體技術獲得了飛躍式的發展,其功能和復雜程度呈幾何級數增長。與之對應的是設計技術的規模化和正規化,軟、硬件開發人員的職責劃分越來越明顯。作為偏軟件方向的計算機專業的課程,“數字邏輯設計”的教學內容、體系、方法以及實驗環節也應隨之改變,以培養具有獨立工作能力,滿足行業需求的高素質人才。與此相反地,當前該課程依然沿用幾十年來形成的精英式的大學教育思路,過于強調知識體系和理論深度,而放松對學生運用新知識進行綜合設計的能力的培養。另外,“數字邏輯設計”與“電子工程”、“通信工程”等偏硬件專業的“數字電路”課程過于相似,強調電路的物理基礎,輕視從宏觀的系統層面對數字系統認識,導致教學效果不理想。筆者總結具體原因有以下幾點。
1.教學內容脫離工程實際和學生實際情況
在嚴峻的就業形勢下,學生都很關心學習所學課程到底能做什么,為自己提供怎樣的競爭力。隨著EDA技術的高度發展,基于CPLD和FPGA等可編程邏輯器件的數字系統設計技術已成為主流技術。然而目前大部分教材仍然采用傳統理論教科書的編寫方式,以“講理”為主,過分強調雙極性工藝的74系列門電路的實現方式,對EDA技術涉及不多。如果教師仍然采用“填鴨式”教學方法教授已經過時的知識,自然無法調動學生的積極性。
2.對不同專業的差異化教學問題注意不足
在軟、硬件設計分工差異化的大背景下,應該將“數字邏輯設計”的教學重點放在系統級的設計,而對于門級電路的設計則只需要達到“知其然”的程度。在教學內容、教學體系、教學方法以及實驗等具體教學環節上,應與“電子工程”、“通信工程”等偏硬件專業保持合理的差異化。
3.實踐教學內容陳舊,無法滿足社會對計算機人才的需求
當前實踐教學內容多為驗證74系列芯片的功能,而計算機相關專業的課程定位應是“理解計算機底層工作原理”,這種基于中小規模集成電路的驗證性實驗顯然與專業定位不吻合。
4.連線式的數字電路實驗箱(板),無法使學生建立對現代數字系統的感性認識
高等學校實驗設備多采用“傻瓜式”的設計思路,即將實驗電路盡量“功能化”和“模塊化”,學生只需要在不同功能模塊之間連線即可完成硬件設計。誠然,這在降低了實驗難度的同時,提高了實驗速度,降低了教師講授實驗課和維護實驗室的難度。但 “連線式”的設計使學生不明白實驗箱(板)上分離的一個個插孔是如何構成系統的,更無從談到對計算機系統的感性認識。[2]
5.課程考核方式不科學
部分學生采用死記硬背的方式“對付”期末考試,常常出現“高分低能”現象。評價方式在無形中造成學生對實踐環節學習的輕視心理,部分學生的學習以成績合格為目標,忽視能力的獲得。
二、“數字邏輯設計”的教學改革方案
綜合考慮上述問題,筆者所在的教學團隊認為,合理地取舍原有教學內容并將EDA技術引入教學,是提升教學水平和學習積極性的有效手段,并進行了一系列教改嘗試。
1.結合學科發展和學生實際情況,合理優化課堂教學內容,提升其實用性
如前所述,數字系統設計已經進入電子設計自動化的“EDA時代”,作為計算機專業的課程,更有必要對傳統教學內容有所取舍,做到“有所為,有所不為”。一方面,在保證為后續課程提供必要基礎知識的同時,對于陳舊過時的理論加以揚棄;另一方面,必須對于近年來出現的,改變行業面貌的新技術有所涉及。
在傳統教學內容的選取上,應秉承“必須”和“夠用”的原則,[4,5]對后續課程較難理解的“組合、時序邏輯電路分析、設計方法”、“半導體存儲器”等內容應保留較多的課堂教學時間,而對于“門電路的實現方法”、“競爭與冒險”等內容,則應大幅度地降低課堂教學時數。總體來講,基本取消了74系列中小規模器件的課堂教學時間,而將時間用于進行“原則性”和“說理性”的教學,旨在幫助學生建立“計算機是由什么東西構成的”、“設計計算機時采用了什么原理”等系統性的基本概念。
在EDA新技術的擴展方面,教學團隊根據計算機專業學生喜歡編程的特點,在教學中引入了硬件描述語言和可編程邏輯器件(PLD)兩方面的內容。硬件描述語言Verilog HDL在語法上接近C語言,而C語言是計算機專業先修課程,學生掌握起來較容易。課堂教學采用了傳統內容和描述語言穿行的方式,既保證了教學進度,又能防止學生出現“硬件描述語言和實際電路脫鉤”的通病。可編程邏輯器件的教學,則安排在傳統教學方案中進行“門電路實現”的學時進行,并將可編程邏輯器件的教學重點放在介紹CPLD和FPGA的原理及其常見問題。根據學生實際情況,還引入數字電路在計算機系統中的應用實例,以提升學生的學習興趣。例如:加法器、乘法器的實現,點陣LED顯示屏的顯示與控制,PS/2鼠標鍵盤控制等內容,不但能幫助學生建立學以致用的學風,而且能夠很好地回答學生“‘數字邏輯設計’課程有什么用”這樣的問題,提高了學習積極性。
2.根據計算機相關專業學生實際情況,改革實踐教學內容和手段
基于實驗箱的實驗存在諸多問題:首先,不利于學生建立系統觀念,而將思路束縛于微小且具體的局部問題。其次,將“培養動手能力”這一廣義的命題,狹隘地局限為“能夠正確地完成連線”,不符合能力培養的要求。且在實際實驗過程中,由于實驗設備長期使用,往往由于接觸不良等非關鍵因素造成實驗失敗,使學生失去學習興趣。針對實踐教學中凸顯的問題,教研組采取了以下措施。
首先,將ModelSim和Multisim等EDA仿真軟件引入實踐教學。由于數字電路的仿真技術已經非常成熟,仿真結果和實際實驗結果基本相同。采用軟件仿真工具能夠將學生從大量的連線工作中解脫出來,把精力集中在“數字系統的設計”本身,提高了實踐教學的效率,且方便學生實現更為復雜的邏輯設計。
其次,采用FPGA作為實際動手的實驗平臺,開發了一種符合計算機專業“數字邏輯設計”教學需要的低成本FPGA實驗板——Innovator_FPGA。在實踐教學環節中,首先指導學生利用該實驗平臺,在Quartus II環境中首先采用原理圖輸入方式完成基本的驗證性實驗,以熟悉開發工具;然后采用硬件描述語言分別實現加法器、減法器、邏輯移位器等CPU必須的邏輯功能;最后指導學有余力的學生將上述模塊綜合為一個ALU(算術邏輯單元)。通過訓練,學生們發現“數字邏輯設計”與自己天天打交道的計算機有著如此密切的聯系,為將來的“計算機體系結構”課程打下了堅實的基礎。
3.引導學生通過多種途徑學習,改革課程考核方式,培養自學能力和創新能力
電子信息技術發展迅速,任何人都無法在大學階段獲取一生所需的所有知識,學生必須培養自己的自學的能力。教師引導學生采取以下方式自學:
(1)通過網絡學習交流,推薦以下網站:可編程邏輯器件網(.cn)、周立功公司網站()、水木清華(\學術交流\電路設計)以及Altera公司官網論壇等。
(2)參與各種競賽和學生課外科技活動,包括:全國大學生電子設計競賽、挑戰杯和Atlera大學生論文競賽等。
(3)鼓勵學生參與國家級、省級和校級的學生科技立項活動。
另外,課程考核是引導學生培養創新能力的指揮棒,也是幫助教師糾正教學方法的重要手段。在參考兄弟院校經驗的基礎上,[4-6]教學團隊逐漸形成了自己的考核方式:成績分為課程設計(占30%)、機考(占30%)、筆試(占40%)三個部分。其中課程設計部分要求學生在Innovator_FPGA實驗板上設計具有一定功能的數字電路模塊,最后根據設計理念的創新性、功能的實現程度和書面報告三者綜合,給出課程設計成績。機考部分要求學生在實驗室現場完成一個簡單模塊的設計,以檢驗其軟件仿真和調試能力。筆試部分則在減少客觀題型的基礎上,增加電路設計、HDL程序設計等主觀性題型的比例。
三、結論
在進行課程改革的數年間,在上述一系列綜合措施的促進下,學生的學習熱情和創造激情得到了釋放。同學們紛紛在實驗室和宿舍利用廉價的實驗套件開展學習、競賽和科研活動,取得了一定的成績,獲得全國大學生電子設計競賽國家級和省級獎項數十項,另外還獲得國家級大學生科研立項三項,挑戰杯科技作品競賽獲獎多項。越來越多的同學通過“數字邏輯設計”課程的學習建立了現代數字系統的概念,提高了自己的創新能力和綜合素質。
參考文獻:
[1]官駿鳴,汪虹.計算機專業《數字電路技術》課程教學改革[J].黃山學院學報,2011,13(3):108-110.
[2]于玉婷.EDA技術漸進式教學方法探討[J].電腦知識與技術,
2011,7(11):8354-8355.
[3]呂燚,鄧春健,黃杰勇.利用EDA技術全面改進數字電路課程教學[J].福建電腦,2008,(6):208-209.
[4]鄒海云,高勝東,鄧娜.《脈沖與數字電路》課程教學改革研究[J].實驗科學與技術,2007,(1):71-74.
[5]李雪梅.在數字電路教學中引入現代EDA技術[J].物理實驗,