EDA軟件在電路設計中的合理應用

　　電子電路的設計是一項非常復雜的系統工程，在設計過(guò)程中，由設計者通過(guò)對具體數據進(jìn)行相應的分析，然后提出初步設計方案，再進(jìn)行相應的修改與調試，不斷地對電路的設計進(jìn)行補充，完善電路設計方案。這個(gè)過(guò)程是十分復雜而費時(shí)的。隨著(zhù)電子設計自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的出現，極大的節約了電子電路課程設計的時(shí)間，使得電子電路的設計更加簡(jiǎn)準確、科學(xué)。

　　1 EDA技術(shù)的特點(diǎn)

　　電子設計自動(dòng)化(EDA)技術(shù)是將計算機作為工作的平臺，通過(guò)融合電子技術(shù)、智能化技術(shù)以及計算機技術(shù)的最新成果而設計出來(lái)的一項現代電子技術(shù)。隨著(zhù)現代化教育的不斷深入，EDA技術(shù)的應用也越來(lái)越廣泛。目前，EDA技術(shù)已經(jīng)在電子電路設計、印刷電路板設計、可編程器件的編程以及集成電路板的設計中被廣泛的應用。通過(guò)運用EDA技術(shù)，相應的設計人員能夠對電路設計、邏輯分析、時(shí)序測試、性能設計等各個(gè)方面進(jìn)行自動(dòng)設計。對于EDA軟件技術(shù)的開(kāi)發(fā)而言，Multisiim8.0軟件支撐平臺是發(fā)揮EDA技術(shù)功能的有力支撐平臺，能夠保證其電路的建立、實(shí)驗數據的分析以及結構的輸出等方面的處理與分析過(guò)程能夠在一個(gè)集成系統中完成。在利用EDA技術(shù)進(jìn)行設計的過(guò)程中，設計人員只需要通過(guò)鼠標進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作就能夠完成電路的創(chuàng )建、更改電路參數、更換電路元器件等方面的工作。同時(shí)，在使用EDA技術(shù)進(jìn)行電路設計的過(guò)程中，該軟能夠白行對相應的設計方案進(jìn)行淵試，不斷地對設計電路的性能進(jìn)行分析，對電路設計中的漏洞、問(wèn)題進(jìn)行修補充、修改，從而使得設計的電路性能最優(yōu)化。同時(shí)，對于運用EDA技術(shù)在Multisiim8.0軟件支撐平臺中進(jìn)行電路設計及其優(yōu)化而言，該軟件在輸入輸出指令以及各種控制語(yǔ)言方面沒(méi)有硬性的要求，也不需要對電路的各個(gè)環(huán)節進(jìn)行相應的程序編制，只需要在電路設計的平臺內將虛擬的電子元器件用節點(diǎn)和線(xiàn)進(jìn)行連接，就能夠從虛擬的儀器表上得到相應的仿真波形以及各種參數的分析結果。Multisiim8.0軟件平臺中設有大量的與實(shí)際元器件相對應的虛擬模型，這也就使得在進(jìn)行相應的電子電路設計中，電路設計的的形式更加趨近于現實(shí)情況，使得其仿真效果更加精確、科學(xué)。

　　2 利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子電路設計的一般步驟

　　2.1 對相應的設計課題進(jìn)行理解

　　在進(jìn)行電子電路設計之前，要對需要設計的電路進(jìn)行全方面的分析，對設計電路的功能要求、設計標準、設計元件以及技術(shù)指標能夠熟練的掌握，對于處理信號與被控制轉換對象的特點(diǎn)和參數進(jìn)行系統的分析與統計。其設計的基本流程如下圖所示：

　　圖1 基本流程

　　2.2 制定相應的設計方案

　　通過(guò)對系統的總體功能進(jìn)行分析，繪制電路設計的原理框圖，然后將總的設計方案劃分為多個(gè)環(huán)節。通過(guò)對不同環(huán)節間的聯(lián)系進(jìn)行分析，確定各個(gè)環(huán)節間的信號交流方式以及電路運行的時(shí)序。電路設計的總框圖要能夠簡(jiǎn)單、清晰的表達出整個(gè)電路設計的過(guò)程與原理。

　　2.3 對單元電路進(jìn)行仿真實(shí)驗

　　在確定了總的設計方案后，要對元器件進(jìn)行選擇，通過(guò)電子仿真軟件將每個(gè)環(huán)節的電路圖進(jìn)行繪制，然后利用電子仿真軟件中的仿真功能對其進(jìn)行仿真檢驗，以判斷該環(huán)節的設計方案是否可行。如果在電路的設計中運用了COMS、分立元件、TTL、運放集成電路等多種元器件，采用了不同的電源供電，那么，在設計的過(guò)程中就應該對電路間的電平轉換過(guò)程進(jìn)行設計，并對其轉換的方式與流程進(jìn)行相應的框圖繪制，從而確保其電平的轉換方式正確。同時(shí)，在進(jìn)行仿真電路設計時(shí)，可以根據所要設計的電路類(lèi)型選擇合適的仿真軟件。當下，電力行業(yè)中已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多種側重點(diǎn)不同的仿真軟件，包括SPICE、Proteus、Multisim等軟件。一般來(lái)說(shuō)，對于在電路設計中基礎電路的仿真過(guò)程來(lái)說(shuō)，其最好的選擇是采用Multisim軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗;對于相對復雜的控制電路來(lái)說(shuō)，其主要采用的是Proteus軟件;在通信工程的電路設計中，在進(jìn)行仿真實(shí)驗設計時(shí)，一般采用的是MATLAB軟件。通過(guò)對各種仿真電路軟件的使用，能夠對各個(gè)環(huán)節的設計方案進(jìn)行相應的性能檢驗，對其運行的原理及流程進(jìn)行模擬，還能對電路設計方案中的參數自動(dòng)分析，對于設計方案中的不足之處進(jìn)行改進(jìn)，從而使得設計方案得到優(yōu)化。通過(guò)對EDA技術(shù)的運用，不僅能夠使得設計的過(guò)程變得簡(jiǎn)單便捷，節約大量的時(shí)間，而且能夠開(kāi)發(fā)相應學(xué)習者的創(chuàng )新思維，提高其動(dòng)手能力。

　　2.4 對各環(huán)節之間的設計方案進(jìn)行分析

　　在運用EDA技術(shù)對單元電路進(jìn)行仿真實(shí)驗之后，要對整個(gè)電路的可行性進(jìn)行分析。因為在進(jìn)行各個(gè)單元的仿真實(shí)驗中，都是對其一部分的性能進(jìn)行檢驗，這也就使得即使各個(gè)環(huán)節都不存在問(wèn)題，但在組合成一個(gè)整體時(shí)就可能存在各環(huán)節之間搭配不合理的狀況，從而使得整個(gè)系統的性能達不到預期的目標。因此，在對各環(huán)節進(jìn)行仿真實(shí)驗之后，要對各個(gè)環(huán)節的電路進(jìn)行全面的分析，對于信號的輸入輸出關(guān)系、各環(huán)節接口的極性以及各環(huán)節的時(shí)序等方面進(jìn)行深入的分析，從而得出電路設計中存在的沖突與矛盾，進(jìn)而對其進(jìn)行修改，制定出最佳的設計方案。

　　2.5 組合各設計環(huán)節

　　在對各個(gè)環(huán)節電路以及各環(huán)節電路之間的設計方案進(jìn)行檢驗之后，要對整個(gè)設計方案進(jìn)行仿真實(shí)驗，從而驗證整個(gè)設計的可行性。在按照設計要求設計出相應的電路元件后，要對其進(jìn)行反復的實(shí)驗與聯(lián)系，從而使得設計人員能夠熟練掌握該電路的設計方式。同時(shí)，由于在進(jìn)行電子仿真實(shí)驗過(guò)程中，其元件都是采用的理想元件以及理想的連接工藝，而在實(shí)際的電路中，影響其性能穩定性的因素很多。因此，在對電路的實(shí)體安裝過(guò)程中，要對其性能進(jìn)行多次調試，以使其達到性能最優(yōu)點(diǎn)。

　　3 實(shí)例分析

　　3.1 組合邏輯電路的設計

　　通過(guò)對電子電路設計的一般步驟可以推出組合邏輯電路的設計步驟為：分析問(wèn)題，列表，求表達式，畫(huà)出電路圖。下面我們以判斷兩個(gè)輸入信號的電路是否同路的邏輯仿真設計為例展開(kāi)討論。

　　3.1.1 設定規則。將兩個(gè)輸入信號分別設定為A、B，其輸出信號設為X，當A、B兩個(gè)信號的輸入電路相同時(shí)輸出X=0，當A、B兩個(gè)型號輸入電路不同時(shí)其輸出為X=1。

　　3.1.2 啟動(dòng)電子工作平臺(EWB)，進(jìn)入其主界面，將該平臺的儀器數據庫打開(kāi)，搜索其中的邏輯轉換儀，雙擊其圖標，以打開(kāi)邏輯轉換儀的操作面板，在面板上的真值表區分別點(diǎn)擊A、B兩個(gè)邏輯變量，從而在面板的輸出區域建立一個(gè)二變量真值表，并根據相應的要求在輸出變量列中輸入相應的邏輯數值。

　　3.1.3 在邏輯轉換儀中輸入相應的輸入量后，在其面板上點(diǎn)擊“真值表→簡(jiǎn)化邏輯表達式”選項，使得經(jīng)簡(jiǎn)化的邏輯表達式在該面板底部的邏輯表達欄中顯示出來(lái)。

　　3.1.4 簡(jiǎn)化的邏輯表達式在邏輯轉換儀面板底部顯示出來(lái)之后，再選擇該面板上“表達式→與非邏輯電路”選項，之后在相應的顯示區域顯示出由五個(gè)與非門(mén)組成的電路。

　　3.1.5 在該電路設計出來(lái)之后，要對其邏輯功能進(jìn)行測試，通過(guò)在兩個(gè)輸入端接入兩個(gè)開(kāi)關(guān)，其中一個(gè)選擇“+5V”，另一個(gè)選擇接地，其輸出端與指示燈相連接，然后接通開(kāi)關(guān)，根據指示燈的狀態(tài)，對真值表里的狀態(tài)進(jìn)行驗證。

　　3.2 時(shí)序電路設計

　　設計分頻器，其主要由JK觸發(fā)器組成。

　　3.2.1 首先，對JK觸發(fā)器的邏輯功能進(jìn)行測試。從相應的數字器件庫中選用一個(gè)JK觸發(fā)器，要求該觸發(fā)器本身屬性為低電平觸發(fā)、置位與復位，按照下圖進(jìn)行連接，閉合該電路中仿真開(kāi)關(guān)，然后打開(kāi)邏輯分析儀面板，通過(guò)讀取上面的圖形以及參數，對其進(jìn)行分析，就能夠完成對JK觸發(fā)器邏輯功能的測試。

　　圖2 時(shí)序電路設計

　　3.2.2 通過(guò)利用JK觸發(fā)器的特性將觸發(fā)器按照要求進(jìn)行組裝，使其具有相應的分頻功能。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)JK觸發(fā)器可以制成二分頻器，對兩個(gè)分頻器進(jìn)行相應的組合能夠組裝成四分頻器。根據設計的要求進(jìn)行分析，得出在該電路設計中需要運用八分頻器，那么就需要將三個(gè)觸發(fā)器按照二進(jìn)制導步計數器級連接的方式進(jìn)行連接，從而得到八分頻器。將分頻器組裝好之后，要把時(shí)鐘的脈沖以及JK觸發(fā)器的Q端連人電路中，與邏輯分析儀相連接，就能夠獲得相應的波形圖，通過(guò)波形圖就可以得到其輸出端電平高低位與時(shí)間脈沖的關(guān)系。

　　4 認識EDA技術(shù)的作用及其前景分析

　　當前，EDA技術(shù)的應用越來(lái)越普遍，在電子電路設計領(lǐng)域所扮演的角色也越來(lái)越重要，這也就要求我們要正確認識EDA技術(shù)的作用。在筆者看來(lái)，對于EDA技術(shù)正確應用的教育與引導主要來(lái)源于教育者，這也就要求相關(guān)的教育者必須正視EDA技術(shù)，合理充分的利用教學(xué)資源，積極采用新方法、新模式的教育教學(xué)方式，探索加快現代化教育進(jìn)行的路徑。同時(shí)，在相應的教育教學(xué)過(guò)程中，應該將EDA技術(shù)引入到正規的教學(xué)課程中去，與相應的實(shí)驗相結合，從而有效地加快學(xué)生對于這種技術(shù)的認識。但是，在教育教學(xué)的過(guò)程中，一定要木著(zhù)實(shí)事求是的原則，不能將其功能進(jìn)行片面的夸大化，也不能僅僅依靠該種技術(shù)而取締傳統的手工實(shí)驗，導致學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力與思考能力的發(fā)展受到限制。

　　在筆者看來(lái)，EDA技術(shù)現在正是處于快速發(fā)展的階段，而隨著(zhù)各種大規模的FPGA器件的不斷開(kāi)發(fā)，EDA技術(shù)在其仿真與設計這兩的方面的硬件標準得到了大幅度的發(fā)展。在未來(lái)的幾年內，EDA技術(shù)會(huì )不斷地向著(zhù)大規模集成電路的方向發(fā)展，而且其軟硬件IP核在相關(guān)的應用領(lǐng)域中將會(huì )得到進(jìn)一步的確認，其SOC高效低本設計也會(huì )不斷地成熟。

　　5 結語(yǔ)

　　通過(guò)將EDA技術(shù)運用到電子電路的設計與仿真過(guò)程中，使得其學(xué)習方式向著(zhù)新穎化與趣味化轉變，能夠充分的調動(dòng)起學(xué)生學(xué)習的積極性，發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，從而有效地提高學(xué)生在電路的設計與分析方面的能力。同時(shí)，通過(guò)傳統的教學(xué)方式與仿真技術(shù)相結合，將虛擬技術(shù)應用到實(shí)際的設計過(guò)程中，提高了對相應的教育者的要求，加快了課改的進(jìn)度，是推動(dòng)社會(huì )主義現代化進(jìn)程的一個(gè)有力手段。