数字电子技术与EDA技术相结合的探讨

1 常用EDA工具软件简介
    常用的EDA软件有加拿大IIT公司推出的EWB(Electronics WorkBench)，在EWB基础上形成的Multi-sim以及美国Altera公司开发的Max+Plus。目前，我校EDA实验室所使用的软件是美国Al—tera公司开发的Max+PlusⅡ，所以本文中的例子都是基于此平台进行的。
    Max+PlusⅡ(Multiple Array and Programming Logic Use System)具有windows操作系统的程序界面，采用全菜单操作和鼠标操作方式，是一个方便、易学易用、功能全面的EDA工具。Max+PlusⅡ支持原理图、VHDL语言和Verilog语言文本文件，以及波形EDIF等格式化的文件作为设计输入。使用Max+ PlusⅡ进行电路设计的流程简单，经过设计输入、设计编译、设计仿真、下载即可完成。

2 数字电子技术与EDA技术相结合的几点益处
2．1 将数字电子技术中难以实现的硬件设计转换为软件设计
    在传统的数字电子技术教学中，讲授组合逻辑电路设计时，首先分析设计要求，按照要求列出真值表；然后进行逻辑函数表达式的化简，得出表达形式最简的输出函数表达式，最后画出逻辑图。当输人变量比较少时，这种方法无疑是简单有效的，但是，当输入变量比较多时，这种方法就显得很吃力。下面以设计8位奇校验电路为例进行说明。
    若采用传统的设计方案，首先需要画出8变量真值表，8变量真值表需要28行(即256行)，这就非常麻烦，而逻辑函数的化简更是难上加难。如果借助Max+PlusⅡ软件，使用VHDL语句，按照8位奇校验逻辑功能，用软件方法来实现硬件设计。8位奇校验电路的VHDL程序如下所示：

   
    其中：a表示8位输入信号；y表示奇校验输出，通过观察该程序可以发现，程序逻辑性强，简单易读。对上述程序进行仿真，仿真波形如图1所示。

    通过观察可以看出，该仿真波形完全符合奇校验逻辑功能。在Max+PlusⅡ软件下进行综合，可以得到8位奇校验电路的逻辑符号，当其他的设计工作中需要用到8位奇校验功能时，可以直接调用此元器件，不必重新设计，简化了设计工作。
    通过EDA技术实现数字电路设计，可以让学生尝试用软件代替硬件，实现硬件电路软件化。学生应用EDA技术除了可以实现小规模的电子电路设计，还可以通过对CPLD，FPGA编程，设计复杂的电路系统。
2．2 应用Max+PlusⅡ分析电路现象
    在日常生活中，数字电路随处可见，这就要求理论教学必须与实践教学相结合，达到理论联系实际的目的。但是通过总结学生的学习情况发现，学生并不能很好地将理论与实际联系起来，特别是当学生设计好电路进行实验时，经常出现与他们自己分析的理论结果不一致的现象。如果单纯的进行理论讲解，难以让学生理解清楚。如何把电路的工作过程形象地展示给学生，对于学生对电路现象的理解至关重要。
    例如，在实验课中使用集成电路74160设计一个模4计数器，模为4即说明计数器中应有4个状态，共占有4个时钟周期。在实验过程中，采用异步清零法设计的学生发现，他们所设计的电路输出状态为000，001，010，011，100，其中，前4个状态中每个状态占用一个时钟周期，第五个状态中100的持续时间非常短，而后计数器的输出状态为000。面对这种实验现象，单纯从理论的角度出发讲解，学生接受起来很困难。下面，以此为例，通过在Max+PlusⅡ平台下进行原理图设计和仿真分析，帮助学生进行电路现象的观察。图2是使用74160的异步清零功能设计的模4计数器。其中，A，B，C，D是并行数据输入端；ENT和ENP是使能端；LDN是同步置数端；CLRN是异步清零端；QA，QB，QC，QD为计数器的输出，仿真波形如图3所示。

    从图3中可以看出，当ENT和ENP接高电平时，第一个计数脉冲到来时计数器从000开始计数，此后每来一个计数脉冲，计数器的输出状态加1，当第五个计数脉冲(例如在170 ns时)到来时，计数器的输出为100，由于通过非门将QC信号反馈给CLRN，CLRN此时得到低电平，74160的异步清零端有效，则计数器立即被清零，计数器的输出状态为000，回到计数器的初始状态。在此工作过程中，100状态持续的时间非常短，与随后出现的000状态共同占有一个时钟周期。通过对仿真波形的分析，学生能够比较形象地理解“异步清零”的工作过程，也能够解释在实验过程中所观察到的实验现象。
2．3“开放的”数字电子技术实验室
    目前，我校数字电子技术课程的实践环节主要是由实验课、课程设计构成的。由于课时固定，学生的实际动手机会有限，而数字电子技术课程是一门实践性很强的课程，它主要是为学生今后从事电子设计打好基础。如果学生没有机会进行实际操作，就无法进行电子设计，更谈不上“设计好电路”。
    将EDA技术与数字电子技术结合起来，相当于将数字电子技术实验箱“搬移”到电脑上，学生可以根据自身的情况，依托Max+PlusⅡ软件平台，结合所学习的内容，及时地进行接近于实际电路的设计、仿真、分析，加深对理论的理解，若仿真结果不正确，学生可以在电脑上修改电路，不会造成硬件资源的浪费。当仿真结果完全正确时，学生就可以非常放心地进行实际电路的搭接、使用，这一过程可以将理论与实际真正联系起来。通过这个“开放的”数字电子技术实验室，可以激发学生的电子设计创作灵感，提高学生的创新能力和综合素质。

3 结 语
    将数字电子技术与EDA技术结合，可以使学生不拘泥于只有靠“芯片+连线”才能设计数字电路的想法，开阔了学生的设计思路。通过EDA工具对电路进行仿真，教师可以对学生难以理解的电路现象进行直观的讲解，加深学生对理论知识的掌握。同时，引入EDA技术，可以使学生有更多的机会动手设计电路，验证自己的想法，激发了学生的热情，为设计复杂的数字系统打下基础。充分发挥数字电子技术与EDA技术相辅相成的特点，对“教”与“学”都有积极作用。