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(tǒng)工程，在設計過程中，由設計者通過對具體數(shù)據(jù)進行相應的分析，然后提出初步設計方案，再進行相應的修改與調(diào)試，不斷地對電路的設計進行補充，完善電路設計方案。這個過程是十分復雜而費時的。隨著電子設計自動化(EDA)技術(shù)的出現(xiàn)，極大的節(jié)約了電子電路課程設計的時間，使得電子電路的設計更加簡準確、科學。

　　1 EDA技術(shù)的特點

　　電子設計自動化(EDA)技術(shù)是將計算機作為工作的平臺，通過融合電子技術(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的一項現(xiàn)代電子技術(shù)。隨著現(xiàn)代化教育的不斷深入，EDA技術(shù)的應用也越來越廣泛。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。通過運用EDA技術(shù)，相應的設計人員能夠?qū)﹄娐吩O計、邏輯分析、時序測試、性能設計等各個方面進行自動設計。對于EDA軟件技術(shù)的開發(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、實驗數(shù)據(jù)的分析以及結(jié)構(gòu)的輸出等方面的處理與分析過程能夠在一個集成系統(tǒng)中完成。在利用EDA技術(shù)進行設計的過程中，設計人員只需要通過鼠標進行簡單的操作就能夠完成電路的創(chuàng)建、更改電路參數(shù)、更換電路元器件等方面的工作。同時，在使用EDA技術(shù)進行電路設計的過程中，該軟能夠白行對相應的設計方案進行淵試，不斷地對設計電路的性能進行分析，對電路設計中的漏洞、問題進行修補充、修改，從而使得設計的電路性能最優(yōu)化。同時，對于運用EDA技術(shù)在Multisiim8.0軟件支撐平臺中進行電路設計及其優(yōu)化而言，該軟件在輸入輸出指令以及各種控制語言方面沒有硬性的要求，也不需要對電路的各個環(huán)節(jié)進行相應的程序編制，只需要在電路設計的平臺內(nèi)將虛擬的電子元器件用節(jié)點和線進行連接，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(shù)的分析結(jié)果。Multisiim8.0軟件平臺中設有大量的與實際元器件相對應的虛擬模型，這也就使得在進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(xiàn)實情況，使得其仿真效果更加精確、科學。

　　2 利用EDA技術(shù)進行電子電路設計的一般步驟

　　2.1 對相應的設計課題進行理解

　　在進行電子電路設計之前，要對需要設計的電路進行全方面的分析，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(zhuǎn)換對象的特點和參數(shù)進行系統(tǒng)的分析與統(tǒng)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

　　通過對系統(tǒng)的總體功能進行分析，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環(huán)節(jié)。通過對不同環(huán)節(jié)間的聯(lián)系進行分析，確定各個環(huán)節(jié)間的信號交流方式以及電路運行的時序。電路設計的總框圖要能夠簡單、清晰的表達出整個電路設計的過程與原理。

　　2.3 對單元電路進行仿真實驗

　　在確定了總的設計方案后，要對元器件進行選擇，通過電子仿真軟件將每個環(huán)節(jié)的電路圖進行繪制，然后利用電子仿真軟件中的仿真功能對其進行仿真檢驗，以判斷該環(huán)節(jié)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，在設計的過程中就應該對電路間的電平轉(zhuǎn)換過程進行設計，并對其轉(zhuǎn)換的方式與流程進行相應的框圖繪制，從而確保其電平的轉(zhuǎn)換方式正確。同時，在進行仿真電路設計時，可以根據(jù)所要設計的電路類型選擇合適的仿真軟件。當下，電力行業(yè)中已經(jīng)開發(fā)出許多種側(cè)重點不同的仿真軟件，包括SPICE、Proteus、Multisim等軟件。一般來說，對于在電路設計中基礎電路的仿真過程來說，其最好的選擇是采用Multisim軟件進行仿真實驗;對于相對復雜的控制電路來說，其主要采用的是Proteus軟件;在通信工程的電路設計中，在進行仿真實驗設計時，一般采用的是MATLAB軟件。通過對各種仿真電路軟件的使用，能夠?qū)Ω鱾€環(huán)節(jié)的設計方案進行相應的性能檢驗，對其運行的原理及流程進行模擬，還能對電路設計方案中的參數(shù)自動分析，對于設計方案中的不足之處進行改進，從而使得設計方案得到優(yōu)化。通過對EDA技術(shù)的運用，不僅能夠使得設計的過程變得簡單便捷，節(jié)約大量的時間，而且能夠開發(fā)相應學習者的創(chuàng)新思維，提高其動手能力。

　　2.4 對各環(huán)節(jié)之間的設計方案進行分析

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

　　2.5 組合各設計環(huán)節(jié)

　　在對各個環(huán)節(jié)電路以及各環(huán)節(jié)電路之間的設計方案進行檢驗之后，要對整個設計方案進行仿真實驗，從而驗證整個設計的可行性。在按照設計要求設計出相應的電路元件后，要對其進行反復的實驗與聯(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，由于在進行電子仿真實驗過程中，其元件都是采用的理想元件以及理想的連接工藝，而在實際的電路中，影響其性能穩(wěn)定性的因素很多。因此，在對電路的實體安裝過程中，要對其性能進行多次調(diào)試，以使其達到性能最優(yōu)點。

　　3 實例分析

　　3.1 組合邏輯電路的設計

　　通過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：分析問題，列表，求表達式，畫出電路圖。下面我們以判斷兩個輸入信號的電路是否同路的邏輯仿真設計為例展開討論。

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

　　3.1.2 啟動電子工作平臺(EWB)，進入其主界面，將該平臺的儀器數(shù)據(jù)庫打開，搜索其中的邏輯轉(zhuǎn)換儀，雙擊其圖標，以打開邏輯轉(zhuǎn)換儀的操作面板，在面板上的真值表區(qū)分別點擊A、B兩個邏輯變量，從而在面板的輸出區(qū)域建立一個二變量真值表，并根據(jù)相應的要求在輸出變量列中輸入相應的邏輯數(shù)值。

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

　　3.1.4 簡化的邏輯表達式在邏輯轉(zhuǎn)換儀面板底部顯示出來之后，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(qū)域顯示出由五個與非門組成的電路。

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

　　3.2 時序電路設計

　　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)器的邏輯功能進行測試。從相應的數(shù)字器件庫中選用一個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，按照下圖進行連接，閉合該電路中仿真開關(guān)，然后打開邏輯分析儀面板，通過讀取上面的圖形以及參數(shù)，對其進行分析，就能夠完成對JK觸發(fā)器邏輯功能的測試。

　　圖2 時序電路設計

　　3.2.2 通過利用JK觸發(fā)器的特性將觸發(fā)器按照要求進行組裝，使其具有相應的分頻功能。一般來說，一個JK觸發(fā)器可以制成二分頻器，對兩個分頻器進行相應的組合能夠組裝成四分頻器。根據(jù)設計的要求進行分析，得出在該電路設計中需要運用八分頻器，那么就需要將三個觸發(fā)器按照二進制導步計數(shù)器級連接的方式進行連接，從而得到八分頻器。將分頻器組裝好之后，要把時鐘的脈沖以及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，通過波形圖就可以得到其輸出端電平高低位與時間脈沖的關(guān)系。

　　4 認識EDA技術(shù)的作用及其前景分析

　　當前，EDA技術(shù)的應用越來越普遍，在電子電路設計領域所扮演的角色也越來越重要，這也就要求我們要正確認識EDA技術(shù)的作用。在筆者看來，對于EDA技術(shù)正確應用的教育與引導主要來源于教育者，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資源，積極采用新方法、新模式的教育教學方式，探索加快現(xiàn)代化教育進行的路徑。同時，在相應的教育教學過程中，應該將EDA技術(shù)引入到正規(guī)的教學課程中去，與相應的實驗相結(jié)合，從而有效地加快學生對于這種技術(shù)的認識。但是，在教育教學的過程中，一定要木著實事求是的原則，不能將其功能進行片面的夸大化，也不能僅僅依靠該種技術(shù)而取締傳統(tǒng)的手工實驗，導致學生實際動手能力與思考能力的發(fā)展受到限制。

　　在筆者看來，EDA技術(shù)現(xiàn)在正是處于快速發(fā)展的階段，而隨著各種大規(guī)模的FPGA器件的不斷開發(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。在未來的幾年內(nèi)，EDA技術(shù)會不斷地向著大規(guī)模集成電路的方向發(fā)展，而且其軟硬件IP核在相關(guān)的應用領域中將會得到進一步的確認，其SOC高效低本設計也會不斷地成熟。

　　5 結(jié)語

　　通過將EDA技術(shù)運用到電子電路的設計與仿真過程中，使得其學習方式向著新穎化與趣味化轉(zhuǎn)變，能夠充分的調(diào)動起學生學習的積極性，發(fā)揮學生的主觀能動性，從而有效地提高學生在電路的設計與分析方面的能力。同時，通過傳統(tǒng)的教學方式與仿真技術(shù)相結(jié)合，將虛擬技術(shù)應用到實際的設計過程中，提高了對相應的教育者的要求，加快了課改的進度，是推動社會主義現(xiàn)代化進程的一個有力手段。