原创 基于EDA的数字电路设计之计数电路控制信号

在现代电子系统中，数字化和集成化成为发展的必然趋势，电子设计自动化（EDA）技术已经逐渐成为电子系统设计的主要方向和潮流，传统的数字系统没计方法已经逐渐被淘汰。作为电子工程师和系统设计人员学习、掌握相关知识和技术已势在必行。EDA就是利用计算机设计电子电路和系统的软件工具，极大地提高了电路设计的效率和可靠性。减轻了设计者的劳动强度。它的实现是与可编程逻辑器件CPLD/FPGA（ComplexPro—grammableLogicDevice/FieldProgrammableGateArray）技术的迅速发展息息相关的。这一类器件可以通过软件编程对其硬件结构和工作方式进行重构，打破了软硬件之间的屏障。美国Altera公司推出的发展较完善的MAX+Plush软件就是用于开发CPLD的EDA软件工具，它界面友好。易学易用并具无可比拟的灵活性和高效性。

1. MAX+Plusll软件开发平台介绍

设计CPLD时可以利用Altera公司提供的免费基本版MAX+PlusIll0。2软件实现。

MAX+Plush软件的设计流程分四步。即设计输入、设计编译、设计验证和器件编程。

①设计输入。MAX+Plush软件的设计输入的方法有多种，主要包括：

原理图输入方式：这种输入方式多用于不太复杂的系统设计中，对于我们的频率计设计就可以采用。因为用此方式不但方便也很直观。

文本设计输入方式：文本设计文件可以使用AHDL语言、VHDL语言、VerilogHDL语言。三种都是硬件描述语言，每种都有其各自的特点。

波形输入方式：设计者根据建立的输入，输出波形生成逻辑关系，本设计将不使用这种输入方式，但可以利用波形关系进行设计验证。

②设计编译。MAX+P1usII提供了一个全集成编译器，编译过程经历网表提取，数据库建立，逻辑综合，资源分配，适配，时序仿真网表文件提取，装配等环节。生成一系列标准文件，若在其中某个环节出现错误，编译器会停止编译，告诉你错误出现的位置及原因。

③设计验征。MAX+Plush还有时序分析，功能仿真，输入输出波形分析等功能，以帮助验证设计的正确性。

④器件编程。对设计文件编译。仿真后，将设计的项目下载（或称为配置）到所选器件上的过程。

2. 数字电路设计

PLD设计中，原理图输入比较直观。效率高，但设计大规模CPLD时显得很繁琐。当进行大规模CPLD设计时通常选择文本输入方式。如前所述，文本输入有AHDL、VHDL、VerilogHDL三种语言，我们选择其中VHDL语言简单介绍给大家。VHDL语言硬件描述能力很强。同样是基于英语的一种编程语言。类似其他高级编程语言。只要有一定英语知识，就会很容易掌握并理解VHDL语言的描述。

（1）电路功能描述

利用VHDL语言设计一个简单的数字电路。原理框图如图1所示，该电路用于计数电路之前的控制信号产生，功能要求是对外部电路产生送入的clk（8Hz）信号进行计数，输出信号送入控制电路周期性地产生3个信号控制后级计数电路，这三个信号分别是：

①闸门信号CS，也称计数控制信号：控制计数模块的计数和⋯停止计数，计数控CS的高电平部分正好是1秒，CS的低电平部分是计数模块停止计数时间。

②锁存信号lock：当计数模块在1秒时间计数结束后产生一个送数信号，即把计数信号送进锁存器，高电平有效。

③清零信号clr：在每次计数模块开始计数前，清除模块内原先的计数值，使其为零，同样是高电平有效。

图l 电路原理框图

（2）电路设计

利用MAX+PIusII软件环境下建立VHDL语言输入文件设计控制信号产生电路，输入源程序如下：

①十进制计数电路

单元电路设计完成后，建立相应电路符号，在原理图输人方式下，将各单元电路符号按图1所示电路原理框图逻辑关系连接，通过保存、编译，确认正确无误后可以说完成了CPLD内部电路的设计。

逻辑功能仿真：创建波形编辑文件，保存为*.scf，得到仿真结果如图2。

经过器件选择，管脚锁定，编程下载等工作即可将设计项目下载至芯片，完成数字电路功能。

图2 电路的仿真结果

3. 结束语

显然，比起用卡诺图化简再用相应集成片连线搭接电路。利用EDA技术设计数字电路更为灵活方便，设计周期也大大减小。本设计采用自顶向下的设计方法，从系统总体功能出发分解出相应基本逻辑模块条理清晰，修改起来也更方便，可以说，EDA技术改变了传统数字系统设计方法、设计过程和设计观念，必将成为现代电子系统设计的核心。