電路與電子技術計算機輔助設計

電路與電子技術

計算機輔助設計

2012.3.1目錄4、總結2、EDA技術及其發(fā)展1、電子CAD技術概述3、實例分析-基于單片機的礦井瓦斯檢測系統(tǒng)設計1、電子CAD技術概述陳舊的工藝阻礙技術發(fā)展

早期，電路原理設計、邏輯設計及印刷電路板的設計、繪制工作全部依靠人工制做。人工繪制墨圖：

根據(jù)4:1或2:1的比例，用鉛筆繪制出電路圖案的邊框線,再將圖案部分用墨汁涂黑制成照像底圖,最后把照像底圖用照相機縮成1:1的照像底板用于生產。貼圖法：

在原方法上進行工藝改進，即把事先做好的焊盤、走線、圖象,貼到圖紙上做為照像底圖。傳統(tǒng)的電子線路設計工作：完備的元器件和儀器設備；設計依賴于設計師的經驗；在實驗室中反復調整測試；消耗大量的時間、精力以及成本；

隨著計算機技術的發(fā)展，電子元器件向小型化的方向發(fā)展,儀器設備體積、重量也趨于小型、輕便、實用,技術指標也要求越來越高的發(fā)展趨勢，而落后陳舊的設計方法顯然不能滿足精密工藝質量的要求。20世紀60年代，電子線路系統(tǒng)設計工作進入了電子CAD設計階段，即電子線路計算機輔助設計階段。電子CAD的概念

以計算機硬件和軟件系統(tǒng)為平臺，利用CAD通用軟件和相應軟件包來完成電子線路的設計過程，包括原理圖的編輯、電路功能的仿真、工作環(huán)境的模擬、印刷板設計與檢測等。提高設計精度和質量，利于生產自動化；縮短設計時間，減輕勞動強度；易于修改、保存；設計數(shù)據(jù)可直接供生產、測試、質量控制用；對產品進行電路正確性檢查以及性能分析；2、EDA技術及其發(fā)展EDA:(ElectronicDesignAutomation，電子設計自動化)

EDA技術是在電子CAD技術基礎上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng)，是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產品的自動設計。

利用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在計算機上自動處理完成。EDA技術的發(fā)展歷程手工設計，人工布線計算機輔助設計（CAD，20世紀70年代）電子設計自動化（EDA，20世紀90年代至今）計算機輔助工程（CAE，20世紀80年代）①CAD階段CAD軟件功能十分簡單，未涉及到自動化和智能化；電子設計工程師利用圖形界面和相應的電路模型，用CAD軟件設計印刷電路板和集成電路版圖，設計可達到幾百個門的程度；本階段的EDA工具供應商只有幾家，產品幾乎全部面向LSI和PCB布線設計。典型的產品如TangoPCB布線軟件；

②CAE階段80年代，當時的Mentor、DaisySystems及LogicSystem公司開始提供帶電路圖編輯工具和邏輯模擬工具的CAE軟件；除了CAD純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設計和結構設計，并且通過電氣連接網絡表將兩者結合在一起，以實現(xiàn)工程設計，這就是計算機輔助工程（CAE）的概念；

CAE的主要功能是：原理圖輸入、邏輯仿真、電路分析、自動布局布線和PCB后分析等。其中，自動布局布線仍是今后算法研究領域的熱門課題；CAD/CAE的局限性：盡管CAD/CAE技術取得了巨大的成功，但并沒有把人從繁重的設計工作中徹底解放出來；在整個設計過程中，自動化和智能化程度還不高，各種CAD/CAE軟件界面千差萬別，學習使用困難，并且互不兼容，直接影響到設計環(huán)節(jié)間的銜接；

基于電子CAD/CAE技術的局限性，人們開始追求貫徹整個設計過程的自動化，即電子設計自動化。EDA代表了當今電子設計技術的最新發(fā)展方向。③EDA階段設計人員按照“自頂向下”的設計方法，對整個系統(tǒng)進行方案設計和功能劃分，然后采用硬件描述語言（HDL）完成系統(tǒng)行為級設計，最后通過綜合器和適配器生成最終的目標器件；EDA軟件以邏輯綜合、硬件行為仿真、參數(shù)分析和測試為重點。設計工具門類齊全，能夠提供系統(tǒng)設計需要的全部工具，包括設計輸入、邏輯綜合、設計優(yōu)化、設計驗證和性能評估等；EDA技術的范疇：IC版圖設計PLD設計電路設計PCB設計模擬電路數(shù)字電路混合電路常用的EDA軟件SPICE（晶體管級仿真）、EWB（虛擬電子實驗室

）PROTEL、PADS（PCB高端用戶工具軟件）ISE、Webpack（功能比ISE少，xilinx公司）MaxplusII、QuartusII（Altera公司）ispDesignEXPERT、ispLVER（Lattice公司）ActiveHDL、Modelsim：仿真工具Synplify、FPGAExpress、Exemplar：綜合工具

Cadence、Mentor等公司提供的專用集成電路設計軟件EDA技術涉及的領域包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產、生物、醫(yī)學、軍事等各個領域，都有EDA的應用。目前EDA技術已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學部門廣泛使用。例如在飛機制造過程中，從設計、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到EDA技術。

3、實例分析-基于單片機的礦井瓦斯檢測系統(tǒng)設計

礦井瓦斯檢測系統(tǒng)設計源于生產實際。礦井瓦斯爆炸事故是煤礦事故中最為嚴重的災害，后果嚴重，危害性極大。系統(tǒng)以單片機為控制核心，通過瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗⒕峦咚節(jié)舛葌鹘o單片機，當瓦斯?jié)舛仁欠癯^上限值時，單片機發(fā)出聲光報警，并控制三相異步電機的啟停對瓦斯?jié)舛冗M行調節(jié)，使瓦斯?jié)舛冉档偷缴舷拗狄韵?，從而保證井下工人作業(yè)環(huán)境的安全。系統(tǒng)總體原理框圖在單片機系統(tǒng)開發(fā)過程中，電路板設計也是很重要的一個環(huán)節(jié)，而計算機軟、硬件技術的飛速發(fā)展使得計算機輔助設計成為電路板設計與制作工作中一個重要環(huán)節(jié)。Protel99SE是澳大利亞Protel公司于2001年推出的電子線路設計和布線的軟件，是世界上第一將EDA環(huán)境引入Windows開發(fā)環(huán)境的EDA開發(fā)工具，具有強大的自動設計能力、高速有效的編輯功能、簡潔方便的設計過程管理，是目前眾多EDA設計軟件中用戶最多的產品之一?；赑rotel99SE系統(tǒng)硬件電路設計建立工程項目新建原理圖文件調用庫元器件繪制原理圖

印刷電路板（PCB）是電子產品中電路元件和器件的支持件，它提供電路元件和器件之間的電器連接。完成原理圖設計后，生成與原理圖相對應的網絡表，根據(jù)電路圖以及相關器件說明書畫出自己定義的非標準件的封裝庫。在禁止布線層，畫出邊界線。在需要放置固定孔的地方放上焊盤。在PCB文件中調入PCB庫文件后，調入網絡表文件。在PCB元件布局完成后，制定詳細的布線規(guī)則，最后在各布線層放置地線網絡的覆銅。PCB設計圖PCB制作完成之后，采用3D預覽命令查看制作的PCB文件的布局、連線、覆銅情況?；赑roteus的系統(tǒng)硬件電路仿真

Proteus是英國LabcenterElectronics公司研發(fā)的EDA工具軟件。Proteus不僅是模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路的設計與仿真平臺，更是世界上最先進、最完整的多種型號微控制器系統(tǒng)的設計與仿真平臺。同時提供軟件調試功能，支持第三方軟件編譯和調試環(huán)境，如KeiluVision3等軟件。智能原理圖輸入系統(tǒng)高級布線編輯軟件4、總結1、EDA技術將廣泛應用于專用集成電路的開發(fā)；

專用集成電路芯片及標準模塊功能特定且開發(fā)周期相對較長，設計者可以在瞬息萬變的市場競爭中，只需要進行二次開發(fā)，設