基于EDA技術(shù)如何實現(xiàn)搶答和顯示器的設計？

自從貿(mào)易戰(zhàn)以來，我國與美國在高科技方面的較量越來越多，把一家名為“華為”的公司推上了風口浪尖。今年5月隨著美國對于華為的第二次打壓，人們的視野逐漸落在了芯片的制造上，尤其是光刻機變得家喻戶曉，成為每個人談論的話題?？墒亲鳛镮C設計、電路板設計的最上游、最高端的產(chǎn)業(yè)，我國在EDA技術(shù)上的落后卻鮮有人知道，本篇文章將從EDA的發(fā)展、原理及我國目前EDA技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀等幾個方面來簡略的向人們介紹EDA技術(shù)。

EDA是電子設計自動化的簡稱，是電子設計與制造技術(shù)發(fā)展中的核心。EDA技術(shù)是以計算機為工具，采用硬件描述語言的表達方式，對數(shù)據(jù)庫、計算數(shù)學、圖論、圖形學及拓撲邏輯、優(yōu)化理論等進行科學、有效的融合，從而形成一種電子系統(tǒng)專用的新技術(shù)，是計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、信號分析技術(shù)的最新成果。EDA技術(shù)的出現(xiàn)不僅更好地保證了電子工程設計各級別的仿真、調(diào)試和糾錯，為其發(fā)展帶來強有力的技術(shù)支持，并且在電子、通信、化工、航空航天、生物等各個領域占有越來越重要的地位，很大程度上減輕了相關從業(yè)者的工作強度。

在上世紀六七十年代，當時的集成電路大多都是用手工來完成的，因為實際的管子數(shù)量并不多，前端可以手工完成其功能的計算，后端版圖就根據(jù)電路圖，將管子，連線用筆轉(zhuǎn)移為幾何圖形，畫出膠帶圖等，因為管子的數(shù)量少，電路線也很簡單，所以并不容易出現(xiàn)錯誤。

EDA(電子線路設計座自動化)是以計算機為工作平臺、以硬件描述語言(VHDL)為設計語言、以可編程器件(CPLD/FPGA)為實驗載體、以 ASIC/SOC芯片為目標器件、進行必要元件建模和系統(tǒng)仿真電子產(chǎn)品自動化設計過程。EDA是電子設計領域一場革命，它源于計算機輔助設計，計算機輔助制造、計算機輔助測試和計算機輔助工程。利用EDA工具，電子設計師從概念，算法、協(xié)議開始設計電子系統(tǒng)，從電路設計，性能分析直到IC版圖或PCB版圖生成全過程均可在計算機上自動完成。EDA代表了當今電子設計技術(shù)最新發(fā)展方向，其基本特征是設計人員以計算機為工具，按照自頂向下設計方法，對整個系統(tǒng)進行方案設計和功能劃分，由硬件描述語言完成系統(tǒng)行為級設計，利用先進開發(fā)工具自動完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局布線、仿真及特定目標芯片適配編譯和編程下載，這被稱為數(shù)字邏輯電路高層次設計方法。

EDA”就是Electronic Design Automation(電子設計自動化)，也就是能夠幫助人們設計電子電路或系統(tǒng)軟件工具，該工具可以使設計更復雜電路和系統(tǒng)成為可能。目前進入我國并具有廣泛影響EDA軟件有：muhisim7、OW_AD、Protel、Viewlogio、Mentor、Synopsys、PCBW Id、Cadence、MicmSim等等，這些軟件各具特色，大體分為芯片級設計工具、電路板級設計工具、可編程邏輯器件開發(fā)工具和電路仿真工具等幾類;其中Protel是國內(nèi)最流行、使用最廣泛一種印制電路板設計首選軟件，由澳大利亞protd Technology公司出品，過去只是用來進行原理圖輸入和PCB版圖設計，從Protel 98開始，加入了模擬數(shù)字混合電路仿真模塊和可編程邏輯器件設計模塊，1999年Protel推出了功能更加強大EDA綜合設計環(huán)境Protel 99，它將EDA全部內(nèi)容整合為一體，成為完整EDA軟件，因而該軟件發(fā)展?jié)摿艽?，但它最具特色和最強大功能仍是原理圖輸人和PCB版圖設計。

DA作為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的命脈，自始至終連接和貫穿著芯片制造和科技應用的發(fā)展。EDA軟件是集成電路領域的上游基礎工具，貫穿于IC設計、制造、封測等環(huán)節(jié)。作為集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的關鍵技術(shù)、設計和制造芯片不可或缺的核心工業(yè)軟件，是當前國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈里急需自創(chuàng)新的核心技術(shù)。

??上游：EDA和半導體IP分別為IC設計與制造提供所需的自動化工具和搭建SoC所需的核心功能模塊;半導體材料和設備則主要提供IC制造環(huán)節(jié)所需的核心生產(chǎn)資料。

??中游：包括IC設計、IC制造、封裝、測試。IC設計通過電路設計、仿真、驗證和物理實現(xiàn)，最終形成可交付制造的晶體管級版圖信息;IC制造將版圖信息制成光罩，將光罩上的電路圖形信息蝕刻至硅片上，在晶圓上形成電路;封裝是將晶圓片進行切割、焊線、封裝，使芯片電路與外部器件實現(xiàn)電氣連接，并為芯片提供機械物理保護;測試是對封裝完畢的芯片進行功能和性能測試，測試合格后，芯片成品即可使用。

??下游：各應用領域的制造商或系統(tǒng)廠商，將各類芯片集成到終端產(chǎn)品上，并銷售給客戶。

一、 設計要求

1.搶答器同時供4名選手或4個代表隊比賽，分別用4個按鈕S0～ S3表示。

2.設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關rst，該開關由主持人控制。

3.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED和數(shù)碼管上顯示，同時提示燈亮。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。

4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定(如20秒)

5. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示20。

二、方案設計與論證

1、 概述

將該任務分成五個模塊進行設計，分別為：搶答器鑒別模塊、搶答器計時模塊、報警模塊、分頻模塊、譯碼模塊。

2、 搶答器鑒別模塊：

在這個模塊中主要實現(xiàn)搶答過程中的搶答功能，并能對超前搶答進行警告，還能記錄無論是正常搶答還是朝前搶答者的臺號，并且能實現(xiàn)當有一路搶答按鍵按下時，該路搶答信號將其余的搶答信號封鎖的功能。其中有四個搶答信號s0、s1、s2、s3;搶答狀態(tài)顯示信號states;搶答與警報時鐘信號clk2;系統(tǒng)復位信號rst;警報信號warm。

3、 搶答器計數(shù)模塊：

在這個模塊中主要實現(xiàn)搶答過程中的計時功能，在有搶答開始后進行20秒的倒計時，并且在20秒倒計時后無人搶答顯示超時并報警。其中有搶答時鐘信號clk1;系統(tǒng)復位信號rst;搶答使能信號start;無人搶答警報信號warn;計時中止信號stop;計時十位和個位信號tb，ta。

4、 報警模塊：

在這個模塊中主要實現(xiàn)搶答過程中的報警功能，當主持人按下控制鍵，有限時間內(nèi) 人搶答或是計數(shù)到時蜂鳴器開始報警，計數(shù)停止信號stop;狀態(tài)輸出信號alm;計數(shù)脈沖clk。

5、 譯碼模塊：

在這個模塊中主要實現(xiàn)搶答過程中將BCD碼轉(zhuǎn)換成7段的功能。

6、 分頻模塊：

在這個模塊中主要實現(xiàn)搶答過程中所需的時鐘信號。

7、 頂層文件：

在這個模塊中是對前五個模塊的綜合編寫的頂層文件。