EDA技術(shù)在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

摘要：本文首先闡述了EDA技術(shù)的基本概念，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)以及存在的優(yōu)勢(shì)，并以硬件描述語言（VHDL）為主要表達(dá)方式，以QuartusⅡ開發(fā)軟件為設(shè)計(jì)工具，闡述了步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制的工作原理和軟硬件實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)所設(shè)計(jì)的電子搶答器進(jìn)行了時(shí)序仿真和硬件驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：EDA 電子系統(tǒng) 應(yīng)用

隨著EDA技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)不斷擴(kuò)大和深入的趨勢(shì)，在電子信息、通信、自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域，EDA技術(shù)的重要性日益突出。EDA技術(shù)為現(xiàn)代電子理論和設(shè)計(jì)的表達(dá)與實(shí)現(xiàn)提供了可能性。受EDA技術(shù)的影響和制約，進(jìn)一步導(dǎo)致設(shè)計(jì)者的工作局限于軟件方式，也就是通過硬件描述語言，以及EDA軟件等進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件功能。

1 EDA技術(shù)概述

1.1 EDA技術(shù)概述

EDA是Electronic Design Automation的簡寫，在現(xiàn)代電子技術(shù)中，EDA是核心，在EDA工具軟件平臺(tái)上，借助功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，自動(dòng)完成邏輯編譯、邏輯化簡、結(jié)構(gòu)綜合，以及邏輯優(yōu)化和仿真測試等，進(jìn)而在一定程度上完成電子線路系統(tǒng)功能。在現(xiàn)代高科技電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，現(xiàn)代電子技術(shù)和微電子技術(shù)是相互促進(jìn)、相互發(fā)展的兩個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，將這兩者進(jìn)行結(jié)合就構(gòu)成EAD技術(shù)。

1.2 EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

借助EDA技術(shù)對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)專用集成電路ASIC是其最后目標(biāo)，作為最終的物理平臺(tái)，通過EDA技術(shù)，ASIC集中容納了用戶的既定功能和技術(shù)指標(biāo)。ASIC就是獨(dú)立的集成電路器件，該器件具有專門用途和特定的功能，實(shí)現(xiàn)ASIC是EDA技術(shù)的最終目標(biāo)。通常情況下，其實(shí)現(xiàn)途徑主要包括：①超大規(guī)模可編程邏輯器件；②半定制或全定制ASIC；③混合ASIC。

1.3 EDA技術(shù)中基于VHDL的自頂向下設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)技術(shù)通常是自底向上的，在這個(gè)設(shè)計(jì)過程的任一時(shí)刻，最底層元器件出現(xiàn)任何變動(dòng)，都可能使前面的工作前功盡棄，工作又得重新開始。因此，自頂向下的設(shè)計(jì)方法是EDA技術(shù)的首選方法，通常情況下，這種方式是開發(fā)ASIC、FPGA的主要手段。在應(yīng)用EDA技術(shù)的過程中，在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中，自頂向下的設(shè)計(jì)方法是逐步求精的過程。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說，按照自頂向下的設(shè)計(jì)方法，可以將其分解為不同的模塊，同時(shí)對(duì)每個(gè)獨(dú)立的模塊指派相應(yīng)的工作小組。

1.4 EDA技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在EDA技術(shù)中，利用HDL進(jìn)一步描述數(shù)字技術(shù)系統(tǒng)的抽象行為與功能，以及具體的內(nèi)部線路結(jié)果，進(jìn)而在一定程度上對(duì)電子設(shè)計(jì)的不同階段、不同層次進(jìn)行模擬驗(yàn)證，為設(shè)計(jì)過程的正確性奠定基礎(chǔ)和提供保證，進(jìn)而降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期。

2 基于EDA技術(shù)的電子線路設(shè)計(jì)實(shí)例

EDA在步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理

對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來說，通常情況下，其驅(qū)動(dòng)往往依靠給步進(jìn)電機(jī)的各相勵(lì)磁繞組輪流通相應(yīng)的電流，進(jìn)而在一定程度上實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部磁場合成方向的變化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 步距細(xì)分的系統(tǒng)構(gòu)成

PWM計(jì)數(shù)器、波形ROM地址計(jì)數(shù)器、PWM波形ROM存儲(chǔ)器、比較器、功放電路等共同構(gòu)成該系統(tǒng)，如圖1所示：

圖1

2.3 細(xì)分電流信號(hào)的實(shí)現(xiàn)

在比較器的A端添加從LPM_ROM輸出的數(shù)據(jù)，在比較器的B端添加PWM計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，與ROM數(shù)據(jù)相比較，當(dāng)計(jì)數(shù)值小于時(shí)，在這種情況下比較器輸出低電平，反之輸出高電平。

2.4 細(xì)分驅(qū)動(dòng)性能的改善

試驗(yàn)測定顯示，在線性電流的驅(qū)動(dòng)下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的微步進(jìn)是不均勻的，呈現(xiàn)出明顯的周期性波動(dòng)。

2.5 硬件驗(yàn)證

LPM_ROM表總長為32個(gè)字節(jié)，根據(jù)控制脈沖與方向，地址計(jì)數(shù)器輸出LPM_ROM地址，進(jìn)而對(duì)片內(nèi)預(yù)先寫好的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，同時(shí)將其傳送給PWM電路，進(jìn)而在一定程度上實(shí)現(xiàn)不同布局細(xì)分?jǐn)?shù)及方向控制。

3 小結(jié)

進(jìn)入21世紀(jì)后，EDA技術(shù)在仿真、設(shè)計(jì)兩方面具有支持標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言的功能，隨著EDA軟件的不斷更新，其功能越加強(qiáng)大，進(jìn)而在一定程度上推動(dòng)電子EDA技術(shù)的快速發(fā)展。對(duì)于電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域、電子產(chǎn)業(yè)界來說，發(fā)展EDA技術(shù)將是一場重大的技術(shù)革命，同時(shí)對(duì)電子類課程的教學(xué)、科研等提出了更高的要求。在我國，由于EDA技術(shù)尚未普及，在這種情況下，掌握、普及EDA技術(shù)，對(duì)于我國電子技術(shù)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉夢(mèng)亭.基于FPGA控制的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2008（05）.

[2]章小印，歐陽慧平.EDA技術(shù)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用[J].微特電機(jī)，2006（10）.

[3]鄒道生.EDA技術(shù)在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用[J].江西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（07）.

作者簡介：李琰琰（1984-），女，河南南陽人，本科，助講，研究方向：機(jī)電一體化。