電路與電子技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

電路與電子技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

2012.3.1目錄4、總結(jié)2、EDA技術(shù)及其發(fā)展1、電子CAD技術(shù)概述3、實(shí)例分析-基于單片機(jī)的礦井瓦斯檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、電子CAD技術(shù)概述陳舊的工藝阻礙技術(shù)發(fā)展

早期，電路原理設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)及印刷電路板的設(shè)計(jì)、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(jī)縮成1:1的照像底板用于生產(chǎn)。貼圖法：

在原方法上進(jìn)行工藝改進(jìn)，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(shè)計(jì)工作：完備的元器件和儀器設(shè)備；設(shè)計(jì)依賴于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)；在實(shí)驗(yàn)室中反復(fù)調(diào)整測試；消耗大量的時(shí)間、精力以及成本；

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子元器件向小型化的方向發(fā)展,儀器設(shè)備體積、重量也趨于小型、輕便、實(shí)用,技術(shù)指標(biāo)也要求越來越高的發(fā)展趨勢，而落后陳舊的設(shè)計(jì)方法顯然不能滿足精密工藝質(zhì)量的要求。20世紀(jì)60年代，電子線路系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作進(jìn)入了電子CAD設(shè)計(jì)階段，即電子線路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)階段。電子CAD的概念

以計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)為平臺，利用CAD通用軟件和相應(yīng)軟件包來完成電子線路的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與檢測等。提高設(shè)計(jì)精度和質(zhì)量，利于生產(chǎn)自動化；縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減輕勞動強(qiáng)度；易于修改、保存；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可直接供生產(chǎn)、測試、質(zhì)量控制用；對產(chǎn)品進(jìn)行電路正確性檢查以及性能分析；2、EDA技術(shù)及其發(fā)展EDA:(ElectronicDesignAutomation，電子設(shè)計(jì)自動化)

EDA技術(shù)是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動設(shè)計(jì)。

利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或PCB版圖的整個(gè)過程在計(jì)算機(jī)上自動處理完成。EDA技術(shù)的發(fā)展歷程手工設(shè)計(jì)，人工布線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD，20世紀(jì)70年代）電子設(shè)計(jì)自動化（EDA，20世紀(jì)90年代至今）計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE，20世紀(jì)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(shè)計(jì)工程師利用圖形界面和相應(yīng)的電路模型，用CAD軟件設(shè)計(jì)印刷電路板和集成電路版圖，設(shè)計(jì)可達(dá)到幾百個(gè)門的程度；本階段的EDA工具供應(yīng)商只有幾家，產(chǎn)品幾乎全部面向LSI和PCB布線設(shè)計(jì)。典型的產(chǎn)品如TangoPCB布線軟件；

②CAE階段80年代，當(dāng)時(shí)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(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且通過電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)，這就是計(jì)算機(jī)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(lǐng)域的熱門課題；CAD/CAE的局限性：盡管CAD/CAE技術(shù)取得了巨大的成功，但并沒有把人從繁重的設(shè)計(jì)工作中徹底解放出來；在整個(gè)設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)使用困難，并且互不兼容，直接影響到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)間的銜接；

基于電子CAD/CAE技術(shù)的局限性，人們開始追求貫徹整個(gè)設(shè)計(jì)過程的自動化，即電子設(shè)計(jì)自動化。EDA代表了當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展方向。③EDA階段設(shè)計(jì)人員按照“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，最后通過綜合器和適配器生成最終的目標(biāo)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(diǎn)。設(shè)計(jì)工具門類齊全，能夠提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要的全部工具，包括設(shè)計(jì)輸入、邏輯綜合、設(shè)計(jì)優(yōu)化、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和性能評估等；EDA技術(shù)的范疇：IC版圖設(shè)計(jì)PLD設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)PCB設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)軟件EDA技術(shù)涉及的領(lǐng)域包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。目前EDA技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。例如在飛機(jī)制造過程中，從設(shè)計(jì)、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到EDA技術(shù)。

3、實(shí)例分析-基于單片機(jī)的礦井瓦斯檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

礦井瓦斯檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)源于生產(chǎn)實(shí)際。礦井瓦斯爆炸事故是煤礦事故中最為嚴(yán)重的災(zāi)害，后果嚴(yán)重，危害性極大。系統(tǒng)以單片機(jī)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(jī)，當(dāng)瓦斯?jié)舛仁欠癯^上限值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警，并控制三相異步電機(jī)的啟停對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行調(diào)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(jī)系統(tǒng)開發(fā)過程中，電路板設(shè)計(jì)也是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，而計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展使得計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)成為電路板設(shè)計(jì)與制作工作中一個(gè)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(shè)計(jì)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(qiáng)大的自動設(shè)計(jì)能力、高速有效的編輯功能、簡潔方便的設(shè)計(jì)過程管理，是目前眾多EDA設(shè)計(jì)軟件中用戶最多的產(chǎn)品之一?；赑rotel99SE系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)建立工程項(xiàng)目新建原理圖文件調(diào)用庫元器件繪制原理圖

印刷電路板（PCB）是電子產(chǎn)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(shè)計(jì)后，生成與原理圖相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表，根據(jù)電路圖以及相關(guān)器件說明書畫出自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)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(diào)入PCB庫文件后，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表文件。在PCB元件布局完成后，制定詳細(xì)的布線規(guī)則，最后在各布線層放置地線網(wǎng)絡(luò)的覆銅。PCB設(shè)計(jì)圖PCB制作完成之后，采用3D預(yù)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(shè)計(jì)與仿真平臺，更是世界上最先進(jìn)、最完整的多種型號微控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真平臺。同時(shí)提供軟件調(diào)試功能，支持第三方軟件編譯和調(diào)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(jié)1、EDA技術(shù)將廣泛應(yīng)用于專用集成電路的開發(fā)；

專用集成電路芯片及標(biāo)準(zhǔn)模塊功能特定且開發(fā)周期相對較長，設(shè)計(jì)者可以在瞬息萬變的市場競爭中，只需要進(jìn)行二次開發(fā)，設(shè)