第1章概述课程介绍在现代电子设计中，EDA技术是每个电子工程师必须要掌握的基本技能。随着社会经济的发展延伸，各类新型电子产品的开发，为我们提出了很多全新的课题和更高的要求。EDA与CAD的区别EDA（ElectronicDesignAutomation）电子设计自动化CAD（ComputerAuxiliaryDesign）计算机辅助设计CAD软件：机械CAD：autoCAD电子CAD：Tango、Protel、orCAD电子CAD与EDA的区别在于人或机在设计中的介入程度不同。电子CAD：人一机共同完成电子系统的设计。EDA:大部分设计由机完成。EDA是电子CAD发展的必然趋势，是CAD的高级阶段。没有PLD就不会有EDA技术。《数字电子技术》为基础：学习了数字电路的基本设计方法。《PLD和EDA技术》：面向实际工程应用，紧跟技术发展，掌握数字系统新的设计方法。《数字信号处理》：后续课程，应用的一个方面，由FPGA代替DSP来实现算法，提高系统的速度。课程宗旨更新数字电路的设计观念，建立用PLD器件取代传统TTL器件设计数字电路的思想更新数字系统设计手段，学会使用硬件描述语言（HardwareDescriptionLanguage）代替传统的数字电路设计方法来设计数字系统。可编程逻辑器件的定义逻辑器件：用来实现某种特定逻辑功能的电子器件，最简单的逻辑器件是与、或、非门（74LS00，74LS04等），在此基础上可实现复杂的时序和组合逻辑功能。可编程逻辑器件（PLD一一ProgrammableLogicDevice）：器件的功能不是固定不变的，而是可根据用户的需要而进行改变，即由编程的方法来确定器件的逻辑功能。课程内容器件为什么能够编程-
1 第 1 章概述 课程介绍 在现代电子设计中，EDA 技术是每个电子工程师必须要掌握的基本技能。 随着社会经济的发展延伸，各类新型电子产品的开发，为我们提出了很多全 新的课题和更高的要求。 EDA 与 CAD 的区别 EDA（Electronic Design Automation）电子设计自动化 CAD（Computer Auxiliary Design ） 计算机辅助设计 CAD 软件： 机械 CAD：auto CAD 电子 CAD：Tango、Protel、orCAD 电子 CAD 与 EDA 的区别在于人或机在设计中的介入程度不同。 电子 CAD： 人－机共同完成电子系统的设计。 EDA： 大部分设计由机完成。 EDA 是电子 CAD 发展的必然趋势，是 CAD 的高级阶段。没有 PLD 就 不会有 EDA 技术。 《数字电子技术》为基础：学习了数字电路的基本设计方法。 《PLD 和 EDA 技术》：面向实际工程应用，紧跟技术发展，掌握数字系统新 的设计方法。 《数字信号处理》：后续课程，应用的一个方面，由 FPGA 代替 DSP 来实现算 法，提高系统的速度。 课程宗旨 更新数字电路的设计观念，建立用 PLD 器件取代传统 TTL 器件设计数字电 路的思想 更新数字系统设计手段，学会使用硬件描述语言（Hardware Description Language）代替传统的数字电路设计方法来设计数字系统。 可编程逻辑器件的定义 逻辑器件：用来实现某种特定逻辑功能的电子器件，最简单的逻辑器件是与、 或、非门（74LS00，74LS04 等），在此基础上可实现复杂的时序和组合逻辑功能。 可编程逻辑器件（PLD－－Programmable Logic Device）：器件的功能不是固 定不变的，而是可根据用户的需要而进行改变，即由编程的方法来确定器件的逻 辑功能。 课程内容 器件为什么能够编程
了解大规模可编程逻辑器件的结构及工作原理怎样对器件编程熟悉一种EDA软件的使用方法（工具）以Altera公司的QuartuslI为例掌握一种硬件描述语言（方法），以设计软件的方式来设计硬件（重点）以VHDL语言为主。VerilogHDL为辅。教学安排理论教学（32学时）上机实践（16学时）考核方式实验成绩（实验报告）平时成绩理论笔试（考试）教材EDA技术与VHDL（第二版），潘松黄继业编著，清华大学出版社参考书1.CPLD系统设计技术入门与应用，黄正瑾等著，电子工业出版社。2002.3。2.基于VHDL与QuartusII软件的可编程逻辑器件应用与开发（第2版），郑燕，，赫建国，国防工业出版社。2011.4。3.可编程逻辑器件及EDA技术：数字系统设计与SOPC技术，李景华，杜玉远，东北大学出版社。2008.54.可编程逻辑器件原理及应用，朱明程，西安电子科技大学出版社。2004www.fpga.com.cn1.1数字电子技术基础课程的回顾布尔函数一一数字系统数学基础（卡诺图）数字电路设计的基本方法组合电路设计问题逻辑关系真值表化简逻辑图时序电路设计列出原始状态转移图和表状态优化状态分配触发器选型求解方程式逻辑图使用中、小规模器件设计电路（74、54系列）编码器（74LS148）译码器（74LS154）比较器（74LS85）2
2 了解大规模可编程逻辑器件的结构及工作原理 怎样对器件编程 熟悉一种 EDA 软件的使用方法（工具） 以 Altera 公司的 QuartusII 为例 掌握一种硬件描述语言（方法），以设计软件的方式来设计硬件（重点） 以 VHDL 语言为主。VerilogHDL 为辅。 教学安排 理论教学（32 学时） 上机实践（16 学时） 考核方式 实验成绩（实验报告） 平时成绩 理论笔试（考试） 教材 EDA 技术与 VHDL（第二版）,潘松 黄继业 编著, 清华大学出版社 参考书 1. CPLD 系统设计技术入门与应用，黄正瑾等著，电子工业出版社。2002.3。 2. 基于 VHDL 与 QuartusII 软件的可编程逻辑器件应用与开发(第 2 版),郑 燕, 赫建国,国防工业出版社。2011.4。 3.可编程逻辑器件及EDA技术:数字系统设计与SOPC技术,李景华,杜玉远,~ 东北大学出版社。2008.5 4.可编程逻辑器件原理及应用,朱明程,西安电子科技大学出版社。2004 www.fpga.com.cn 1.1 数字电子技术基础课程的回顾 布尔函数－－数字系统数学基础（卡诺图） 数字电路设计的基本方法 组合电路设计 问题 逻辑关系 真值表 化简 逻辑图 时序电路设计 列出原始状态转移图和表 状态优化 状态分配 触发器选型 求解方程式 逻辑图 使用中、小规模器件设计电路（74、54 系列） 编码器（74LS148） 译码器（74LS154） 比较器（74LS85）
计数器（74LS193）移位寄存器（74LS194）设计方法的局限卡诺图只适用于输入比较少的函数的化简。采用“搭积木”的方法的方法进行设计。必须熟悉各种中小规模芯片的使用方法，从中挑选最合适的器件，缺乏灵活性。设计系统所需要的芯片种类多，且数量很大。采用中小规模器件的局限：电路板面积很大，芯片数量很多，功耗很大，可靠性低一一提高芯片的集成度；设计比较困难一一不能方便地发现设计错误：电路修改很麻烦一一没有方便的修改手段。PLD器件的出现改变了这一切。专用集成电路ASICASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuits)是相对于通用集成电路而言的ASIC主要指用于某一专门用途的集成电路器件。ASIC分类大致可分为数字ASIC、模拟ASIC和数模混合ASIC。ASIC数字混合模拟ASICASICASICPLD是一种半定制专用集成电路（ASIC）PLD是一种数字集成电路的半成品，在其芯片内按一定排列方式，集成了大量的门和触发器等基本逻辑器件。设计者可利用某种开发工具对其进行加工，即按设计要求将芯片内的元件连接起来（此过程称之为编程），使之完成某个逻辑电路和系统的功能，成为一个可在实际电子系统中使用的ASIC芯片。半定制和全定制按版图结构及制造方法分，有半定制(Semi-custom)和全定制(Full-custom)两种实现方法。全定制方法是一种基于晶体管级的，手工设计版图的制造方法。半定制法是一种约束性设计方式，约束的目的是简化设计，缩短设计周期，降低设计成本，提高设计正确率。3
3 计数器（74LS193） 移位寄存器（74LS194） . 设计方法的局限 卡诺图只适用于输入比较少的函数的化简。 采用“搭积木”的方法的方法进行设计。必须熟悉各种中小规模芯片的使用方法， 从中挑选最合适的器件，缺乏灵活性。 设计系统所需要的芯片种类多，且数量很大。 采用中小规模器件的局限： 电路板面积很大，芯片数量很多，功耗很大，可靠性低－－提高芯片的集成度； 设计比较困难－－不能方便地发现设计错误； 电路修改很麻烦－－没有方便的修改手段。 PLD 器件的出现改变了这一切。 专用集成电路 ASIC ASIC(Application Specific Integrated Circuits)是相对于通用集成电路而言的， ASIC 主要指用于某一专门用途的集成电路器件。ASIC 分类大致可分为数字 ASIC、模拟 ASIC 和数模混合 ASIC。 PLD 是一种半定制专用集成电路（ASIC） PLD 是一种数字集成电路的半成品，在其芯片内按一定排列方式，集成了大量 的门和触发器等基本逻辑器件。 设计者可利用某种开发工具对其进行加工，即按设计要求将芯片内的元 件连接起来（此过程称之为编程），使之完成某个逻辑电路和系统的功能，成为 一个可在实际电子系统中使用的 ASIC 芯片。 半定制和全定制 按版图结构及制造方法分，有半定制(Semi-custom)和全定制(Full-custom)两种实 现方法。 全定制方法 是一种基于晶体管级的，手工设计版图的制造方法。 半定制法 是一种约束性设计方式，约束的目的是简化设计，缩短设计周期，降 低设计成本，提高设计正确率。 数字 ASIC 模拟 ASIC 混合 ASIC ASIC
ASIC设计方法全定制法半定制法1门阵列法标准单元法可编程逻辑器件法PLD出现的背景电路集成度不断提高SSI MSILSIVLSI计算机技术的发展使EDA技术得到广泛应用设计方法的发展自下而上自上而下用户需要设计自己需要的专用电路专用集成电路（ASIC一ApplicationSpecificIntegratedCircuits）开发周期长，投入大，风险大可编程器件PLD：开发周期短，投入小，风险小PLD器件的优点集成度高，可以降低功耗，提高可靠替代多至几千块通用IC芯片极大减小电路的面积，性具有完善先进的开发工具提供语言、图形等设计方法，十分灵活通过仿真工具来验证设计的正确性可以反复地擦除、编程，方便设计的修改和升级灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系统开发时间保密性好ATERAACEXEP1K1000C208-1A
4 PLD 出现的背景 电路集成度不断提高 SSI MSI LSI VLSI 计算机技术的发展使 EDA 技术得到广泛应用 设计方法的发展 自下而上 自上而下 用户需要设计自己需要的专用电路 专用集成电路（ASIC－Application Specific Integrated Circuits）开发周期长，投 入大，风险大 可编程器件 PLD：开发周期短，投入小，风险小 PLD 器件的优点 集成度高，可以降低功耗，提高可靠替代多至几千块通用 IC 芯片 极大减小电路的面积，性 具有完善先进的开发工具 提供语言、图形等设计方法，十分灵活 通过仿真工具来验证设计的正确性 可以反复地擦除、编程，方便设计的修改和升级 灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系统开发时间 保密性好 ASIC 设计方法 全定制法 半定制法 门阵列法 标准单元法 可编程逻辑器件法
管脚数目：208个电源：3.3V(1/O)2.5V（内核）速度250MHz内部资源4992个逻辑单元10万个逻辑门49152bit的RAM大的PLD生产厂家www.altera.com最大的PLD供应商之一www.xilinx.comFPGA的发明者，最大的PLD供应商之-www.latticesemi.comISP技术的发明者www.actel.com提供军品及宇航级产品1.2可编程逻辑器件的发展历程最早出现的PLD是1970年制成的可编程只读存储器PROM（ProgrammableROM):70年代中期，推出可编程逻辑阵列PLA（ProgrammableLogicArray）。70年代末，美国MMI公司率先推出了可编程阵列逻辑PAL（ProgrammableArrayLogic)。80年代初，美国Lattice公司发明了通用阵列逻辑GAL（GenericArrayLogic)EPLD器件PROM 和PLA 器件改进的PLA器件CPLD器件ALFPGA器件内嵌复杂器件功能模块的SoPC70年代80年代90年代5
5 管脚数目： 208 个 电源： 3.3V（I/O） 2.5V（内核） 速度 250MHz 内部资源 4992 个逻辑单元 10 万个逻辑门 49152 bit 的 RAM 大的 PLD 生产厂家 www.altera.com 最大的 PLD 供应商之一 www.xilinx.com FPGA 的发明者，最大的 PLD 供应商之一 www.latticesemi.com ISP 技术的发明者 www.actel.com 提供军品及宇航级产品 1.2 可编程逻辑器件的发展历程 最早出现的 PLD 是 1970 年制成的可编程只读存储器 PROM（Programmable ROM ) 。 70 年代中期，推出可编程逻辑阵列 PLA（ Programmable Logic Array )。 70 年代末，美国 MMI 公司率先推出了可编程阵列逻辑 PAL（Programmable Array Logic)。 80 年代初，美国 Lattice 公司发明了通用阵列逻辑 GAL（Generic Array Logic). 70 年代 80 年代 90 年代 PROM 和PLA 器 件 改 进 的PLA 器 件 GAL 器 件 FPGA 器 件EPLD 器 件 CPLD 器 件 内嵌复杂 功能模块 的 SoPC