6.1电子系统设计的基本方法

《6.1电子系统设计的基本方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第6章系统设计训练内容提要在电子竞赛设计中，已经离不开微控制器、可编程逻辑器件和EDA设计工具，掌握先进的系统设计方法可以获得事半功倍的效果。本章介绍了现代电子系统的设计方法，电子竞赛作品设计制作的步骤，单片机与可编程逻辑器件子系统设计步骤，数字/模拟子系统设计步骤。知识要点：电子系统的设计方法，电子设计竞赛作品设计制作的步骤，子系统设计步骤。教学建议:本章的重点是掌握电子设计竞赛作品设计制作的步骤。建议学时数为6学时。可以结合第1章和历届电子设计竞赛题目，展开专题的分析与讨论，研究电子设计竞赛作品设计制作的内在规律。训练中给

2、出一些题目，要求学生进行方案的设计与论证，写出设计与论证报告。有条件的学校也可以进行实战的模拟，要求学生完成电原理图、印制板图、装配图、实际制作、电路调试、设计总结报告。6.1电子系统设计的基本方法6.1.1概述传统的电子系统设计一般是采用搭积木式的方法进行，即由器件搭成电路板，由电路板搭成电子系统。系统常用的“积木块”是固定功能的标准集成电路，如运算放大器、74/54系列（TTL）、4000/4500系列（CMOS）芯片和一些固定功能的大规模集成电路。设计者根据需要选择合适的器件，由器件组成电路板，最后完成系统设计。传统的电

3、子系统设计只能对电路板进行设计，通过设计电路板来实现系统功能。电子系统已进入数字时代。在计算机、移动通信、VCD、HDTV、军用雷达、医用CT仪器等设备中，数字技术与数字电路构成的数字系统已经成为构成这些现代电子系统的重要部分。进入到20世纪90年代以后，EDA（电子设计自动化）技术的发展和普及给电子系统的设计带来了革命性的变化。在器件方面，微控制器、可编程逻辑器件等飞速发展。利用EDA工具，采用微控制器、可编程逻辑器件，正在成为电子系统设计的主流。.采用微控制器、可编程逻辑器件通过对器件内部的设计来实现系统功能，是一种基于芯

4、片的设计方法。设计者可以根据需要定义器件的内部逻辑和管脚，将电路板设计的大部分工作放在芯片的设计中进行，通过对芯片设计实现电子系统的功能。灵活的内部功能块组合、管脚定义等，可大大减轻电路设计和电路板设计的工作量和难度，有效地增强设计的灵活性，提高工作效率。同时采用微控制器、可编程逻辑器件，设计人员在实验室可反复编程，修改错误，以期尽快开发产品，迅速占领市场。基于芯片的设计可以减少芯片的数量，缩小系统体积，降低能源消耗，提高系统的性能和可靠性。采用微控制器、可编程逻辑器件芯片和EDA软件，在实验室里就可以完成电子系统的设计和生产

5、。可以实现无芯片EDA公司，专业从事IP模块生产。也可以实现无生产线集成电路设计公司的运作。可以说，当今的电子系统设计已经离不开微控制器、可编程逻辑器件和EDA设计工具。6.1.2现代电子系统的设计方法1.“Bottom-up”（自底向上）设计方法传统的电子系统设计采用“Bottom-up”（自底向上）设计方法，设计步骤如图6.1.1所示。图6.1.1“Bottom-up”（自底向上）设计方法的设计步骤2.“Top－down”（自顶向下）设计方法现代电子系统的设计采用“Top－down”（自顶向下）设计方法，设计步骤如图6.1

6、.2所示。在“Top－down”.（自顶向下）的设计方法中，设计者首先需要对整个系统进行方案设计和功能划分，拟订采用一片或几片专用集成电路ASIC来实现系统的关键电路，系统和电路设计师亲自参与这些专用集成电路的设计，完成电路和芯片版图，再交由IC工厂投片加工，或者采用可编程ASIC（例如CPLD和FPGA）现场编程实现。在“Top－down”（自顶向下）的设计中，行为设计确定该电子系统或VLSI芯片的功能、性能及允许的芯片面积和成本等。结构设计根据系统或芯片的特点，将其分解为接口清晰、相互关系明确、尽可能简单的子系统，得到一个

7、总体结构。这个结构可能包括信号处理，算术运算单元、控制单元、数据通道、各种算法状态机等。逻辑设计把结构转换成逻辑图，设计中尽可能采用规则的逻辑结构或采用经过考验的逻辑单元或信号处理模块。电路设计将逻辑图转换成电路图，一般都需进行硬件仿真，以最终确定逻辑设计的正确性。版图设计将电路图转换成版图，如果采用可编程器件就可以在可编程器件的开发工具时进行编程制片。图6.1.2“Top－down”（自顶向下）设计方法的设计步骤3.设计的划分与步骤采用“Bottom-up”（自底向上）设计方法或者“Top－down”（自顶向下）设计方法，一

8、般都可以将整个设计划分为系统级设计、子系统级设计、部件级设计、元器件级设计4个层次。对于每一个层次都可以采用图6.1.3所示的3步进行考虑。第1步：行为描述与设计（将设计要求变为技术性能指标与功能的描述）.第2步：结构描述与设计（实现技术性能指标与功能的子系统、部件或者元器件