2基于可编程逻辑器件的电子设计.ppt

•EDAEDA技术技术•数字系统的设计数字系统的设计•EDAEDA技术与技术与PLDPLD•ARMARM、、DSPDSP、、PLD/FPGAPLD/FPGA的技术特点和区别的技术特点和区别•初级电子设计工程师认证综合知识考试命题范围初级电子设计工程师认证综合知识考试命题范围2021/9/171什么是什么是EDAEDA技术？技术？ØEDAEDA（（Electronic Design AutomationElectronic Design Automation，电子设计自动化），电子设计自动化）ü是在计算机的辅助下完成电子产品设计的一种先进的硬件是在计算机的辅助下完成电子产品设计的一种先进的硬件设计技术！设计技术！ ü是立足于计算机工作平台开发出来的一整套先进的设计电是立足于计算机工作平台开发出来的一整套先进的设计电子系统的子系统的软件工具软件工具计算机并口计算机并口器件编程接口器件编程接口PCB BoardPCB BoardPLD编程目编程目标文件标文件2021/9/172EDAEDA技术技术一、一、EDAEDA技术技术特点特点特点特点Ø是立足于计算机工作平台开发出来的一整套先进的设计电子系统的软件工具。

Ø是在计算机的辅助下完成电子产品设计方案的输入、处理、仿真和下载的一种硬件设计技术Ø是微电子技术中的核心技术之一，是现代集成系统设计的重要方法2021/9/173EDAEDA技术技术2 2．．EDAEDA技术的历史技术的历史Ø以以计算机计算机科学、科学、微电子微电子技术的发展为基础技术的发展为基础Ø汇集了计算机图形学、拓扑学和计算数学等学科的最新成果汇集了计算机图形学、拓扑学和计算数学等学科的最新成果（（1 1））CADCAD（（Computer-Aided DesignComputer-Aided Design）阶段（）阶段（1964~19781964~1978））Ø“上帝时代”Ø最早的EDA技术：电路模拟、逻辑模拟、MOS同步和模拟、PCB布局、线路布线和标准电池等技术 Ø只能进行PCB板布局布线和简单版图绘制2021/9/174EDAEDA技术技术（（2 2））CAECAE（（Computer-Aided EngineeringComputer-Aided Engineering）阶段（）阶段（1978~19971978~1997））ü““英雄英雄时代时代””ü电子电子CADCAD工具逐步完善，单点工具集成化工具逐步完善，单点工具集成化ü并并从从技技术术上上向向CAECAE过过渡渡：：诞诞生生了了先先进进的的布布局局和和布布线线、、逻逻辑辑综综合合、、HDLHDL语言、模拟加速器和仿真器以及高级综合等技术语言、模拟加速器和仿真器以及高级综合等技术（（3 3））EDAEDA阶段（阶段（1993~1993~现在）现在）ü““人性人性时代时代” ” ü微微电电子子工工艺艺飞飞速速发发展展，，工工艺艺水水平平已已达达到到深深亚亚微微米米级级；；晶晶体体管管集集成成度度提提高高到到百百万万门门甚甚至至千千万万门门级级；；因因特特网网开开始始进进入入广广泛泛应应用用阶阶段段，，工程师们开始设计系统级芯片工程师们开始设计系统级芯片(systems-on-chip)(systems-on-chip)üEDAEDA技技术术发发展展到到物物理理校校验验、、布布局局、、逻逻辑辑综综合合、、模模拟拟设设计计以以及及软软件件/ /硬件协同设计。

硬件协同设计 üEDAEDA技术已成为电子设计的重要工具技术已成为电子设计的重要工具§EDAEDA技术受制造技术驱动而发展技术受制造技术驱动而发展§随微电子技术、计算机技术而发展随微电子技术、计算机技术而发展2021/9/175EDAEDA技术技术3 3．现代．现代EDAEDA技术的特点技术的特点Ø特征：采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力（（1 1））采用硬件描述语言采用硬件描述语言HDLHDL（（Hardware Description LanguageHardware Description Language））v 与原理图设计方法相比：ü更适于描述更适于描述大规模大规模的系统的系统ü在在抽象抽象的层次上描述系统的的层次上描述系统的结构结构与与功能功能v采用HDL的优点：ü语言的公开可利用性语言的公开可利用性ü设计与工艺的无关性设计与工艺的无关性ü宽范围的描述能力宽范围的描述能力————系统级、算法级、系统级、算法级、RTLRTL级、门级、开关级级、门级、开关级ü便于组织大规模系统的设计便于组织大规模系统的设计ü便于设计的复用、交流、保存与修改便于设计的复用、交流、保存与修改2021/9/176EDAEDA技术技术（（2 2））高层综合和优化高层综合和优化ü支持系统级的综合与优化。

支持系统级的综合与优化ü综合：：通通过过EDAEDA工工具具把把用用HDLHDL语语言言描描述述的的模模块块自自动动转转换换为为用用门门级级电电路网表表示的模块，即将电路映射到器件的专用基本结构路网表表示的模块，即将电路映射到器件的专用基本结构ü优化：：采采用用优优化化算算法法，，将将设设计计简简化化，，去去除除冗冗余余项项，，提提高高系系统统运运行行速度3 3））并行工程并行工程ü定义：：一一种种系系统统化化的的、、集集成成化化的的、、并并行行的的产产品品及及相相关关过过程程（（指指制制造和维护）的开发模式造和维护）的开发模式ü现现代代EDAEDA工工具具建建立立了了并并行行工工程程框框架架结结构构的的开开发发环环境境，，支支持持多多人人同同时并行进行设计时并行进行设计一种软件平台结构（（4 4））开放性和标准化开放性和标准化Ø开开放放性性：： EDA工具只要具有符合标准的开放式框架结构，就可以接纳其他厂商的EDA工具一起进行设计——资源共享Ø标标准准化化：：随着设计数据格式标准化→EDA框架标准化，即在同一个工作站上集成各具特色的多种EDA工具，它们能够协同工作 2021/9/177EDAEDA技术技术4 4．．EDAEDA技术的范畴和应用技术的范畴和应用Ø可分为系统级、门级和物理实现级三个层次的辅助设计过程Ø涵盖了从系统级设计到版图设计的全过程，涉及电子电路设计的各个领域：üIC版图设计üPLD开发ü电路（原理）设计•模拟电路模拟电路•数字电路数字电路•混合电路混合电路•高速电路高速电路üPCB板设计本课程内容本课程内容2021/9/178EDAEDA技术技术5 5．．EDAEDA技术发展的现状技术发展的现状ØEDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展，突出表现在以下几个方面：ü使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能；ü在设计和仿真两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的EDA软件不断推出。

ü电子技术全方位纳入EDA领域；üEDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容；ü更大规模的FPGA和CPLD器件不断推出；ü基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP核模块；ü软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得到进一步确认；üSoC高效低成本设计技术的成熟2021/9/179EDAEDA技术技术6 6．．EDAEDA技术的发展方向技术的发展方向（1）将沿着智能化、高性能、高层次综合方向发展（2）支持软硬件协同设计ü芯片和芯片工作所需的应用软件同时设计，同时完成芯片和芯片工作所需的应用软件同时设计，同时完成ü采采用用协协同同设设计计，，可可以以及及早早发发现现问问题题，，保保证证一一次次设设计计成成功功，，缩短开发周期，这在设计大系统时尤为重要缩短开发周期，这在设计大系统时尤为重要 （3）采用描述系统的新的设计语言ü这这种种语语言言统统一一对对硬硬件件和和软软件件进进行行描描述述和和定定义义，，从从开开始始设设计功能参数的提出直至最终的验证计功能参数的提出直至最终的验证ü能能够够使使设设计计过过程程一一体体化化；；设设计计效效率率更更高高；；而而且且必必须须从从现现存的方法学中深化出来存的方法学中深化出来。

（4） 推出更好的仿真和验证工具ü随随着着单单一一芯芯片片上上逻逻辑辑门门数数量量超超过过百百万万门门，，对对设设计计的的验验证证工作将变得比设计任务本身还要艰难工作将变得比设计任务本身还要艰难2021/9/1710数字系统设计数字系统设计问题的提出问题的提出Ø设计一个设计一个电子秒表电路电子秒表电路，使之完成以下功能：，使之完成以下功能：ü按按0.01s0.01s的步长进行计时；的步长进行计时；ü具有异步清零和启动具有异步清零和启动/ /停止计数功能；停止计数功能；ü并并用用数数码码管管显显示示其其秒秒高高位位、、秒秒低低位位，，百百分分秒秒高高位位、、百分秒低位百分秒低位ü为为便便于于显显示示，，秒秒和和百百分分秒秒信信号号均均采采用用BCDBCD码码计计数数方方式 2021/9/1711问题的提出（续）问题的提出（续）Ø输入信号：clk：系统时钟信号，f=50MHz；clr：异步清零信号，负脉冲有效；startstop：启/停信号，负脉冲有效Ø输出信号：dsec[6..0]：驱动数码管，显示秒高位；sec[6..0]：驱动数码管，显示秒低位；cn：分钟的进位信号，接发光二极管，高有效；secd[6..0]、secm[6..0] 分别显示百分秒高位和百分秒低位。

2021/9/1712解决方案解决方案1——1——传统的数字系统设计方法传统的数字系统设计方法1. 根据设计要求划分功能模块；2. 确定输入和输出的关系，画出真值表；3. 由真值表写出逻辑表达式；4. 利用公式或卡诺图进行人工化简；5. 根据化简后的逻辑表达式画出电路原理图；6. 在面包板上进行实验，验证电路的正确性；7. 若无错误，再在透明薄膜上用贴图符号贴PCB图；8. 检查后送制板厂制板；9. 对PCB板进行安装、调试，若有大的错误，修改设计，重复以上过程，重新制板搭积木的方式！搭积木的方式！基基于于电电路路板板的的设设计计方方法法————采采用用固固定定功功能能的的器器件件（通用型器件），通过设计（通用型器件），通过设计电路板电路板来实现系统功能来实现系统功能2021/9/1713解决方案解决方案2——2——现代的数字系统设计方法现代的数字系统设计方法Ø首先在计算机上安装EDA软件，它们能帮助设计者自动完成几乎所有的设计过程；再选择合适的PLD芯片，可以在一片芯片中实现整个数字系统基基于于芯芯片片的的设设计计方方法法————采采用用PLDPLD（（可可编编程程逻逻辑辑器器件件）），，利用利用EDAEDA开发工具，通过开发工具，通过芯片芯片设计来实现系统功能。

设计来实现系统功能EDA软件软件空白空白PLD+数字系统数字系统编程编程2021/9/1714现代的数字系统设计方法现代的数字系统设计方法1.根据设计要求划分功能模块2. PLD开发（利用EDA工具）（1）设计输入：采用硬件描述语言（HDL），用条件语句或赋值语句表示输入和输出的逻辑关系，将整个程序输入到计算机中；（2）设计的编译：EDA工具可自动进行逻辑综合，将功能描述转换为门级描述，或转换成具体PLD的网表文件，将网表文件自动适配到具体芯片中进行布局布线；（3）功能仿真和时序仿真；（4）编程下载到实际芯片中，在实验台上进行验证；（5）在每一阶段若有问题，可在计算机上直接修改设计，重复以上过程2021/9/1715现代的数字系统设计方法现代的数字系统设计方法3. 设计包含PLD芯片的电路板（1）在计算机上利用EDA软件画电路原理图；（2） 进行电气规则检查无误后，自动生成网表文件；（3） 利用EDA软件画PCB图，自动布线；（4） 自动进行设计规则检查，无误后输出文件，制板 优点优点：：Ø效效率率高高————所所有有这这一一切切，，几几乎乎都都是是借借助助计计算算机机利利用用EDAEDA软件软件自动自动完成！完成！Ø容易检查错误，便于修改；容易检查错误，便于修改；Ø设计周期短、成功率很高设计周期短、成功率很高 ；；Ø产品体积小。

产品体积小2021/9/1716EDAEDA技术的范畴技术的范畴模拟电路模拟电路数字电路数字电路混合电路混合电路设计输入设计输入逻辑综合逻辑综合仿真仿真编程下载编程下载本课程内容本课程内容！！2021/9/1717学习学习EDA到到底有什么用呢底有什么用呢？？真有趣，可以按自己的想法设计一个芯片！真有趣，可以按自己的想法设计一个芯片！我也要参加全国大学我也要参加全国大学生电子设计竞赛！生电子设计竞赛！呀，毕业设计和冯如杯正好能用得上哎！呀，毕业设计和冯如杯正好能用得上哎！原来在一个芯片里就可以设计原来在一个芯片里就可以设计一个完整的计算机系统呀！一个完整的计算机系统呀！找工作时也算得上一技之长哦！找工作时也算得上一技之长哦！2021/9/1718数字系统的设计数字系统的设计Ø数字电路数字电路：对数字信号进行对数字信号进行算术算术运算和运算和逻辑逻辑运算的电路运算的电路Ø数数字字集集成成电电路路：在在一一块块半半导导体体基基片片上上，，把把众众多多的的数数字字电电路路基本单元制作在一起形成的数字电路基本单元制作在一起形成的数字电路 Ø数字集成电路按集成度分数字集成电路按集成度分 每块包含基本元件数小小规模集成电路规模集成电路SSICSSIC，， 10 10   100 100个；个；中中规模集成电路规模集成电路MSICMSIC，， 100 100   1000 1000个；个；大大规模集成电路规模集成电路LSICLSIC，， 1000 1000   10000 10000个；个；超大超大规模集成电路规模集成电路VLSICVLSIC，， 1000010000个以上。

个以上 2. 2. 数字集成电路数字集成电路2021/9/1719数字系统的设计数字系统的设计按逻辑功能的特点分按逻辑功能的特点分：：（1）通用型：具具有有很很强强的的通通用用性性，，逻逻辑辑功功能能较较简简单单，，且且固固定定不变2）专用型：即即专专用用集集成成电电路路ASICASIC（（Application Application Specific Specific Integrated CircuitIntegrated Circuit），为某种专门用途而设计的集成电路为某种专门用途而设计的集成电路ü数字系统的发展得益于数字系统的发展得益于数字器件数字器件和和集成技术集成技术的发展摩尔定律（摩尔定律（Moore’s lawMoore’s law））：：每每1818个月，个月，芯片集成度提高芯片集成度提高1 1倍，功耗下降一半倍，功耗下降一半2021/9/1720数字系统的设计数字系统的设计Ø SSIC→MSIC →LSIC →VLSIC →SOC（System On Chip片上系统）→SOPC（System On a Programmable Chip，可编程片上系统）3. 3. 数字器件的发展数字器件的发展4. 4. 集成（集成（ICIC，，Integrated CircuitsIntegrated Circuits）技术的发展）技术的发展§芯片的工艺线宽越来越小芯片的工艺线宽越来越小 从从19971997年的年的0.350.35 m m，，发展到现在的发展到现在的90nm90nm。

§设计周期越来越短设计周期越来越短 19971997年时需要年时需要1212~1818月，现在可能只需要半年甚至更短！月，现在可能只需要半年甚至更短！§集成度越来越高集成度越来越高 从从19971997年的年的2020万万~5050万门，发展到现在的几千万门万门，发展到现在的几千万门2021/9/1721数字系统的设计数字系统的设计Ø最具有代表性的IC芯片：ü微控制芯片微控制芯片（（MCU，，Micro Control Unit））ü可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（PLD，，Programmable Logic Device）） ü数字信号处理器（数字信号处理器（DSP，，Digital Signal Processor））ü大规模存储芯片（大规模存储芯片（RAM/ROM，，Random Access Memory/Read Only Memory））ü光电集成芯片（光电集成芯片（OEIC，，Optical Electronic IC）） 以上这些器件构成了现代数字系统的基石以上这些器件构成了现代数字系统的基石2021/9/1722数字系统的设计数字系统的设计二、二、传统传统的数字系统设计方法的数字系统设计方法n基于电路板——采用固定功能器件（通用型器件），通过设计电路板来实现系统功能Ø写写出出真真值值表表或或状状态态表表→→推推出出逻逻辑辑表表达达式式→→化化简简→→逻辑电路图逻辑电路图→→用小规模逻辑器件来实现用小规模逻辑器件来实现特点特点特点特点•采用自下而上（Bottom Up）的设计方法•采用通用型逻辑器件•搭积木式的方式 •在系统硬件设计的后期进行仿真和调试 •主要设计文件是电路原理图 2021/9/1723数字系统的设计数字系统的设计三、三、现代现代的数字系统设计方法的数字系统设计方法Ø基于芯片——采用PLD，利用EDA开发工具，通过芯片设计来实现系统功能。

计算机计算机+EDA软件软件空白空白PLD+→ 数字系统数字系统•通常采用自上而下（Top Down）的设计方法•采用可编程逻辑器件 •在系统硬件设计的早期进行仿真•主要设计文件是用硬件描述语言编写的源程序•降低了硬件电路设计难度特点特点特点特点自行定义器件内部的逻辑和引脚Ø写出真值表或状态表→ EDA开发工具自动进行逻辑综合→ 模拟仿真→编程下载到PLD中2021/9/1724数字系统的设计数字系统的设计特  点传统方法现代方法采用器件通用型器件通用型器件PLD设计对象电路板电路板芯片芯片设计方法自下而上自下而上自上而下自上而下仿真时期系统硬件设计后期系统硬件设计后期系统硬件设计早期系统硬件设计早期主要设计文件电路原理图电路原理图HDL语言编写的程序语言编写的程序数字系统的两种设计方法比较数字系统的两种设计方法比较2021/9/1725数字系统的设计数字系统的设计1.1.自上而下的设计（自上而下的设计（Top DownTop Down））占据主导地位 辅助的设计手段 功能模块划分子模块设计系统级设计系统级设计功能级描述功能级描述功能仿真功能仿真门级描述门级描述时序仿真时序仿真若仿真未通若仿真未通过，则需修过，则需修改设计！改设计！2.2.自下而上的设计（自下而上的设计（Bottom UpBottom Up））§设计基本单元设计基本单元→→构成子模块构成子模块→→子系统子系统→→系统系统2021/9/1726EDAEDA技术与技术与PLDPLD什么是什么是PLDPLD？？1 1．什么是．什么是PLDPLD？？ØPLD：Programmable Logic Device，可编程逻辑器件定义定义定义定义是用户可自行定义其逻辑功能的一种专用集成电路（ASIC）。

§作作为一一种种通通用用型型器器件件生生产，，但但其其逻辑功功能能由由用用户通通过器器件件编程程自行自行设定§PLDPLD是是一一种种数数字字集集成成电路路的的半半成成品品，，在在它它的的芯芯片片上上按按照照一一定定的的排排列列方方式式集集成成了了大大量量的的门和和触触发器器等等基基本本逻辑元元件件，，使使用用者者可可以以利利用用某某种种开开发工工具具对它它进行行加加工工，，等等于于把把片片内内的的元元件件连接接起起来来，，使使它它完完成成某某个个逻辑电路路或或系系统功功能能，，成成为一一个个可可以以在在实际电子子系系统中使用的中使用的专用集成用集成电路PLD集中了通用型集中了通用型器件和器件和ASIC的优的优点！点！2021/9/1727EDAEDA技术与技术与PLDPLD2 2．．PLDPLD的特点的特点（1）编程方便：利利用用开开发发工工具具，，用用户户可可反反复复编编程程、、擦擦除除，，修修改设计方便改设计方便 （2）集成度高：单片逻辑门数已达数十万门甚至上百万门单片逻辑门数已达数十万门甚至上百万门（3）速度快（4）价格低（5）开发周期短：EDAEDA开开发发工工具具齐齐全全，，设设计计人人员员在在很很短短时时间间内内可可完完成成电电路路设设计计的的输输入入、、编编译译、、仿仿真真和和编编程程，，大大大大缩缩短短了开发周期。

了开发周期 2021/9/1728EDAEDA技术与技术与PLDPLD三、三、PLDPLD的发展演变的发展演变§发展于20世纪70年代初§主要有FPLA、PAL、GAL、CPLD和FPGA等器件含义出现时期FPLA现场可编程逻辑阵列现场可编程逻辑阵列20世纪世纪70年代初年代初PAL可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑20世纪世纪70年代末期年代末期GAL通用阵列逻辑通用阵列逻辑20世纪世纪80年代初期年代初期CPLD复杂可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件20世纪世纪80年代中期年代中期FPGA现场可编程门阵列现场可编程门阵列20世纪世纪80年代中期年代中期表表1-2 PLD1-2 PLD的发展演变的发展演变2021/9/1729EDAEDA技术与技术与PLDPLD§工艺线宽工艺线宽：由于生产工艺的发展，：由于生产工艺的发展，PLD集成电路的工艺集成电路的工艺线宽可达到线宽可达到0.35 m（（1997年），年），0.15  m（（2001年），年）， 0.13  m（（2002、、2003年），年）， 0.1  m（（2004年）；年）； 90nm（（2005年）；目前年）；目前半导体公司半导体公司正重点研发正重点研发60nm工工艺。

艺§集成度集成度：在一块硅片上可集成上千万个以上逻辑门在一块硅片上可集成上千万个以上逻辑门§速度速度：器件的速度指标：器件的速度指标↑，，FPGA的门延时的门延时﹤3ns，，CPLD的系统速度的系统速度﹥180MHz§工艺手段工艺手段：：CMOS工艺在速度上超过双极型工艺，成为工艺在速度上超过双极型工艺，成为PLD的主要工艺手段的主要工艺手段 2021/9/1730EDAEDA技术与技术与PLDPLD四、四、EDAEDA技术与技术与PLDPLD的关系的关系ØPLD的应用开发过程中贯穿着EDA技术的应用原始设计输入原始设计输入EDAEDA开发软件开发软件器件配置信息器件配置信息PLDPLD硬件设备硬件设备§PLDPLD在在编编程程灵灵活活性性、、容容量量与与速速度度等等方方面面达达到到了了相相当当高高的的水水平平，，可可在在一一个个器器件中实现具有相当规模的、完整、高速的数字系统件中实现具有相当规模的、完整、高速的数字系统§EDAEDA开开发发工工具具也也十十分分成成熟熟高高效效，，可可使使用用HDLHDL语语言言、、电电路路图图、、波波形形图图等等多多种种方法进行设计输入，并进行综合、仿真与编程。

方法进行设计输入，并进行综合、仿真与编程§PLDPLD广广泛泛应应用用于于产产品品开开发发、、原原型型设设计计、、小小批批量量生生产产中§随随着着PLDPLD成成本本和和功功耗耗不不断断降降低低、、性性能能大大幅幅度度提提高高，，PLDPLD开始取代开始取代高端高端 ASICASIC、、DSPDSP和和微处理器微处理器2021/9/1731FPGA/CPLD开发板 --ALTERA --LATTICE --XILINXARM开发板 --ARM7 --ARM9DSP开发板 --DSP开发板开发板 --DSP仿真器仿真器单片机开发板 --单片机开发板单片机开发板 --单片机仿真器单片机仿真器Ø市场上常见的市场上常见的电子器件电子器件: 单片单片机机, ARM, DSP, PLD/FPGA2021/9/1732ARM、、DSP、、PLD/FPGA的技术特点和区别的技术特点和区别ØARM（（Advanced RISC Machines））是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件ARM架构是面向低预算市场设计的第一架构是面向低预算市场设计的第一款款RISC微处理器微处理器，基本是基本是32位单片机的行业位单片机的行业标准标准，它提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案，四个功能模块可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产。

Ø由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行Ø目目前前ARM在手持设备市场占有在手持设备市场占有90以上的份额以上的份额，可以有效地缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用 2021/9/1733DSP的技术特点的技术特点ØDSP（（digital singnal processor））是一种独特的微处理器，有自己的完整指令系统，是以数字信号来处理以数字信号来处理大量信息的器件一个数字信号处理器在一块不大的芯片内包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单元等等，在其外围还可以连接若干存储器，并可以与一定数量的外部设备互相通信，有软、硬件的全面功能，本身就是一个微型计算机有软、硬件的全面功能，本身就是一个微型计算机ØDSP采用的是哈佛设计采用的是哈佛设计，即数据总线和地址总线分开，使程序和数据分别存储在两个分开的空间，允许取指令和执行指令完全重叠也就是说在执行上一条指令的同时就可取出下一条指令，并进行译码，这大大的提高了微处理器的速度 另外还允许在程序空间和数据空间之间进行传输，因为增加了器件的灵活性Ø其工作原理是接收模拟信号其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。

它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片Ø它的强大数据处理能力和高运行速度它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色由于它运算能力很强，速度很快，体积很小，而且采用软件编程具有高度的灵活性，因此为从事各种复杂的应用提供了一条有效途径 2021/9/1734DSP芯片芯片Ø根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点： （1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；  （2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；  （3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；  （4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；  （5）快速的中断处理和硬件I/O支持；  （6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；  （7）可以并行执行多个操作；  （8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行  当然，与通用微处理器相比，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对芯片的其他通用功能相对较弱些 2021/9/1735FPGA是英文是英文Field Programmable Gate Array（现（现场可编程门阵列）场可编程门阵列）Ø它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的一种。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分Ø用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改2021/9/1736FPGA的技术特点的技术特点Ø作为专用集成电路（作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路）领域中的一种半定制电路，FPGA既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点可以毫不夸张的讲，FPGA能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用FPGA来实现FPGA如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统数字系统Ø通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。

在PCB完成以后，还可以利用FPGA的修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此工作时需要对片内的RAM进行编程用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能因此，FPGA的使用非常灵活Ø可以说，可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等 2021/9/1737ARM、、DSP、、FPGA区别区别 ØARM具有比较强的事务管理功能，可以用来跑界面以及应可以用来跑界面以及应用程序用程序等，其优势主要体现在控制方面。

ØDSP主要是用来计算的，比如进行加密解密、调制解调等，优势是强大的数据处理能力和较高的运行速度优势是强大的数据处理能力和较高的运行速度ØFPGA可以用VHDL或verilogHDL来编程，灵活性强，由于能够进行编程、除错、再编程和重复操作，因此可以充分可以充分地进行设计开发和验证地进行设计开发和验证当电路有少量改动时，更能显示出FPGA的优势，其现场编程能力可以延长产品在市场上的寿命，而这种能力可以用来进行系统升级或除错2021/9/1738基于基于DSP和和ADS8364的高速数据采集处理系统的高速数据采集处理系统 　 DSP接收上位机通过USB总线发送的命令，完成系统工作参数的设置，并通过模拟地址／数据总线与CPLD进行通信，向CPLD发送控制命令；     对外部的多路模拟量输入进行信号调理，在CPLD控制下进行单通道或多通道A/D转换，将采集到的数据存储在一片FIFO芯片中；当FIFO中存储的数据半满时，对DSP产生一个中断信号，DSP收到此中断信号后，取出FIFO中的部分数据，进行前端数字信号处理，将处理完毕的数据通过USB总线传给上位机；     上位机实现各种图形界面操作和后端信号处理，对所采集的信号进行分析。

系统可对输入的多路模拟信号进行同步采样，这就使得采集到的数据不仅含有模拟信号的幅度特性，同时还保持不同模拟信号之间的相位差异；采样频率可以预置，以适应不同速率的采样要求 2021/9/1739初级电子设计工程师认证综合知识考试命题范围初级电子设计工程师认证综合知识考试命题范围 Ø一、 命题依据 1. 照历届全国大学生电子设计竞赛试题的相关知识、系统组成、电路分析等； 2. 参照教育部对部分高校教学评估时的电类学生评测试题的相关内容； 3. 参照国内主要高校电子信息类专业教学计划中所涉课程及实验的基本知识与基本技能； 4. 参照电子设计工程师认证培训大纲及考试要求 二、 命题原则 1. 着重于基本知识的掌握与运用； 2. 着重于基本技能的考核； 3. 电子线路的分析（读图能力）； 4. 着重于小系统的设计与分析（系统组成、所用电路、技能重点与难点） 三、 试题形式   初级电子设计工程师（100分）： 1.  是非题   24分 2.  选择题   26分 3.  填空题   16分 4.  简答题   15分 5.  综合题   19分 助理电子设计工程师（130分）： 在初级电子设计工程师的基础上，另加30分附加题。

2021/9/1740Ø四、 命题范围 1. 基本元器件 R、L、C、二极管、三极管、场效应管的伏安特性、技术参数、标准选用等；Ø 2. 基本电路 重点在RC、RLC等电路的基本知识、性能、应用等； Ø3. 模拟电子技术 重点在： （1）共e、共c等放大器的工作原理、电路组成、指标分析、元件选用； （2）OTL、OCL、BTL功率放大电路的电器组成、性能指标、功率估算等； （3）运算放大器的应用； （4）直流稳压电源与交流信号源的电路组成、技术指标等 Ø4. 数字电子技术 重点在于数制转换、基本电路、译码器、触发器、计数器、存储器、数码管等的功能、输入输出间的逻辑关系等 Ø5. 计算机、单片机、FPGA等 重点在于基本知识的掌握（如系统、硬件、软件、I/O口方面的基本知识）及A/D、D/A的性能、指标及选用等初级电子设计工程师认证综合知识考试命题范围初级电子设计工程师认证综合知识考试命题范围 2021/9/1741Ø6. 基本技能 （1） 实验仪器：常用的稳亚电源、信号源、电压表、示波器（模拟为主）、扫频仪、频谱分析仪、频率计等的作用、输入输出阻抗、主要技术参数、使用方法等； （2） 常用的信号检测方法：主要有时域、频域等的检测方法等； （3） 元器件的选用与检测：C、R、常用IC芯片、A/D、D/A等的选用与检测； （4） 简单电路性能的检测。

Ø 7. 综合试题 （1）  典型课题的设计：画系统组成框图、电路与元件选用、指标分配、设计重点与难点等； （2）  实用电路分析 五、 助理工程师认证命题 (1) 基本要求同初级工程师认证、难度略有增加； (2) 适当增加FPGA、嵌入式等方面的知识 初级电子设计工程师认证综合知识考试命题范围初级电子设计工程师认证综合知识考试命题范围 2021/9/1742。