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  • EDA技术进行电路设计的大部分工作是在EDA软件平台上进行的。EDA的设计流程主要包括设计输入、设计处理、设计验证、器件编程和硬件测试等5个步骤。1.设计输入设计输入有多种方式,主要包括文本输入方式、图形输入方式...

    如今芯片已进入百亿级工艺时代,芯片的设计完全无法通过手工完成,因此需要借用EDA软件,那么EDA软件的设计流程又是怎样的?

    EDA技术进行电路设计的大部分工作是在EDA软件平台上进行的。EDA的设计流程主要包括设计输入、设计处理、设计验证、器件编程和硬件测试等5个步骤。

    1.设计输入

    设计输入有多种方式,主要包括文本输入方式、图形输入方式和波形输入方式,还支持文本输入和图形输入两者混合的方式。

    文本输入方式是采用硬件描述语言进行电路设计的方式,主要有Verilog HDL、VHDL等,具有很强的逻辑功能表达能力,描述简单,是目前进行电路设计最主要的设计方法。

    图形输入方式是最直接的设计输入形式。利用设计软件提供的元件库,将电路的设计以原理图的方式输入。这种输入方式直观,便于电路的观察及修改,但是不适用于复杂电路的设计。

    2.设计处理

    设计处理是EDA设计流程中重要的设计环节,主要对设计输入的文件进行逻辑化简,综合优化,最后产生编程文件。此阶段主要包括设计编译与检查、逻辑分割、逻辑优化、布局布线等过程。

    设计编译与检查是对输入文件进行语法检查,例如,原理图文件中是否有短路现象,文本文件的输入是否符合语法规范等。

    逻辑分割是将设计分割成多个成便于识别的逻辑小块形式映射到相应器件的逻辑单元中,分割可以自动实现,也可以由设计者控制完成。

    逻辑优化主要包括面积优化和速度优化。面积优化的目标是使设计占用的逻辑资源最少,速度优化是使电路中信号的传输时间最短。

    布局布线是指完成电路中各电路元件的分布及线路的连接。

    3.设计验证

    设计验证即时序仿真和功能仿真。通常情况下,先进行功能仿真,因此功能仿真又称为前仿真,它直接对原理图描述或其他描述形式的逻辑功能进行测试模拟,验证其实现的功能是否满足原设计的要求,仿真的过程不涉及任何具体形式的硬件特性,不经历综合和适配。在功能仿真已经完成,确认设计文件表达的功能满足要求后,再进行综合适配和时序仿真。时序仿真是在选择了具体器件并且完成布局布线之后进行的时序关系仿真,因此又称为时延仿真或后仿真。

    4.器件编程

    器件编程是指将设计处理中产生的编程数据下载到具体的可编程器件中。如果之前的步骤都满足设计的要求,就可以将适配器产生的配置或下载文件通过CPLD/FPGA编程器或下载电缆载入目标芯片CPLD或FPGA中。

    5.硬件测试

    硬件测试是指将含有载入了设计的FPGA或CPLD的硬件系统进行统一测试,便于在真实的环境中检验设计效果。

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    【内容引用:EDA365????《EDA设计流程是怎样的,看完这篇文章就知道了》】

    阅读全文:https://blog.csdn.net/wusuowei1010/article/details/103870003?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522160490504019725225025234%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fall.%2522%257D&request_id=160490504019725225025234&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~first_rank_v2~rank_v28-5-103870003.first_rank_ecpm_v3_pc_rank_v2&utm_term=eda&spm=1018.2118.3001.4449

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  • 二、设计原理及方案2.1 8255A的内部结构及引脚功能8255A的内部结构8255A的内部结构如图1所示,它由数据总线缓冲,数据端口A、端口B和端口C,A组和B组控制电路和读/写控制逻辑4部分组成。(1)数据总线缓冲 数据...

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    ­­­­­­­­­­­­­­­一、设计内容

    利用8253定时器、8255等接口,设计一电路,模拟十字路口交通灯控制。

    二、设计原理及方案

    2.1 8255A的内部结构及引脚功能

    8255A的内部结构

    8255A的内部结构如图1所示,它由数据总线缓冲器,数据端口A、端口B和端口C,A组和B组控制电路和读/写控制逻辑4部分组成。

    (1)数据总线缓冲器

    数据总线缓冲器是一个双向三态的8位数据缓冲器,8255A通过它与系统总线相连。输入数据、输出数据、CPU发给8255A的控制字和从8255A传入的状态信息都经过这个缓冲器缓存。

    (2)数据端口

    端口A对应一个8位数据输入锁存器和一个8位数据输出锁存器/缓冲器。用端口A作为输入或输出端口时,数据均受到锁存。端口B和端口C均对应一个8位输入缓冲器和一个8位数据输出锁存器/缓冲器。用端口B和端口C作为输入端口时,数据不被锁存,而作为输出端口时,数据被锁存。

    (3)A组和B组控制电路

    8255A把3个I/O端口分为两组:A组和B组,分别进行控制。A组控制电路控制端口A和端口C的高4位的工作方式和读/写操作,B组控制电路控制端口B和端口C的低4位的工作方式和读/写操作。这两组控制电路一方面接收CPU发来的控制字并决定8255A的工作方式;另一方面接收来自读/写控制逻辑电路的读/写命令,完成接口的读/写操作。

    (4)读/写控制逻辑

    读/写控制逻辑负责管理8255A的数据传输过程。它将读信号、写信号、片选信号、端口选择信号A1和A0等信号进行组合后,获得对A组部件和B组部件的控制命令,并将命令发给这两个部件,以完成对数据信息、状态信息和控制信息的传输。

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    图1 8255A内部结构

    8255A的引脚功能

    8255A采用双列直插式封装,有40个引脚,引脚排列如图2所示。

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    8255A有A、B、C三个独立的数据端口,可以通过编程来设置其工作方式;有一个控制端口,通过控制端口可以设置8255A 数据端口的工作方式。

    PA7~PA0:是三态数据引脚,对应于端口A,可通过编程设定8位全部作为输入或全部作为输出。

    PB7~PB0:是三态数据引脚,对应于端口B,可通过编程设定8位全部作为输入或全部作为输出。

    PC7~PC0:是三态数据引脚,对应于端口C,通过编程可设定8位全部作为输入或全部作为输出。端口C也可分成两组分,高4位PC7~PC4一组和低4位PC3~PC0一组,可以分别设定端口C的高4位和低4位作为输入或输出,也可以对端口C的每一位PC7~PC0分别设定为输入或输出。

    A1、A0:是8255A内部端口地址的选择信号,用来寻址8255A内部的3个数据端口和1个控制端口。当A1A0=00时,选择端口A(可读/写);当A1A0=01时,选择数据端口B(可读/写);当A1A0=10时,选择数据端口C(可读/写);当A1A0=11时,选择控制端口(只可写)。

    2.2、8255A的工作方式

    8255A的3个端口的工作方式不完全相同。端口A可工作于方式0、方式1和方式2三种工作方式;端口B可工作于方式0和方式1两种工作方式;端口C只能工作于方式0。下面分别介绍方式0、方式1、方式2三种工作方式。

    1、方式0

    8255A方式0是基本输入/输出方式。在方式0下,每一个端口都可作为基本的输入或输出口,端口C的高4位和低4位以及端口A、端口B都可独立地设置为输入口或输出口。CPU可采用无条件传输方式与8255A交换数据。当外设传送数据需要联络信号时,也可采用查询方式与8255A交换数据。采用查询方式时,通常可利用端口C作为与外设的联络信号。利用8255A的方式0进行数据传输时,由于没有指定专门的应答信号,所以这种方式常用于与简单外设之间的数据传送,如向LED显示器输出数据或从开关装置输入数据等。

    2、方式1

    8255A方式1是单向选通输入/输出方式。只有端口A和端口B可以工作在方式1。8255A在工作方式1时,把3个数据端口分为A、B两组,分别称为A组控制和B组控制。此时,端口A和端口B仍作为数据的输入或输出口,而端口C作为联络控制信号,被分成两部分,一部分作为端口A和端口B的联络信号,另一部分仍可作为基本的输入/输出口。

    3、方式2

    8255A方式2是双向选通输入/输出方式,只有端口A可以工作于方式2。8255A端口A的方式2可使8255A与外设进行双向通信(既能发送数据,又能接收数据),可采用查询方式或中断方式进行传输。

    当端口A工作于方式2、端口B工作于方式1时,端口C各位的功能如图7所示,PC7~PC3作为端口A的联络口信号,PC2~PC0作为端口B的联络信号。当端口A工作于方式2,端口B工作于方式0时,PC7~PC3作为端口A的联络信号,PC2~PC0可工作于方式0。

    INTEA1与INTEA2分别为输出和输入中断允许,INTEA1由PC6置位/复位;INTEA2由PC4置位/复位。联络信号和IBFA的含义与方式1输入和输出时相同。INTRA既用于输出中断请求,也用于输入中断请求。联络信号线的时序是方式1下输入和输出时序的组合。

    8255A的编程

    8255A的控制字

    (1)方式选择控制字

    这是一个8位的控制字,8255A内部的3个端口分为A、B两组,因此方式选择控制字也就相应地分成两个部分,分别控制A组和B组。

    2.3、8253的内部结构及引脚功能

    每片8253定时/计数器有3个独立的16位计数通道,每个计数通道最高计数速率可达2.6MHz。每个计数器可编程设定6种工作方式,使用时可以根据需要选择其中的一种工作方式。每个计数通道可按二进制或十进制来计数。定时和计数在工作原理上是相同的,都是对一个输入脉冲进行计数。如果输入脉冲的频率一定,那么记录脉冲的个数与所需的时间是一一对应的关系。例如,当输入脉冲频率为2MHz,计数值是2´106时,可定时1s。

    8253的内部结构

    8253的内部结构如图10所示,各部分功能介绍如下。

    (1)数据总线缓冲器

    数据总线缓冲器是一个8位的双向三态缓冲器,主要用于8253与CPU之间进行数据传送,缓存3类数据:向8253写入的控制字;向计数器设置的计数初值和从计数器读取的计数值。

    (2)读/写控制逻辑

    输入到8253的读信号、写信号、片选信号、端口选择信号A1和A0,经过逻辑控制电路的组合后产生相应的操作控制信号,如表2所示。

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    (3)控制字寄存器

    该寄存器接收CPU发来的8253初始化控制字。对控制字寄存器只能写入,不能读出。

    (4)计数器

    8253内部有3个独立的计数器。每个计数器内部都包含1个16位计数初值寄存器、1个16位减1计数寄存器和1个16位当前计数输出寄存器。当前计数输出寄存器值跟随减1计数寄存器内容变化。收到锁存命令后,当前计数输出寄存器将锁定当前计数值,直到其值被CPU读走之后,才又随减1计数寄存器的变化而变化。

    当A1A0分别为00、01、10和11时,分别选中3个计数器和控制字寄存器。在8086微型计算机系统中,通常将8253的8位数据线与8086的低8位相连,即使用偶地址,在这种情况下,8086的A2A1分别与8253的A1A0相连。

    8253的引脚功能

    8253采用双列直插式封装,有24个引脚,如图11所示。

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    A0、A1和:8253具有3个独立的计数器,每一个计数器可单独编程使用。每个计数器可将输入频率减小(1~65536)倍(即分频)后输出。8253共有4个端口地址,其控制寄存器和3个计数器分别有各自的端口地址,由A0、A1控制,如表3所示。

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    CLK:CLK是输入时钟信号。3个计数器各自有一个独立的时钟输入信号,分别为:CLK0、CLK1和CLK2。8253工作时,每收到一个时钟信号CLK,计数值就减1。

    OUT:OUT是输出信号。3个计数器各自有一个独立的计数器输出信号,分别为:OUT0、OUT1和OUT2。当计数值减为0时,OUT线上将输出OUT信号。OUT信号可以是方波或脉冲等,用来指示定时或计数已到。

    GATE:GATE是输入信号,是用于禁止、允许或开始计数过程的门控信号。3个计数器各自有一个独立的门控信号,分别为:GATE0、GATE1和GATE2。在8253不同的工作方式下,GATE信号的控制作用不同。

    D7~D0:8253的数据总线D7~D0是三态输入/输出线,直接与系统的数据总线D7~D0相连接,用于传送数据、命令和状态信息。

    2.4、8253的工作方式

    8253的每个计数器都有6种工作方式:方式0~方式5。这6种工作方式的不同点是:输出波形不同;启动计数器的触发方式不同;计数过程中GATE信号对计数过程的影响不同。

    1、方式0——低电平输出

    采用这种工作方式,8253可完成计数功能,且计数器只计一遍。当控制字写入后,输出端OUT变为低电平。在计数初值写入后下一个CLK脉冲的下降沿,计数初值寄存器内容装入减1计数寄存器,计数器开始计数。在计数期间,当计数器减为0之前,输出端OUT维持低电平。当计数值减到0时,OUT输出端变为高电平,此信号可作为中断请求信号,并可保持到重新写入新的控制字或新的计数值为止。8253方式0的时序波形如图12所示。

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    在计数过程中,若GATE信号变为低电平,则在GATE信号为低电平期间,暂停计数,减1计数寄存器值保持不变;若GATE信号重新变高,则计数器从暂停值开始继续计数;若重新写入新的计数初值,则在下一个CLK脉冲的下降沿,减1计数寄存器以新的计数初值重新开始计数。

    2、方式1——低电平输出

    方式1是硬件触发单稳态方式,采用这种工作方式可在输出端OUT输出单个负脉冲信号,脉冲的宽度可通过编程来设定。写入控制字后,输出端OUT变为高电平,并保持高电平状态。然后在写入计数初值后,只有在GATE信号的上升沿之后的下一个CLK脉冲的下降沿,才将计数初值寄存器内容装入减1计数寄存器,同时OUT端变为低电平,然后计数器开始减1计数。当计数值减到0时,输出端OUT变为高电平。8253方式1的时序波形如图13所示。

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    如果在输出端OUT输出低电平期间,又来一个GATE信号上升沿触发,则在下一个CLK脉冲的下降沿,将计数初值寄存器内容重新装入减1计数寄存器,并开始计数,输出端OUT保持低电平。直至计数值减到0时,输出端OUT才变为高电平。

    在计数过程中,如果CPU又送来新的计数初值,将不影响当前计数过程。要等到计数器计数到0,OUT端输出高电平且出现新的一次GATE信号的触发时,才会将新的计数初值装入,并以新的计数初值开始计数过程。

    3、方式2——周期性负脉冲输出

    采用方式2可产生连续的负脉冲信号,可用作频率发生器。负脉冲的宽度为一个时钟周期。写入控制字后,输出端OUT变为高电平。若GATE为高电平,那么写入计数初值后,在下一个CLK的下降沿计数初值寄存器内容装入减1计数寄存器,开始减1计数。当减1计数寄存器的值为1时,OUT端输出低电平,经过一个CLK时钟周期,OUT端输出高电平,并自动开始一个新的计数过程。8253方式2的时序波形如图14所示。

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    在计数过程中,如果减1计数寄存器未减到1时GATE信号由高变低,则停止计数。但当GATE由低变高时,则重新将计数初值寄存器内容装入减1计数寄存器,并重新开始计数。

    如果GATE信号保持高电平时,在计数过程中重新写入计数初值时,要等正在计数的一轮结束并输出一个CLK周期的负脉冲后,才以新的初值进行计数。

    2. 方式3——周期性方波输出

    采用方式3可产生连续的方波信号,可用作方波发生器采用方式3。当控制字写入后,输出端OUT输出高电平。当写入计数初值后,在下一个CLK的下降沿,计数初值寄存器内容装入减1计数寄存器,开始减1计数。当计数到计数值的一半时,输出端OUT变为低电平。此时,减1计数寄存器继续减1计数,计数到0时,OUT端变为高电平。之后,自动开始一个新的计数过程。当计数初值为偶数时,输出端OUT输出对称方波;当计数初值为奇数时,输出端OUT输出不对称方波。8253方式3的时序波形如图15所示。

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    在计数过程中,若GATE变为低电平,则停止计数;当GATE由低变高时,则重新启动计数过程。如果在输出端OUT为低电平时,GATE变为低电平,则减1计数器停止,同时,输出端OUT立即变为高电平。在GATE又变成高电平后的下一个时钟脉冲的下降沿,减1计数器重新得到计数初值,开始新的减1计数。

    在计数过程中,如果写入新的计数值,那么,将不影响当前输出周期。但是,如果在写入新的计数值后,又受到GATE信号上升沿的触发,那么,就会结束当前输出周期,而在下一个时钟脉冲的下降沿,减1计数器重新得到计数初值,开始新的减1计数过程。

    5、方式4的功能——软件触发的单次负脉冲输出

    方式4是软件触发的选通方式。采用方式4可产生单个负脉冲信号,负脉冲宽度为一个时钟周期。写入控制字后,输出端OUT变为高电平,若GATE为高电平,则在写入计数初值后下一个CLK的下降沿计数初值寄存器内容装入减1计数寄存器,开始减1计数。当减1计数寄存器的值为0时,输出端OUT变为低电平,经过一个CLK时钟周期,输出端OUT变为高电平。8253方式4的时序波形如图16所示。

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    如果在计数时,又写入新的计数值,则在下一个CLK的下降沿此计数初值被写入减1计数寄存器,并以新的计数值作减1计数。

    6、方式5——硬件触发的单次负脉冲输出

    方式5是硬软件触发的选通方式。采用方式5可产生单个负脉冲信号,负脉冲宽度为一个时钟周期。方式5的计数过程由GATE的上升沿触发。当控制字写入后,输出端OUT输出高电平,并保持高电平状态。写入计数初值后,只有在GATE信号的上升沿之后的下一个CLK脉冲的下降沿,计数初值寄存器内容才装入减1计数寄存器,并开始减1计数。当计数值减到0时,输出端OUT变为低电平,并持续一个CLK周期,然后自动变为高电平。8253方式5下的时序波形如图17所示。

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    在计数过程中,若GATE端又来一个上升沿触发,则在下一个CLK脉冲的下降沿,减1计数寄存器将重新获得计数初值,并按新的初值作减1计数,直至减为0为止。

    在计数过程中,若写入新的计数值,但没有触发脉冲,则当前输出周期不受影响。当前周期结束后,在再次触发的情况下,才将按新的计数初值开始计数。

    在计数过程中,若写入新的计数值,并在当前周期结束前又受到触发,则在下一个CLK脉冲的下降沿,减1计数寄存器将获得新的计数初值,并按此值作减1计数操作。

    8253的初始化

    8253具有3个独立的计数器,每一个计数器必须单独编程进行初始化后才可使用。为了使计数器按某一工作方式工作,首先必须设定计数器的工作方式,即将初始化控制字写入8253控制寄存器,对8253进行初始化。

    1、8253方式控制字

    8253的3个独立计数器可单独使用,每个计数器在使用前要通过把控制字写入控制寄存器的方法设定其工作方式。8253控制字是一个8位的数据,将这1字节的控制字写到8253控制寄存器,就可以设定8253计数器的工作方式。8253控制字格式分4个部分,如图18所示。

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    · SC1SC0

    SC1SC0对应D7D6两位,用于选择计数器。

    · RL1RL0

    RL1RL0对应D5D4两位,用于控制读/写操作的方式。

    M2M1M0

    M2M1M0对应D3D2D1三位,用于设置计数器的工作方式。

    · BCD

    BCD对应D0位,用于选择计数码制。当D0=0时,选择二进制计数,计数值范围是:0000H~FFFFH。最大计数初值是0000H,表示最大计数次数是65536次。当D0=1时,选择BCD码计数,计数值范围是:0000~9999。最大计数初值是0000,表示最大计数次数是10000次。

    特别需要注意的是:8253控制字必须写到控制端口。8253端口地址由芯片引脚A1A0来决定,A1A0=00是计数器0的端口地址;A1A0=01是计数器1的端口地址;A1A0=10是计数器2的端口地址;A1A0=11是控制端口的地址。

    2、8253初始化编程

    (1)8253初始化编程原则

    8253的控制寄存器和3个计数器分别具有独立的编程地址,由控制字的内容确定使用的是哪个计数器以及执行什么操作。因此8253在初始化编程时,并没有严格的顺序规定,但在编程时,必须遵守两条原则:

    ① 在对某个计数器设置初值之前,必须先写入控制字;

    ② 在设置计数初始值时,要符合控制字的规定,即只写低位字节,还是只写高位字节,还是高、低位字节都写(分两次写,先低字节后高字节)。

    (2)8253的编程命令

    8253的编程命令有两类:一类是写入命令,包括设置控制字、设置计数器的初始值命令和锁存命令;另一类是读出命令,用来读取计数器的当前值。

    锁存命令是配合读出命令使用的。在读计数值前,必须先用锁存命令锁定当前计数寄存器的值。否则,在读数时,减1计数寄存器的值处在动态变化过程中,当前计数输出寄存器随之变化,就会得到一个不确定的结果。当CPU将此锁定值读走之后,锁存功能自动失锁,于是当前计数输出寄存器的内容又跟随减1计数寄存器变化。在锁存和读出计数值的过程中,减1计数寄存器仍在作正常减1计数。这种机制就保证了既能在计数过程中读取计数值,又不影响计数过程的进行。

    (3)8253的初始化编程

    所谓8253初始化编程,就是用户在使用8253前,用软件编程来定义端口的工作方式,选择所需要的功能。下面举例说明8253初始化编程。8253初始化编程步骤是:先写控制字到8253的控制端口,再写计数器初值到相应的计数器端口。

    在本次设计中将计数器0设置为方式2(方式控制字为14H),计数初值设置为30,计数器1设置为方式2,设计初值为20(方式控制字为54H),计数器2设置为方式0,(方式控制字为90H)。

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交通控制器部分电路设计