TINA在数字系统设计分析中的应用

1、概述

随着半导体材料科学与制造工艺地迅速发展，电子器件在最近几十年经历了从小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)到大规模集成电路(LSI)以至超大规模集成电路(VLSI)的发展历程Ⅲ。从集成电路、简单可编程器件到高密度大规模可编程器件地应用，数字系统的设计分析方法从根本上发生转变，由原来的手工设计，发展到了以EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)技术为代表的现代电子设计方法。随着EDA技术地逐步发展，以美国的PSPICE.Multisim、欧洲的Tina Pro等为代表的各种EDA设计软件包，在电路系统设计与仿真环节给电子工程师带来了便利，极大的提高了工作效率。其中，Tina Pro更是以其功能强大、界面友好、性价比高等特点获得了业晃认可，广泛流行于四十多个国家。

Tina Pro是欧洲DesignSoft Kft.公司研发的EDA软件，支持包括中文在内的二十多种语言。它带有十分强大的元件库和仪器库，除具有直流分析、瞬态分析、正弦稳态分析、傅立叶分析等常见的电路仿真分析功能外，还支持电路版图设计、VHDL语言仿真及MCU仿真，其独特的硬件设备TINALab II更是支持将实时测量的各种数据与虚拟仿真结果相比对，极大地方便了电子工程师进行系统设计。

2、TINA应用探讨

以简单交通灯控制系统的设计和正弦信号发生器设计为具体例子，初步探究TINA在数字系统设计分析过程中的作用。

在简单交通灯控制系统设计中，我们采用数字系统传统的设计方法，即由功能概述到状态图(或ASM图)，然后设计硬件单元电路实现具体功能这样一种自上而下的设计方法。该交通灯控制系统的逻辑功能如表1所述，约定绿灯持续时间为25t，黄灯持续时间为St，则红灯持续时间为30t，为此需设计一个定时器来实现这部分的定时功能;表1中交通灯控制器的状态分为S0～S3(共4种状态)，其状态图如图1所示。我们采用中规模集成IC直接构成状态控制电路实现控制功能。

表1 控制器功能表

根据逻辑功能分析，在此可采用4位。

图1 系统状态图

二进制计数器74163来定时控制器的时序;选用双4选1数据选择器74153及D触发器构成控制系统，来控制定时器与译码电路。为了电路简洁美观，在此利用TINA的“新建宏向导”工具，将上述两子电路打包成宏功能模块，分别命名为DSQ(定时器)和Control(控制器)，结合输出端用门电路构成的译码电路，即可实现表1要求的交通灯控制器。电路如图2所示。

图2 交通灯控制系统

TINA支持文本、波形、图片等直接粘贴在工作区，对电路进行辅助说明和美化，如图2所示场景电路。在此调用了TINA的交通灯显示模块，辅以十字路口的背景图片，设计的交通灯控制系统场景形象逼真。启动”Digital”仿真功能，控制系统将按设计要求实现十字路口交通灯的控制功能。

值得补充的是，TINA还支持元器件3D视图地展示，适当场景下可将电路元器件、电路连线、实验波形等非常逼真地呈现在设计人员面前，这在教育培训环节有着十分重大的作用，而其他软件在这一方面的功能与之相比则显得薄弱了很多。

接下来分析TINA对VHDL编程的支持。由于可编程逻辑器件的广泛应用，用描述语言设计系统的方法已经成为现代数字系统的主要设计方法。TINA不仅支持VHDL语言编程，还很好的支持了VHDL功能模块与具体数模电路综合在一起进行仿真。

图3即用VHDL编程实现的数字信号发生器模块“Digital Wave”在正弦信号发生器设计之中的应用。将这个VHDL功能模块与由8位CMOS数模转换芯片MV95308构成的DA转换电路，及由视频运放TL081构成的末级滤波电路连接在一起，即可实现正弦波信号发生器。

图3 VHDL模块设计的正弦信号发生电路

运行Transient Analysis命令，设置好相关参数后确认，即可得到如图4所示的波形。其中CLK为系统时钟，OUT1为DA转换后的输出，VP1为末级输出。可见该系统实现了正弦波信号的产生。

图4 电路中各测量点信号波形

选中Digital wave模块后，在右键菜单中执行“Enter Macro”命令，即可进入如图5所示的VHDL程序编辑窗口，在该窗口可以输入或修改程序，若程序有语法错误，在运行时会在窗口下方提示相关错误信息。

图5 VHDL编辑窗口

3、结语

结合上述两个TINA的基本应用实例可以发现，在数字系统的分析设计过程中，设计研发人员若能合理熟练地运用TINA软件，在规范设计流程、提高工作效率、缩短开发周期、节约设计成本等方面将会得到很大的帮助。更为突出的是TINA在教育培训环节体现出来优势，节约硬件资源投入，减少实验损耗，提高教学质量等优点让TINA在教育行业越来越受到人们的重视。