基于EDA技术如何实现抢答和显示器的设计？

自从贸易战以来，我国与美国在高科技方面的较量越来越多，把一家名为“华为”的公司推上了风口浪尖。今年5月随着美国对于华为的第二次打压，人们的视野逐渐落在了芯片的制造上，尤其是光刻机变得家喻户晓，成为每个人谈论的话题。可是作为IC设计、电路板设计的最上游、最高端的产业，我国在EDA技术上的落后却鲜有人知道，本篇文章将从EDA的发展、原理及我国目前EDA技术的发展现状等几个方面来简略的向人们介绍EDA技术。

EDA是电子设计自动化的简称，是电子设计与制造技术发展中的核心。EDA技术是以计算机为工具，采用硬件描述语言的表达方式，对数据库、计算数学、图论、图形学及拓扑逻辑、优化理论等进行科学、有效的融合，从而形成一种电子系统专用的新技术，是计算机技术、信号处理技术、信号分析技术的最新成果。EDA技术的出现不仅更好地保证了电子工程设计各级别的仿真、调试和纠错，为其发展带来强有力的技术支持，并且在电子、通信、化工、航空航天、生物等各个领域占有越来越重要的地位，很大程度上减轻了相关从业者的工作强度。

在上世纪六七十年代，当时的集成电路大多都是用手工来完成的，因为实际的管子数量并不多，前端可以手工完成其功能的计算，后端版图就根据电路图，将管子，连线用笔转移为几何图形，画出胶带图等，因为管子的数量少，电路线也很简单，所以并不容易出现错误。

EDA(电子线路设计座自动化)是以计算机为工作平台、以硬件描述语言(VHDL)为设计语言、以可编程器件(CPLD/FPGA)为实验载体、以 ASIC/SOC芯片为目标器件、进行必要元件建模和系统仿真电子产品自动化设计过程。EDA是电子设计领域一场革命，它源于计算机辅助设计，计算机辅助制造、计算机辅助测试和计算机辅助工程。利用EDA工具，电子设计师从概念，算法、协议开始设计电子系统，从电路设计，性能分析直到IC版图或PCB版图生成全过程均可在计算机上自动完成。EDA代表了当今电子设计技术最新发展方向，其基本特征是设计人员以计算机为工具，按照自顶向下设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，由硬件描述语言完成系统行为级设计，利用先进开发工具自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局布线、仿真及特定目标芯片适配编译和编程下载，这被称为数字逻辑电路高层次设计方法。

EDA”就是Electronic Design Automation(电子设计自动化)，也就是能够帮助人们设计电子电路或系统软件工具，该工具可以使设计更复杂电路和系统成为可能。目前进入我国并具有广泛影响EDA软件有：muhisim7、OW_AD、Protel、Viewlogio、Mentor、Synopsys、PCBW Id、Cadence、MicmSim等等，这些软件各具特色，大体分为芯片级设计工具、电路板级设计工具、可编程逻辑器件开发工具和电路仿真工具等几类;其中Protel是国内最流行、使用最广泛一种印制电路板设计首选软件，由澳大利亚protd Technology公司出品，过去只是用来进行原理图输入和PCB版图设计，从Protel 98开始，加入了模拟数字混合电路仿真模块和可编程逻辑器件设计模块，1999年Protel推出了功能更加强大EDA综合设计环境Protel 99，它将EDA全部内容整合为一体，成为完整EDA软件，因而该软件发展潜力很大，但它最具特色和最强大功能仍是原理图输人和PCB版图设计。

DA作为集成电路产业链的命脉，自始至终连接和贯穿着芯片制造和科技应用的发展。EDA软件是集成电路领域的上游基础工具，贯穿于IC设计、制造、封测等环节。作为集成电路产业创新的关键技术、设计和制造芯片不可或缺的核心工业软件，是当前国内集成电路产业链里急需自创新的核心技术。

⭐️上游：EDA和半导体IP分别为IC设计与制造提供所需的自动化工具和搭建SoC所需的核心功能模块;半导体材料和设备则主要提供IC制造环节所需的核心生产资料。

⭐️中游：包括IC设计、IC制造、封装、测试。IC设计通过电路设计、仿真、验证和物理实现，最终形成可交付制造的晶体管级版图信息;IC制造将版图信息制成光罩，将光罩上的电路图形信息蚀刻至硅片上，在晶圆上形成电路;封装是将晶圆片进行切割、焊线、封装，使芯片电路与外部器件实现电气连接，并为芯片提供机械物理保护;测试是对封装完毕的芯片进行功能和性能测试，测试合格后，芯片成品即可使用。

⭐️下游：各应用领域的制造商或系统厂商，将各类芯片集成到终端产品上，并销售给客户。

一、 设计要求

1.抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S0～ S3表示。

2.设置一个系统清除和抢答控制开关rst，该开关由主持人控制。

3.抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED和数码管上显示，同时提示灯亮。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定(如20秒)

5. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示20。

二、方案设计与论证

1、 概述

将该任务分成五个模块进行设计，分别为：抢答器鉴别模块、抢答器计时模块、报警模块、分频模块、译码模块。

2、 抢答器鉴别模块：

在这个模块中主要实现抢答过程中的抢答功能，并能对超前抢答进行警告，还能记录无论是正常抢答还是朝前抢答者的台号，并且能实现当有一路抢答按键按下时，该路抢答信号将其余的抢答信号封锁的功能。其中有四个抢答信号s0、s1、s2、s3;抢答状态显示信号states;抢答与警报时钟信号clk2;系统复位信号rst;警报信号warm。

3、 抢答器计数模块：

在这个模块中主要实现抢答过程中的计时功能，在有抢答开始后进行20秒的倒计时，并且在20秒倒计时后无人抢答显示超时并报警。其中有抢答时钟信号clk1;系统复位信号rst;抢答使能信号start;无人抢答警报信号warn;计时中止信号stop;计时十位和个位信号tb，ta。

4、 报警模块：

在这个模块中主要实现抢答过程中的报警功能，当主持人按下控制键，有限时间内 人抢答或是计数到时蜂鸣器开始报警，计数停止信号stop;状态输出信号alm;计数脉冲clk。

5、 译码模块：

在这个模块中主要实现抢答过程中将BCD码转换成7段的功能。

6、 分频模块：

在这个模块中主要实现抢答过程中所需的时钟信号。

7、 顶层文件：

在这个模块中是对前五个模块的综合编写的顶层文件。