TINA在數(shù)字系統(tǒng)設計分析中的應用

1、概述

隨著半導體材料科學與制造工藝地迅速發(fā)展，電子器件在最近幾十年經(jīng)歷了從小規(guī)模集成電路(SSI)、中規(guī)模集成電路(MSI)到大規(guī)模集成電路(LSI)以至超大規(guī)模集成電路(VLSI)的發(fā)展歷程Ⅲ。從集成電路、簡單可編程器件到高密度大規(guī)模可編程器件地應用，數(shù)字系統(tǒng)的設計分析方法從根本上發(fā)生轉(zhuǎn)變，由原來的手工設計，發(fā)展到了以EDA(Electronic Design Automation，電子設計自動化)技術為代表的現(xiàn)代電子設計方法。隨著EDA技術地逐步發(fā)展，以美國的PSPICE.Multisim、歐洲的Tina Pro等為代表的各種EDA設計軟件包，在電路系統(tǒng)設計與仿真環(huán)節(jié)給電子工程師帶來了便利，極大的提高了工作效率。其中，Tina Pro更是以其功能強大、界面友好、性價比高等特點獲得了業(yè)晃認可，廣泛流行于四十多個國家。

Tina Pro是歐洲D(zhuǎn)esignSoft Kft.公司研發(fā)的EDA軟件，支持包括中文在內(nèi)的二十多種語言。它帶有十分強大的元件庫和儀器庫，除具有直流分析、瞬態(tài)分析、正弦穩(wěn)態(tài)分析、傅立葉分析等常見的電路仿真分析功能外，還支持電路版圖設計、VHDL語言仿真及MCU仿真，其獨特的硬件設備TINALab II更是支持將實時測量的各種數(shù)據(jù)與虛擬仿真結果相比對，極大地方便了電子工程師進行系統(tǒng)設計。

2、TINA應用探討

以簡單交通燈控制系統(tǒng)的設計和正弦信號發(fā)生器設計為具體例子，初步探究TINA在數(shù)字系統(tǒng)設計分析過程中的作用。

在簡單交通燈控制系統(tǒng)設計中，我們采用數(shù)字系統(tǒng)傳統(tǒng)的設計方法，即由功能概述到狀態(tài)圖(或ASM圖)，然后設計硬件單元電路實現(xiàn)具體功能這樣一種自上而下的設計方法。該交通燈控制系統(tǒng)的邏輯功能如表1所述，約定綠燈持續(xù)時間為25t，黃燈持續(xù)時間為St，則紅燈持續(xù)時間為30t，為此需設計一個定時器來實現(xiàn)這部分的定時功能;表1中交通燈控制器的狀態(tài)分為S0～S3(共4種狀態(tài))，其狀態(tài)圖如圖1所示。我們采用中規(guī)模集成IC直接構成狀態(tài)控制電路實現(xiàn)控制功能。

表1 控制器功能表

根據(jù)邏輯功能分析，在此可采用4位。

圖1 系統(tǒng)狀態(tài)圖

二進制計數(shù)器74163來定時控制器的時序;選用雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74153及D觸發(fā)器構成控制系統(tǒng)，來控制定時器與譯碼電路。為了電路簡潔美觀，在此利用TINA的“新建宏向?qū)?rdquo;工具，將上述兩子電路打包成宏功能模塊，分別命名為DSQ(定時器)和Control(控制器)，結合輸出端用門電路構成的譯碼電路，即可實現(xiàn)表1要求的交通燈控制器。電路如圖2所示。

圖2 交通燈控制系統(tǒng)

TINA支持文本、波形、圖片等直接粘貼在工作區(qū)，對電路進行輔助說明和美化，如圖2所示場景電路。在此調(diào)用了TINA的交通燈顯示模塊，輔以十字路口的背景圖片，設計的交通燈控制系統(tǒng)場景形象逼真。啟動”Digital”仿真功能，控制系統(tǒng)將按設計要求實現(xiàn)十字路口交通燈的控制功能。

值得補充的是，TINA還支持元器件3D視圖地展示，適當場景下可將電路元器件、電路連線、實驗波形等非常逼真地呈現(xiàn)在設計人員面前，這在教育培訓環(huán)節(jié)有著十分重大的作用，而其他軟件在這一方面的功能與之相比則顯得薄弱了很多。

接下來分析TINA對VHDL編程的支持。由于可編程邏輯器件的廣泛應用，用描述語言設計系統(tǒng)的方法已經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的主要設計方法。TINA不僅支持VHDL語言編程，還很好的支持了VHDL功能模塊與具體數(shù)模電路綜合在一起進行仿真。

圖3即用VHDL編程實現(xiàn)的數(shù)字信號發(fā)生器模塊“Digital Wave”在正弦信號發(fā)生器設計之中的應用。將這個VHDL功能模塊與由8位CMOS數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片MV95308構成的DA轉(zhuǎn)換電路，及由視頻運放TL081構成的末級濾波電路連接在一起，即可實現(xiàn)正弦波信號發(fā)生器。

圖3 VHDL模塊設計的正弦信號發(fā)生電路

運行Transient Analysis命令，設置好相關參數(shù)后確認，即可得到如圖4所示的波形。其中CLK為系統(tǒng)時鐘，OUT1為DA轉(zhuǎn)換后的輸出，VP1為末級輸出?？梢娫撓到y(tǒng)實現(xiàn)了正弦波信號的產(chǎn)生。

圖4 電路中各測量點信號波形

選中Digital wave模塊后，在右鍵菜單中執(zhí)行“Enter Macro”命令，即可進入如圖5所示的VHDL程序編輯窗口，在該窗口可以輸入或修改程序，若程序有語法錯誤，在運行時會在窗口下方提示相關錯誤信息。

圖5 VHDL編輯窗口

3、結語

結合上述兩個TINA的基本應用實例可以發(fā)現(xiàn)，在數(shù)字系統(tǒng)的分析設計過程中，設計研發(fā)人員若能合理熟練地運用TINA軟件，在規(guī)范設計流程、提高工作效率、縮短開發(fā)周期、節(jié)約設計成本等方面將會得到很大的幫助。更為突出的是TINA在教育培訓環(huán)節(jié)體現(xiàn)出來優(yōu)勢，節(jié)約硬件資源投入，減少實驗損耗，提高教學質(zhì)量等優(yōu)點讓TINA在教育行業(yè)越來越受到人們的重視。