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嵌入式電路設計教程范文1

【關鍵詞】基準源；Altium Designer；電路設計

隨著電子技術的飛速發展及印制電路板加工工藝的不斷提高，印制電路板的設計和制作的要求也越來越高。Altium Designer憑借其使用方便且功能強大等特點成為電子企業廣泛使用的制作印制電路板的軟件之一。本文根據基準源電路的實例通過Altium Designer軟件對設計電路板時的常見問題和技巧進行了總結。

1 基準源原理框圖

2 項目文件的建立

2.1 原理圖文件的建立

1）新建jizhunyuan.PrjPcb項目，再新建原理圖jizhunyuan.SchDoc文件，文件命名中英文皆可。

2）放置元器件。放置元器件后先修改參數，主要包括修改元件編號和封裝[1]。修改技巧如下。

技巧一：相同元件可以先全部放完，再批量修改參數?？旖菖啃薷膶傩钥赏ㄟ^“Find Similar Objects…”進行修改。

技巧二：相同元件可以自動編號，編號順序可以從上到下，也可以從左到右等，可以按照自己的習慣進行任意順序的編號。

3）繪置庫元件[2-3]。當默認的元件庫中不包括所需繪制的元件時，可分以下三種情況進行繪制。

情況一：根據實物的外形和管腳的分配進行繪制。

情況二：在元件庫中找相似的元件符號進行編輯。

情況三：直接替代。直接替代的話注意編輯封裝時，封裝的引腳順序必須和實物完全一致，否則實際焊接時會出現錯誤。例如元件庫中沒有MAX232芯片，只有排針Header 8×2，可以用該排針直接進行替代，但是封裝須編輯為MAX232芯片的實際封裝。

在繪制庫元件時還有些注意事項。

事項一：在繪制庫文件時，要在十字架的中心處繪制元件的圖形邊框和放置管腳，否則將無法準確地在原理圖中對繪制好的庫元件進行移動。

事項二：在放置元件引腳時，帶電氣特征的引腳一端向外（將視圖放大后，引腳兩端中有四個白點的一端具有電氣特性，方向必須朝外），否則當元件調入原理圖中時會連不上線。

事項三：元件管腳的注釋（“Display Name”）最好與實際管腳的功能一致或接近，以增強原理圖的可讀性。

事項四：如果庫中元件有相似的元件，只需對元件的引腳進行編輯，可先放置庫中已有的元件后，雙擊元件將“Lock Pins”選項的勾去掉以解鎖引腳，編輯完后再對引腳“Lock Pins”選項進行勾選，這樣能更加快捷地繪制出元件符號。

4）布局連線

布局需按照電路的功能進行合理的分區，如電源區、模擬電路區、數字電路區等，這樣便于檢查連線是否正確。各個分區間通過網絡標號進行連接，以便于繪制、檢查、修改，同時也增強了原理圖的可讀性和美觀性。本文設計的基準源原理圖如圖2所示。

2.2 PCB文件的建立

1）在項目文件jizhunyuan.PriPcb中新建PCB文檔。

2）在原理圖編輯器下，檢查每個元件的封裝是否正確。有兩個方面需要特別注意。

方面一：封裝的尺寸必須和實物的尺寸完全一致，否則實際焊接時會出現焊接不上的現象。

方面二：元件封裝的引腳序號必須與元件在原理圖中的引腳序號一樣，否則就會出現加載網絡表后在PCB板中元件沒有連接的現象。例如電阻在原理圖中元件的引腳序號為1和2，而在其對應的封裝中引腳序號為A和K，則必須將引腳序號更改為一致（如都為1和2）。

3）制作封裝庫[4]。默認封裝庫中沒有所需的封裝時，可根據以下兩種情況進行制作。

情況一：精確測量實物實際尺寸進行封裝的繪制。

情況二：精確測量實物實際尺寸在已有的封裝庫中對相似的封裝進行編輯。

同時，制作封裝時放置的焊盤其中心孔要比器件引線直徑稍微大些，這樣方便焊接。當然，焊盤也不宜太大，太大易形成虛焊。

4）將原理圖jizhunyuan.SchDoc導入到PCB板中。

5）元器件布局

布局時要將電路板合理分區，通常分為電源區、模擬電路區、數字電路區、功率驅動區、用戶接口區等，這樣能夠減小導線的長度，也能降低布線的復雜度。各個區按各自的電氣特性放置元件，不可交叉放置元件，否則會出現導線的相互交叉，不容易實現良好的布線。

6）布線規則參數設置[5]。布線規則參數設置主要包括設置安全距離，線寬，布線層等。參數的設置有以下技巧。

技巧一：地線應盡量寬，且最好大面積敷銅，這能在很大程度上改善接地點問題。

技巧二：根據印制線路板中電流的大小來設計電源線的寬度。盡量加粗電源線寬度，以減少環路電阻。

技巧三：通常情況下，信號線寬度設為10mil-15mil（常取12mil），電源和地線寬度設為30mil-50mil（常取40mil）。

7）布線。布線具有若干規則。

規則一：石英晶體振蕩器下要大面積覆銅，不應穿過其它信號線，這樣才可以使石英晶體振蕩器產生穩定的振蕩。

規則二：電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線，以減少干擾。

規則三：地線、電源線的走向和數據傳遞的方向應一致，這樣有助于抗噪聲能力的增強。

規則四：大面積銅箔應盡量避免，否則，在長時間受熱后易出現銅箔膨脹和脫落現象。必須用大面積銅箔時，最好采用柵格狀，這樣有利于銅箔與基板間粘合劑受熱產生的揮發性氣體的排出。

規則五：雙層板布線時兩面的導線宜相互交叉，以減小寄生耦合[6]。

8）DRC檢查。布線設計完成后進行DRC檢查，同時確認所制定的規則是否滿足實際生產印制板的需求。

3 結論

本設計應用Altium Designer繪圖軟件完成了基于觸摸技術的多功能基準源設計原理圖繪制，以及總結了使用該軟件設計印刷電路板過程中的注意事項，極大地提高了設計的效率。當然，正確把握設計規則，熟練運用技巧，才能快速地設計出所需的電路板。

【參考文獻】

[1]閆勝利.Altium Designer實用寶典：原理圖與PCB設計[M].北京：電子工業出版社，2007：78-80.

[2]谷樹忠，劉文洲.Altium Designer教程：原理圖、PCB設計與仿真[M].北京：電子工業出版社，2010：84-88.

[3]江思敏，胡燁.Altium Designer原理圖與PCB設計教程[M].北京：機械工業出版社，2009：57-59.

[4]韓國棟，趙月飛，婁建安.Altium Designer Winter09電路設計入門與提高[M].北京：化學工業出版社，2010：104-110.

嵌入式電路設計教程范文2

關鍵詞：FPGA；軟件開發；編碼規范；硬件描述語言

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）06-0070-02

The FPGA Coding Standards in the Process of Software Development

LUO Chuan-hui1，2，3

（1.No. 38 Research Institute， China Electronic Technology Group Corporation， Hefei 230088， China；2.Key Laboratory of Aperture Array and Space Application， Hefei 230088， China；3.Key Laboratory of Intelligent Information Processing， Hefei 230088， China）

Abstract：Hardware description language to make the FPGA （field programmable gate array） chip development with characteristics software， coding standards is software quality assurance， can effectively improve the efficiency of software development. From naming， typesetting format， statement integrity， annotation， the structure of the code， code optimization are introduced several aspects， such as the FPGA software coding standard content， improve the work efficiency， improve the testability， improve the reusability， lower maintenance cost Angle the FPGA software coding standard role in the development process are summarized.

Key words： FPGA； software development； coding standards； hardware description language

1 背景

FPGA （現場可編程門陣列）芯片的出現，大大壓縮了電子產品研發的周期和成本，它所具有的高密度、低功耗、高速、高可靠性等優點，使其在航空、航天、通信、工業控制等方面得到了廣泛的應用。隨著芯片規模加大，承擔任務的加重，開發周期縮短，如何高效、高質量開展設計，成為FPGA芯片開發工作的重點。FPGA芯片的多樣化要求代碼具有超強的可移植能力。

硬件描述語言是當前FPGA芯片開發過程中使用的最主要輸入方式，通過行為描述實現邏輯電路和系統的設計，使FPGA芯片開發具有了軟件設計的特征。為了實現FPGA設計需求，軟件開發單位需要制定相應的編碼規范，對程序員的編程行為進行約束，包括命名規則、排版格式、注釋、代碼結構、代碼優化等編碼過程中需要注意的編程細節。

FPGA編碼規范是行業中約定俗成的，是長期經驗的總結和集體智慧的結晶，能夠指導設計工程師正確編寫代碼，提高代碼的整潔度，便于跟蹤、分析、調試，便于整理文檔，便于交流合作。從而達到提高設計效率、優化電路、降低設計成本的效果。

2 編碼規范內容

FPGA軟件編碼規范是軟件開發單位制定的關于硬件描述語言編碼方面約定，主要包括命名規則、排版格式、語句的完整性、注釋的明確性、嵌套層次限制等方面需要注意的編程事項，以對設計人員的編程行為進行約束。

2.1 命名規則

能夠有助于閱讀者快速理解編碼，便于交流合作。命名規則規定在命名實體名、結構體、端口、信號、變量等名稱時，必須采用具有確定意義并且相互之間存在一定的邏輯關系標識，以及標識字符的大小寫要求。例如，端口、信號或變量標識通常包含諸如出處、有效狀態等基本含義。

2.2 排版格式

能夠提高代碼的整潔度和可讀性，在一定程度上減少缺陷被引入的機會，降低維護成本。排版格式規定代碼統一縮進格式，每行代碼的長度，端口、信號、變量、常量排列順序、表達式的書寫等方面的要求。例如，端口按輸入、輸出分類有序排列。

2.3 語句完整性規則

能夠解決一致性問題，降低RTL代碼中引入的錯誤。語句完整性規定編碼過程中語句、狀態的完整性，時序電路的敏感量完整性，以及信號、變量的初始化、復位等要求。例如，條件語句IF中的ELSE、選擇語句CASE中的OTHERS不能被忽略。

2.4 注釋規則

解決代碼的可讀性和可維護性。注釋規則約定編碼過程中注釋的內容和排版位置，要求一個完整的軟件程序應有明確的注釋，主要包括：序言性注釋、端口注釋、功能性注釋、軟件模塊注釋等。例如，代碼序言應包括代碼的功能、代碼適用范圍、代碼的作者、代碼版本信息等等。

2.5 代碼結構規則

解決代碼可讀性、可重用性、可維護性問題。代碼結構規則對代碼結構、模塊劃分、模塊層次、參數化設計、條件語句多級嵌套的策略等提出要求。例如，所有產生時序控制的邏輯放在同一個模塊中。

2.6 代碼優化規則

解決代碼執行效率、可靠性問題。代碼優化規則對復位信號、時鐘信號的處理，輸出信號處理、模塊調用、狀態機編碼以及懸空管腳、跨時鐘域、數據類型、邊界條件等方面的約定。例如，每個模塊盡量用一個時鐘，禁止用門控時鐘。

3 編碼規范的作用

3.1 提高工作效率

超大規模FPGA芯片特別是SOC類的FPGA芯片出現，使得FPGA芯片能夠用在大型電子系統中。多功能FPGA芯片軟件設計任務需要由多人共同承擔，軟件開發由單打獨斗的個人行為變成團隊活動。編碼規范能夠使所有團隊成員遵守共同統一的全局決策，以清晰并且一致的風格進行編碼，成員之間可以輕松地閱讀對方的代碼，易于相互理解及交流，多人設計能夠無縫對接。

3.2 提高測試性

為了減少FPGA軟件缺陷，提高設計質量，在軟件開發的各個階段開展相應的測試，FPGA軟件測試分為基于EDA工具和基于人工檢查兩種方式，基于 EDA工具檢查的方式需要先對RTL代碼進行編譯，按照一定的規則轉換成能被工具識別的邏輯電路，再用已有的度量模型定量地評價軟件的內在質量。編碼規范能使輸入的RTL代碼被EDA工具正確識別，保證自動檢查能夠順利進行?；谌斯z查方式，是由測試人員通過人工閱讀代碼的形式檢查軟件代碼，找出代碼其中存在的故障和違反開發標準之處以及其他一些問題。編碼規范讓代碼審查有據可查，大大提高了審查效率和效果。

3.3 提高重用性

在FPGA軟件開發過程中，代碼或IP核重用是很常見的現象。代碼風格的一致性，能使開發人員更迅速、更容易理解其他人的代碼；代碼結構規則使代碼具有良好的擴展性和重用性，能夠快速、便捷移植；優化規則總結了EDA工具對RTL代碼要求，能夠保證RTL代碼在任何EDA工具下仿真、編譯和綜合的正確性和一致性，消除代碼集成時邏輯綜合產生的風險，順利實現在不同廠家以及不同系列芯片之間移植。

3.4 提高可靠性

由于FPGA芯片能夠兼顧性能、成本以及靈活性等諸多方面，很多航空、航天設備開始使用這種芯片，其性能將直接影響整個系統的可靠性。完整性規則、優化規則能夠有效減少RTL代碼引入的不確定因素，降低電源、環境溫度變化對可靠性影響，減少功能仿真與門級電路之間存在偏差。

3.5 降低維護成本

FPGA軟件開發過程中的代碼質量直接影響著維護的成本。維護工作不僅僅是讀懂原有代碼，而是需要在原有代碼基礎上做出修改。在沒有規范的情況下，設計人員、維護人員各自按自己的習慣命名和編碼，后續代碼維護人員很難讀懂和維護。因此，統一的風格有利于長期的維護。代碼結構規則對功能分類及代碼耦合性做出的約束，降低了代碼修改以及擴展的難度和工作量。

4 結束語

一部完善的FPGA軟件編碼規范能夠將編碼從個人行為變成組織行為，最大限度的實現經驗共享，避免同樣錯誤重復出現，提高團隊開發的合作效率。能夠有效地增加代碼的可讀性，降低維護成本，提升代碼的運行效率，增強代碼的可重用性和可靠性，從而實現邏輯功能正確，綜合結果最優的編碼目標。

參考文獻：

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[5] 李大勇. 淺談軟件開發中代碼規范的問題[J]. 電子技術與軟件工程， 2015（15）： 50-50.

[6] 劉宇翔. 軟件項目管理的流程設計分析[J]. 科技資訊， 2010（36）： 33-33.