数字电路仿真结果可视化研究与设计

作     者：陈泽军 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邝继顺;文吉刚

授予年度：2021年

学科分类：0401[教育学-教育学] 04[教育学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080902[工学-电路与系统] 08[工学] 040102[教育学-课程与教学论] 

主      题：可视化仿真 动画 数字电路 自动化 

摘      要：在数字电路仿真实验教学中,因波形直观性较差而造成部分学生对实验缺乏兴趣。针对此问题,设计了一种数字电路仿真可视化系统。就可视化系统而言,搭建了以文件作为数据通道的Quartus II+Model Sim+Scratch软件结构,其中Quartus II联合第三方仿真工具Model Sim完成数字电路的设计、编译和仿真工作,Scratch负责从点击操作产生Quartus II端的激励信号以及仿真结果的动画展示。该软件结构下的可视化系统可以很好地以动画形式模拟仿真中数据的变化,但由于Scratch仅提供了一种支持手动操作的文件接口,使得其只能以手动导入导出文件的方式与文件中数据进行交互,一定程度上降低了系统的仿真自动化水平。本文的主要工作如下:1.针对上述仿真自动化水平不高的问题,采用二次开发的方法实现了Scratch自动读写文件的功能。在此方法中,基于前端React框架,对Scratch的源代码scratch-gui进行修改,实现列表文件路径绑定、感应响应文件变化、判断仿真是否超时等功能并将它们集成至Scratch主界面“绿旗按钮对应方法中。实验结果表明,经过对Scratch的二次开发,繁杂的手动操作明显被屏蔽了,极大提高了本系统的仿真自动化水平,符合预期效果。2.Scratch端每一次点击操作所产生的激励数据是以覆盖的方式被存至激励文件,意味着激励文件中仅保存当前仿真的激励数据。为满足时序仿真的要求,提出一种Quartus II调用脚本的方法。在此方法中,通过编写脚本实现将每一次仿真的激励数据以追加的方式存入至激励文件,再以命令的形式将该脚本嵌入至modelsim.tcl文件中合适的位置,以保证仿真执行过程中自动保存历史激励数据。实验结果表明,每执行一次仿真,激励文件中保存的是历史激励的累计数据,符合时序仿真的要求。3.从《逻辑与计算机设计基础》课本选择多个EDA实验,分别对实验的逻辑功能以及动画设计进行实现。仿真的实验结果表明,采用Quartus II+Model Sim+Scratch软件结构的数字电路仿真可视化系统可以直观形象地以动画的形式模拟仿真中数据的变化,并且动画演示效果与实际仿真结果保持高度一致,符合预期效果。也进一步说明,本系统具有较强的可靠性及可扩展性。