数字电路综合设计(行业相关)
数字电路综合设计
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流水灯实验原理
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流水灯是一种效果灯光，它通过按固定的规律将 LED点亮或熄灭
上图给出了一种简单的流水灯状态变化示意图， 用逻辑电路控制8个LED灯，始终保持7亮1暗，在 脉冲信号CP的推动下循环流动；
将灯亮用1表示，灯灭用0表示；
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使用八进制计数器产生74LS138地址端所需的8个 地址信号，将计数输出Q0、Q1、Q2分别接入 74LS138的A0、A1、A2，为计数器提供低频连续 脉冲CP，即可在74LS138的8个输出端获得流水灯 的连续状态输出
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2. 硬件描述语言(HDL)
HDL
VHDL Verilog HDL ABEL AHDL SystemVerilog SystemC
英文全名是VHSIC (Very High
Speed Integrated Circuit) Hardware Description Language
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3. 软件开发工具
Altera公司:MAX+PLUSII和QuartusII Xilinx公司：Foundation和ISE Lattice公司：ispEXPERT
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4. 实验开发系统
实验开发系统提供芯片下载电路及EDA实验/开发的 外围资源，以供硬件验证用。一般包括：
① 实验或开发所需的各类基本信号发生模块，包括 时钟、脉冲、高低电平等；
开始菜单\运行中输入命令：cmd，打开dos命令窗；
在命令窗中输入： ipconfig/all，即列出本机物理地址 physiccal address；
用记事本打开本机D:\Altera目录下的License.Dat文件， 将其中的Host ID替换为本机的物理地址即完成破解。 （替换时需注意不能插入空格并去掉符号“-” ）
数字集成电路-电路系统与设计
数字集成电路-电路系统与设计数字电路设计的抽象层次：器件->电路->门->模块->系统时钟偏差对全局信号都可能产⽣影响，是⾼性能⼤系统的设计关键。
集成电路的成本：固定成本+可变成本；固定成本可理解为研发成本，⾮重复的成本；可变成本可理解为⽣产制造（芯⽚成本和封测成本）过程中产⽣的成本，与良率也有关，控制芯⽚⾯积能够有效且直接的控制芯⽚成本。
⼀个门电路要想具有再⽣性，其VTC(电压传输特性)应当具有⼀个增益⼤于1的过渡区，以及增益⼩于1的合法区域，如下图：封装可按照封装材料，互连层数量，散热⽅式进⾏分类：封装材料：陶瓷封装、塑封（⾼分⼦聚合物）NMOS与PMOS，以增强型为例，NMOS VGS>Vth时导通，PMOS |VGS|>|Vth|时导通，且VGS<0。
CMOS反相器电压传输特性（VTC）推导：上式为CMOS上下管需要遵守的规则。
结合上式得到，下图为CMOS中上官PMOS部分不同栅极输⼊电压下，下管NMOS电流与输出电压的关系为了使NMOS和PMOS的传输特性能够符合上式DC成⽴，需要根据⼆者的V-I曲线找到交叉点，使其满⾜DC平衡找到上图中的DC平衡交叉点，并提取绘制得到CMOS的电压传输特性如下图，可以看出CMOS的电压传输特性具有再⽣性其中res表⽰呈电阻特性PMOS和NMOS的电流⽅向问题：源極的源是指載流⼦的起點；漏極的漏是指載流⼦的終點。
載流⼦從源極出發，穿過溝道，到達漏極，從外部看，載流⼦最終從漏極漏出去了。
顯然，NMOS和PMOS的載流⼦是不同的，因此導致了令⼈困惑的電流⽅向問題。
盯住載流⼦即可，別被電流⽅向迷惑。
可以簡單地認為，柵極和襯底間的電壓超過閾值後，漏極和源極就接通了，⽽電流⼤⼩則是由柵漏源三極間的電壓決定。
因為MOS是對稱結構，所以源極和漏極無區別且可互換。
關於D和S，也就是漏和源，其實是從⼯藝⾓度觀察的結果。
在MOS中，有兩種載流⼦，⼀種是電⼦，另⼀種是空⽳，標記為N和P。
电子行业电子技术数字部分
电子行业电子技术数字部分1. 引言电子行业是一个充满创新和快速发展的行业，而电子技术作为电子行业的核心技术之一，起到了至关重要的作用。
电子技术的数字部分尤为重要，它涵盖了数字电路设计、数字信号处理、数字通信等方面的内容。
本文将介绍电子行业电子技术数字部分的主要内容，并讨论其在电子行业中的应用和未来发展方向。
2. 数字电路设计数字电路设计是电子技术数字部分的重要组成部分。
它涉及到数字电路的设计、实现和测试等方面的内容。
数字电路由逻辑门、触发器、时钟信号等基本元件组成，通过组合和时序逻辑电路的设计，可以实现各种功能电路，如计算机的中央处理器、存储器等。
在数字电路设计中，常用的设计方法有门级设计、寄存器传输级设计和高级级设计。
门级设计是最基本的设计方法，将逻辑运算通过逻辑门的组合来实现。
寄存器传输级设计在门级设计的基础上引入了寄存器和触发器，可以实现更复杂的功能。
高级级设计则使用高级语言（如Verilog、VHDL）描述电路的功能和行为，通过软件工具自动生成电路结构。
数字电路设计在电子行业中的应用非常广泛。
它广泛应用于计算机、通信设备、消费电子产品等领域。
例如，在计算机中，中央处理器是一个由大量的数字电路组成的芯片，它负责处理计算机的指令和数据。
在通信设备中，数字信号处理器是一个关键的组件，它可以对信号进行数字处理和编解码，实现高效的通信。
3. 数字信号处理数字信号处理是电子技术数字部分的另一个重要领域。
它涉及到对信号进行采样、量化、编码、数字滤波、频谱分析等一系列处理方法。
数字信号处理可以处理各种类型的信号，如语音、图像、视频等。
在数字信号处理中，常用的技术有离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）、滤波器设计等。
DFT可以将时域信号转换为频域信号，通过频谱分析可以获得信号的频率和能量分布。
FFT是一种高效的计算DFT的算法，广泛应用于音频处理、图像处理等领域。
滤波器设计可以对信号进行滤波，抑制噪声和干扰，提高信号质量。
数字电路设计中的逻辑综合与优化方法
数字电路设计中的逻辑综合与优化方法在数字电路设计中，逻辑综合与优化是非常重要的一个步骤，它能够帮助设计者将设计的逻辑功能转化为实际的电路结构，并优化设计以达到更好的性能和效率。
在数字电路设计中，逻辑综合与优化方法有许多种，下面将介绍其中一些常用的方法。
首先，逻辑综合是将设计电路的逻辑功能转化为逻辑门的过程。
在逻辑综合中，设计电路会通过综合工具自动将设计描述转化为与实际器件相对应的逻辑元件，如与门、或门等。
逻辑综合能够帮助设计者更好地理解设计电路的功能，并为后续的优化提供基础。
在逻辑综合的过程中，设计者可以通过改变逻辑元件的布局和连接方式来优化设计，使其具有更好的性能和效率。
其次，优化方法是为了使设计电路达到最佳性能和效率而进行的一系列操作。
在数字电路设计中，经常会使用逻辑综合工具来进行逻辑优化。
逻辑优化的目标是减少电路的延迟、面积和功耗，以及提高电路的速度和稳定性。
在优化的过程中，设计者需要对设计电路进行分析，找出其中的潜在问题并进行优化。
常用的优化方法包括逻辑重构、管脚分配、时序优化等。
此外，还有一些特定的逻辑综合与优化方法，如技术映射、布线与时序分析等。
技术映射是根据目标器件的特性和约束条件选择逻辑元件的过程，通过技术映射能够使设计电路更好地适应目标器件的特性。
布线是根据电路的结构和约束条件进行连线布局的过程，布线的合理性直接影响电路的性能和稳定性。
时序分析是用来分析和优化电路的时序性能，通过时序分析可以发现和解决电路中的时序问题。
总的来说，逻辑综合与优化是数字电路设计中非常重要的一个环节，它能够帮助设计者将设计的逻辑功能转化为实际的电路结构，并优化设计以达到更好的性能和效率。
在数字电路设计中，逻辑综合与优化方法有许多种，设计者可以根据实际情况选择合适的方法来进行设计优化。
通过逻辑综合与优化，设计者可以设计出更加高效和性能优秀的数字电路。
电子行业电子课程设计题目
电子行业电子课程设计题目简介电子行业是一个日益发展壮大的行业，在当今世界中起着至关重要的作用。
作为电子工程师，掌握电子课程设计的基本原理和技能是非常重要的。
本文将提供一些电子行业相关的电子课程设计题目，帮助学习者深入了解电子行业并提升自己的设计能力。
题目一：数字逻辑电路设计设计一个四位二进制计数器。
该计数器应具有以下功能： - 通过按下计数器的复位按钮将计数器重置为0。
- 通过按下计数器的计数按钮，计数器应逐次计数，从0到15。
- 通过在计数器上设置一个时钟输入，计数器应根据时钟的脉冲信号递增。
设计要求： 1. 使用适当的数字逻辑门和触发器来实现计数器功能。
2. 绘制电路图和真值表来说明电路的工作原理。
3. 使用VHDL或Verilog编写计数器的描述文件，并验证其功能。
4. 给出测试用例并验证计数器的正确性。
题目二：模数转换器设计设计一个4位模数转换器，将输入的模拟信号转换为相应的4位数字信号。
设计要求： 1. 实现一个模拟信号输入模块，以提供需要转换的模拟信号。
2. 设计一个模数转换模块，将模拟信号转换为4位数字信号。
3. 使用合适的模数转换算法，如R-2R网络。
4. 设计一个模数转换器控制模块，以控制转换的开始和停止。
5. 编写VHDL或Verilog描述以实现模数转换器。
6. 给出测试用例，并验证模数转换器的转换精度和准确性。
题目三：数字电路设计设计一个3位全加器电路。
全加器电路应包括以下组件： - 三个输入端（A、B和C_in），分别用于输入两个二进制数字和上一个相加的进位。
- 两个输出端（Sum和C_out），分别用于输出两个二进制数字的和和进位。
设计要求： 1. 使用适当的门电路和触发器来实现全加器电路。
2. 绘制电路图和真值表来说明电路的工作原理。
3. 使用VHDL或Verilog编写全加器电路的描述文件，并验证其功能。
4. 给出测试用例并验证全加器电路的正确性。
EDA行业深度研究报告：行业快速发展,国产替代前景可期精选版
（：西南）1 EDA——集成电路设计的基石EDA简介EDA技术（Electronic Design Automation）：即电子设计自动化，是由计算机辅助测试发展而来、以CAD (计算机辅助设计) 为建构基础逐渐完善的一种计算机辅助设计系统。
设计者以大型可编辑逻辑器件为主要设计载体，在EDA 软件平台上，通过硬件描述语言VHDL进行设计，融合了各种计算机技术、电子技术、信息技术和智能技术，实现了电子产品自动化设计。
EDA的起源：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，因为实际的晶体管数量并不多，电路线也很简单，并不容易出现错误。
但是当线路的数量达到上百或者上千以后，电路图复杂程度加深，这时的人工效率将变得很低，错误率增加也导致成本急剧增加，因而更加高效低成本的EDA 技术开始在集成电路的设计中被大规模的应用。
EDA的定位：从定位上来说，EDA的核心功能就是为集成电路的设计、生产提供自动化辅助设计能力。
实现电子设计自动化，需要融合图形学、计算数学、微电子学、拓扑逻辑学、材料学、人工智能等众多前沿技术，有极高的行业门槛。
发展至今， EDA已是集成电路产业链最上游、最高端和最核心的产业。
EDA的地位：与庞大的芯片设计、制造、应用行业相比，EDA市场规模并不大。
2020年全球EDA市场规模仅为115亿美元，但却支撑着4404 亿美元规模的半导体行业，数十万亿美元规模的数字经济。
EDA技术的特点集设计、仿真和测试于一体现代的EDA软件平台集设计、仿真、测试于一体，配备了系统设计自动化的全部工具：配置了多种能兼用和混合使用的逻辑描述输入工具；配置了高性能的逻辑综合、优化和仿真测试工具。
电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出ic版图或pcb版图的整个过程在计算机上自动处理完成。
较以往的设计方法，大大提高了设计效率，降低了设计者的工作负担。
数字电路后端设计逻辑综合
set target_library my_tech.db 链接库（link_library）： 是将设计连接到对应的库上，一般包含目标库、宏单元、IP核等。例如：
set_wire_load_mode enclosed
set_driving_cell和set_drive用于设置模块输入端口的驱动能力。set_drive命令用于指定输入端口的 驱动强度，它主要用于模块或芯片端口外驱动电阻。set_driving_cell用于对输入端口的驱动电阻进行 建模，这一命令将驱动单元的名称作为其参数并将驱动单元的所有设计规则约束应用于模块的输入端口 。
综合过程中时序与面积的关系 从下图中可以看出面积与延迟的折衷关系，综合工具以约束为指导，在满足时序的情况下获得最小面积。
如果不施加约束，综合工具会产生非优化的网表，而这是不能满足要求的网表。所以约束对于综合来说是 必不可少的。
综合的基本流程 1.准备RTL代码：RTL代码经过前端仿真后才能用于综合。 2.定义库：设定好所需要用到的综合库等多种库。 3.读入设计：综合工具读入RTL代码并进行分析。 4.定义设计环境：设定设计的工作环境、端口的驱动和负载，线负载模型等。 5.设置设计约束：这是综合的一个极其重要的环节，设定好正确的约束才能得到正确的综合结果。约束 要适当，不能过紧或过松。主要是定义时钟和I/O的约束。 6.设置综合策略：有top-down和bottom-up两种策略，各有所长，对于不同的设计要具体分析。 7.优化设计：综合工具可以根据约束对电路进行优化，也可以人为地加入命令，改变优化方法。 8.分析和解决设计的问题：在设计综合（compile）后，根据报告来分析设计中出现的问题，进而修订 所出现的问题。 9.保存设计数据：综合完成后，保存各种数据，以供后续的布局布线使用（需先通过验证）。
电子行业电子工程师的职责和电路设计技术
电子行业电子工程师的职责和电路设计技术职责和技术—电子行业电子工程师的角色与电路设计技术电子工程师在电子行业中扮演着重要的角色，他们负责电路设计、测试、调试和维护等工作。
本文将详细探讨电子工程师的职责及电子工程师所需的电路设计技术。
1. 职责概述电子工程师主要从事电子产品的设计、开发、生产和运维等方面的工作。
他们需要具备广泛的技术知识和核心能力，包括电路设计、电子元器件选择、测试和故障排除等。
以下是电子工程师的主要职责：1.1 电路设计与开发电子工程师需要根据产品需求，设计电路板和系统电路。
他们应熟悉各种电子元器件的特性，以及各种传感器和通信设备等的应用。
他们需要能够运用工程软件，如EDA（电子设计自动化）软件和模拟仿真软件，进行电路设计和性能优化。
1.2 电子元器件选择与采购电子工程师需要根据项目需求，选择合适的电子元器件和材料，并与供应商进行供货协商和采购。
他们需要全面了解市场上各种电子元器件的特性和性能，并根据成本、可靠性和性能等因素进行选择。
同时，电子工程师还需要关注电子元器件的最新技术发展和市场趋势，以保持竞争力。
1.3 测试与调试电子工程师需要负责电路板和系统电路的测试与调试工作。
他们需要运用各种测试设备和工具，如示波器和多用途测试仪等，对电路进行性能测试和故障排查。
他们还需熟悉测试流程和标准，并制定并执行测试计划，确保产品质量和性能达到规定标准。
1.4 故障排除与维护当电子产品出现故障时，电子工程师需要进行故障诊断和排除。
他们需要通过分析电路图、使用测试工具和调试技术等手段，定位和解决故障。
此外，他们还需要进行预防性维护和定期检查，确保电子产品的稳定运行。
2. 电路设计技术除了熟悉电子工程师的职责，电子工程师还需要掌握一系列电路设计技术。
以下是电子工程师常用的电路设计技术：2.1 模拟电路设计模拟电路设计是电子工程师必备的核心技能之一，它涉及电子元器件的原理、电路的搭建和分析等方面。
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电子实验中心
正式稿件
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课程要求
本课程分四次实验进行，每次4学时。实验一人一组，四 次实验安排如下：
第一次：EDA相关理论知识讲解；介绍QUARTUS II 软 件的使用方法，完成流水灯的设计，仿真和下载实现；
第二次：介绍课程设计课题要求及相关的理论知识，自行 进行相关模块的设计及仿真；
EDA 技术是在电子CAD技术基础上发展起
来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，
融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及
智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设
计。主要能辅助进行三方面的设计工作：IC设计，
电子电路设计以及PCB设计。
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利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点：
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3. 目标器件的布线/适配
所谓逻辑适配，就是将由综合器产生的 网表文件针对某一具体的目标器进行逻辑映射 操作，其中包括底层器件配置、逻辑分割、逻 辑优化、布线与操作等，配置于指定的目标器 件中，产生最终的下载文件。
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4. 目标器件的编程/下载
如果编译、综合、布线/适配和行为仿真、 功能仿真、时序仿真等过程都没有发现问题， 即满足原设计的要求，则可以将由布线/适配 器产生的配置/下载文件通过编程器或下载电 缆载入目标芯片FPGA或CPLD中。
英文全名是VHSIC (Very High
Speed Integrated Circuit) Hardware Description Language
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3. 软件开发工具
Altera公司:MAX+PLUSII和QuartusII Xilinx公司：Foundation和ISE Lattice公司：ispEXPERT
熔丝图、SRAM文件、 VHDL/Verilog网表
测试电路 硬件测试
编程器/下载电缆
功能仿真 门级
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编程、下载
时序仿真 仿真器
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1、 设计输入
➢图形输入
原理图输入 状态图输入 波形图输入
➢硬件描述语言文本输入
正式稿件
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2. 逻辑综合 所谓逻辑综合，就是将电路的高级语
言描述(如HDL、原理图或状态图形的描述) 转换成低级的，可与FPGA/CPLD或构成ASIC 的门阵列基本结构相映射的网表文件。
正式稿件
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4. 实验开发系统
实验开发系统提供芯片下载电路及EDA实验/开发的 外围资源，以供硬件验证用。一般包括：
① 实验或开发所需的各类基本信号发生模块，包括 时钟、脉冲、高低电平等；
② FPGA/CPLD输出信息显示模块，包括数码显示、 发光管显示、声响指示等；
③FPGA/CPLD目标芯片和编程下载电路。
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流水灯实验原理
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流水灯是一种效果灯光，它通过按固定的规律将 LED点亮或熄灭
上图给出了一种简单的流水灯状态变化示意图， 用逻辑电路控制8个LED灯，始终保持7亮1暗， 在脉冲信号CP的推动下循环流动；
将灯亮用1表示，灯灭用0表示；
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使用八进制计数器产生74LS138地址端所需的8个 地址信号，将计数输出Q0、Q1、Q2分别接入 74LS138的A0、A1、A2，为计数器提供低频连续 脉冲CP，即可在74LS138的8个输出端获得流水灯 的连续状态输出
1. 大规模可编程逻辑器件 FPGA: Field Programmable Gate Array CPLD: Complex Programmable Logic Device
SOC: System On Chip
正式稿件
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2. 硬件描述语言(HDL)
HDL
VHDL Verilog HDL ABEL AHDL SystemVerilog SystemC
第三次：继续完成整个课程设计课题的设计与实现；
第四次：课程设计课题的检查及提问答辩。课程完成后提 交课程设计总报告。
最后成绩评定：考勤+平时实验情况+课程设计报告+最后
检查及答辩。
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1、EDA介绍
1.1 电子设计自动化技术及其发展
EDA：Electronic Design Automation
开始菜单\运行中输入命令：cmd，打开dos命令窗；
在命令窗中输入： ipconfig/all，即列出本机物理地址 physiccal address；
① 用软件的方式设计硬件； ② 用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关
的开发软件自动完成的； ③ 设计过程中可用有关软件进行各种仿真； ④ 系统可现场编程，在线升级； ⑤ 整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、
可靠性高。 因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。
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1.2 EDA技术的主要内容
正式稿件
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课程设计实验板
正式稿件
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1.3 面向FPGA/CPLD的开发流程
文本编辑器 图形编辑器 生成VHDL源程序
VHDL源程序
行为仿真
VHDL 仿真器
功能仿真
时序仿真
VHDL综合器 逻辑综合、优化
网表文件 (EDIF,XNF,VHDL¡)
FPGA/CPLD 布线/适配器 自动优化、布局、布线/适配
Байду номын сангаас正式稿件
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5. 设计过程中的有关仿真
行为仿真：将VHDL设计源程序直接送到VHDL仿真器中 所进行的仿真。该仿真只是根据VHDL的语义进行的， 与具体电路没有关系。 功能仿真：将综合后的VHDL网表文件再送到VHDL仿真 器中所进行的仿真。 时序仿真：将布线器/适配器所产生的VHDL网表文件送 到VHDL仿真器中所进行的仿真。
正式稿件
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6. 硬件测试
所谓硬件测试，就是FPGA或CPLD直接用于应 用系统的设计中，将下载文件下载到FPGA后，对 系统的设计进行的功能检测的过程。
硬件测试的目的，是为了在真实的环境中检 验VHDL设计的运行情况。
正式稿件
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2、 QuartusII的使用方法（以8 位流水灯的设计，仿真与实现为例）
Q0 A0
CP
8进制 Q1 A1 3-8线
计数器 Q2 A2 译码器
八进制计数器可以通过将3个JK或D触发器
先组成T’触发器，然后再级联为异步计数器
正式稿件
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一、准备
1、使用QuartusII软件之前，请确保软件已正常破解
若启动QuartusII时看到如下注册许可界面，则说明软件 尚未注册许可，需要进行认证后才能正常使用：