第7章-VHDL设计深入剖析教学文案
VHDL范例PPT课件
B4：IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)； S4：OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)； CO4：OUT STD_LOGIC)； END COMPONENT ADDER4B； SIGNAL SC：STD_LOGIC； --4位加法器的进位标志 BEGIN U1：ADDER4B --例化(安装)一个4位二进制加法器U1 PORT MAP(C4=>C8，A4=>A8(3 DOWNTO 0)，
7.3 1秒计时电路的设计 外部输入的频率为1KHz,要求产生一个1S的时钟信号
1Kz ( 1/1000 秒) 10分频 (1/100秒) 10分频 (1/10秒) 10分频 1秒
CLK(1KHz)
10 clk001 10 clk01 10
分
分
分
频
频
频
clk1s
第7章 VHDL设计应用实例
(1)10分频的VHDL语言描述
第7章 VHDL设计应用实例
BEGIN A5<='0'& A4；
--将4位加数矢量扩为5位，为进位提供空间 B5<='0'& B4；
--将4位被加数矢量扩为5位，为进位提供空间 S5<=A5+B5+C4 ； S4<=S5(3 DOWNTO 0)；
CO4<=S5(4)； END ARCHITECTURE ART；
END ENTITY ADDER8B； ARCHITECTURE ART OF ADDER8B IS COMPONENT ADDER4B IS
--对要调用的元件ADDER4B的界面端口进行定义 PORT(C4：IN STD_LOGIC；
VHDL语言及其应用课程设计
VHDL语言及其应用课程设计一、前言VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种用于描述数字系统、芯片、电路板和系统级应用的硬件描述语言。
作为一种硬件描述语言，VHDL使用定义来描述设计，供计算机程序执行和仿真。
VHDL被认为是数字电子工程领域中最强大、最灵活的硬件描述语言之一。
在本次课程设计中，我们将通过VHDL语言来设计一个数字系统，从而理解和熟悉VHDL语言的应用以及数字系统的设计方法。
二、开发环境在我们进行VHDL语言开发之前，需要准备以下开发环境：•Vivado：Vivado是一款由Xilinx公司开发的集成开发环境（IDE），可用于设计数字系统的FPGA、ASIC和Soc（System on Chip）。
•VHDL仿真器：VHDL仿真器用于测试和仿真我们设计的数字系统，常用的VHDL仿真器有ModelSim等。
三、课程设计在本次课程设计中，我们将设计一个简单的数字系统，该系统可以对两个8位数字进行求和运算，并输出计算结果。
具体的设计过程如下：1.设计输入首先，我们需要定义输入信号的格式。
在本次设计中，我们需要两个8位的输入信号，因此输入信号的格式如下：entity Input_Output isport(A_In, B_In :in std_logic_vector(7downto0);Sum :out std_logic_vector(7downto0));end Input_Output;在上述代码中，我们使用标准逻辑向量来定义输入信号的格式，其中A_In和B_In是两个8位输入信号，Sum是输出结果。
2.计算过程接下来，我们需要进行计算过程的设计。
在本次设计中，我们将对输入信号进行加法运算，因此我们需要定义一个计算模块来实现这一功能。
由于VHDL是一种面向过程的语言，因此我们需要使用过程来实现计算过程：architecture Behavioral of Input_Output issignal sum_temp :unsigned(7downto0);beginadd_proc:process(A_In,B_In)beginsum_temp <=unsigned(A_In) +unsigned(B_In);end process add_proc;Sum <=std_logic_vector(sum_temp);end Behavioral;在上述代码中，我们首先定义一个sum_temp信号来存储计算结果，接下来使用一个过程来实现加法运算。
vhdl课程设计模板
vhdl课程设计模板一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）的基本语法、编程技巧和设计方法，培养学生进行数字电路设计的实践能力。
具体目标如下：1.知识目标：–理解VHDL的基本概念、语法和规则；–掌握VHDL编程技巧，包括信号声明、实体描述、架构声明、端口映射、过程声明等；–了解数字电路的设计方法和流程，包括逻辑分析、模块划分、代码编写、仿真测试等。
2.技能目标：–能够使用VHDL编写简单的数字电路模块，如加法器、乘法器、计数器等；–能够进行数字电路的仿真测试，分析电路的功能和性能；–能够进行数字电路的硬件实现，使用FPGA或ASIC器件进行电路调试和验证。
3.情感态度价值观目标：–培养学生的创新意识和团队合作精神，鼓励学生进行自主设计和协作开发；–培养学生对电子工程领域的兴趣和热情，提高学生对数字电路设计的认识和理解。
二、教学内容根据教学目标，本课程的教学内容主要包括VHDL基本语法、编程技巧和数字电路设计方法。
教学大纲如下：1.VHDL基本语法：–信号声明和实体描述；–架构声明和端口映射；–过程声明和组合逻辑设计；–循环语句和条件语句；–子程序调用和参数传递。
2.VHDL编程技巧：–编写简单的数字电路模块，如加法器、乘法器、计数器等；–使用仿真工具进行电路仿真测试，分析电路的功能和性能；–使用硬件描述语言进行数字电路的硬件实现，使用FPGA或ASIC器件进行电路调试和验证。
3.数字电路设计方法：–逻辑分析和模块划分；–代码编写和模块集成；–仿真测试和硬件实现；–电路调试和性能优化。
三、教学方法为了达到教学目标，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：教师通过讲解VHDL的基本语法、编程技巧和设计方法，引导学生掌握相关知识；2.讨论法：学生分组进行讨论，分享学习心得和设计经验，促进学生之间的交流和合作；3.案例分析法：分析典型的数字电路设计案例，让学生了解实际应用中的设计方法和技巧；4.实验法：学生动手进行数字电路设计，使用仿真工具进行电路仿真测试，提高学生的实践能力。
第7章VHDL宏功能模块与IP核的应用
END;
ARCHITECTURE DACC OF SINGT IS COMPONENT data_rom --调用波形数据存储器LPM_ROM文件：data_rom.vhd声明
PORT(address : IN STD_LOGIC_VECTOR (5 DOWNTO 0);--6位地址信号 inclock : IN STD_LOGIC ;--地址锁存时钟
7.0 宏功能模块概述
宏功能模块LPM:是参数可设置模块库的英语缩写 （Library of Parameterized Modules），这些可 以以图形或硬件描述语言模块形式方便调用的宏 功能块，使得基于EDA技术的电子设计的效率和 可靠性有了很大的提高。设计者可以根据实际电 路的设计需要，选择LPM库中的适当模块，并为 其设定适当的参数，就能满足自己设计需要，从 而在自己的项目中十分方便地调用优秀的电子工 程师人员的硬件设计成果。
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY SINGT IS
PORT ( CLK : IN STD_LOGIC;
--信号源时钟
DOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0) );--8位波形数据输出
black-box申明，用于在使用EDA 综合工具时指定端口方向。 • <输出文件>_inst.tdf ： 宏功能模块包装文件中子设计的AHDL例化示例。 • <输出文件>_inst.vhd ： 宏功能模块包装文件中实体的VHDL例化示例。 • <输出文件>_inst.v ： 宏功能模块包装文件中模块的VerilogHDL例化示例。
VHDL入门教程
VHDL入门教程VHDL（Very High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language）是一种硬件描述语言，用于设计数字电路和系统。
它是由美国国防部在20世纪80年代早期开发的，并由IEEE 1076标准化。
VHDL可以用于描述电路结构、电路行为和模拟。
一、VHDL概述VHDL是一种硬件描述语言，它允许工程师以更高级的语言编写硬件描述。
它可以描述电路结构、电路行为和模拟。
VHDL可以应用于各种电子系统的设计，从简单的数字逻辑门到复杂的处理器。
二、VHDL基本结构VHDL的基本结构包括实体声明、体声明和结构化代码。
实体声明描述了电路的接口，包括输入和输出。
主体声明描述了电路的行为。
结构化代码定义了电路的结构。
三、VHDL数据类型VHDL提供了多种数据类型，包括标量类型（比如整数和实数）、数组类型和记录类型。
每种类型都有其特定的操作和范围。
四、VHDL信号VHDL中的信号用于在电路中传递信息。
信号可以在过程中赋值，并且具有各种延迟属性。
信号还可以连接到模块的输入和输出端口，以实现电路之间的通信。
五、VHDL实体和体VHDL设计包含实体和体。
实体描述了电路的接口和连接，而体描述了电路的行为。
实体和体之间使用端口来传递信息。
六、VHDL组件VHDL中的组件用于将电路模块化，以实现更高层次的设计和复用。
组件可以在实体中声明，并在体中实例化。
七、VHDL并发语句VHDL中的并发语句用于描述电路中多个同时运行的过程。
并发语句包括并行语句、过程、并行块和并行时钟。
八、VHDL测试VHDL测试包括自动测试和手动测试。
自动测试使用测试工具和仿真器来验证电路的正确性。
手动测试包括使用仿真器进行手工测试和调试。
九、VHDL实例以下是一个简单的VHDL实例，实现了一个4位二进制加法器：```vhdllibrary IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.all;entity binary_adder isporta : in std_logic_vector(3 downto 0);b : in std_logic_vector(3 downto 0);sum : out std_logic_vector(4 downto 0);carry : out std_logicend binary_adder;architecture behavior of binary_adder isbeginprocess(a, b)variable temp_sum : std_logic_vector(4 downto 0);variable temp_carry : std_logic;begintemp_sum := ("0000" & a) + ("0000" & b);temp_carry := '0' when temp_sum(4) = '0' else '1';sum <= temp_sum;carry <= temp_carry;end process;end behavior;```上述VHDL代码定义了一个名为`binary_adder`的实体，它有两个4位输入`a`和`b`，一个5位输出`sum`和一个单一位输出`carry`。
华工vhdl课程设计
华工vhdl课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握VHDL的基本知识和应用技能，能够使用VHDL进行简单的数字电路设计和仿真。
具体目标如下：1.知识目标：学生能够理解VHDL的基本概念、语法和规则，掌握数字电路的设计原理和方法。
2.技能目标：学生能够使用VHDL语言编写简单的数字电路模块，进行电路仿真和测试，并能够分析和解决设计过程中遇到的问题。
3.情感态度价值观目标：培养学生对电子工程领域的兴趣和热情，提高学生的问题解决能力和创新意识，培养学生的团队合作精神和沟通协调能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括VHDL基本语法、数字电路设计方法和仿真技术。
具体安排如下：1.VHDL基本语法：介绍VHDL的基本元素、数据类型、信号声明、实体描述、架构描述等。
2.数字电路设计方法：介绍组合逻辑电路、时序逻辑电路的设计方法和步骤。
3.仿真技术：介绍使用VHDL进行电路仿真的方法和技巧，包括波形显示、信号分析等。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：通过教师的讲解和演示，向学生传授VHDL的基本知识和设计方法。
2.讨论法：学生进行小组讨论，鼓励学生提出问题、分享经验和互相学习。
3.案例分析法：通过分析具体的数字电路设计案例，让学生理解和掌握设计方法和技巧。
4.实验法：学生动手进行电路设计和仿真实验，培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用《华工VHDL课程设计》教材，作为学生学习的基本参考资料。
2.参考书：提供相关的数字电路设计和VHDL编程的参考书籍，供学生进一步学习和深入研究。
3.多媒体资料：制作课件、教学视频等多媒体资料，帮助学生更好地理解和掌握教学内容。
4.实验设备：提供必要的实验设备和工具，如电路仿真器、示波器等，让学生进行实际操作和验证。
《VHDL电路设计》课件
VHDL在通信系统中 的应用
介绍VHDL在通信系统中的应用， 如协议解析和信道编码。
VHDL在嵌入式系统 中的应用
了解VHDL在嵌入式系统中的应 用，如控制逻辑和外设接口。
第八章：VHDL工具介绍
1 VHDL设计工具
介绍常用的VHDL设计工具，如Xilinx ISE和 Altera Quartus。
第五章：VHDL综合
1 VHDL综合的基本原理
了解VHDL综合的基本原理，以及综合对电路
介绍VHDL综合的流程和常用的综合技术，帮助优化电路设计。
3 综合后的回路分析和测试
学习如何分析和测试经过综合的电路，确保其功能和性能的正确性。
第六章：VHDL实现
VHDL实现的方法和流程
实体和体系结构
学习VHDL中的实体和体系结构的概念，理解电 路建模的核心原理。
信号和变量
了解VHDL中信号和变量的概念，以及它们在电 路设计中的不同作用。
第三章：VHDL建模
VHDL建模方法
介绍VHDL建模的不同方法，并 提供适用于不同场景的建模技 巧。
单元建模
学习如何使用VHDL进行单元级 建模，以便复用和模块化电路 设计。
《VHDL电路设计》PPT课件
# VHDL电路设计 PPT课件 ## 第一章：简介 - 什么是VHDL电路设计 - 为什么需要学习VHDL - VHDL的起源和发展历程
第二章：基础语法
VHDL的语法结构
了解VHDL的语法结构和基本元素，为电路设计 打下坚实的基础。
数据类型和常量
掌握VHDL中的数据类型和常量的使用，以及它 们在电路设计中的应用。
总结
1 VHDL电路设计的关键技术和应用
总结VHDL电路设计中的关键技术和应用，以 帮助学习者加深理解。
《VHDL实用教程》完整版【汉语版】-9第七章
杭州康芯电子有限公司第7 章VHDL 的描述风格153KONXIN KONXIN第7 章VHDL 的描述风格从前面几章的叙述可以看出VHDL 的结构体具体描述整个设计实体的逻辑功能对于所希望的电路功能行为可以在结构体中用不同的语句类型和描述方式来表达对于相同的逻辑行为可以有不同的语句表达方式在VHDL 结构体中这种不同的描述方式或者说建模方法通常可归纳为行为描述RTL 描述和结构描述其中RTL寄存器传输语言描述方式也称为数据流描述方式VHDL 可以通过这三种描述方法或称描述风格从不同的侧面描述结构体的行为方式在实际应用中为了能兼顾整个设计的功能资源性能几方面的因素通常混合使用这三种描述方式§ 7.1 行为描述如果VHDL 的结构体只描述了所希望电路的功能或者说电路行为而没有直接指明或涉及实现这些行为的硬件结构包括硬件特性连线方式逻辑行为方式则称为行为风格的描述或行为描述行为描述只表示输入与输出间转换的行为它不包含任何结构信息行为描述主要指顺序语句描述即通常是指含有进程的非结构化的逻辑描述行为描述的设计模型定义了系统的行为这种描述方式通常有一个或多个进程构成每一个进程又包含了一系列顺序语句这里所谓的硬件结构是指具体硬件电路的连接结构逻辑门的组成结构元件或其它各种功能单元的层次结构等试比较以下两例的描述风格程序7-1 是有异步复位功能的8 位二进制加法计数器的VHDL 描述程序7-2 也是有异步复位功能的8 位二进制加法计数器但却是用ABEL-HDL 语言来描述的程序7-1LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALLENTITY cunter_up ISPORT(reset, clock : IN STD_LOGIC;counter : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));END;ARCHITECTURE behv of cunter_up IS154 VHDL 实用教程SIGNAL cnt_ff: UNSIGNED(7 DOWNTO 0);BEGINPROCESS (clock,reset,cnt_ff)BEGINIF reset='1' THENcnt_ff <= X"00" ;ELSIF (clock='1' AND clock'EVENT) THENcnt_ff <= cnt_ff + 1 ;END IF;END PROCESS;counter <= STD_LOGIC_VECTOR(cnt_ff);END ARCHITECTURE behv程序7-2MODULE counter_upClock ,reset, PIN ;Counter7..counter0 PIN ISTYPE 'COM' ;Cnt_t_ff0 NODE ISTYPE 'REG' ;Counter = [counter7..counter0];Cnt = [cnt_t_ff0];EQUATIONSCnt.CLK = clock ;Cnt.AR = reset ;Cnt := cnt.FB + 1 ;Counter = cnt ;END counter_up程序7-1 和程序7-2 是用两种不同的硬件描述语言描述的同一种器件即具有异步复位功能的8 位二进制加法计数器首先让我们来看程序7-2 这是一个完整的ABEL-HDL 程序其中第四行语句明确指出了计数器将由8 个时序元件'REG' 即8 个寄存器组成而在第三行语句中的'COM' 标明了输出方式是组合逻辑方式语句cnt.CLK = clcok 也明确标明了内部器件的连接方式即将输入信号CLK 与cnt 中的8 个触发器上的每一时钟输入端clock 相连形成同步逻辑方式而语句cnt.AR = reset 的含义相同即将复位信号线reset 与cnt 中的每一触发器的异步清零端AR 相连语句cnt := cnt.FB + 1 中的.FB 表示反馈线相连将加1 锁存后的值反馈回cnt 的输入端从程序7-2 的程序不难看出程序中一部分内容描述了输入输出的硬件方式以及完成计数功能的硬件方式另一部分内容描述内部信号线的连接关系和连接方式余下的部分则是描述算法和信号传送方式显然这种描述方式与最低层的硬件结构关系很大如果对组成有关的PLD 器件内部结构不了解或是不了解怎样连接才能构成一个计数器则会对这样一个简单计数器的设计无从下手问题就出在ABEL 语言的语句描述方式与器件结构有很大的相关性相比之下程序7-1 的描述具有明显的优势在程序中不存在任何与硬件选择相关的语句也不存在任何有关硬件内部连线方面的语句整个程序中从表面上看不出是杭州康芯电子有限公司第7 章VHDL 的描述风格155KONXIN KONXIN否引入寄存器方面的信息或是使用组合逻辑还是时序逻辑方面的信息也不存在类似ABEL- HDL 使用组合逻辑或时序逻辑方面的指示性语句整个程序只是对所设计的电路系统的行为功能作了描述不涉及任何具体器件方面的内容这就是所谓的行为描述方式或行为描述风格程序中最典型的行为描述语句就是其中的ELSIF (clock ='1' AND clock’EVENT) THEN它对加法器计数时钟信号的触发要求作了明确而详细的描述对时钟信号特定的行为方式所能产生的信息后果作了准确的定位这充分展现了VHDL 语言最为闪光之处VHDL 的大系统描述能力正是基于这种强大的行为描述方式相比之下程序7-2 的时钟测试语句cnt.CLK=clock 仅仅描述了时钟信号线与计数器的连接关系至于计数过程中究竟是上升沿还是下降沿或是电平触发全都无法通过语句得到控制剩下的全凭实际目标器件中的寄存器本身的性质来决定如果它是上升沿触发型寄存器则此语句的功能为上升沿触发若为下降沿触发型寄存器则此语句便代表下降沿触发方式依此类推因此对于设计者来说在编写ABEL-HDL 程序前首先必须弄清楚此程序最终将落实在哪一类芯片中了解此类芯片中的寄存器是什么样的触发方式还要了解是否能进行同步或异步置位等功能由此可见VHDL 的行为描述功能确实具有很独特之处和很大的优越性在应用VHDL 进行系统设计时行为描述方式是最重要的逻辑描述方式行为描述方式是VHDL 编程的核心可以说没有行为描述就没有VHDL 正因为这样有人把VHDL 称为行为描述语言因此只有VHDL 作为硬件电路的行为描述语言才能满足自顶向下设计流程的要求从而成为电子线路系统级仿真和设计的最佳选择相比之下Verilog-HDL 只能属于RTL 级硬件描述语言将VHDL 的行为描述语句转换成可综合的门级描述是VHDL 综合器的任务这是一项十分复杂的工作不同的VHDL 综合器其综合和优化效率是不尽一致的优秀的VHDL 综合器对VHDL 设计的数字系统产品的工作性能和性价比都会有良好的影响所以对于产品开发或科研对应的VHDL 综合器应作适当的选择Cadence Synplicity Synopsys 和Viewlogic 等著名EDA 公司的VHDL 综合器都具有上佳的表现§ 7.2 数据流描述数据流描述风格也称RTL 描述方式RTL 是寄存器传输语言的简称RTL 级描述是以规定设计中的各种寄存器形式为特征然后在寄存器之间插入组合逻辑这类寄存器或者显式地通过元件具体装配或者通过推论作隐含的描述一般地VHDL 的RTL 描述方式类似于布尔方程可以描述时序电路也可以描述组合电路它既含有逻辑单元的结构信息又隐含表示某种行为数据流描述主要是指非结构化的并行语句描述数据流的描述风格是建立在用并行信号赋值语句描述基础上的当语句中任一输入信号的值发生改变时赋值语句就被激活随着这种语句对电路行为的描述大量的有关这种结构的信息也从这种逻辑描述中流出认为数据是从一个设计中流出从输入到156 VHDL 实用教程输出流出的观点称为数据流风格数据流描述方式能比较直观地表达底层逻辑行为程序7-3 是这种描述方式的一个示例程序7-3ENTITY \74LS18\ ISPORT(I0_A, I0_B, I1_A, I1_B, I2_A : IN STD_LOGIC;I2_B I3_A I3_B : IN STD_LOGIC;O_A : OUT STD_LOGIC;O_B : OUT STD_LOGIC);END \74LS18\;ARCHITECTURE model OF \74LS18\ ISBEGINO_A <= NOT ( I0_A AND I1_A AND I2_A AND I3_A ) AFTER 55 ns ;O_B <= NOT ( I0_B AND I1_B AND I2_B AND I3_B ) AFTER 55 ns ;END model;§ 7.3 结构描述VHDL 结构型描述风格是基于元件例化语句或生成语句的应用利用这种语句可以用不同类型的结构来完成多层次的工程即从简单的门到非常复杂的元件包括各种已完成的设计实体子模块来描述整个系统元件间的连接是通过定义的端口界面来实现的其风格最接近实际的硬件结构即设计中的元件是互连的结构描述就是表示元件之间的互连这种描述允许互连元件的层次式安置像网表本身的构建一样结构描述建模步骤如下元件说明描述局部接口元件例化相对于其它元件放置元件元件配置指定元件所用的设计实体即对一个给定实体如果有多个可用的结构体则由配置决定模拟中所用的一个结构元件的定义或使用声明以及元件例化是用VHDL 实现层次化模块化设计的手段与传统原理图设计输入方式相仿在综合时VHDL 综合器会根据相应的元件声明搜索与元件同名的实体将此实体合并到生成的门级网表中下面是以上述结构描述方式完成的一个结构体的示例程序7-4ARCHITECTURE STRUCTURE OF COUNTER3 ISCOMPONENT DFFPORT(CLK, DATA: IN BIT; Q: OUT BIT);END COMPONENT;COMPONENT AND2PORT(I1, I2: IN BIT; O: OUT BIT);END COMPONENT;COMPONENT OR2PORT(I1, I2: IN BIT; O: OUT BIT);杭州康芯电子有限公司 第 7 章 VHDL 的描述风格 157KONXIN KONXINCOMPONENT NAND2PORT(I1, I2: IN BIT; O: OUT BIT);END COMPONENT;COMPONENT XNOR2PORT(I1, I2: IN BIT; O: OUT BIT);END COMPONENT;COMPONENT INVPORT(I: IN BIT; O: OUT BIT);END COMPONENT;SIGNAL N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9: BIT;BEGINu1: DFF PORT MAP(CLK, N1, N2);u2: DFF PORT MAP(CLK, N5, N3);u3: DFF PORT MAP(CLK, N9, N4);u4: INV PORT MAP(N2, N1);u5: OR2 PORT MAP(N3, N1, N6);u6: NAND2 PORT MAP(N1, N3, N7);u7: NAND2 PORT MAP(N6, N7, N5);u8: XNOR2 PORT MAP(N8, N4, N9);u9: NAND2 PORT MAP(N2, N3, N8);COUNT(0) <= N2; COUNT(1) <= N3; COUNT(2) <= N4;END STRUCTURE;利用结构描述方式 可以采用结构化 模块化设计思想 将一个大的设计划分为许多 小的模块 逐一设计调试完成 然后利用结构描述方法将它们组装起来 形成更为复杂的 设计 显然 在三种描述风格中 行为描述的抽象程度最高 最能体现 VHDL 描述高层次结 构和系统的能力 正是 VHDL 语言的行为描述能力使自顶向下的设计方式成为可能 认为 VHDL 综合器不支持行为描述方式是一种比较早期的认识 因为那时 EDA 工具的综合能力 和综合规模都十分有限 由于 EDA 技术应用的不断深入 超大规模可编程逻辑器件的不 断推出和 VHDL 系统级设计功能的提高 有力地促进了 EDA 工具的完善 事实上 当今 流行的 EDA 综合器 除本书中提到的一些语句不支持外 将支持任何方式描述风格的 VHDL 语言结构 至于综合器不支持或忽略的那些语句 其原因也并非在综合器本身 而是硬件 电路中目前尚无与之对应的结构 习 题 7-1 什么是 VHDL 结构体的行为描述风格 叙述行为描述的优缺点 7-2 结构化描述与调用子程序有何异同点 VHDL 程序中 是如何进行结构化描述 的 结构化描述需要哪些语句 7-3 试举一例 在一个结构体中同时含有三种不同描述风格的 VHDL 语句结构 7-4 以数据流的方式设计一个 2 位比较器 再以结构描述方式将已设计好的比较器 连接起来 构成一个 8 位比较器。
第七章VHDL语言简介-PPT课件
标准数据类型（10种）
• 布尔量 ：TRUE，FALSE • 字符（CHARACTER） • 字符串 • 时间 ： • 错误等级
3-2 构造体
构造体：确定基本设计单元输入输出关系，即它定义 了设计单元的具体功能。
• 构造体说明
• 构造体的描述方式
行为描述 寄存器传输级描述（RTL描述） 结构描述
构造体的说明
一定要跟在实体的后面 ，书写格式：
behev
可任意取，但一般用描述方式定义 dataflow
ARCHITECTURE 构造体名 OF 实体名 IS
4、VHDL语言标准、规范，易于共享和重复利用。
二、VHDL的基本语法规则
1、词法规则 2、标识符 3、保留字 4、VHDL的数据类型 5、VHDL的运算操作符
2-1 词法规则
2-1-1 注释
• 由两个短线“--”开始的一行文字，如： -- this is a counter
2-1-2 数字
• 十进制整数表示法：012 12_345(=12345) • 以基数表示: 2#1110_1001#, 16#AB0#E1 • 实数：必需带小数点。12.0 3.144 0.0 5.54E-2
加、减、并，关系，逻辑运算符。
❖括号可改变运算次序
下面以加法器为例说明并置运算符的用法：
LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
EDA技术及应用-VHDL版(第三版)(潭会生)第7章详解
第7章 EDA技术实验
CLK CLR ENA
CNT10
CLK
U0
CLR
ENA
CQ[3..0] CO
DOUT[3..0] S0
CNT10
CLK
U1
CLR
ENA
CQ[3..0] CO
DOUT[7..4] S1
CNT10
CLK CLR ENA
U2 CQ[3..0] CO
DOUT[11..8] S2
CNT10 U3
第7章 EDA技术实验
ห้องสมุดไป่ตู้验证清零功能
验证使能有效
验证计数功能
预计可能结果
图7.2 CNT10仿真输入设置及可能结果估计图
第7章 EDA技术实验
4) 管脚锁定文件 根据图7.1所示的CNT9999电路原理图，本设计实体的 输入有时钟信号CLK、清零信号CLR和计数使能信号ENA， 输出为DOUT[15..0]，据此可选择实验电路结构图NO.0，对 应实验模式0。 根据图7.5所示的实验电路结构图NO.0和图7.1确定引脚 的锁定。选用EPM7128S-PL84芯片，其引脚锁定过程如表 7.1所示，其中CLK接CLOCK2，CLR接键3，ENA接键4， 计数结果DOUT[3..0]、DOUT[7..4]、DOUT[11..8]、 DOUT[15..12]经外部译码器译码后，分别在数码管1、数码 管2、数码管3、数码管4上显示。
第7章 EDA技术实验
3．实验要求 (1) 画出系统的原理框图，说明系统中各主要组成部分 的功能。 (2) 编写各个VHDL源程序。 (3) 根据系统的功能，选好测试用例，画出测试输入信 号波形或编好测试程序。 (4) 根据选用的EDA实验开发装置编好用于硬件验证的 管脚锁定表格或文件。 (5) 记录系统仿真、逻辑综合及硬件验证结果。 (6) 记录实验过程中出现的问题及解决办法。
VHDL电路设计.ppt
LPM函 数应用
完成数字电子 技术课程基本 电路的设计
培养学生严谨、 务实、创新和
团结协作的精神
VHDL电路设计说课稿
二、课程特色—教学理念
产品开发
基
企业文化
于
E
技术资料的检索能力
认真严谨
基
于
D A 技 术 的 能 力
EDA器件的选配能力 仿真和开发工具的使用能力 基本电路配置及设计能力
电路的测试与分析能力
突注 出重 职职 业业 能素 力养
EDA技术与VHDL实用教程
FPGA/CPLD 芯片
ASIC、SOC 芯片
一、课程的设置—课程的性质
传统电路设计流程
1、实践性
焊接安装
调试
2、技术性 3、专业性
EDA设计流程
编程下载至芯片
EDA技术与VHDL实用教程
一、课程的设置—课程的性质
代表电子设计技术和应 用技术的发展方向
已经广泛应用于社会的 各个领域
一、课程的设置—课程的性质
VHDL电路设计（EDA技术）即电子设计自动化技术以计算机为工作平 台，以EDA软件工具为开发环境，以硬件描述语言VHDL为设计语言，以 可编程器件FPGA/CPLD为实验载体，以ASIC、SOC芯片为目标器件，以 电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。
QUARTUSⅡ 等软件和 VHDL等源程 序
30岁以下10％
副高以上68％
30-45岁70％
学历结构：均为本科以上学历，6名教师具有研究生学历，占30%。 双师结构：教师“双师” 100%。
VHDL电路设计说课稿
三、教学团队与教学资源—教材分析
曾经使用的理论教材 正在使用的理论教材
vhdl 7
三、数组属性函数（1） 功能：数组属性函数的具体功能是用来返回数组 的边界。 属性种类： ’left(n)：得到索引号为n的区间的左端位置号。 ’right(n)：得到索引号为n的区间的右端位置号。 ’high(n)：得到索引号为n的区间的高端位置号。 ’low(n)：得到索引号为n的区间的低端位置号。
三、数组的值类属性（1） 功能： 用来返回一个限定性数组的长度值，该属 性可以用于一维数组和多维数组。 属性种类： ’length：返回限定性数组的长度值，即数组中 元素的个数。
三、数组的值类属性（2） 具体小例子：
TYPE number IS integer RANGE 0 TO 9; TYPE word IS ARRAY (15 0) OF std_logic; TYPE week IS (monday,tuesday,wednesday,thursday, friday,saturday,sunday); number’length = 10 word’length = 16 week’length = 7
二、数据类型属性函数（2） ’succ(数据值)：返回数据类型定义中该数据值的 下一个值。 ’pred(数据值)：返回数据类型定义中该数据值的 前一个值。 ’leftof(数据值)：返回数据类型定义中该数据值 左边的一个值。 ’rightof(数据值)：返回数据类型定义中该数据值 右边的一个值。
二、数据类型属性函数（3） 一些常用规律： 1、对于递增区间的同一数据值来说，属性’succ 的值和属性’rightof的值相同，属性’pred的值 和属性’leftof的值相同； 2、对于递减区间的同一数据值来说，属性’succ 的值和属性’leftof的值相同，属性’pred的值和 属性’rightof的值相同。
VHDL-7
基于HDL的设计流程 基于HDL的设计流程 HDL
前仿真：采用综合出的电路结构， 前仿真：采用综合出的电路结构，在HDL 描述中为每个逻辑单元添加上对应的时间 延迟信息；在此基础上进行仿真，检测电 延迟信息；在此基础上进行仿真， 路是否存在逻辑或时序错误； 路是否存在逻辑或时序错误；
基于HDL的设计流程 基于HDL的设计流程 HDL
电路的适配，定位与布线： 电路的适配，定位与布线：对于通过前仿 真的电路系统， 真的电路系统，选定单元库中的基本单元 器件，从全局到局部， 器件，从全局到局部，进行每个单元的定 位以及相关的连线安排； 位以及相关的连线安排；
基于HDL的设计流程 基于HDL的设计流程 HDL
电路参数提取：利用时间分析仪， 电路参数提取：利用时间分析仪，根据定 位布线后每根连线的具体长度和负载程度， 位布线后每根连线的具体长度和负载程度， 提取每一根连线的电阻/电容参数，得到 提取每一根连线的电阻/电容参数， 相应的时间延迟信息； 相应的时间延迟信息；
硬件描述语言（HDL） 硬件描述语言（HDL）
硬件电路在实际制作前，需要对其功能时 硬件电路在实际制作前， 序进行检验； 序进行检验；采用抽象的程序语言表达硬件 电路可以使得这种检验能够通过计算机方便 地进行； 地进行；
硬件电路的构成与描述
电路模块的输入与输出间存在因果关系， 电路模块的输入与输出间存在因果关系，这 种关系可以采用函数关系描述； 种关系可以采用函数关系描述；硬件模块的作 用可以描述为对输入信号的运算； 用可以描述为对输入信号的运算；
在仿真时设置一个时间列表， 在仿真时设置一个时间列表，用于记录每个信号 预定的变化时刻及相关信息； 预定的变化时刻及相关信息； 仿真开始时刻记为时间零点； 仿真开始时刻记为时间零点； 首先为每个静态寄存器设置初始数据； 首先为每个静态寄存器设置初始数据； 然后将模块输入激励（ 然后将模块输入激励（改变输入信号的静态条 的时间信息记入时间列表； 件）的时间信息记入时间列表；
VHDL实用教程课程设计
VHDL实用教程课程设计1. 介绍VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，适用于系统级设计和验证。
它是一个既能描述数字电路也能描述模拟电路的设计语言，在集成电路和嵌入式系统的设计中得到广泛应用。
本课程设计将通过实际练习，让学生掌握VHDL语言，并且了解其在数字电路设计中的应用。
2. 课程设计目标本课程设计旨在让学生：1.掌握VHDL语言的基本语法和结构；2.熟悉数字电路设计的方法论；3.理解数字电路中状态机的设计原理；4.实现一个功能齐全的电路设计，利用VHDL描述电路，并在FPGA上进行实际实现。
3. 预备知识在学习本课程设计之前，学生应该了解：1.数字电路基础知识，比如逻辑门、分频器等；2.编程基础知识，比如C语言等。
4. 课程设计内容4.1 熟悉VHDL学习VHDL的基本语法和结构，包括数据类型、变量声明、信号声明、过程语句等。
通过简单的代码编写和仿真，加深对VHDL语言的理解。
4.2 数字电路设计了解数字电路的基础知识，理解数字电路设计的方法论，学习数字电路中的门电路设计、分频器设计等。
4.3 状态机设计理解数字电路中状态机的设计原理，包括状态转移图、状态表等概念，学习状态机的实现方法。
4.4 电路设计实现利用之前所学的VHDL语言，实现一个功能齐全的电路设计，包括设计和仿真过程。
通过FPGA实际实现，检验电路设计的正确性和可行性。
5. 实测结果通过本次课程设计，我们实现了一个基于FPGA的电路设计，成功实现了目标功能。
通过课程设计的过程，学生们不仅学会了VHDL语言，更加深入了解了数字电路设计和状态机设计的原理。
同时，在实操中，学生们也掌握了电路设计的方法和实现过程。
本次课程设计对学生们的实践能力和电路设计能力提高非常有益。
6. 总结本课程设计通过实践的方式，让学生们更加深入地了解VHDL语言和数字电路设计。
通过实际操作，学生们熟练掌握了VHDL语言和数字电路设计的基础知识，同时也掌握了具体的实现方法。
VHDL详解
自顶向下的系统设计方法
自底向上设计方法 首先确定可用的元器件，然后根据 这些器件进行逻辑设计，完成各模块后 进行连接，最后形成系统。 TOP-TO-DOWN（自顶向下）：
自顶向下 的系统设 计方法
采用硬件描述语言，在系统的基本 功能或行为级上对设计的产品进行描述 和定义，结合多层次的仿真技术、在确 保设计的可行性与正确性的前提下，完 成功能确认。然后利用EDA工具的逻辑 综合功能，把功能描述转换成某一具体 目标芯片的网表文件，输出给该器件厂 商的布局布线适配器，进行逻辑映射及 布局布线，再利用产生的仿真文件进行 功能和时序的验证，以确保实际系统的 性能。
数据类型； 数据类型
端口名
赋于每个外部引脚的名称通常 以1个或n个英文字母或以字母 打头后跟数字命名 如：d0、d1、sel、q
端口方向： Nhomakorabea
定义外部引脚是输入还是输出 表明方向的说明符如下： IN 输入，信号从端口进入结构体内； OUT 输出，信号从结构体内流经端口输出 （结构体内不再使用） INOUT 双向； BUFFER 输出，结构体可再使用
结构体构造图
对结构体的描述方式
有以下三种： 行为描述 数据流方式 结构描述
行为描述：
对设计实体的数学模型的描述 其抽象程度远高于其他描述 主要使用函数、过程或进程语句 以算法形式描述数据的变换和传送 描述该设计单元的功能，即：描述输 入与输出的行为
Behavioral Modeling
FPGA/CPLD的优势
高集成度、高速和高可靠是FPGA/CPLD 最明显的特点，其时钟延迟可达纳秒级， 结合其并行工作方式，在超高速应用领 域和实时测控方面有非常广阔的应用前 景。
VHDL教案
决定哪一个 architecture被使 用
Behavior Process 描述
Data Flow 描述
Structure 描述
5.CONFIGURATION定义区
VHDL程序范例
两位二进制数比较器。a和b分别代表两个二进制数； equ是比较器的输出端口。比较器的逻辑功能是：若a=b 则输出equ为1，否则equ为0。
变量或信号通常定义为枚举类型，可以将其定义成为布尔 类型或位类型。如：signal z：bit； 一种常用的多值类型std_logic可以描述系统，对它的定义如 下： type std_logic is ( ‘U’, --未定义 ‘X’, --强未知 ‘0’, --强为0 ‘1’, --强为1 ‘Z’, --高阻态 ‘W’, --弱未知 ‘L’, --弱为0 ‘H’, --弱为1 ‘-’ --可忽略 );
CPLD/FPGA的VHDL 语言设计及应用 讲义（软件篇）
电子与电气工程系 徐源
VHDL的由来
VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)，意为超高速集成电路硬件描 述语言。由美国国防部70~80年代组织研制开发，其 目的首先是想用这种语言描述复杂电路，其次是想成 为一个标准。 1985年完成第一版， 1987年成为IEEE Std1076-1987。美国国防部规定所有官方的ASIC设计 都必须用VHDL为设计描述语言，此后渐渐成为工业 标准为大家接受。1993年修改成IEEE Std1164-1993。 1995年，中国国家技术监督局组织编撰并出版《 CAD通用技术规范》，推荐VHDL语言作为我国电子