秦晓飞系列-EDA技术VHDL版-第5章时序电路的VHDL设计_图文.ppt

数字电子技术基础第五章时序逻辑电路PPT课件

减小功耗
优化电路结构，降低电路的功耗，减少能源浪费。
提高可靠性
通过优化设计，提高电路的可靠性和稳定性，降低故障发生的概率。
提高性能
优化电路结构，提高电路的响应速度和性能，满足设计要求。
05 时序逻辑电路的实现技术
基于中小规模集成电路的时序逻辑电路实现技术
概述
中小规模集成电路是将多个晶体管集成在一块芯片上，实现时序逻辑功能。
冒险现象
由于竞争现象的存在，时序逻辑电路的输出可能会产生短暂的不确定状态，这种现象称为冒险现象。
04 时序逻辑电路的设计方法
同步时序逻辑电路的设计方法
建立原始状态图
根据设计要求，确定系统的输入和输出变量，并使用状态图表示系统的状态转换关系。
逻辑方程组
根据状态图和状态编码，列出逻辑方程组，包括状态转移方程、输出方程和时钟方程。
分类
根据触发器的不同，时序逻辑电路可分为同步时序电路和异步时序电路；根据电路结构，可分为摩尔型和米立型。
时序逻辑电路的功能与特点
功能
实现数据的存储、记忆、计数、分频等功能。
特点
具有记忆功能、输出状态不仅与当前输入有关还与之前状态有关、具有时钟信号控制等。
时序逻辑电路的应用场景
01
02
数字电子技术基础第五章时序逻辑电路ppt课件
目录
• 时序逻辑电路概述 • 时序逻辑电路的基本电路的实现技术 • 时序逻辑电路的应用实例
01 时序逻辑电路概述
时序逻辑电路的定义与分类
定义
时序逻辑电路是一种具有记忆功能的电路，其输出不仅取决于当前的输入，还与之前的输入状态有关。
03
数字钟
利用时序逻辑电路实现时间的计数和显示。

第五章时序逻辑电路新优秀课件

Q1n Q0n
Q1n1Q0n1/Y
A=0
A=1
00 00/0 10/0
0 1 0 0/ 1 0 1 / 0 10 00/1 11/0
1 1 0 0/ 1 0 1 / 0
13
Q1Q0 A/Y
0/0
1/0
0/1
00
01
1/0 0/1
1/0
10
0/1 1/0
11
（四）时序图
状态表
根据状态表画出波形图
Q1n
13
一、时序逻辑电路的结构及特点
结构特征: *电路由组合电路和存储电路组成。
13
*电路存在反馈。
一、时序逻辑电路的结构及特点
信号之间的逻辑关系：
输出方程：Z＝f1பைடு நூலகம்X，Qn)
表达输出信号与输入信号、状态变量的关系式
激励方程: D＝f2(X，Qn)
表达了激励信号与输入信号、状态变量的关系式
状态方程: Qn+1＝f3(D，Qn)
2．写出各触发器的时钟方程。
3．写出时序逻辑电路的输出方程。
4．写出各触发器的驱动方程。
5．将各触发器的驱动方程代入其特性方程，求得各触发器的次态方程，也就是时序逻辑电路的状态方程。
6．根据状态方程得到该时序逻辑电路的状态表。
7．根据状态表得到该时序逻辑电路的状态图。
8．在给定的输入信号作用下得到该时序逻辑电路的时序图。
13
教学基本要求
1、熟练掌握时序逻辑电路的描述方式及其相互转换。 2、熟练掌握时序逻辑电路的分析方法 3、熟练掌握时序逻辑电路的设计方法 4、熟练掌握典型时序逻辑电路计数器、寄存器、移位寄存器的逻辑功能及其应用。
13

数字电子技术第五章时序逻辑电路ppt课件

2. 集成同步二进制计数器
常用的集成同步二进制加计数器有74LS161、 74LS163等。74LS161的实物图、引脚排列和逻辑符号如图5.4所示。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（a）实物图
（b）引脚排列
（c）逻辑符号
图5.4 集成同步二进制计数器74LS161
74、L1S01脚61C的T1T6是个计引数脚器中的：工1脚作状为态异控步制清端C R零；端，9脚是置数控制端，L D7脚CTP
（a）实物图
（b〕引脚排列
（c）逻辑符号
图5.7 集成同步十进制可逆计数器74LS192
74LS192的功能表如表5.7所示。
表5.7
74LS192的功能表
输入
输出
CR L D
C PU C PD D 3 D 2
D1 D 0
Q3
Q2
Q1
Q0
1 ××××××× 0 0 0 0
0
0
××
d3
d2
d1
d0
1
出
说明
清零置9 二进制计数
五进制计数
8421码十进制计数
5421码十进制计数
由表5.6可知，74LS90具有如下功能。
① 2脚R0A、3脚R0B接高电平“1〞时，计数器被清零，高电平电压最小值为2V。正常使用时，两个引脚中至少有1个应接低电平“0”，低电平电压最大值为0.8V。
② 6脚S9A、7脚S9B接高电平“1〞时，计数器置数为9。正常计数时，两个引脚中至少有1个应接低电平“0”。
d3
d2
d1
d0
0 1 1 1 ××××
保持
0 1 ↑ 1 ××××
加计数

《VHDL语言与数字逻辑电路设计》EDA基础 ppt课件

VHDL语言与数字逻辑电路设计
ppt课件
1
第1讲 EDA基础
电子设计自动化EDA（Electronic Design Automation）技术是新一代的自动辅助电子设计工具，近年来在电子设计与制造领域，EDA技术越来越受到重视，已形成强劲的发展势头。专用集成电路ASIC （Application Specific Integrated Circuit）、片上系统SoC（System on Chip）、可编程片上系统SoPC（System on Programmable Chip）是当前各种电子高科技产品的核心部分。ASIC、 SoC 和SoPC的设计必须借助于EDA工具，而ASIC、 SoC 和SoPC的改进又对EDA工具提出更高的要求，从而促进了EDA技术的发展。
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9
第1讲 EDA基础
1.2 可编程逻辑器件基础
一、可编程逻辑器件（PLD）的分类
1. 按可编程的部位分类：
PROM PLA PAL GAL
与阵列固定可编程可编程可编程
或阵列可编程可编程固定固定
输出电路固定固定固定可组态
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10
第1讲 EDA基础
1.2 可编程逻辑器件基础
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2
第1讲 EDA基础
1.1 EDA技术的发展及技术特色
EDA技术的发展从60年代中期至今经历了三个阶段。 • 电子线路CAD是EDA发展的初级阶段（60年代中期~80年代初）。 • 电子线路CAE是EDA发展的中级阶段（80年代初~90年代初）。 • ESDA是EDA发展的高级阶段（90年代以来）
13
第1讲 EDA基础
1.2 可编程逻辑器件基础

时序电路VHDL设计(时序逻辑部分)

一、常用组合逻辑电路设计
（1）三态输出电路（2）比较器（3）数据选择器（4）编码器（5）译码器
（2）译码器
A. 3－8译码器
LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; ENTITY decode_3to8 IS PORT( a,b,c,G1,G2A,G2B: IN STD_LOGIC; Y: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) ); END decode_3to8;
Library ieee; Use ieee.std_logic_1164.all; Use ieee.std_logic_unsigned.all; ENTITY cmpab IS PORT ( A, B :in std_logic_vector(7 downto 0); AGTB, ALTB, AEQB : out std_logic ); END cmpab;
Architecture a of bcd is Begin
Seven<= "0111111" when A="0000" else "0000110" when A="0001" else "1011011" when A="0010" else "1001111" when A="0011" else "1100110" when A="0100" else "1101101" when A="0101" else "1111101" when A="0110" else "0000111" when A="0111" else "1111111" when A="1000" else "1101111" when A="1001" else "0000000" ; End a;

第5章时序电路的VHDL设计

第 5章
5.1.3 含同步复位控制的D触发器及其VHDL表述
21mux
D
INPUT VCC
RST CLK
GND 9 INPUT VCC INPUT VCC
A B S
8
DFFE
Y MULTIPLEXER
1
D
PRN
Q
OUTPUT 7
Q
ENA CLRN
图5-1-3 含同步复位控制的D触发器
第 5章
5.1.3 含同步复位控制的D触发器及其VHDL表述
第5章时序电路的VHDL设计
第5章时序电路的VHDL设计
5.1 基本时序元件的VHDL表述 5.2 计数器的VHDL设计 5.3 移位寄存器的VHDL设述
5.1.1 D触发器的VHDL描述 5.1.2 含异步复位和时钟使能的D触发器及其VHDL表述 5.1.3 含同步复位控制的D触发器及其VHDL表述 5.1.4 基本锁存器及其VHDL表述 5.1.5 含清0控制的锁存器及其VHDL表述 5.1.6 VHDL实现时序电路的不同表述 5.1.7 双边沿触发时序电路设计讨论 5.1.8 异步时序电路设计
DFFE
D CLK EN RST
INPUT VCC INPUT VCC INPUT VCC 1 INPUT VCC
D
PRN
Q
OUTPUT 7
Q
ENA CLRN
图5-1-2 含使能和复位控制的D触发器
第 5章
5.1.2 含异步复位和时钟使能的D触发器及其VHDL表述
【例5-4】 LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ; ENTITY DFF2 IS PORT (CLK,RST,EN : IN STD_LOGIC ; D : IN STD_LOGIC ; Q : OUT STD_LOGIC ); END DFF2; ARCHITECTURE bhv OF DFF2 IS SIGNAL Q1: STD_LOGIC ; --类似于在芯片内部定义一个数据的暂存节点 BEGIN PROCESS (CLK,Q1，RST,EN) BEGIN IF RST=‘0’ THEN Q1<=‘0’; ELSIF CLK'EVENT AND CLK = '1‘ THEN IF EN = '1' THEN Q1 <= D ; END IF; ENF IF; END PROCESS ; Q <= Q1 ; --将内部的暂存数据向端口输出（双横线--是注释符号） END bhv;

EDA技术实用教程第五章_VHDL设计初步[1]

How Many Registers?
ENTITY reg1 IS PORT ( d : in BIT; clk : in BIT; q : out BIT);
END reg1;
ARCHITECTURE reg1 OF reg1 IS SIGNAL a, b : BIT; BEGIN
PROCESS (clk) BEGIN IF clk='1' AND clk’event THEN
描述更简洁，效率更高。
VHDL描述与实现工艺无关。
电原理图描述必须给出完整的、具体的电路结构图，不能进行抽象描述。描述复杂，效率低。
电原理图描述与实现工艺有关。
2020/12/22
VHDL的功能和标准
• VHDL 描述
– 输入端口 – 输出端口 – 电路的行为和功能
• VHDL有过两个标准：
– IEEE Std 1076-1987 (called VHDL 1987) – IEEE Std 1076-1993 (called VHDL 1993)
向7段数码管输出信号，最高位控制小数点
注意，此语句必须加入
4位加法计数器
7段译码器
信
8位总线输出
号输
出
1位二进制全加器
外部端口
内部端口端口连线
用一位全加器设计
1位二进制半加器
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY h_adder IS
(说明语句)
BEGIN (功能描述语句)
END arch_name ；
7. 信号传输(赋值)符号和数据比较符号
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

《VHDL程序设计基础》课件

语法格式
library library_name; use library_name.packag e_name.item;
库的使用
在程序中引用库中的函数、过程、数据类型等。
示例
library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_116 4.ALL;
程序包（Package）
01 程序包描述
并行赋值语句
同时对多个信号进行赋值操作。
生成语句
用于生成多个相似的电路结构，如多路选择器、译码器等。
04 VHDL设计方法
自顶向下设计方法
总词
从整体到局部的设计方法
详细描述
自顶向下设计方法是一种从整体到局部的设计方法，首先确定系统的整体结构和功能，然后逐步细化各个模块的设计，最终完成整个系统的设计。这种方法有助于提高设计的层次性和模块化，便于设计和调试。
状态机设计
总结词
通过实例演示如何使用VHDL设计状态机。
详细描述
介绍状态机的基本概念和设计方法，包括状态图的绘制、状态转移的实现等。通过具体的VHDL代码实现一个有限状态机，并解释代码中的各个部分。
06 VHDL仿真与验证
仿真工具与流程
仿真工具
ModelSim、Vivado Simulation等常用的 VHDL仿真工具，支持多种仿真算法和精度。
02 语法格式
03 包的内容
04 包的使用
05 示例
程序包是库的子集，用于组织相关的函数、过程、数据类型等。
package package_name is
在包中声明函数、过程、数据类型等。
在其他程序中引用包中的内容。
package logic_operators is function AND (A, B: in std_logic) return std_logic; function OR (A, B: in std_logic) return std_logic; end logic_operators;

《VHDL语言与数字逻辑电路设计》——第5讲VHDL顺序语句精品PPT课件

VHDL语言与数字逻辑电路设计
2010.9
许钢 10/6/2020
《VHDL语言与数字逻辑电路设计》
1
第5讲 VHDL顺序语句
顺序描述语句只能出现在进程（Process）或子程序中，它定义进程或子程序所执行的算法。顺序描述语句按这些语句在进程或子程序中出现的顺序执行，这一点与高级语言类似。
VHDL中常用的顺序描述语句包括：信号和变量赋值、Wait、If、 Case、Loop、Next、Exit、断言语句、过程调用语句、空语句等。
许钢 10/6/2020
《VHDL语言与数字逻辑电路设计》
7
第5讲 VHDL顺序语句
5.2 进程（Process）中的顺序语句
1. 信号和变量的赋值： • 变量的赋值语句格式：
目标变量名:=表达式; 例3：
v:=‘1’; s:=“010010”；变量赋值的符号与信号赋值的符号不同，表达式与信号赋值的表达式写法是完全一样的。
Entity mux2 Is
Port (a,b: In std_logic; s：In std_logic; f：Out std_logic);
End mux2；
Architecture behavior Of mux2 Is
Begin
mux2:Process(a,b,s)
Begin
If (s=‘0’) Then f<=a;
2. 转向控制语句： • 条件控制语句——If语句：例4：
Entity dff Is
Port(d：In std_logd_logic);
End dff;
Architecture behavior Of dff Is
Begin
Process(clk)

基于VHDL的时序逻辑电路设计 ppt课件

3、连通线路后，打开实验背板上面的电源开关（推到右侧），电源指示灯点亮，表明连线无误。
PPT课件 8
下载器第一次连接到PC机，会弹出硬件安装向导，按下述操作完成下载器安装
PPT课件 9
PC机→配套下载器→P实PT课验件背板连接OK示意图
10
PPT课件
左侧孔：
Hole1-Hole17；
形对应引脚上（适用于引脚数量较少的目标器件）
PPT课件 12
在QuartusII下对设计进行引脚锁定续
双击“Location”下方的表格框，弹出指定器件的引脚列表，选择用户自定义的引脚。
PPT课件 13
现在将流水灯的8个输出端所需引脚锁定到实验背板对应的8个发光Led上。
1、8个发光Led与可编程逻辑器件芯片的对应关系：
逻辑单元（LE）240个，等效宏单元192个，最大用户I/O 80个；
背板上共引出15（左侧）+18（右侧）+22（上方） =55个I/O供用户外接使用，其余I/O提供给背板上自带的功能电路（LED、按键、VGA接口、拨码开关等）；
背板由下载器通过电缆直接供电，无需从实验箱外接电源线；
PLD主芯片
背面视图
PPT课件 7
二、背板连接说明
1、第一次使用时：先将背板按针脚对应插入实验箱背板接口区的插孔内，然后按下锁紧插座的锁紧拉杆。（注意插入时不要错位）；
2、连通PC机→配套下载器→实验背板；
下载器与PC机通过USB打印线连接（一头方|一头扁）；下载器与实验背板通过9针平行串口线连接；线路较长，请适当缠绕，折放整齐。
实验八、基于VHDL的时序逻辑电路设计
本部分实验内容为新内容，操作步骤较多，为保证实验项目进行完毕，请同学们务必提前做好预习准备

秦晓飞系列_EDA技术及应用_第1章 EDA技术概述

第1章 EDA技术概述
主讲教师：秦晓飞
上海理工大学光电学院
第1章 EDA技术概述
§1.1 EDA技术及其发展 §1.2 EDA技术实现目标 §1.3 硬件描述语言Verilog HDL §1.4 其他常用HDL §1.5 HDL综合 §1.6 自顶向下的设计技术 §1.7 EDA技术的优势 §1.8 EDA设计流程 §1.9 ASIC及其设计流程 §1.10 常用EDA工具 §1.11 Quartus II概述 §1.12 IP核 §1.13 EDA技术发展趋势管窥
1.8 EDA设计流程
1.8 EDA设计流程
FPGA/CPLD的开发流程是典型的EDA设计流程，具有一般性：
1.8 EDA设计流程
1.8.1 设计输入
（1）图形输入：
•原理图优点：形象直观，不需增加新的HDL等知识。
缺点：①图形设计未标准化，不同EDA工具对图形的设计规则、存档格式、编译方式等都不同，因此文件兼容性差，难以交换和管理。
在EDA设计中使用最多，也得到几乎所有的主流 EDA工具的支持
这两种HDL语言还处于完善过程中，主要加强了系统验证方面的功能。
1.4 其他常用HDL
VHDL: Very high speed integrated circuit Hardware Description Language
1983年美国国防部(DOD)创建，作为规范语言用于标准文档建立和电路功能建模。 1987年IEEE制定国际标准IEEE Std 1076-1987，各大EDA公司相继推出支持VHDL的设计工具和设计环境。 90年代人们把VHDL应用于电路系统设计，各大EDA公司推出VHDL综合器。 1993年IEEE改进国际标准IEEE Std 1076-1993。

秦晓飞系列-EDA技术VHDL版-第5章时序电路的VHDL设计资料

51基本时序元件的vhdl表述52计数器的vhdl设计53移位寄存器的vhdl设计54属性描述与定义语句51基本时序元件的vhdl表述51基本时序元件的vhdl表述511d触发器的vhdl描述512含有异步复位和时钟使能的d触发器及其vhdl表述513含有同步复位控制的d触发器及其vhdl表述514基本锁存器及其vhdl表述515含清0控制的锁存器及其vhdl表述516vhdl实现时序电路的不同表述517双边沿触发时序电路设计讨论51基本时序元件的vhdl表述511d触发器的vhdl描述触发器d触发器jk触发器t触发器基本时序元件注
属性有VHDL预定义的，还可以设计者自己定义属性。综合器支持的属性有：LEFT、RIGHT、HIGH、LOW、RANGE、 REVERSE_RANGE、LENGTH、EVENT、STABLE等。 1、信号类属性包括EVENT和STABLE，STABLE和EVENT正好相反，它是信号在δ时间段内无事件发生则为TRUE。下面两句等效（书上写错了）
5.2 计数器的VHDL设计
5.2.3 实用计数器的VHDL设计与例5-4相同，凡是放在时钟边沿测试条件语句以外的控制信号都是异步
控制信号，如RST；凡是放在时钟边沿测试条件语句以内的控制信号都是同步控制信号，如EN。此外从RTL可看出，例5-15的表述方式比较节省资源，因为综合出的D触发器的RST和EN时序恰好与FPGA底层的基本时序元件D触发器的控制信号的时序性质相吻合。
5.4 属性描述与定义语句
5.4 属性描述与定义语句
前面用到的’EVENT和’LAST_VALUE都是属性函数，具有属性的项目有很多种，主要有：类型、子类型、过程、函数、信号、变量、常量、实体、结构体、配置、程序包、元件、语句标号等。属性是这些项目的特性，属性的值和项目的值是两个不同的概念。比如数据对象（信号、变量和常量）的值和数据对象属性的值完全不同，一个数据对象只能具有一个值，但可以具有多个属性。