数字逻辑原理与VHDL设计课程设计

数字逻辑原理与VHDL设计课程设计
一、课程设计背景
数字逻辑原理与VHDL设计是数字集成电路设计专业中的一门重要
基础课程，内容涵盖数字电路基础知识、组合逻辑电路设计、时序逻
辑电路设计以及数字电路综合和优化等方面。

本课程设计旨在以实践
为主，巩固和加深学生的理论知识，提高学生综合运用数字逻辑原理
和VHDL语言进行数字电路设计的能力。

二、实验目的
通过本次课程设计，要求学生对数字逻辑原理及其应用有更加深入
的认识，并掌握以下专业能力：
1.掌握数字逻辑电路的基本知识与方法，以及基于VHDL设计
数字电路的基本步骤与方法；
2.能够运用数字逻辑原理及VHDL语言进行简单数字电路的设
计、仿真、综合和下载；
3.能够独立进行数字电路设计并解决设计过程中遇到的问题。

三、实验设备和工具
1.Xilinx Vivado软件，用于数字电路的综合和仿真；
2.FPGA开发板，用于数字电路的下载和实现；
3.电脑，用于Vivado软件的安装和使用。

四、实验内容和步骤
实验一函数计算器的设计与实现
实验目的
通过设计一个函数计算器，深入理解组合逻辑电路的设计、实现和
仿真过程，同时练习使用VHDL语言进行数字电路的编写、仿真和下载。

实验内容
设计一个函数计算器，能够计算并显示四个前缀表达式，包括：
–23 45
–11 + 22 * 33
–23 - 45 / 56
1./ 45 + 67 - 89
其中，加减乘除的运算需要满足基本的优先级规则，即在没有括号
的情况下，先乘除后加减。

实验步骤
1.设计并编写函数计算器的VHDL代码，包括各种运算模块、
数字选择器、显示器控制器等；
2.在Vivado软件中进行仿真，验证函数计算器设计的正确性；
3.将函数计算器设计综合成比特流文件，下载到FPGA开发板
上进行实现和测试。

实验二五位计数器的设计与实现
实验目的
通过设计一个五位同步加法计数器，深入理解时序逻辑电路的原理、设计和实现过程，同时掌握VHDL语言对时序电路进行设计、仿真和下
载的方法。

实验内容
设计一个五位计数器，能够在每个脉冲上上升一位，并且满足从00000计数到11111的过程。

具体要求如下：
1.计数器在启动时清零，从0开始计数；
2.每个脉冲上升一位，即从00000依次计数到11111；
3.计数器可以通过按键进行复位，回到初始状态。

实验步骤
1.设计并编写五位计数器的VHDL代码，包括脉冲发生器、计
数器、电平控制器和按键识别等；
2.在Vivado软件中进行仿真，验证五位计数器设计的正确性；
3.将五位计数器设计综合成比特流文件，下载到FPGA开发板
上进行实现和测试。

五、实验总结
通过本课程设计，我深刻认识到数字逻辑原理与VHDL设计的重要
性和迫切性，对数字电路综合和优化也有了更加深入的了解，同时提
高了我对数字电路设计的实践操作能力和解决问题的技巧。

未来，在
学习和工作中，我将进一步深入学习数字逻辑原理与VHDL设计的知识，不断提高自己的综合素质和设计能力。