《VHDL实用教程》完整版【汉语版】-1序言

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《VHDL语言教程》课件

VHDL语言的应用领域和实际案例
通信系统
用于设计编码器、解码器、协议处理和通信接口。
嵌入式系统
用于设计嵌入式控制器、传感器接口和外设控制。
图像处理
用于设计数字图像滤波、边缘检测和图像压缩算法。
自动驾驶
用于设计数字信号处理、传感器融合和控制算法。
VHDL语言的未来发展和趋势
VHDL语言将继续发展，以适应新兴技术和需求，如人工智能、物联网和边缘计算。
总结和课程建议
通过本课程，您将掌握VHDL语言的基础知识和应用技巧，为您在
1 实体（Entity）
定义模块的接口和名称。
2 体（Architecture）
描述模块的行为和内部结构。
3 过程（Process）
4 信号（Signal）
定义模块基于输入信号做出相应输出的操作。
用于在模块之间传递数据。
VHDL语言的模拟器和仿真工具
模拟器
用于测试和验证设计的正确性和功能。
波形仿真
可视化信号波形，以便分析和调试。
调试工具
帮助定位设计中的错误和问题。
VHDL语言的硬件描述和设计方法
1
结构化设计
将设计分解为可重用的模块，提高灵活
行为级建模
2
性和可维护性。
使用过程描述模块的行为和操作。
3
数据流建模
使用信号和变量描述模块的数据流和计
引导配置
4
算过程。
定义模块间的连接和信号传递关系。
《VHDL语言教程》PPT课件
欢迎来到《VHDL语言教程》PPT课件，让我们一起探索VHDL语言的定义、历史背景以及它在数字电路设计中的重要性。
什么是VHDL语言？

VHDL语言教程

VHDL语言教程VHDL是一种硬件描述语言，用于描述数字电路和系统，并进行硬件的设计和仿真。

它被广泛应用于数字电路设计、嵌入式系统开发和可编程逻辑控制器等领域。

本教程将介绍VHDL语言的基本概念和语法，帮助您了解和学习这门强大的硬件描述语言。

一、VHDL概述VHDL是Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language的缩写，意为高速集成电路硬件描述语言。

它是一种硬件描述语言，用于描述数字电路和系统。

与传统的电路设计方法相比，使用VHDL可以更加方便、高效地进行电路设计和测试。

1.VHDL的起源和发展VHDL最早由美国国防部为了解决数字电路设计复杂、效率低下的问题而研发。

后来，VHDL成为了一种IEEE标准（IEEE1076）并被广泛应用于数字电路设计和仿真。

2.VHDL的优点VHDL具有以下几个优点：-高级抽象：VHDL提供了一种高级描述电路的方法，使得设计者能够更加方便地表达复杂的电路结构和行为。

-可重用性：VHDL支持模块化设计，使得设计者可以将电路的不同部分进行抽象和封装，提高了电路的可重用性。

-高效仿真：VHDL可以进行高效的电路仿真和测试，有助于验证电路设计的正确性和可靠性。

-灵活性：VHDL可以应用于各种不同类型和规模的电路设计，从小规模的数字逻辑电路到大规模的系统级设计。

二、VHDL语法和基本概念1.VHDL的结构VHDL程序由程序单元（unit）组成，程序单元是VHDL描述的最小单元。

程序单元包括实体（entity）、结构（architecture）、过程（process）和包（package）等。

2. 实体（entity）实体是VHDL描述电路模块的一个部分，包括输入输出端口、信号声明和实体标识符等。

3. 结构（architecture）结构描述了实体的具体电路结构和行为，包括组件声明、信号赋值和行为描述等。

FPGA中文VHDL语言教程

第5章VHDL深入本章仍将沿用第3章中通过一些实例引出了相关的VHDL语法结构和语言现象，并给予一定说明的方法，介绍一些新的实例及相关的VHDL语法知识，使读者进一步深入了解VHDL语言现象和语句规则的特点，以及应用VHDL表达与设计电路的方法。

下面首先对第3章出现的一些语法现象作更为深入的讨论，然后再引出一些新的实例，帮助读者对相关的语法现象作更详细的了解。

5.1 数据对象及其示例说明在VHDL中，数据对象有三类，即变量(V ARIABLE)、常量(CONSTANT)和信号(SIGNAL)。

如前所述，数据对象类似于一种容器，它接受不同数据类型的赋值。

变量和常量可以从软件语言中找到对应的类型，然而信号的表现较特殊，它具有更多的硬件特征，是VHDL中最有特色的语言要素之一。

尽管信号和变量已在前面一些示例中出现过，但都没有作更详细的解释，这势必影响对VHDL程序的更好理解，以下将针对数据对象给出一些示例，以作进一步的说明。

5.1.1 常数常数的定义和设置主要是为了使程序更容易阅读和修改。

例如，将逻辑位的宽度定义为一个常量，只要修改这个常量就能很容易地改变宽度，从而改变硬件结构。

在程序中，常量是一个恒定不变的值，一旦作了数据类型和赋值定义后，在程序中不能再改变，因而具有全局性意义。

常数定义的一般表述如下：CONSTANT 常数名：数据类型 := 表达式；例如：CONSTANT FBT : STD_LOGIC_VECTOR := "010110" ; -- 标准位矢类型CONSTANT DATAIN : INTEGER := 15 ; -- 整数类型第1句定义常数FBT的数据类型是STD_LOGIC_VECTOR，它等于"010110"；第2句定义常数DATAIN的数据类型是整数INTEGER，它等于15 。

VHDL要求所定义的常量数据类型必须与表达式的数据类型一致。

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`。

VHDL详解

Integer，time 类属参量以关键词GENERIC引导一个类属参量表，在表中提供时间参数或总线宽度等静态信息。

类属参数的说明必须放在端口说明之前
ENTITY MCK IS GENERIC (WIDTH：INTEGER:=16)； PORT(ADD_BUS：OUT STD_LOGIC_VECTOR(WIDTH-1
output1, .., outputn
Left Bit Shifter
数据流方式：

又称RTL(Register Transfer Level)级方式对从信号到信号的数据流的路径形式进行描述描述数据的传输和变换主要使用并行的信号赋值语句既明显表示了该设计单元的行为也隐式表示了该设计单元的结构容易进行逻辑综合
Types of Processes
• Combinatorial Process – Sensitive to All Inputs • Example PROCESS(a, b, sel)
sensitivity list includes all inputs used in the combinatorial logic
§3. 结构体的子结构描述

一个结构体可以用几个子结构，即由几个比较独立的模块来构成 VHDL语言可以有3种形式的子结构描述语句： BLOCK语句结构 PROCESS语句结构 SUBPROGRAM语句结构
二、进程（PROCESS）语句描述

PROCESS语句的格式： [进程名]：PROCESS（信号1，信号2，……） BEGIN ┆ 在进程说明部分 END PROCESS；中不允许定义信进程名可以有也可以省略号和共享变量

VHDL语言实用教程资料

c:\altera\72\quartus\libraris\vhdl\synopsys下的 syn_srit.vhd和ayn_unsi.vhd两文件中
hwadee
2018/11/2 7
25
库的作用范围
库的说明语名作用范围是从一个实体说明开始到它所需结构和配置结束为止当一个源程序中具有多个实体时，每个实体前都应加库说明语句，即使完全一样也要重复书写如下：

分割
7
将大的设计分割为多个便于器件内部资源实现的逻辑小块的形式。 hwadee 2018/11/2 13
设计校验
设计校验过程包括功能仿真和时序仿真。

功能仿真时序仿真

hwadee
2018/11/2 7
14
器件编程
器件编程就是将开发系统生成的目标文件下载到可编程逻辑器件中，来定义内部模块的逻辑功能以及它们的相互连接关系。
hwadee
2018/11/2 7
5
TOP TO DOWN设计方法
Down to Top:元件选型到逻辑设计到系统设计调试 Top to down:对系统功能进行行为描述、定义和仿真（与具体的物理芯片无关），确定设计的可行性和正确性，然后利用EDA工具把把功能描述转换成具体目标芯片网表进行布局布线及后仿真，确保实际系统性能。在这种设计思想下的设计师应具有以下设计思想： 1、设计工程师首先要考虑规划出能完成某一具体功能、满足自己产品系统设计要求的某一功能模块 2、利用某种方式（如HDL硬件描述语言）把功能描述出来，通过功能仿真（HDL仿真器）以验证设计思路的正确性 3、当所设计功能满足需要时，再考虑以何种方式（即逻辑综合过程）完成所需要的设计，并能直接使用功能定义的描述

第19讲 VHDL顺序描述语句(4)1

上例是一个对两个输入整数取最大值的功能描述，在结构体的进程中定义了一个取最大值的函数。在函数体中正是通过RETURN语句将比较得到的最大值返回的，并结束该函数体的执行。
NULL语句
NULL语句是空操作语句，不完成任何操作，执行NULL语句
只是让程序运行流程走到下一个语句。
NULL语句的书写格式为：NULL；常用于CASE语句中，利用NULL来表示所余的不用的条件下的操作行为，以满足CASE语句对条件值全部列举的要求。 CASE Opcode IS WHEN "001" => tmp := rega AND regb ; WHEN "101" => tmp := rega OR regb ; WHEN "110" => tmp := NOT rega ; WHEN OTHERS => NULL ; END CASE ;
LIBRARY IEEE; USE IEEE. STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY rsff IS
PORT（s ：IN BIT；
r ：IN BIT； q ：OUT BIT； qb ：OUT BIT）； END rsff； ARCHITECTURE rtl OF rsff IS BEGIN PROCESS（s，r） VARIABLE last_state ：BIT；
last_state := 0；
ELSE last_state := 1；
END IF；
q <= last_state； qb <= not（last_state）；
END PROCESS；
END rtl；
上例中，如果 r 和 s 都为‘1’时，表示一种不定状态。在进程中先是设定了一条断言语句，目的是：当判断 r 和 s 都为‘1’时，输出终端将显示字符串 “Both s and r equal to‘1’.”，同时可能终止模拟过程，并显示错误的严重程度。接下来用IF语句判别触发器的其他三种情况，最后将值送到触发器的

《VHDL实用教程》完整版【汉语版】-10第八章

可以由图文编辑器产生的或直接由用户编辑输入的 VHDL 文本送入 VHDL 编译器进行编译 VHDL 编译器首先对 VHDL 源文件进行语法及语义检查然后将其转换为中间数据
160
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VHDL 实用教程
格式中间数据格式是 VHDL 源程序描述的一种内部表达形式能够保存完整的语义信息
§ 8.1 VHDL 仿真
VHDL 源程序可以直接用于仿真许多 EDA 工具还能将各种不同表述方法包括图形
第8章仿真
159
的或用 VHDL 本身表述的设计文件在综合后输出以 VHDL 表述的可用于时序仿真的文件这是 VHDL 的重要特性完成 VHDL 仿真功能的软件工具称为 VHDL 仿真器
158
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VHDL 实用教程
第8章仿真
仿真也称模拟 Simulation 是对电路设计的一种间接的检测方法对电路设计的逻辑行为和运行功能进行模拟测试可以获得许多对原设计进行排错改进的信息对于利用 VHDL 设计的大型系统进行可靠快速全面的仿真测试尤为重要
aaa : IN std_logic; bbb : IN std_logic; ccc : OUT std_logic); END and1; ARCHITECTURE EPF10K10LC84_a3 OF and1 IS SIGNAL gnd : std_logic; SIGNAL vcc : std_logic; SIGNAL n_8, n_9, n_10, n_11, n_12, a_a4_aOUT, n_14, n_15, n_16, n_17, n_18, n_20,

VHDL基本语句用法

10.2.4 元件例化语句
COMPONENT 元件名 IS 1）格式： GENERIC （类属表）； -- 元件定义（说明）语句 PORT （端口名表）； END COMPONENT 文件名；
例化名：元件名 PORT MAP（ [端口名 =>] 连接端口名，...）； - - - - 元件例化（调用）语句。（1）元件声明语句用于调用已生成的元件,这些元件可能在库中, 也可能是预先编写的元件实体描述.；（2）元件语句可以在ARCHITECTURE,PACKAGE和BLOCK的说明部分.
--输入初始值 ----当sel=0时选中当sel为1或3时选中当sel为2、4、5、6或7时选中当sel为8～15中任一值时选中
CASE 语句病句举例
【例10.2】
10.1.4 LOOP语句
1 、单个LOOP语句格式： [ LOOP标号：] LOOP 顺序语句 END LOOP [ LOOP标号 ]; 2、FOR_LOOP语句格式：
第10章
VHDL基本语句
一：主要内容：VHDL基本语句讲解 ① 顺序语句 ② 并行语句二：重点掌握：常用VHDL基本语句及应用
10.1 顺序语句
10.1.1 赋值语句
信号赋值语句
变量赋值语句 • 变量赋值语句：
•信号代入语句：
格式: 目的信号变量<=信号变量表达式例: a<=b;
格式: 目的变量:=表达式例: c:=a+d
IF 条件 THEN … END IF； 10.1.3 CASE语句
1） CASE语句的结构：
CASE 表达式 IS When 选择值 => 顺序语句； When 选择值 => 顺序语句； ... 【WHEN OTHERS =>】； END CASE ；

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入门易懂教程

VHDL入门易懂教程VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，用于描述数字系统的行为，结构和时序。

它是一种用于设计和开发数字电路的语言，比如FPGA（Field-Programmable Gate Array）和ASIC （Application-Specific Integrated Circuit）。

本文将提供一个易懂的VHDL入门教程，以帮助初学者快速了解并上手VHDL语言。

一、VHDL概述VHDL最初是为了满足军事和航空航天领域的需求而开发的，目前已经成为了一种广泛使用的硬件描述语言。

它不仅可以用于系统级的设计，还可以用于模块级和门级的设计。

VHDL的设计思想是从高级抽象开始，逐步转化为底层的物理设计，这使得VHDL非常适合大型和复杂的设计项目。

二、VHDL语法1.声明语句在VHDL中，首先需要声明各种信号和变量，以便在后续的代码中使用。

声明语句的语法如下：```signal signal_name : signal_type := initial_value;variable variable_name : variable_type := initial_value;```其中，signal_name和variable_name为信号和变量的名称，signal_type和variable_type分别为信号和变量的类型，initial_value为信号和变量的初始值。

2.过程语句VHDL中的过程类似于程序中的函数，用于执行一系列的操作。

过程语句的语法如下：```process (sensitivity_list)begin-- codeend process;```sensitivity_list是一个由信号组成的列表，当列表中的任意一个信号发生变化时，过程会被触发执行。

过程中的代码为具体的操作。

3.结构语句VHDL中的结构语句用于描述数字系统的结构，也就是各个模块之间的连接关系。

VHDL一章讲稿1

第三部分VHDL硬件描述语言参考书：《VHDL实用教程》潘松王国栋编著电子科技大学出版社第一章VHDL 入门§1.1 关于VHDLVHDL——V ery - H igh- Speed Integrated Circuit Hardware D escription L anguageVHDL发展：1982年诞生。

1987年被IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）和美国国防部确认为标准硬件描述语言。

同年，IEEE规定了VHDL标准版本（IEEE-1076_1987）。

（87版本）1993年，IEEE对VHDL进行了修正，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩张了VHDL内容，公布了新版本的VHDL，即IEEE- 1076-1993版本。

（93版本）有关专家认为，VHDL与V erilog语言将承担几乎全部的数字系统设计任务。

VHDL 特点：1）与其它硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而使了它成为系统设计领域最佳的硬件描述语言之一。

2）VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计初期（即尚未完成），就可查验系统的功能可行性，随时对设计进行仿真模拟。

3）VHDL语句的行为描述能力和程序结构决定了它具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。

VHDL中设计实体、程序包以及设计库的概念为设计的分解和并行工作提供了有力的支持。

4）利用EDA工具可对VHDL完成的设计进行逻辑综合和优化，可自动针对不同的实现芯片，把VHDL的设计转变成门级网表（编程数据）。

同时，设计者可从综合和优化的结果中获取信息，回头更新修改VHDL设计描述，使之更为完善。

5）VHDL对设计的描述具有相对的独立性。

设计者可以不精通硬件的结构，也不必关心实现的目标器件是什么，而进行独立设计。

6）VHDL具有类属描述语句和子程序调用功能，对于已完成的设计，在不改变源程序的条件下，只需改变类属参量或函数，就能轻易地改变设计的规模和结构。

VHDL详细语法教程

VHDL详细语法教程VHDL（Very High Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language）是一种硬件描述语言，用于对数字电路进行描述、建模和仿真。

它是一种用于描述数字系统结构和行为的语言，广泛用于FPGA（Field Programmable Gate Array）和ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit）设计中。

VHDL语言具有丰富的语法结构，可以描述数字系统的结构和行为，并可以进行仿真和综合。

下面是VHDL语言的详细语法教程：1. 实体声明（Entity Declaration）：VHDL代码的第一部分是实体声明，用于定义设计的接口和名称。

实体声明是设计的顶级结构，它包含输入输出端口的定义。

语法格式如下：```vhdlentity entity_name isportport_name : in/out type;port_name : in/out type;...end entity_name;```其中，entity_name为实体名称，port_name为端口名称，type为端口类型，in表示输入端口，out表示输出端口。

2. 结构体声明（Architecture declaration）：在实体声明后，需要定义该实体的结构和行为。

这一部分被称为结构体声明。

语法格式如下：```vhdlarchitecture architecture_name of entity_name issignal signal_name : type;...begin...end architecture_name;```3. 信号声明（Signal declaration）：信号用于在VHDL代码中传输数据。

通过信号声明，可以定义存储或传输数据的变量。

信号声明需要在结构体声明的前面进行。

语法格式如下：```vhdlsignal signal_name : type;```其中，signal_name为信号名称，type为信号类型。