数字逻辑与vhdl逻辑设计综述

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数字逻辑与vhdl逻辑设计

（0A1D）16 = 10×16 2+ 1×1Байду номын сангаас 1+ 13×16 0 = （2589）10
11
十进制数转换成二进制数 To convert from decimal to binary, the integer and fractional parts are handled separately.
Binary 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
10000
Octal 00 01 02 03 04 05 06 07 10 11 12 13 14 15 16 17 20
Hexadecimal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
例如：
ki r i
in
m
(101101 .101) 2 1 2 5 0 2 4 1 2 3 1 2 2 0 21 1 2 0 1 2 1 0 2 2 1 2 3 ( 45 .625 )10
( 214 .67 )8 2 82 1 81 4 80 6 81 7 82 (140 .859 )10
6 ·1 ·5
4位二进制数对应一位十六进制数
(E1.58)16 = ( 11100001.01011000
1110
(257.05)8 = ( 10101111.000101
0001 ·0101 1000
)16
)2 = ( AF.14
10
② 任意进制数转换成十进制数按权展开相加。
( N ) r k n r n k n 1 r n 1 k0 r 0 k 1 r 1 k m r m

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 / 561./ 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。

vhdl硬件描述语言与数字逻辑电路设计

vhdl硬件描述语言与数字逻辑电路设计数字逻辑电路设计是一种将数字信号进行处理和控制的技术。

数字电路由元器件（比如集合在一起的门、触发器、逻辑块、寄存器等）构成，这些元件的行为由原理图和逻辑方程式表示。

数字电路的设计主要是为了控制、处理和传输数字信号，具有可控制性、自动化程度较高和灵活性强的特点。

VHDL与数字逻辑电路设计是密切相关的，VHDL既可以用来描述数字电路的结构，也可以用来推导数字电路的行为。

在数字逻辑电路设计中，VHDL语言可以帮助工程师实现电路的功能和特性，简化设计过程，并提高设计的灵活性和可靠性。

VHDL是一种硬件描述语言，可以用来描述数字逻辑电路中的各种元件、信号和功能。

VHDL主要包括以下几个方面的内容：1. 实体（entity）：实体用来描述数字电路的外部结构和功能，类似于模块的概念。

一个实体声明了电路的输入输出端口，并定义了电路的功能和行为。

2. 体系结构（architecture）：体系结构用来描述实体的内部结构和功能，包括内部信号、寄存器、逻辑块等。

一个体系结构定义了实体的具体实现方式，包括各个元件之间的连接和控制。

3. 信号（signal）：信号用来表示数字电路中的各种输入输出信号，包括时钟信号、数据信号、控制信号、状态信号等。

VHDL语言中的信号可以用来描述电路中的各种逻辑关系和行为。

4. 过程（process）：过程用来描述电路中的各种行为和动作，比如数据传输、逻辑运算、状态转换等。

VHDL中的过程可以用来描述数字电路中的各种逻辑操作和控制。

5. 组合逻辑（combinational logic）：组合逻辑用来描述电路中的各种逻辑运算和逻辑关系，包括与门、或门、非门、异或门等。

组合逻辑表示了电路中的直接逻辑关系和信号转换。

6. 时序逻辑（sequential logic）：时序逻辑用来描述电路中的各种时钟触发、状态转换、寄存器等。

时序逻辑表示了电路中的时钟控制、状态转换和时序问题。

数字逻辑设计与VHDL描述

数字逻辑设计与VHDL描述数字逻辑设计与VHDL描述第一章逻辑代数基础1.1数制和码制1.1.1 进位计数制进位制:逢基数进一数符递增达到基数后高位增一,低位复0数字形式的主要元素是数符和数位基数 = 数符的个数第i 个数位代表的位权=基数的i 次幂一,x进制数的位权展开式:(N)x =kn-1xn-1+kn-2xn-2+...+k0x0+k-1x -1+k-2x -2+...+k-mx-mx:基数(逢x进一)k :数符X i :位权i:位序(小数点前为正,小数点前为负)例:十进制数的位权展开(271.59)10=2×102十7×101十1×100十5×10-1十9×10-2二,其他进制计数制1,二进制计数制——逢二进一基数x: 2数符b: 0,1 (可以用开关量表示)位权展开式:(N)2=bn-12n-1+bn-22n-2+...+b020+b-12-1+b-22-2+...+b-m2-m例: (1101.101)2=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3 =8+4+0+1+0.5+0+0.125 = (13.625)102,八进制数和十六进制数基数数符八进制 8 0,1,2,3,4,5,6,7十六进制 16 0,1,2,3,4,5,6,78,9,A,B,C,D,E,F例:(172.54)8=1×82+7×81+2×80+5×8-1+4×8-2 =64+56+2+0.625+0.0625 = (122.6875)10 (C07.A4)16= (C07.A4)H= C07.A4H=12×162+0×161+7×160+10×16-1+4×16-2 =3072+0+7+0.625+0.015625 = (3079.640625)103,二进制,八进制,十六进制和十进制的数值关系表十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制0 0 0 0 8 1000 10 81 1 1 1 9 1001 11 92 10 2 2 10 1010 12 A3 11 3 3 11 1011 13 B4 100 4 4 12 1100 14 C5 101 5 5 13 1101 15 D6 110 6 6 14 1110 16 E7 111 7 7 15 1111 17 F1.1.2 数制转换转换条件:数值相等一,非十进制数转换为十进制数按权展开求和二,十进制数转换为非十进制数整数部分:除基数取余数,从低位到高位求各位数符直到商为0小数部分:乘基数取整数,从高位到低位求各位数符直到小数部分为0或满足精度要求转换原理:(N)x=kn-1xn-1+kn-2xn-2+...+k0x0+k-1x -1+k-2x -2+...+k-mx-m整数部分※ 小数部分整数部分: (kn-1xn-1+kn-2xn-2+... +k1x1 +k0x0 ) /x=(kn-1xn-2+kn-2xn-3+...+k1x0 ) ...... k0商余数商/ x =(kn-1xn-3+kn-2xn-4+...+k2x0 ) ...... k1小数部分: (k-1x -1+k-2x -2+...+k-mx-m ) x= k-1+ ( k-2x -1+...+k-mx -m+1 )整数小数小数×X = k-2+ ( k-3x -1+...+k-mx -m+2 )三,二进制数和八进制,十六进制数转换1,八进制—>二进制根据数值关系表用三位二进制数符逐位替代各位八进制数符.例: (52.4)8=(101010.1)22,十六进制—>二进制根据数值关系表用四位二进制数符逐位替代各位十六进制数符.例: (52.4)16=(1010010.01)22,二进制—>八进制将二进制数从小数点起,分别按整数部分和小数部分以三位数符划组,最高位和最底位不足部分补0.然后每组用一个八进制数符替代.例: (1111101.0100111)2= (001111101.010011100)2 = (175.234)83,二进制—>十六进制将二进制数从小数点起,分别按整数部分和小数部分以四位数符划组,最高位和最底位不足部分补0.然后每组用一个十六进制数符替代.例: (1111101.0100111)2= (01111101.01001110)2 = (7D.4E)81.1.3二进制码用0和1组合表示信息的编码形式编码位数n和信息量N的关系:N≤2n一,文字符号信息码ASCII码——美国标准信息交换码,由7位二进制码组成.例:"A"=(1000001)ASCII "!"=(0100011) ASCII"a"=(1100001)ASCII "7"=(0110111) ASCII二,数值码1,自然二进制码——编码形式与二进制数完全相同,每位代码有位权的数值意义(有权码) .2,循环二进制码——任何相邻两个整数值的码字仅有一位代码不同,代码没有数值意义(无权码) .典型的循环二进制码:格雷码(gray)3,二——十进制BCD码用4位二进制符表示的十进制数符十进制 8421BCD 2421BCD 5211BCD 余3码格雷码0 0000 0000 0000 0011 00001 0001 0001 0001 0100 00012 0010 0010 0011 0101 00113 0011 0011 0101 0110 00104 0100 0100 0111 0111 01105 0101 1011 1000 1000 11106 0110 1100 1010 1001 10107 0111 1101 1100 1010 10008 1000 1110 1110 1011 11009 1001 1111 1111 1100 0100有权码——8421BCD,2421BCD,5211BCD无权码——余3码,格雷码例1:(271.59)10=(001001110001.01011001)8421BCD=(001011010001.10111111)2421BCD例2:(10000110)8421BCD (10000110)2+(00110100)8421BCD +(00110100)2=(000100100000) 8421BCD =(10111010)2(86)10+(34)10=(120)101.3格雷码任何相邻两个整数值的码字仅有一位代码不同,代码没有数值意义(无权码). 十进二进格雷码十进二进格雷码制数制码 B G 制数制码B G0 0000 0000 8 1000 11001 0001 0001 9 1001 11012 0010 0011 10 1010 11113 0011 0010 11 1011 11104 0100 0110 12 1100 10105 0101 0111 13 1101 10116 0110 0101 14 1110 10017 0111 0100 15 1111 1000Gn=Bn; Gi = Bi+1 ⊕ Bi ; Bi = Bi+1 ⊕ Gi第2章逻辑代数基础2.1基本概念逻辑代数:处理逻辑运算的方法.根据设计要求,进行逻辑判断和推理.逻辑变量:只有"0"和"1"值,表示了两个对立的状态.逻辑函数:F=f(A0,A1,…,An-1)函数值F和变量值Ai都只有两个取值"0","1"1.2.2逻辑函数的表示方法真值表:以表格形式列出所有变量取值所对应的输出函数值逻辑代数表达式:用布尔代数描述的表达式卡诺图:真值表的图形形式逻辑图:逻辑符号表示的电路原理图波形图:输出信号与输入信号的时序关系图硬件描述语言:类似计算机软件编程语言的形式1.2.3基本逻辑运算关系与运算: 所有条件满足时,事件成立.逻辑乘: F=A0·A1·A2· …·An-1或运算: 只要一个条件满足,事件就成立.逻辑加: F=A0+A1+A2+ …+An-1非运算: 条件满足,事件不成立.输出与输入永远反相. F= A逻辑图中用圈表示反相运算复合运算与非运算: 先"与"后"非"F=A0·A1·A2· …·An-1或非运算: 先"或"后"非"F=A0+A1+A2+ …+An-1与或非运算: 先"与"后"或"再"非"F=A0A1 … +B0B1 …异或运算:两个输入相异时输出为"1",相同时输出为"0".F = A ⊕ B = A·B + A·B真值表 ABEL—HDL:F=A$B逻辑符号1 111 010 10 0FA B同或运算:两个输入相异时输出为"0" ,相同时输出为"1" .F = A ⊙ B = A·B + A·B真值表 ABEL—HDL:F=!(A$B)逻辑符号11 11 00 110 0FA B1.2.4 正,负逻辑概念对于同一逻辑问题,逻辑变量定义不同,得到的逻辑关系不同. 正逻辑:输入,输出高电平为"1",低电平为"0"负逻辑:输入,输出高电平为"0" ,低电平为"1"例:输入输出正逻辑负逻辑A B F A B F A B FL L L 0 0 0 1 1 1L H L 0 1 0 1 0 1H L L 1 0 0 0 1 1H H H 1 1 1 0 0 0正逻辑: L="0",H="1";F=A·B负逻辑:L="1",H="0";F=A+B1.3.1布尔代数定律A+0=A A·1=A基本A+1=1 A·0= 0定律A+A=A A·A=AA+A=1 A·A= 0结合律 ( A+B)+C=A+(B+C) ( AB)C=A(BC)交换率 A+B=B+A AB=BA分配律 A(B+C)=AB+AC A+BC=(A+B)(A+C)摩根定律A+B+C=A·B·C ABC=A+B+CABC ≠A B C1.3.2布尔代数的基本定律1,代入规则:当逻辑表达式中的变量用逻辑函数式代替时,表达式仍成立.2,反演规则:求某逻辑函数的反函数:将原函数中所有逻辑变量取反;逻辑常量"0","1"对换;"与","或"运算关系对换.F=A·B+A·B F=(A+B)(A+B)=A·B+A·B3,对偶规则:当某逻辑恒等式成立时,其对偶式也成立.求某函数的对偶式:将原函数中逻辑常量"0","1"对换;"与","或"运算关系对换.1.3.3利用布尔代数化简逻辑函数化简方法:并项法: 利用A +A=1并项,消变量.例7: F=ABC +ABC =AB(C +C) =AB吸收法:利用A+AB=A并项,消变量.例8: F=AB +ABCD(E+F)=AB(1+CD(E+F)) =AB消去法:利用A+AB=A+B,消变量.例9: F=AB +AC+BC=AB+C(A+B) =AB+ABC=AB+C配项法:利用A=A(B+B)配项,消去其他项的变量. 例10: F=AB +AC+BC=AB+AC+ (A+A) BC=AB+ABC+AC+ABC=AB+ACA B CA B CA B CA B CA B CA B CA B CA B CA B C最小项m7111m6110m51011m4100m30111m20101m10011m0000FmiABC函数值最小项符变量取值例:14当三输入中至少有两个输入为低时输出为高.化简要求:1,逻辑表达式最简2,逻辑运算关系统一最简与-或表达式:乘积项最少且乘积项中变量因子最少.标准与-或表达式(最小项表达式):表达式中的每个乘积项都是函数的最小项.函数的最小项:包含了该函数全部变量的乘积项,所以n个变量的函数有2n个最小项,与函数真值表的变量取值一一对应.函数的最小项表达式:使函数值为"1"的最小项之逻辑和.F =A B C + A B C + A B C +A B CF(A,B,C)= m0 + m1 + m2 + m4=∑m(0,1,2,4)与真值表中为"1"的项相同.1.4卡诺图1.4.1卡诺图的结构和特点:1,将变量分为行,列两组,相邻列(行)之间只有一个变量取值不同. 2,卡诺图的每个格代表了函数的一个最小项.3,相邻两个最小项可以合并成一个乘积项,并消去一个互补的变量. 相邻两列消去列变量.相邻两行消去行变量.4,具有循环邻接性.B AABCDBCA,B,C,D 取值 1A,B,C,D 取值 0A BCD10A BCD14A BC D6A BC D2A BCD11A BCD15A BC D7A BC D3A BC D9A BCD13A BC D5A BC D1A BC D8A BCD12A BC D4A BC D01.4.2用卡诺图化简逻辑函数一,函数的卡诺图表示法:1,最小项表达式将表达式中出现的最小项所对应的卡诺图格中填入"1",其余格填"0".2,非最小项表达式将函数转换成与-或表达式,在每个乘积项的变量范围内填入"1",其余格填"0". 二,用卡诺图化简逻辑函数的规则和步骤(1)以矩形圈形式合并2n个函数值相同的卡诺图格,消去取值不同的变量,形成一个乘积项.(2)圈尽可能大,使乘积项的变量因子尽可能少.圈尽可能少,使乘积项的个数尽可能少.(3)圈从大到小,直到所有函数值相同的格全部圈入.但每个圈中必须至少包含一个没有被其它圈包围的独立格.(4)所有乘积项之逻辑和为函数的最简与-或表达式.三,具有无关项的逻辑函数表示方法1,无关项对函数值没有影响的变量组合所对应的最小项,用符号d表示其函数值.2,具有无关项的逻辑函数最小项表达式f=∑m+∑d3,具有无关项的逻辑函数卡诺图在无关项格中填入d或X4,具有无关项逻辑函数的化简无关项可以任意取值"0"或"1"以满足合并圈扩大的化简要求.第四章组合逻辑电路组合逻辑的电路结构:信号从输入端逐级向输出传输,没有后级向前级的反馈.组合逻辑的特点:电路输出只与当前的输入信号有关,与电路原来的输出状态无关.4.1组合逻辑分析根据电路在不同输入信号时的输出,分析电路功能分析步骤:1,根据电路图逐级写逻辑表达式2,根据表达式列真值表3,根据真值表分析电路功能4.2中规模组合逻辑电路集成电路规模的划分小规模集成电路SSI——器件集成.中规模集成电路MSI——构件集成.如数据选择器,译码器,编码器等.大规模集成电路LSI——子系统集成.定时器等.超大规模集成电路VLSI——系统集成.单片机,中央处理器(CPU)等.4.2.1编码器编码____用n位二进制码表示小于2n个信息编码器____输入代表信息的开关量(0有效或1有效),输出指示当前有效输入的二进制码.用输入,输出的端口数命名优先编码器(74148)8线-3线8个低电平有效的输入端I0-I7,位序高输入的优先级别高3位反码Y0-Y2输出(由有效输入的下标决定)1个使能输入端S(低电平有效)1个扩展使能输出Ys1个扩展输出Yex优先编码器(74148)的扩展利用使能输入,扩展使能输出实现.1,优先级别高的芯片的使能输出Ys控制优先级别低的芯片使能输入S.Ys = S+I0I1I2 I3I4I5I6I7当级别高的芯片有输入有效(0)时,使能输出无效(1).禁止低级别芯片工作(使能输入为无效电平"1")当级别高的芯片无输入有效时,输出为无效电平"1" .同时使能输出有效(0),允许低级别芯片工作 .2,输出扩展使能作为高位码输出2,二—十进制的编码器741479个输入I1—I9,低电平有效,位序大的级别高四位BCD反码输出,没有扩展输入,输出端4.2.2译码器译码——将n位二进制码转换成对应的2n个信息译码器——用不同的开关量输出(0有效或1有效)表示当前输入的二进制码类型——通用译码器,二—十进制译码器,七段数码显示译码器一,二进制(通用)译码器输入n位二进制码,输出2n个开关量信号用输入,输出端口数命名3线-8线译码器74138输入三位二进制码输出8个低电平有效的开关量指示当前的输入码(位序与输入码相同)Y0 = A2A1A0= m0 Y1=A2A1A0=m1Yi=mi =Mi1,产生组合逻辑函数使能控制有效时,译码器各输出表达式:Yi=mi为输入码对应的最小项的反函数函数的最小项表达式:F=∑mi用译码器产生逻辑函数:F= ∑mi = ∏mi = ∏Yi = ∏Mi函数变量从译码器选择端输入,用与非门将与函数式中最小项序号相同的输出端综合后得函数输出.例:用3/8线译码器构成实现一位二进制数加法的全加器.输入三个一位二进制数A,B,C,输出和S,进位C1 1m71111 0m61101 0m51010 1m41001 0m30110 1m20100 1m10010 0m0000C SmiABC函数值最小项符变量取值S=A B C + A B C + A B C +A B CS(A,B,C)= m1 + m2 + m4 + m7= m1 · m2 · m4 · m7= Y1 · Y2 · Y4 · Y7C=A B C + A B C + A B C +A B CC(A,B,C)= m3 + m5 + m6 + m7= m3 · m5 · m6 · m7= Y3 · Y5 · Y6 · Y72,译码器实现数据分配要分配的串行数据D从译码器的低电平使能端S2或S3输入: S2(或S3)= DiYi=mi S2当输入地址码构成的最小项mi=1时,串行数据从S2或S3输出:Yi =S2(S3)=D3,通用译码器的扩展利用扩展后的高位输入码控制使能端分时选通各译码器二,二—十进制译码器741474-10线译码器,输入8421BCD码,输出十个开关量,低电平有效.三,显示译码器1,七段显示器——七个发光二极管排列成8字型.2,共阴显示器——七个发光二极管的阴极接在一起.使用时公共端COM接低电平,七个二极管阳极接高电平.3,共阳显示器——七个发光二极管的阳极接在一起.使用时公共端COM接高电平,七个二极管阳极接低电平.2,七段显示译码器74474位BCD码输入D,C,B,A .输出七段显示信号:a,b,c,d,e,f显示十进制数符驱动共阴显示器,输出低电平有效 7447驱动共阳显示器,输出高电平有效试灯输入LT:低电平有效,全部输出有效(全亮)灭"0"输入RBI:低电平有效,不显示最高位"0"消隐输入/灭"0"输出BI/RBO:输入为低电平时,所有输出显示无效,显示器不亮(消隐)当RBI=0且输入码为全零时,该输出有效(低电平),可控制相邻低位灭"0"4.2.3数据选择器MUX由地址信号控制从多路数据中选择一路送到输出.m/1 MUX(m选一数据选择器)输入n位地址码,2n路数据D0-Dm-1(m=2n)输出Y(Y),使能控制S(低电平有效)输出函数是地址码构成的最小项mi和数据输入Di的与或表达式:Y=m0D0+ m1D1+…… + mm-2Dm-2 + mm-1Dm-1=∑miDi数据选择器的扩展利用扩展后的高位地址码控制数据选择器的使能端S,分时选通各选择器.数据选择器的应用:1,数据选择2,并行——串行数据变换并行数据——所有位的数据同时传送串行数据——数据按位序逐位传输由地址码A,B,C选择位数据Di,将并行数据D0-D7逐位选择到输出Y,转换成串行数据.数据选择器结构:多输入,单输出输入端:使能控制(选通) 1个路径选择控制 n个数据输入 2n个功能:当使能有效时(被选通),根据路径选择信号从多路数据中选择一路给输出.B A 应用:C0 00 1,数据选择C1 01 2,函数发生器C2 10 Y 3,并行数据转换成C3 11 串行数据3,实现组合逻辑函数数据选择器输出Y与其地址码构成的最小项mi以及数据输入Di的关系式为:Y(A2,A1,A0)=∑miDi=m0D0+ m1D1+…… + mm-2Dm-2 + mm-1Dm-1当地址码A2,A1,A0输入函数的变量,数据输入D0—Dm-1为各变量组合取值时的函数值,Y为函数的输出.例:4-5 分析图4-23的逻辑功能解:电路由8/1MUX构成四变量函数,地址码输入为函数变量A,B,C(A2=A,A1=B,A0=C) 变量D从数据输入端D0-D7输入:D0=D3=D5=D6=D; D1=D2=D4=D7=D;Y=m0D+ m1D+ m2D+ m3D+ m4D+ m5D+ m6D+ m7D=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD电路功能为:奇校验检测,输入四个变量中有奇数个"1"时,输出Y为"1".Y(A,B,C,D)= m1+ m2+ m4+ m7+ m8+ m11+ m13+ m14例4-6:分析图4-24电路的功能解:电路由双4/1MUX构成两个三变量函数,其中变量A,B从地址码输入(A1=A,A0=B),变量C从数据端输入:1D1=1D2=C;1D0=1D3=2D0=2D3=C;2D1=1;2D2=0所以,两个函数的输出:F1=1Y(A,B)= m0c +m1c +m2c +m3cF1=(A,B,C)=ABC +ABC +ABC +ABC=m1+m2+m4+m7F2=(A,B,C)= m0c +m11 +m20 +m3cF2=(A,B,C) =ABC +ABC +ABC +ABC=m1+m2+m3+m71 1m71110 0m61100 0m51010 1m41001 0m30111 1m20101 1m10010 0m0000F2 F1miABC输出最小项符输入功能:全减器,实现一位二进制数减法.输入:A为被减数B为减数C为低位的借位请求输出:F1为差,F2为向高位的借位请求4.2.4 加法器∑——实现多位二进制加法1,全加器——实现一位二进制数加法输入:被加数Ai,加数Bi,低位的进位Ci-1输出:和Si,向高位的进位CiSi=Ai⊕Bi⊕Ci-1Ci =AiBi+(Ai⊕Bi)Ci-12,串行多位加法器由n个全加器串接构成,低位的进位输出接高一位的进位输入,最低位进位输入接"0".电路简单,计算速度受逐级进位的限制.3,四位超前进位并行加法器74283(逻辑符号P102)超前进位:各位的进位输出不经过低位加法器传输,直接由所有低位的加数,被加数产生.Ci =AiBi+(Ai⊕Bi)Ci-1=Gi+PiCi-1产生变量: Gi =AiBi 传输变量: Pi =Ai⊕BiC1 = G1 +P1C 0C2 =G2+P2G1 +P2P1 C0C3 = G3+P3G2+P3P2G1 +P3P2P1C0C4 = G4+P4G3+P4P3G2 +P4P3P2G1 +P4P3P2 P1 C 0各进位信号同时产生,运算速度快,但电路复杂.应用:1,加法器的位数扩展低位加法器的进位输出CO4接相邻高位加法器的进位输入C0.最低位加法器C0接0. 2,用加补码的方式实现十进制加法补码:反码加1 ;反码:原码各位取反.N原+N补=2n;N补=2n - N原;n为码的位数例:原码:0011;反码:1100;补码:1101用二进制减法实现: (9)10—(3)10=(6)101001 1001— 0011 +1101 忽略加补码的进位,运0110 10110 算结果与减法相同.3,用二进制加法器实现十进制加法输入两个四位的BCD码(加数,被加数)输出两个四位的BCD 码(进位,和)当出现伪码(1010-1111)或CO4="1"时,输出和再加6(0110),并产生进位C. 十进制运算进位输出:C= CO4 +S3S2+S3S1CO4 S3S2S3S1附加四位加法器实现加6(0110)调整运算4,用加法器实现代码转换由于常用的BCD码的码值差为常数,所以可用加法器实现代码转换.(P6) 如: (8421BCD)+(0011)=(余3码 )又如:当8421BCD码≤(0100)时,(8421BCD)=(2421BCD)当8421BCD码>(0100)时,(8421BCD)+(0110)=(2421BCD)图4-29:余3码转换成8421BCD码,加0011的补码1101.4.2.5数据比较器COMP功能:比较位数相同的两组二进制数的大小1,一位二进制数比较器两个被比较数输入:a,b,三个输出:g=ab(a>b),s=ab (aB),S=(AB, S=FABi) ; 当被比较数据A=B时:si=AiBi(Ai<Bi) ; 输出S=s,G=g,E=eei=AiBi +AiBi (Ai=Bi)扩展比较位数时,低位比较器的输出接高位的级联输入.高位数据相等时比较低位.2.5.8奇,偶校验1,奇校验信息码中的"1"个数为偶数时,校验位为"1"(信息码与校验位的"1"的总数为奇).2,偶校验信息码中的"1"个数为奇数时,校验位为"1"(信息码与校验位的"1"的总数为偶).奇数个"1"异或为"1",偶数个"1"异或为"0"奇监督位输出Fod=I0⊕ I1 ⊕ …… ⊕ In-1偶监督位输出Fev=I0⊕ I1 ⊕ …… ⊕ In-1第三章时序逻辑时序控制的概念是指电路的输出不仅与当时的输入有关,而且与电路原来的输出状态(输入控制的历程)有关.时序逻辑电路的基本器件——触发器时序逻辑电路的特点——具有记忆功能,信号传输有反馈通道.时序逻辑电路的表示方法——功能表,状态方程,状态图,状态表,波形图3.1集成双稳态触发器3.1.1双稳态触发器的基本特性:1,具有两个输出端Q,Q.触发器正常工作时,Q与Q的逻辑电平总是互补,即一个为"0"时另一个一定是"1".(当触发器工作在非正常状态时,Q和Q的输出有可能相同,使用时必须注意避免出现这种情况.)2,有两个稳定的工作状态:复位状态和置位状态.输出端Q保持逻辑"0"称为触发器处于复位状态,输出端Q保持逻辑"1"称为触发器处于置位状态.3,当输入信号有效时,触发器能够根据控制要求复位或者置位;当输入信号无效后,触发器能保持新的状态不变.状态符上标序n和n+1表示控制前,后的顺序.现态Qn ,Qn——输入信号变化前触发器的状态次态Qn+1 ,Qn+1—输入信号变化后触发器的状态Qn+1不仅与控制输入x有关,而且与其现态Qn有关.触发器的次态控制输入x,现态Qn的函数:Qn+1=f(x,Qn)状态图——表示状态转换关系.状态用圈表示,转换方向用带箭头线表示,线旁标转换条件触发器的输入控制信号分两类:1,控制触发器状态变化结果(置位或复位)的激励控制信号触发器的激励功能:RS,D,JK,T触发器2,控制触发器状态变化时间的时钟触发信号.触发器触发方式:异步(直接)触发方式——激励控制有效时,触发器状态立即改变同步触发方式——触发器必须在时钟触发有效时才能随激励控制改变状态触发器的控制特性表示方法——特性方程,功能表,次态卡诺图,波形图3.1.2 RS触发器RS触发器具有两个激励输入端R,S:R使触发器复位(Reset),Q="0";S使触发器置位(Set),Q="1".1,与非门组成的基本RS触发器电路结构:由两个互相反馈的与非门组成特性:直接触发,激励输入低电平有效特性方程:Qn+1=S+RQn约束条件:S+R=1逻辑符号输入R,S端的小圈表示低电平有效.功能表,状态图,波形图3.1.3钟控D触发器具有控制触发器状态变化时刻的时钟输入:CP激励输入端:DS=CP·D R=CP ·D控制特性:当时钟CP="1",触发器状态与输入D相同(产生Qn+1);当CP="0",触发器状态不变(Qn )特性方程:Qn+1 =D 没有约束条件状态图功能表波形图3.1.4主从JK触发器时钟CP=1时,主Q变化,从Q保持.时钟CP=0时,主Q保持,从Q变化,产生Qn+1.所以,主从JK输出只在CP从"1"变为"0"时变化激励输入:S=J · Qn+1·CP,R=K · Qn+1 · CP当CP下降沿时,J,K控制Q变化特性方程:Qn+1=J Qn +K · Qn ｜CP=↓没有约束条件J,K不同,Q=JJ,K相同,J=K=0,Q不变;J=K=1,Q翻转主从JK触发器的一次变化现象由于存在从触发器到主触发器的反馈,使主触发器状态在CP=1时只能变化一次.触发器被干扰后不能返回正常状态.直接(异步)置位,复位端S,R——不受时钟信号控制强制触发器置位或复位3.1.5边沿触发器在CP脉冲的上升沿(或下降沿),触发器才根据激励输入信号改变状态.1,负边沿JK触发器——在时钟脉冲的下降沿触发,激励方式为J,K型.Qn+1=J Qn +K · Qn ｜CP↓2,正边沿D触发器——在时钟脉冲的上升沿触发,激励方式为D型.Qn+1=D｜CP↑3,T触发器Qn+1=TQn +T· Qn｜CP↓3.2 锁存器,寄存器和移位寄存器3.2.1 锁存器n个钟控(同步)D触发器构成 n位数据锁存器,数据输入由公共时钟G的电平控制. 要锁存的数据D0-Dn可以在CP="1"期间输入.三态门____由使能信号G控制输出状态,当使能有效时,输出"0"或"1";当使能无效时,输出为高阻(开关断开,电阻无穷大)状态,对外电路没有影响.3.2.2 寄存器n个正边沿D触发器构成 n位数据寄存器,数据输入由公共时钟CP的边沿控制.要寄存的数据D0-Dn必须在CP上升沿之前输入,并保持到CP=1之后.E G D Q E G D Q锁功 1 X X 高阻寄功 1 X X 高阻存能 0 0 X 保持存能 0 0 X 保持器表 0 1 0 0 器表 0 1 0 00 1 1 1 0 1 1 13.2.3 移位寄存器采用n个正边沿D触发器串联构成可实现:串行输入,并行输入,串行输出,并行输出左移:低位触发器的输出接高位触发器激励输入串行数据从最低位输入 Di=Qi+1 DH=SL右移:高位触发器的输出接低位触发器激励输入串行数据从最高位输入 Di=Qi-1 DL=SR八位通用移位寄存器74299端口功能:CLR:异步清零,低电平有效,优先级别最高G1,G2:输出使能,低电平有效,无效时输出为高阻(三态输出)S1,S0:方式控制.1 1 同步置数,Qa-Qh端口作为输入,在时钟脉冲上升沿A-H数据并行置入寄存器1 0 左移 ,在时钟脉冲上升沿寄存器所有数据向高位移动一位,串行数据从SL输入到最低位Qh.0 1 右移 ,在时钟脉冲上升沿寄存器所有数据向低位移动一位,串行数据从SR输入到最高位Qa.0 0 保持,无论时钟及数据输入如何变化,输出不变.时序逻辑电路基本概念:时序逻辑电路的主要因素是电路"状态"及"状态变化" .n个触发器输出所组成的n位二进制码共可以表示2n个状态符.电路的有效状态个数M和 n满足不等式: 2n-1< M ≤2n.如果M≠2n,则有2n—M个无效状态存在,分析和设计时序电路时必须考虑电路的自启动能力.自启动能力:当电路处于无效状态时,电路能随时钟脉冲的输入自动转换到有效状态并实现正确的输出.时序逻辑电路的分类根据电路中各触发器时钟驱动源,时序逻辑电路分为同步时序电路和异步时序电路. 在同步时序电路中,所有触发器由同一时钟信号控制,触发器的状态变化是同时进行的.在异步时序电路中,至少有一个触发器的时钟信号与其他触发器不同, 电路的状态变化不同步.异步时序电路的分析和设计方法复杂,但电路结构比较简单.3.3计数器计数器——具有累计时钟脉冲个数的功能.电路状态随计数脉冲输入作周期性的变化.计数器的模——我们把计数器电路状态循环变化的个数称为计数器的"模",用M表示.同步计数器————电路中所有触发器的时钟由计数脉冲同时控制异步计数器———某些触发器的时钟由其它触发器的输出控制.计数体制——若n位计数器的状态码变化顺序有自然二进制数序的特点,且模M=2n称n位二进制计数器; M=10称十进制计数器;其他非二进制计数器称M(模)进制计数器 .计数方式———计数器状态码变化有数序特点,且呈递增趋势的称加计数器;呈递减趋势变化的称减计数器;根据控制信号既可递增也可递减计数的称可逆计数器.3.3.1同步计数器的分析步骤1,根据电路图中各触发器激励端y的连接关系,写出驱动方程组Y和输出方程Z: Y=h(X,Qn) ( y=R,S,D,J,K,T)Z=f(X,Qn)2,把驱动方程代人各触发器的状态方程,得出电路状态方程组: Qn+1=g(X,Qn) 3,根据状态方程列状态转换表,分析电路状态的转换规律和输出Z的变化规律. 4,画状态转换图分析计数器的计数方式,模.同步计数器激励关系用T触发器构成: Qin+1=TiQin+TiQin加:Ti=Qi-1Qi-1…Q0 ,T0=1减: Ti=Qi-1Qi-1 … Q0 ,T0=1移位型计数器:K位环型计数器: Qi=Qi-1(=Di ) ;Q0=QK-1=(=D0)K位扭环型计数器: Qi=Qi-1(=Di ) ;Q0=QK-1=(=D0)3.3.2异步计数器当时钟信号有效时,触发器的状态方程才成立,否则状态不变.JK触发器: Qin+1=Ji · Qin +Ki · Qin ｜CP↓=(Ji · Qin +Ki · Qin )CPi+ Qin · CpiD触发器:Qin+1=Di·Qin ｜CP↑=Di · CPi+ Qin · CPi时钟驱动方程为:CPi=f(Q k· CP k )例:CPi= Q k · CPk(CPi由Qk驱动)CPi= Q k · CP k(CPi由Qk驱动)CPi= Q k CP k + Q k-1 CP k-1 (CPi由Qk + Q k-1驱动)异步计数器的分析方法:1,从最低位触发器开始,列各触发器的时钟驱动方程和激励方程.2,将驱动方程代入该触发器反映时钟触发方式的状态方程,得电路的状态方程. 3,根据状态方程列电路的状态转换表.。

全数字锁相环的VHDL设计【文献综述】

文献综述电子信息工程全数字锁相环的VHDL设计前言锁相环其实不是什么新东西，很早以前就有人使用了。

锁相技术的理论早在1932年就被提出来了，但直到40年代在电视机中才得到广泛的应用，用于改善电视接收机的行同步和帧同步，以提高抗干扰能力。

20世纪50年代后期随着空间技术的发展，锁相环用于对宇宙飞行目标的跟踪、遥测和遥控。

60年代初随着数字通信系统的发展，锁相环应用愈广，例如为相干解调提取参考载波、建立位同步等。

具有门限扩展能力的调频信号锁相鉴频器也是在60年代初发展起来的。

在电子仪器方面，锁相环在频率合成器和相位计等仪器中起了重要作用。

锁相环的英文全称是（Phase-Locked Loop），简称PLL，锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环。

是实现相位自动控制的负反馈系统，它使振荡器的相位和频率与输入信号的相位和频率同步。

主题从前言的论述中我们知道了锁相环路具有一些相当优良的功能，且成本低、使用方便，因而它已成为电子技术领域中一种相当有用的技术手段，获得了越来越广泛的应用。

锁相环可以分为模拟锁相环和数字锁相环。

模拟锁相环主要由相位参考提取电路、压控振荡器、相位比较器、控制电路等组成。

压控振荡器输出的是与需要频率很接近的等幅信号，把它和由相位参考提取电路从信号中提取的参考信号同时送入相位比较器，用比较形成的误差通过控制电路使压控振荡器的频率向减小误差绝对值的方向连续变化，实现锁相，从而达到同步。

数字锁相环主要由相位参考提取电路、晶体振荡器、分频器、相位比较器、脉冲补抹门等组成。

分频器输出的信号频率与所需频率十分接近，把它和从信号中提取的相位参考信号同时送入相位比较器，比较结果示出本地频率高了时就通过补抹门抹掉一个输入分频器的脉冲，相当于本地振荡频率降低；相反，若示出本地频率低了时就在分频器输入端的两个输入脉冲间插入一个脉冲，相当于本地振荡频率上升，从而达到同步[1]。

数字逻辑与VHDL逻辑设计课程设计

数字逻辑与VHDL逻辑设计课程设计背景数字逻辑与VHDL逻辑设计是计算机科学与技术（或电子信息工程）等相关专业的一门重要课程，是电子信息领域的基础课程之一。

该课程涉及数字逻辑基本概念、组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计、VHDL语言及其应用等方面的内容，是学习电路设计、数字系统设计等领域的基础。

在该课程的学习过程中，学生需要通过课程设计来掌握数字逻辑和VHDL编程的基本知识和技能，提高他们的综合应用能力。

目的本次数字逻辑与VHDL逻辑设计课程设计的目的是要求学生通过实践来掌握数字逻辑和VHDL语言的基本特点和应用，熟练掌握常见的数字电路设计方法以及VHDL编程技能。

通过进行数字逻辑和VHDL编程的实践，提高学生综合运用知识的能力，促进他们对电子信息领域相关技术的深入理解和应用。

内容针对本次课程设计，在课程教学过程中可以选择以下内容进行实践操作和实现：数字逻辑实验：1.基本逻辑电路实验，包括门电路、多路选择器和解码器等；2.时序逻辑电路实验，包括触发器、计数器等；3.组合逻辑电路实验，包括加法器、减法器、全加器等；VHDL编程实验：1.设计VHDL模块，实现基本逻辑电路和数字电路的功能；2.利用VHDL实现数字系统的控制模块，包括时序电路及算法优化等；3.针对深度学习模型等复杂应用场景，设计符合实际应用需求的数字电路系统；综合实验：结合数字逻辑实验和VHDL编程实验，完成一个具备一定功能的数字电路系统设计，完成仿真测试并给出技术方案。

要求1.课程设计需要完成一个具有独立功能的小设计项目；2.课程设计过程需要模块化设计，注重功能可移植性和部件复用性；3.完成一个完整的课程设计报告，报告应该包括课程设计的思路与方案，电路设计的原理和实现，电路测试过程，以及采用的VHDL代码等内容；4.报告均需使用Markdown文本格式书写，并进行适当排版、插入公式等；5.在报告撰写中，需要充分考虑电路设计的可靠性、实用性和创新性。

数字逻辑设计与VHDL描述第２版教学课件ppt作者徐惠民安德宁第七..

P2北京邮电大学***************.cn2015-5-26序电路基础时时序逻辑电路也可以分类为电位型时序电路和钟控型时序电路。

钟控型时序电路的工作方式又可以分为两类：同步时序电路和异步时序电路。

同步时序电路的所有触发器的翻转都受同一个时钟的控制。

或者说所有的触发器都是同步工作的。

异步时序电路中的触发器也有时钟的控制，但是每个触发器的时钟不是来自同一个时钟源。

P3北京邮电大学***************.cn2015-5-26序电路基础时同步时序电路的一般框图同步时序电路用三组方程式来描述。

激励方程：Y=f (输入信号,现在状态) 状态方程：S=h (输入信号,现在状态) 输出方程：Z=g (输入信号,现在状态)P4北京邮电大学***************.cn2015-5-26序电路基础时以上方程式所描述的同步时序电路的输出是输入和现在状态的函数，这类电路又称为米里型（Mealy mode）时序电路。

另一类同步时序电路，它的输出只和状态有关，和电路的输入无关。

这类同步时序电路称为摩尔型（Moore mode ）时序电路。

它的输出方程可表示为：输出方程：Z = g (现在状态)P5北京邮电大学***************.cn2015-5-26序电路基础时状态表和状态转移表将状态方程和输出方程结合在一起用矩阵的形式加以表示，就构成同步时序电路的状态表。

状态表中的状态一般都用字母表示，用来描述时序电路的性能。

如果状态用二进制代码表示，这种用二进制代码表示状态的状态表就称为状态转移表。

状态转移表用来分析和设计时序电路。

P6北京邮电大学***************.cn2015-5-26序电路基础时自动投币饮料机的状态表和状态转移表（摩尔电路）其中，用S表示状态、Y表示输出状态表状态转移表P7北京邮电大学***************.cn2015-5-26序电路基础时而如果饮料机可以投入两种硬币：5角和1元。

数字逻辑与数字系统设计-基于VHDL语言描述课程设计

数字逻辑与数字系统设计-基于VHDL语言描述课程设计简介数字逻辑与数字系统设计是计算机科学和工程中的一门重要课程，它涉及到硬件电路的设计和实现。

本文将介绍数字逻辑与数字系统设计中的VHDL语言描述，以及如何基于VHDL语言描述来进行数字系统的设计。

VHDL语言描述VHDL是一种硬件描述语言，它是IEEE标准1076的一部分，是一种文本描述数字电路、系统和信号的详细语言。

VHDL还可以描述模拟电路和数字信号处理系统。

VHDL的设计流程包括建立系统规范、编写代码、生成模拟和仿真。

编写代码可以通过三种不同的方法进行：•行为级描述：描述系统的功能，以及模块之间的交互；•数据流描述：根据输入变量的状态计算输出变量的状态；•结构描述：定义模块和信号的结构、层次结构和网表。

在VHDL中，模块和信号需要有一个基本的结构。

模块可以细分为实体(entity)和体枚(architecture)，以及连接点(port)。

在体枚中，设计者可以通过描述行为来定义模块的内部结构，例如使用过程(process)、函数(function)、计数器(counter)等，从而描述模块的行为。

连接点则是模块的输入、输出接口，用于与其它模块连接，并且必须在实体中定义。

信号则是用于电路中传输数据、状态、时序等信息的实体。

它可以被定义为标量或向量，可以是定长或不定长。

在VHDL语言中使用变量(var)、常量(constant)和信号(signal)的方法可以对数字电路进行建模和仿真，并基于VHDL语言描述来进行数字系统的设计。

VHDL语言描述的应用——课程设计利用VHDL语言描述实现的数字电路在实际应用中非常广泛，可以用于网络交换芯片、信号处理器和数字嵌入式系统等领域。

在数字逻辑与数字系统设计中，也具有很高的实用性。

以一个简单的数字系统设计为例，该设计实现了数字加法器的功能，在VHDL 语言表述下的代码如下：-- 定义模块entity adder isport(A_i,B_i:in std_logic_vector(3downto0);S_o :out std_logic_vecotr(3downto0));end adder;-- 定义体枚architecture rtl of adder isbeginS_o <= A_i + B_i; -- 行为描述end rtl;在这个例子中，我们定义了一个模块adder，该模块由A_i和B_i两个输入端口、S_o一个输出端口组成。

VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计第1章

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图1-2 六进制约翰逊计数器原理图
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与六进制计数器模块设计一样，系统的其它模块也按此方法进行设计。在所有硬件模块设计完成以后，再将各模块连接起来，进行调试。如有问题，则进行局部修改，直至整个系统调试完毕为止。
由上述设计过程可以看到，系统硬件的设计是从选择具体元器件开始的，并用这些元器件进行逻辑电路设计，完成系统各独立功能模块的设计，然后将各功能模块连接起来，完成整个系统的硬件设计。上述过程从最底层开始设计，直至最高层设计完毕，故将这种设计方法称为自下至上的设计方法。
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第二层次是RTL方式描述。这一层次称为寄存器传输描述(又称数据流描述)。如前所述，用行为方式描述的系统结构的程序其抽象程度高，是很难直接映射到具体的逻辑元件结构用硬件来实现的。要想得到硬件的具体实现，必须将行为方式描述的VHDL语言程序改写为RTL方式描述的VHDL 语言程序。也就是说，系统采用RTL方式描述，才能导出系统的逻辑表达式，才能进行逻辑综合。当然，这里所说的可以进行逻辑综合是有条件的，它是针对某一特定的逻辑综合工具而言的。
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传统的硬件电路设计方法已经沿用了几十年，是目前广大电子工程师所熟悉和掌握的一种方法。但是，随着计算机技术、大规模集成电路技术的发展，这种传统的设计方法已大大落后于当今技术的发展。一种崭新的、采用硬件描述语言的硬件电路设计方法已经兴起，它的出现给硬件电路设计带来了一次重大的变革。
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1.2 利用硬件描述语言的硬件电路设计方法
5
要设计一个六进制计数器，其方案是多种多样的，但是摆在设计者面前的一个首要问题是如何选择现有的逻辑元器件构成六进制计数器。设计六进制计数器首先从选择逻辑元器件开始。
第一步，选择逻辑元器件。由数字电路的基本知识可知，可以用与非门、或非门、D触发器、JK触发器等基本逻辑元器件来构成一个计数器。设计者根据电路尽可能简单、价格合理、购买和使用方便等原则及各自的习惯来选择构成六进制计数器的元器件。本例中选择JK触发器和D触发器作为构成六进制计数器的主要元器件。

VHDL与数字电路设计

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一、概述VHDL与数字电路设计一、概述二、VHDL语言三、用VHDL设计逻辑电路传统数字电路设计方法 EDA设计方法 PLD器件设计流程文本设计输入—VHDL程序设计数字电子技术的基本知识回顾组合逻辑电路编码器、译码器、数据选择器、加法器、数值比较器等传统设计方法传统的设计方法是基于中小规模集成电路器件进行设计（如74系列及其改进系列、CC4000系列、 74HC系列等都属于通用型数字集成电路），而且是采用自底向上进行设计：（1）首先确定可用的元器件；（2）根据这些器件进行逻辑设计，完成各模块；（3）将各模块进行连接，最后形成系统；（4）而后经调试、测量观察整个系统是否达到规定的性能指标。

时序逻辑电路同步时序逻辑电路异步时序逻辑电路寄存器、移位寄存器、计数器、序列信号发生器 EDA设计方法EDA（Electronics Design Automation）即电子设计自动化技术，是利用计算机工作平台，从事电子系统和电路设计的一项技术。

EDA技术为电子系统设计带来了这样的变化：（1）设计效率提高，设计周期缩短；（2）设计质量提高；（3）设计成本降低；（4）能更充分地发挥设计人员的创造性；（5）设计成果的重用性大大提高，省去了不必要的重复劳动。

自顶向下的设计方法数字电路的EDA设计是基于PLD进行设计的，支持自顶向下的设计方法：（1）首先从系统设计入手，在顶层进行功能划分和结构设计；（2）然后再逐级设计底层的结构；（3）并在系统级采用仿真手段验证设计的正确性；（4）最后完成整个系统的设计，实现从设计、仿真、测试一体化。

传统设计方法 vs EDA设计方法传统设计方法自底向上手动设计软硬件分离原理图设计方式系统功能固定不易仿真难测试修改模块难移植共享设计周期长PLD器件设计流程（1）PLD开发系统包括硬件和软件两部分。

VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计第三版课程设计

VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计第三版课程设计本次课程设计旨在帮助大家深入理解VHDL硬件描述语言和数字逻辑电路设计的相关知识，提高大家的实践能力和设计能力。

本文将对课程设计的要求和实现方法进行详细说明。

课程设计要求本次课程设计要求大家完成一个基于VHDL的数字逻辑电路设计，包括以下要求：1.手动编写VHDL程序，对指定的数字电路进行仿真分析，并输出相应的波形图。

2.设计一个数字电路，要求该电路可完成特定的逻辑功能，例如加法器、多路选择器等。

3.基于现实的场景需求，完成一个实际的数字电路设计。

例如，实现一个音乐播放器控制器、机器人控制器等。

设计步骤步骤一：了解VHDL语言和数字逻辑电路设计原理在进行数字电路设计之前，需要先理解VHDL语言和数字逻辑电路设计原理。

VHDL语言是一种硬件描述语言，主要用于描述数字逻辑电路。

数字逻辑电路由基本的逻辑单元组成，包括与门、或门、非门等，通过组合这些逻辑单元可以实现更复杂的逻辑电路设计。

步骤二：选择仿真工具选择一款仿真工具进行仿真分析。

常见的仿真工具有ModelSim、Xilinx ISE 等。

步骤三：编写VHDL程序编写VHDL程序，对指定的数字电路进行仿真分析。

根据实际需要，可以选择不同的VHDL语言结构进行编写。

步骤四：仿真分析在仿真工具中进行仿真分析，根据VHDL程序模拟出相应的波形图。

步骤五：设计数字电路基于数字逻辑电路设计原理，设计出特定的数字电路。

需要首先确定电路所需要的逻辑功能，然后根据这个功能设计出合适的电路。

步骤六：实现实际场景需求参考现实的场景需求，设计出一个实际的数字电路，并进行调试测试。

VHDL程序编写规范在编写VHDL程序时，需要遵循一定的编写规范，以保证程序的可读性和可维护性。

1.命名规范：变量和信号的命名应具有较好的描述性，易于理解和记忆。

2.缩进规范：代码缩进应该统一，便于代码的阅读和理解。

3.注释规范：代码中应加入必要的注释，解释各个模块的功能和作用。

数字逻辑教学课件 vhdl-3

end if;
end if;
end process;
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
ENTITY add IS PORT(clk, x,y:IN STD_LOGIC;
模可控计数器（由输入x,y控制）
Begin process (clk)
begin if (clk’event and clk=‘1’) then if ( temp=4999) then temp <= 0 ; else temp <= temp+1; end if;
end if; end process;
clkout <= '1' when ( temp<2500) else '0';
END IF; END PROCESS; END cod74148;
二、时序逻辑电路设计
触发器、寄存器、计数器、分频器、节拍发生器、状态机等。进程的敏感信号是时钟信号，在进程内部用if 语句描述时钟的边沿条件。
时钟上升沿：（clock’event and clock = ‘1’）
时钟下降沿：（clock’event and clock = ‘0’）
END art;
2. 8:3优先编码器
library ieee;
GS
use ieee.std_logic_1164.all;
ENTITY priencoder is PORT (din:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
ei:IN STD_LOGIC; yout:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 downto 0); eo,gs:OUT STD_LOGIC); END priencoder;

基于VHDL的数字逻辑设计

数字电路与逻辑设计
基于VHDL的数字逻辑设计
常用组合逻辑电路设计
常用时序逻辑电路设计 VHDL程序设计规范
组合逻辑电路设计 1. 分析逻辑问题，抽象输入、输出逻辑变量。 2. 列真值表、写函数表达式。 3. 采用基本门电路、PLD实现。
实体描述
ENTITY __entity_name IS PORT( __input_name : IN STD_LOGIC; __input_vector_name : IN STD_LOGIC_VECTOR (__high downto __low); __output_name, : OUT STD_LOGIC); __output_vector_name : OUT STD_LOGIC_VECTOR (__high downto __low); END __entity_name;
ARCHITECTURE a OF cmpab IS BEGIN aeqb<='1' when a=b else '0'; agtb<='1' when a>b else '0'; altb<='1' when a<b else '0'; END a;
（4）数据选择器 4选1 MUX
A B C D S0 S1
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;

vhdl硬件描述语言与数字逻辑电路设计

VHDL (VHSIC Hardware Description Language) is like the architect's blueprint for digital systems. It's a language that hardware engineers use to paint a vivid picture of how these systems are structured and how they behave. Think of it as a virtual playground where designers can play around with digital logic circuits before they bring them to life. With VHDL, they can test and verify their creations, ensuring that everything runs smoothly before it's time to hit the hardware. In other words, VHDL is the ultimate tool for digital wizards to work their magic and bring their ideas to life!VHDL（VHSIC硬件描述语言）就像建筑师的数字系统蓝图。

这种语言是硬件工程师用来描绘这些系统的结构及其表现的生动画面。

把它当作一个虚拟游乐场，设计者可以在带他们复活前用数字逻辑电路来游玩。

通过VHDL，他们可以测试和验证他们的创造，确保一切在击中硬件之前顺利运行。

VHDL是数位魔法师运用魔法，将想法带入生命的终极工具！One of the coolest things about VHDL is that it lets you test out your digital creations virtually before you actually build them. It's like a digital playground where you can play around with your ideas and see how they behave without spending a ton of money on physical prototypes. And the best part? You cancatch any design boo-boos early on and make sure everything is working smoothly. Not only that, VHDL also lets you create these little building blocks, kind of like digital Legos, that you can easily snap together to make bigger and better designs. It's like having a superpower for makingplex digital systems with lots of parts moving at the same time. So basically, VHDL is like the superhero of digital design – making things faster, cheaper, and a whole lot more fun!VHDL最酷的一件事就是它让你在实际建造之前测试你的数字创造。

数字逻辑与vhdl逻辑设计综述