VHDL电路设计

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基于VHDL的数字电路综合设计

基于VHDL的数字电路综合设计一、引言数字电路设计是计算机科学中的一个重要领域，也是电子工程中的核心内容之一。

在数字电路设计中，经常会用到VHDL语言进行功能仿真和硬件实现，本文将介绍基于VHDL的数字电路综合设计。

二、VHDL语言简介VHDL是VHSIC硬件描述语言(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)的缩写，是一种描述数字系统的硬件设计语言。

VHDL支持复杂的设计和测试，并具有高度的可重用性和可扩展性，因此被广泛应用于数字电路设计。

VHDL语言包含结构体、函数、过程、运算符等元素，允许用户在设计过程中进行各种模拟和优化，支持从最基本的逻辑门直到复杂的微处理器设计。

同时，VHDL可以在不同的电脑平台上使用，并且可以与其他软件工具进行无缝集成。

三、数字电路综合设计流程数字电路综合设计是指将高级语言的描述转换为符合硬件描述语言规范的电路图。

数字电路综合设计流程如下：1.设计规范：对电路进行功能分析和描述，包括输入、输出、功能、时序等方面。

2.编写VHDL代码：根据设计规范编写VHDL代码，包括模块实例化、输入输出端口定义、内部信号定义、电路描述等。

3.逻辑综合：将VHDL代码进行逻辑综合，将代码转换为门级电路，通常采用的软件工具是DC综合器。

4.布局布线：将逻辑综合得到的门级电路进行布局布线，得到网表电路。

5.时序分析：对网表电路进行时序分析，保证电路能够在设定的时间内完成给定的操作。

6.物理综合：根据时序分析结果对网表电路进行物理综合，将电路布局在芯片上，并定义技术参数。

7.后仿真：对综合后的电路进行后仿真，验证电路设计是否符合原始设计要求。

四、综合设计工具的选择数字电路综合设计需要使用多种工具，主要涉及到硬件描述语言编写工具、逻辑综合工具、布局布线工具、笔画校验工具和后仿真工具等。

常见的综合设计工具有：1.VHDL编译器和仿真器：VHDL编译器和仿真器是支持VHDL语言的电路设计工具，可以实现VHDL语言的编写和电路仿真功能。

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。

实验三-VHDL时序逻辑电路设计

实验三 VHDL 时序逻辑电路设计一、实验目的1．熟悉用VHDL语言设计时序逻辑电路的方法2．熟悉用Quartus文本输入法进行电路设计二、实验所用仪器元件及用途1．计算机：装有Quartus软件，为VHDL语言提供操作场所。

2．直流稳压电源：通过USB接口实现，为实验开发板提供稳定电源。

3．数字系统与逻辑设计实验开发板：使试验结果下载到开发板上，实现整个实验的最终结果。

三、实验内容1．用VHDL语言设计实现一个8421码十进制计数器。

（1）实验内容及要求：在Quartus平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板上验证试验结果。

（2）试验结果：VHDL代码和仿真结果。

2．用VHDL语言设计实现一个分频系数为8，分频输出信号占空比为50%的分频器。

（1）实验内容及要求：在Quartus平台上设计程序和仿真题目要求。

（2）试验结果：VHDL代码和仿真结果。

3．用VHDL语言设计实现一个控制8个发光二极管亮灭的电路。

（1）实验内容及要求：在Quartus平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板上验证试验结果。

a.单点移动模式：一个点在8个发光二极管上来回的亮b.幕布式：从中间两个点，同时向两边依次点亮直至全亮，然后再向中间点灭，依次往复c.通过拨码开关或按键控制两种模式的转换（2）试验结果：VHDL代码和仿真结果。

四、实验设计思路及过程1.8421码十进制计数器状态转移表左图为8421码十进制计数器的状态转移表，abcd为初状态，ABCD为下一状态，每当有“1”出现时，相应的管脚就亮灯，从而从0000到1001的灯依次出现。

VHDL代码如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY count12 ISPORT(clk,clear:IN STD_LOGIC;q :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END count12;ARCHITECTURE a OF count12 ISSIGNAL q_temp:ATD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(clk)BEGINIF(clk'event and clk='1') THENIF clear='0' THENq_temp<="0000";ELSIF q_temp="1011"THENq_temp<="0000";ELSEq_temp<=q_temp+1;END IF;END IF;END PROCESS;q<=q_temp;END a;2.分频系数为8，输出占空比为50%的分频器的设计左图为八分频器（占空比50%）的状态转移图，其中abc为原状态，ABC为下一状态。

vhdl设计实验报告

vhdl设计实验报告VHDL设计实验报告引言VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，广泛应用于数字电路设计和验证。

本实验旨在通过设计一个简单的电路来熟悉VHDL语言的基本语法和设计流程。

一、实验背景数字电路是现代电子系统的基础，而VHDL则是描述和设计数字电路的重要工具。

VHDL可以帮助工程师们以一种形式化的语言来描述电路的功能和结构，从而实现电路的模拟和验证。

二、实验目的本实验的目的是通过使用VHDL语言设计一个简单的电路，加深对VHDL语言的理解，并掌握基本的电路设计流程。

三、实验步骤1. 确定电路功能在设计电路之前，首先需要明确电路的功能。

本实验中，我们选择设计一个4位加法器电路。

2. 设计电路结构根据电路功能的要求，设计电路的结构。

在本实验中，我们需要设计一个4位加法器，因此需要使用4个输入端口和一个输出端口。

3. 编写VHDL代码使用VHDL语言编写电路的描述代码。

在代码中，需要定义输入和输出端口的类型和位宽，并实现电路的功能。

4. 进行仿真使用仿真工具对设计的电路进行仿真，以验证电路的功能是否符合预期。

通过输入不同的测试数据，观察输出是否正确。

5. 下载到FPGA开发板将设计好的电路代码下载到FPGA开发板上进行验证。

通过连接输入信号和观察输出信号，验证电路在实际硬件上的运行情况。

四、实验结果与分析经过仿真和实际验证，我们设计的4位加法器电路在功能上符合预期。

输入不同的数据进行加法运算时，输出结果都正确。

五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了VHDL语言的基本语法和设计流程。

通过设计一个简单的电路，我们掌握了VHDL的应用方法，并通过仿真和实际验证，加深了对电路设计的理解。

六、实验心得本实验让我对VHDL语言有了更深入的认识。

通过实际操作，我更加熟悉了VHDL的编写和仿真流程。

VHDL与数字电路设计实验报告

VHDL与数字电路设计实验报告引言本实验旨在通过使用VHDL编程语言和数字电路设计技术，实现特定功能的电路设计。

本文档将对实验的步骤、设计原理和结果进行详细描述。

实验步骤1. 步骤一：熟悉VHDL编程语言在实验开始之前，团队成员对VHDL编程语言进行了研究和熟悉。

我们了解了VHDL的基本语法、数据类型和结构，并获得了对VHDL设计原理的初步理解。

2. 步骤二：设计功能电路在本实验中，我们选择了一个特定的功能电路进行设计。

我们首先进行了功能需求分析，并根据需求确定了电路的输入输出信号以及主要的逻辑运算。

然后，我们使用VHDL编程语言将电路的逻辑运算实现为代码，并进行了仿真和测试。

3. 步骤三：电路仿真和验证为了验证我们设计的电路功能的正确性，我们使用了VHDL仿真工具进行了电路的仿真和验证。

我们根据输入信号的不同组合，观察输出信号的变化，并与我们预期的结果进行比较。

通过这一步骤，我们确认了我们设计的电路能够按照预期工作。

4. 步骤四：电路实现和测试在确认电路的设计和仿真结果无误之后，我们进一步将电路实现到实际的数字电路平台上，并进行了硬件测试。

我们使用实际的输入信号来测试电路的性能和稳定性，并对输出信号进行观察和分析。

通过这一步骤，我们验证了电路在实际环境中的可行性。

设计原理我们设计的电路基于特定的功能需求，采用了经典的数字电路设计原理。

通过使用VHDL编程语言，我们将电路的逻辑运算实现为逻辑门和触发器的组合。

通过将输入信号连接到适当的逻辑门和触发器，我们实现了所需的功能。

结果与分析经过实验步骤的完成，我们成功地设计和实现了一个具有特定功能的数字电路。

在仿真测试和实际测试中，电路都表现出了良好的性能和稳定性。

根据结果的分析，我们验证了电路的设计原理和逻辑的正确性。

结论本实验通过使用VHDL编程语言和数字电路设计技术，成功地实现了一个具有特定功能的电路设计。

我们的实验结果表明，VHDL和数字电路设计技术在电路设计领域具有重要的应用价值。

VHDL语言实现数字电路设计

VHDL语言实现数字电路设计数字电路是由逻辑门、寄存器以及其他数字组件组成的电子系统，用于处理和传输数字信号。

VHDL（Very High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，用于描述数字电路和系统。

通过使用VHDL语言，我们可以实现数字电路的设计，从而满足各种需求。

VHDL语言提供了一种结构化的设计方法，允许设计者描述硬件电路的结构、功能以及时序行为。

以下是一些常见的数字电路设计任务，以及如何使用VHDL语言来实现它们。

1. 门电路设计门电路是最简单的数字电路之一，由逻辑门组成。

使用VHDL语言，我们可以通过描述逻辑门的输入和输出来实现门电路的设计。

例如，我们可以使用VHDL语言描述一个与门：```vhdlentity AND_gate isport (A, B : in bit;Y : out bit);end entity AND_gate;architecture dataflow of AND_gate isbeginY <= A and B;end architecture dataflow;```在这个例子中，我们定义了一个输入端口A和B，以及一个输出端口Y。

在architecture部分，我们使用VHDL语言描述了Y的逻辑值为A和B的逻辑与。

2. 时序逻辑电路设计时序逻辑电路是根据时钟信号进行操作和状态转换的电路。

使用VHDL语言，我们可以描述时序逻辑电路的行为和状态变化。

例如，我们可以使用VHDL语言描述一个触发器：```vhdlentity D_flip_flop isport (D, CLK : in bit;Q : out bit);end entity D_flip_flop;architecture behavior of D_flip_flop issignal Q_temp : bit;beginprocess(CLK)beginif CLK'event and CLK = '1' thenQ_temp <= D;end if;end process;Q <= Q_temp;end architecture behavior;```在这个例子中，我们定义了一个输入端口D和CLK，以及一个输出端口Q。

基本组合电路设计(使用VHDL语言)

实验报告一、实验目的熟悉利用QuartusⅡ的VHDL文本设计流程，学习简单组合电路的设计、多层次电路设计、编译及仿真全过程。

二、实验内容1.利用QuartusⅡ完成2选1多路选择器的文本编辑输入和仿真测试等步骤，给出仿真波形。

2．根据工作原理，利用VHDL语言完成1位半加器和全加器的设计；3.建立一个更高的原理图设计层次，利用以上获得的1位全加器用例化语句写出8位二进制全加器的顶层文件，并讨论此加法器的电路特性。

三、实验环境计算机、QuartusII软件四、实验步骤1.利用QuartusⅡ完成2选1多路选择器的文本编辑输入和仿真测试等步骤，给出仿真波形。

(1)代码（2）仿真波形仿真结果分析：当s=1时，y=b，即输出信号b；当s=0时，y=a，即输出信号b。

仿真结果与理论结果是一致的，所以编辑的2选1多路选择器的文本是正确的.2．根据工作原理，利用VHDL语言完成1位半加器和全加器的设计；1位半加器设计：(1)代码（2）仿真波形仿真结果分析：进位信号so=a AND b,即当且仅当a=b=1时，产生进位。

输出信号so=a XOR b，当a=1，b=0或a=0，b=1时，输出信号so=1，否则so=0。

仿真结果与理论结果是一致的，所以编辑1位半加器的的文本是正确的.原件or2a（1）代码（2）原理图1位全加器加器设计：(1)代码（2）仿真波形(3)原理图3.建立一个更高的原理图设计层次，利用以上获得的1位全加器用例化语句写出8位二进制全加器的顶层文件，并讨论此加法器的电路特性。

(1)代码（2）仿真波形结果分析：A1，B1分别是两个加数的最低位，依次类推，A8，B8分别是两位加数的最高位。

当最高位A8，B8与来自低位进位C7中有两个是高电平时，则进位CARRY会产生高电平，否则CARRY为低电平。

其余位数的加法跟生活中的加法是一致的。

（3）原理图五、实验结果与讨论试验结果和理论结果是一致的，所以对2选1多路选择器、半加器、全加器以及8为全加器的文本描述是正确的。

数字电路设计实验vhdl语言实验报告

实验一秒表计数器的设计实验目的:本实验通过设计四种频率可选的数字时钟系统, 以达到熟悉VHDL 语言编程语法、设计思路和熟练掌握Quartus II 开发软件的目的。

二、实验内容:该数字时钟的显示格式如下所示: HH: MM: SS, 其中HH表示时计数的两位, MM表示分计数的两位, SS表示秒计数的两位。

本系统输入信号分别为复位信号rst(高有效)、sel(两位信号, 分别可以选择2分频、4分频8分频和16分频)、clk_in(时钟信号)、8位时输出、8位分输出、8位秒输出(其中高4为表示对应的高半字节、低4位表示的低半字节, 譬如当时间为08:59:30时, 时输出为”0000_1000”,分输出为”0101_1001”,秒输出为”0011_0000”)。

该时钟系统可以通过Sel信号时钟运行的快慢。

三、实验流程:通过对实验内容的分析: 可以考虑时钟系统的可由三部分组成: 1.分频器:分频器为时序电路并且通过《数字电路》理论课程的学习可知由计数器来实现, 同学可以回想一下实验1中是如何实现计数器电路的设计）, 该模块主要产生2.4.8、16分频的时钟信号；2.多路选择器:在VHDL中多路选择器为组合逻辑, 可以有多种实现方法, 在这里主要选用了case语句来实现。

该模块的作用是从分频器中根据Sel信号选择适当的时钟信号；3.时钟控制器:该模块比较复杂, 主要实现功能是实现一个24小时的计时。

当时间为00:00:59的时候下一个时钟到来时状态的跳变为00:01:00, 计时中多数计数为加1操作, 有几个特殊状态需要重点考虑：当时间产生分进数时, 譬如上例。

当时间产生时进数时, 譬如00:01:59时刻的下一个状态为00:02:00;当时间产生时进数时, 譬如00:59:59是个的下一个状态为01:00：00。

当时间产生天进数时, 譬如23:59:59的下一个状态为00:00:00。

四、仿真要求:1、本次试验的结果全部采用功能仿真分析:在结果图中能够看到让复位信号rst为有效的情况下, 所有的输出为00:00:00；2.当频率选择输出分别为”00”、”01”、”10”、”11”时秒为的进数分别包含2.4.8、16倍clk_in的时钟周期；3.可以看到完整的计时周期00:00:00->23:59:59->00:00:00。

vhdl七段数码管显示0到9计数器显示电路设计

vhdl七段数码管显示0到9计数器显示电路设计在 VHDL 中，可以使用进程`PROCESS`和状态机来实现七段数码管显示 0 到 9 的计数器显示电路设计。

以下是一个示例代码：```vhdl-- 七段数码管显示 0 到 9 的计数器显示电路设计-- 定义七段数码管的显示编码CONSTANT seven_seg : STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0) := "1111110";CONSTANT seg_map : STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0) := "0000011";-- 定义计数器的位数和初始值CONSTANT count_width : NATURAL := 4;CONSTANT count_init : NATURAL := 0;-- 声明计数器和七段数码管显示的信号Signal count : STD_LOGIC_VECTOR(count_width - 1 DOWNTO 0);Signal seg : STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);-- 计数器的进程Process (clk)BeginIf clk'event and clk = '1' ThenIf count = count_init - 1 Thencount <= count_init;Elsecount <= count + 1;End If;End If;End Process;-- 七段数码管显示的进程Process (count)BeginCase count IsWhen count_init - 1 => seg <= seven_seg;When count_init => seg <= seg_map;When count_init + 1 => seg <= seven_seg;When count_init + 2 => seg <= seg_map;When count_init + 3 => seg <= seven_seg;When count_init + 4 => seg <= seg_map;When count_init + 5 => seg <= seven_seg;When count_init + 6 => seg <= seg_map;When count_init + 7 => seg <= seven_seg;When count_init + 8 => seg <= seg_map;When count_init + 9 => seg <= seven_seg;When Others => seg <= seven_seg;End Case;End Process;-- 连接计数器和七段数码管显示的信号Output seg;```上述代码中，使用了两个进程`PROCESS`来实现计数器和七段数码管的显示。

组合逻辑VHDL设计——门电路

实验名称：组合逻辑VHDL设计——门电路一、2输入与门的VHDL设计1.实体框图2.程序设计①编译前的程序Entity and2a isport(a,b:in bit;c:out bit);end entity and2a;Architecture ex1 of and2a isbeginc<=a and b;end architecture ex1;②程序编译错误情况：无3.仿真波形图4.仿真波形分析有0出0；全1出1。

当A和B中有一个为低电平，C则为低电平；当A和B都为高电平时，C则为高电平。

二、3输入与非门的VHDL设计2.程序设计①编译前的程序Entity nand3a isport(A,B,C:in bit;Y:out bit);end entity nand3a;Architecture ex2 of nand3a isbeginY<=not(A and B and C);end Architecture ex2;②程序编译错误情况：无3.仿真波形图4.仿真波形分析有0出1，全1出0。

当A，B，C中有一个为低电平时，Y则为高电平；当A，B，C三者全为高电平时，Y则为低电平。

三、全加器的VHDL设计2.程序设计①编译前的程序Entity nand3B isport(A,B,CI:in bit;S,CO:out bit);end Entity nand3B;Architecture ex3 of nand3B issignal c,d,e,f :bit;beginc<=A xor B;d<=c and CI;e<=A and B;f<=e nor d;S<=c xor CI;CO<=not f;end architecture ex3;②程序编译错误情况：无3.仿真波形图4.仿真波形分析A B CI CO S0 0 0 0 00 0 1 0 10 1 0 0 10 1 1 1 01 0 0 0 11 0 1 1 01 1 0 1 01 1 1 1 1这是一个全加器,其中A，B为输入，CI为来自低位的进位。

vhdl共阴极数码显示电路

vhdl共阴极数码显示电路VHDL共阴极数码显示电路数码显示器是一种常见的电子显示设备，它能够将数字信息以可视化的方式呈现给用户。

VHDL共阴极数码显示电路是一种使用VHDL 语言设计的共阴极数码显示器电路。

本文将详细介绍VHDL共阴极数码显示电路的原理和设计过程。

共阴极数码显示器是一种常见的数码显示器类型，它由多个共阴极数码管组成。

每个共阴极数码管由7个LED灯组成，可显示0到9的数字。

共阴极数码管的工作原理是，当给定特定的电压时，相应的LED灯会点亮，形成所需的数字。

其中，共阴极表示数码管的阴极端口是连接在一起的，而阳极端口则是分别连接的。

VHDL语言是一种用于描述数字系统的硬件描述语言，它可以对数字电路进行建模和仿真。

使用VHDL语言进行设计，可以使得电路的功能更加清晰明了，并且可以方便地进行验证和修改。

在设计VHDL共阴极数码显示电路时，首先需要定义输入和输出信号。

输入信号通常包括一个4位的二进制数，用于表示要显示的数字。

输出信号是连接到共阴极数码管的引脚，用于控制数码管的亮灭。

接下来，需要编写VHDL代码来描述共阴极数码显示电路的行为。

代码主要包括两部分：数码管驱动模块和顶层模块。

数码管驱动模块是用来控制数码管显示的核心模块。

它根据输入的二进制数，将对应的数字显示在数码管上。

在这个模块中，需要定义一个包含数字对应的真值表，以便根据输入的二进制数选择对应的数字。

顶层模块是将数码管驱动模块和输入输出信号连接起来的模块。

它负责接收输入信号，将其传递给数码管驱动模块，并将输出信号连接到数码管的引脚上。

设计完成后，可以使用VHDL仿真工具对设计的电路进行验证。

通过输入不同的二进制数，观察数码管上显示的数字是否与预期相符。

如果一切正常，可以将设计的电路下载到FPGA或其他可编程逻辑器件中进行实际的硬件测试。

VHDL共阴极数码显示电路具有简单、可靠、易于实现等优点。

它在数字电子系统中得到广泛应用，例如计数器、时钟、测量仪器等。

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。

使用VHDL进行数字电路设计

使用VHDL进行数字电路设计VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，高速集成电路硬件描述语言）是一种用于电子设计的编程语言，常用于数字电路设计。

它具备高层次抽象和结构化描述等特点，可以有效地对数字电路进行建模和仿真。

本文将介绍使用VHDL进行数字电路设计的基本步骤和方法。

一、VHDL简介VHDL是一种硬件描述语言，是一种基于事件驱动和并发处理的语言。

它具有面向对象的特点，可以对电子系统进行高层次、结构化的描述。

二、数字电路设计基本流程1. 确定需求：明确数字电路设计的功能、性能和接口要求。

2. 设计规格：根据需求定义数字电路设计的规格和功能。

3. 构建设计：使用VHDL语言描述数字电路的结构和行为。

4. 仿真验证：通过仿真工具对设计进行验证，确保其符合规格要求。

5. 综合：将VHDL代码转化为门级电路，获取门级电路的性能和面积等信息。

6. 时序分析：对门级电路进行时序分析，确保其满足时序要求。

7. 布局布线：对门级电路进行布局布线，生成物理布图。

8. 验证测试：对物理布图进行验证测试，并进行修复和调整。

9. 出版物：生成最终的数字电路设计文档和相关资料。

三、VHDL语言基础VHDL语言具有丰富的语法和语义，可以用于描述数字电路的结构和行为。

以下是一些常用的VHDL语法元素：1. 实体（Entity）：描述数字电路的接口和输入输出信号。

2. 架构（Architecture）：描述数字电路的内部结构和行为。

3. 进程（Process）：描述数字电路的并发行为和逻辑关系。

4. 信号（Signal）：描述数字电路的内部和外部信号。

5. 时钟信号（Clock）：描述数字电路的时序行为。

6. 模块化设计（Modular Design）：将数字电路分为多个模块进行设计和组合。

四、使用VHDL进行数字电路设计的步骤1. 确定需求：明确设计的功能需求和性能要求。

VHDL语言组合逻辑电路设计

元件定义元件在何处？
元件设计应放在同一目录下
已知逻辑电路设计方法
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY GINV IS PORT(A:IN STD_LOGIC; C:OUT STD_LOGIC); END GINV; ARCHITECTURE dataflow OF GINV IS BEGIN C<=NOT A; END dataflow;
已知逻辑电路设计方法
添加中间信号
L1
L3
L2
L4
已知逻辑电路设计方法
ARCHITECTURE dataflow OF ymq24 IS COMPONENT GINV PORT(A:IN STD_LOGIC; C:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT; COMPONENT GNAND2 PORT(A,B:IN STD_LOGIC; C:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT; SIGNAL L1,L2,L3,L4:STD_LOGIC; BEGIN U1:GINV PORT MAP(A0,L1); U2:GINV PORT MAP(A1,L2); U3:GINV PORT MAP(L1,L3); U4:GINV PORT MAP(L2,L4); U5:GNAND2 PORT MAP(L1,L2,Y0); U6:GNAND2 PORT MAP(L2,L3,Y1); U7:GNAND2 PORT MAP(L1,L4,Y2); U8:GNAND2 PORT MAP(L3,L4,Y3); END dataflow;
元件设计应放在同一目录下
已知逻辑电路设计方法

北邮 VHDL时序逻辑电路设计部分实验VHDL源代码

（写的有点简陋，见谅哈,各位~~）VHDL时序设计逻辑电路设计（一）四位二进制减计数器（摘自网上）library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity count1 isport(ci:in std_logic; --计数信号reset: in std_logic; --异步复位load: in std_logic; --同步置数clk: in std_logic;d : in std_logic_vector(3 downto 0); --置数值q : buffer std_logic_vector(3 downto 0);co: out std_logic --计数溢出标志);end count1;architecture behave of count1 isbeginprocess(clk,reset)beginif(reset='0') thenq<="0000";elsif(clk'event and clk='1') thenif(load='1') thenq<=d;elsif(ci='1') thenif(q=0) thenq<="1111";co<='1';elseq<=q-1;co<='0';end if;end if;end if;end process;end behave;VHDL时序设计逻辑电路设计（二）（一）带异步复位的4位能自动启动环形计数器LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY HUANXINGJISHU ISPORT(clk,rs:IN STD_LOGIC;countout:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));END HUANXINGJISHU;ARCHITECTURE behave OF HUANXINGJISHU ISSIGNAL Q:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(rs,clk)BEGINIF rs='0' THEN Q<="0011";ELSIF(clk'event AND clk='1') THENCASE Q ISWHEN"0000"=>Q<="0001";WHEN"0001"=>Q<="0010";WHEN"0010"=>Q<="0100";WHEN"0011"=>Q<="0110";WHEN"0100"=>Q<="1000";WHEN"0101"=>Q<="1010";WHEN"0110"=>Q<="1100";WHEN"0111"=>Q<="1110";WHEN"1000"=>Q<="0001";WHEN"1001"=>Q<="0010";WHEN"1010"=>Q<="0100";WHEN"1011"=>Q<="0110";WHEN"1100"=>Q<="1000";WHEN"1101"=>Q<="1010";WHEN"1110"=>Q<="1100";WHEN"1111"=>Q<="1110";WHEN OTHERS =>Q<="0000";END CASE;END IF;END PROCESS;countout<=Q;END behave;（二）带异步复位的4位能自启动扭形计数器：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY NIUHUAIJISHU ISPORT(clk,rs:IN STD_LOGIC;countout:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));END NIUHUAIJISHU ;ARCHITECTURE behave OF NIUHUAIJISHU ISSIGNAL Q:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGINPROCESS(rs,clk)BEGINIF rs='0' THEN Q<="0100";ELSIF(clk'event AND clk='1') THENCASE Q ISWHEN"0000"=>Q<="0001";WHEN"0001"=>Q<="0011";WHEN"0010"=>Q<="0101";WHEN"0011"=>Q<="0111";WHEN"0100"=>Q<="1001";WHEN"0101"=>Q<="1011";WHEN"0110"=>Q<="1101";WHEN"0111"=>Q<="1111";WHEN"1000"=>Q<="0000";WHEN"1001"=>Q<="0010";WHEN"1010"=>Q<="0101";WHEN"1011"=>Q<="0111";WHEN"1100"=>Q<="1000";WHEN"1101"=>Q<="1010";WHEN"1110"=>Q<="1100";WHEN"1111"=>Q<="1110";WHEN OTHERS =>Q<="0000";END CASE;END IF;END PROCESS;countout<=Q;END behave;VHDL时序逻辑电路设计（三）（一）带控制端的8位二进制寄存器：先生成一VHDL file文件，编译以下底层的D触发器文件：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY DCHUFAQI ISPORT (d,clk:IN STD_LOGIC;q:OUT STD_LOGIC);END DCHUFAQI;ARCHITECTURE one OF DCHUFAQI ISBEGINPROCESSBEGINW AIT UNTIL clk='1';q<=d;END PROCESS ;END one;再在同一工程下生成一VHDL文件，源代码如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY JICUNQI ISPORT(d: IN STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0);oe,clk: IN STD_LOGIC;q:OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0)); END JICUNQI;ARCHITECTURE struc OF JICUNQI ISCOMPONENT DCHUFAQIPORT(d,clk:IN STD_LOGIC;q: OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;SIGNAL temp:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(clk,oe)BEGINIF oe='1' THENq<="ZZZZZZZZ";ELSEq<=temp;END IF;END PROCESS;u0:DCHUFAQI PORT MAP(d(0),clk,temp(0));u1:DCHUFAQI PORT MAP(d(1),clk,temp(1));u2:DCHUFAQI PORT MAP(d(2),clk,temp(2));u3:DCHUFAQI PORT MAP(d(3),clk,temp(3));u4:DCHUFAQI PORT MAP(d(4),clk,temp(4));u5:DCHUFAQI PORT MAP(d(5),clk,temp(5));u6:DCHUFAQI PORT MAP(d(6),clk,temp(6));u7:DCHUFAQI PORT MAP(d(7),clk,temp(7));END struc;（二）带控制端的8位二进制锁存器：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY SUOCUNQI ISPORT(d:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);oe,clk:IN STD_LOGIC;q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)); END SUOCUNQI;ARCHITECTURE struc OF SUOCUNQI ISSIGNAL temp:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); BEGINPROCESS(clk,oe)BEGINIF oe='0' THENIF clk='1' THENtemp<=d;END IF;ELSEtemp<="ZZZZZZZZ";END IF;q<=temp;END PROCESS;END struc;。

实验三_VHDL时序逻辑电路设计

实验三实验三 VHDL VHDL VHDL 时序逻辑电路设计时序逻辑电路设计一、实验目的一、实验目的1．熟悉用VHDL 语言设计时序逻辑电路的方法语言设计时序逻辑电路的方法 2．熟悉用Quartus 文本输入法进行电路设计文本输入法进行电路设计二、实验所用仪器元件及用途二、实验所用仪器元件及用途 1．计算机：装有Quartus 软件，为VHDL 语言提供操作场所。

语言提供操作场所。

2．直流稳压电源：通过USB 接口实现，为实验开发板提供稳定电源。

接口实现，为实验开发板提供稳定电源。

3．数字系统与逻辑设计实验开发板：使试验结果下载到开发板上，实现整个实验的最终结果。

果。

三、实验内容三、实验内容 1．用VHDL 语言设计实现一个8421码十进制计数器。

码十进制计数器。

（1）实验内容及要求：在Quartus 平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板上验证试验结果。

验证试验结果。

（2）试验结果：VHDL 代码和仿真结果。

代码和仿真结果。

2．用VHDL 语言设计实现一个分频系数为8，分频输出信号占空比为50%的分频器。

的分频器。

（1）实验内容及要求：在Quartus 平台上设计程序和仿真题目要求。

平台上设计程序和仿真题目要求。

（2）试验结果：VHDL 代码和仿真结果。

代码和仿真结果。

3．用VHDL 语言设计实现一个控制8个发光二极管亮灭的电路。

个发光二极管亮灭的电路。

（1）实验内容及要求：在Quartus 平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板上验证试验结果。

验证试验结果。

a. 单点移动模式：一个点在8个发光二极管上来回的亮个发光二极管上来回的亮b. 幕布式：从中间两个点，同时向两边依次点亮直至全亮，然后再向中间点灭，依次往复往复c. 通过拨码开关或按键控制两种模式的转换通过拨码开关或按键控制两种模式的转换（2）试验结果：VHDL 代码和仿真结果。

基于VHDL的数字电路设计与仿真

基于VHDL的数字电路设计与仿真数字电路是计算机科学中最基础和重要的一项技术，它运用逻辑门和数字信号处理来完成数字化的信号和信息的处理、传输和存储。

数字电路广泛应用于各种电子设备和信息处理系统中，如计算机、手机、电视、音响和电子游戏机等。

数字电路设计和仿真是数字电路领域最重要的研究内容之一，主要目的是实现数字电路功能的设计、优化、测试和验证。

数字电路的设计和仿真基于电子设计自动化（EDA）工具，其中最常用的工具是VHDL。

VHDL是一种硬件描述语言，它是为了实现数字电路的设计和仿真而开发的。

VHDL提供了一种抽象的方法来描述数字系统的行为和结构，包括算法、信号、时序和控制等。

VHDL可以用于各种类型的数字电路设计，从单个门到复杂的处理器和通信系统。

数字电路设计和仿真的基本步骤包括如下几个方面：一、需求分析在数字电路设计和仿真前，首先必须明确所需设计的数字电路的功能和性能要求，这是设计的出发点和关键。

二、电路设计在明确设计需求之后，根据需要选择合适的电路模型和构架，使用VHDL语言进行数字电路的设计，包括功能模块、信号传输、时序处理和逻辑控制等设计。

设计需要考虑电路的正确性、可靠性和效率等因素。

三、电路仿真设计完成后，需要对所设计的电路进行仿真验证。

通过仿真模拟设计电路在不同条件下的工作和性能表现，检测并分析电路可能存在的错误或缺陷，并针对其进行修改和完善。

四、电路实现在通过仿真验证电路没有问题后，可以进行电路实现。

通常采用的方法是将设计结果转化为可编辑的硬件描述文件，通过FPGA和CPLD等可编程器件实现数字电路功能。

VHDL是一种与硬件语言相似的高级语言，对设计人员和工程师来说易于理解和掌握。

在数字电路设计和仿真中，VHDL有以下几个优点：一、适用范围广VHDL可以广泛地应用于嵌入式系统、通信系统、数字信号处理器和计算机系统等领域中的数字电路设计和仿真。

二、设计效率高VHDL支持高级抽象和模块化设计思想，可以大大提高设计效率，同时也方便了复杂电路的模块分离和协同实现。