常用逻辑电路的VHDL描述
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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。
vhdl 组合逻辑电路VHDL组合逻辑电路VHDL(VHSIC Hardware Description Language)是一种硬件描述语言,用于描述数字电路和系统级电路的行为和结构。
VHDL可以用于设计、仿真和验证电子系统。
在数字电路设计中,组合逻辑电路是一种重要的电路类型,本文将重点介绍VHDL中的组合逻辑电路。
一、组合逻辑电路简介组合逻辑电路是由输入端、输出端和逻辑门构成的电路。
它的输出仅取决于当前的输入,而与过去的输入无关。
组合逻辑电路的主要特点是没有存储元件,也就是说输出只与输入有关,不受时间的影响。
二、VHDL语言描述组合逻辑电路1. 实体声明在VHDL中,组合逻辑电路可以通过实体声明来描述。
实体声明包括实体头和实体体两部分。
实体头部分定义了实体名称、输入端口和输出端口,并且可以定义参数和模式等信息。
例如:实体名称:AND2输入端口:A, B输出端口:Y实体体部分定义了实体的行为,使用逻辑表达式来描述输出与输入之间的关系。
例如:实体体部分:Y <= A AND B;2. 架构声明架构声明用于描述实体的具体实现。
在架构声明中,可以使用信号、变量、常数、函数等来描述电路的行为。
例如:架构声明:架构 Behavioral of AND2 is开始信号 temp: bit;开始temp <= A AND B;Y <= temp;结束 Behavioral;三、VHDL组合逻辑电路的应用举例1. 与门(AND)与门是最基本的逻辑门之一,它的输出为输入信号的逻辑与运算结果。
在VHDL中,可以通过以下代码来实现一个2输入与门:实体声明:实体名称:AND2输入端口:A, B输出端口:Y实体体部分:Y <= A AND B;2. 或门(OR)或门是另一种基本的逻辑门,它的输出为输入信号的逻辑或运算结果。
在VHDL中,可以通过以下代码来实现一个2输入或门:实体声明:实体名称:OR2输入端口:A, B输出端口:Y实体体部分:Y <= A OR B;3. 非门(NOT)非门是最简单的逻辑门,它的输出为输入信号的逻辑非运算结果。
VHDL语言简介VHDL(VHSIC Hardware Description Language)即可高速集成电路硬件描述语言,是一种用于描述数字系统和电路的硬件描述语言。
它在1981年由美国国防部的高速集成电路联合委员会(VHSIC)开发,用于设计大规模集成电路。
VHDL是一种面向对象的语言,可以用于描述各种数字系统,从简单的逻辑门到复杂的处理器。
它提供了丰富的语法和语义,使得设计人员可以准确地描述他们的电路和系统。
VHDL的优势VHDL作为一种硬件描述语言,在数字系统设计中具有许多优势。
1.可重用性:VHDL允许设计人员创建可重用的模块和子系统,这些模块和子系统可以在不同的项目中重复使用,提高了设计效率和可维护性。
2.仿真和验证:VHDL具有强大的仿真和验证能力,可以在设计之前对系统进行全面的仿真和验证。
这有助于检测和纠正潜在的问题,并确保系统在硬件实现之前达到预期的功能。
3.抽象级别:VHDL允许设计人员在不同的抽象级别上描述系统,从高级的行为级别到底层的结构级别。
这使得设计人员可以根据需要在不同的级别上工作,并且可以更容易地进行系统级别的优化。
4.灵活性和可扩展性:VHDL支持灵活的设计方法和工作流程,并允许设计人员在设计过程中进行迭代和修改。
它还可以与其他常用的设计工具和方法集成,以满足特定的需求。
VHDL语言的基本结构VHDL语言由模块、实体、架构以及信号和过程等基本元素组成。
模块(Module)模块是VHDL中描述数字系统的最基本单位。
一个模块可以包含多个实体和架构,并通过连接信号进行通信。
每个模块都有一个顶层实体和一个或多个架构。
实体(Entity)实体是描述模块的接口和行为的抽象。
它定义了输入输出端口,以及模块对外部环境的接口。
一个实体可以有一个或多个架构。
架构(Architecture)架构描述模块的具体行为和内部结构。
它定义了模块的内部信号和过程,以及对外部信号和过程的接口。
VHDL与硬件描述语言VHDL(VHSIC Hardware Description Language)是一种硬件描述语言,被广泛应用于数字电路和系统的设计、仿真和验证中。
本文将介绍VHDL的基本概念、语法和应用,以及其在硬件设计中的重要性和优势。
一、VHDL的基本概念与语法VHDL是由美国国防部下属的VHSIC(Very High Speed Integrated Circuits)计划发起的硬件描述语言标准化工作中发展起来的,它源于Ada语言,并在此基础上进行了修改和扩展。
VHDL采用了面向对象的设计思想,通过描述硬件的结构和行为,实现了对数字系统的高层次抽象。
VHDL的基本元素包括实体(entity)、结构(architecture)和配置(configuration)。
实体定义了模块的接口和信号,结构描述了模块内部的组织和连接关系,配置用于将不同实体和结构进行绑定。
此外,VHDL还提供了丰富的数据类型、控制结构和函数库,以支持复杂的逻辑运算和算术操作。
VHDL代码的编写需要遵循一定的语法规则,如正确使用关键字、语句结束符号等。
此外,注释和缩进等规范的使用可以提高代码的可读性和可维护性。
二、VHDL的应用1. 数字电路设计VHDL在数字电路设计中被广泛应用,通过使用VHDL语言,设计人员可以描述和验证各种数字逻辑电路,包括组合逻辑电路和时序逻辑电路。
借助VHDL仿真工具,可以进行功能仿真、时序仿真和行为仿真,验证设计的正确性和性能。
2. 系统级设计除了用于电路级设计,VHDL还可以用于系统级设计。
通过对模块的整合和功能描述,可以搭建更为复杂的系统,并在此基础上进行仿真和验证。
VHDL支持高级抽象和层次化设计,使得系统级设计更加灵活和可重用。
3. ASIC和FPGA设计VHDL在应用特定的集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)的设计中,具有非常重要的地位。
ASIC是在集成电路制造厂中进行定制化设计和生产的芯片,而FPGA则是可以在现场进行编程和配置的可重构芯片。
VHDL 基础语法篇——VHDLVHDL硬件描述语言1.1 VHDL概述1.1.1 VHDL的特点VHDL语言作为一种标准的硬件描述语言,具有结构严谨、描述能力强的特点,由于VHDL语言来源于C、Fortran等计算机高级语言,在VHDL语言中保留了部分高级语言的原语句,如if语句、子程序和函数等,便于阅读和应用。
具体特点如下:1. 支持从系统级到门级电路的描述,既支持自底向上(bottom-up)的设计也支持从顶向下(top-down)的设计,同时也支持结构、行为和数据流三种形式的混合描述。
2. VHDL的设计单元的基本组成部分是实体(entity)和结构体(architecture),实体包含设计系统单元的输入和输出端口信息,结构体描述设计单元的组成和行为,便于各模块之间数据传送。
利用单元(componet)、块(block)、过程(procure)和函数(function)等语句,用结构化层次化的描述方法,使复杂电路的设计更加简便。
采用包的概念,便于标准设计文档资料的保存和广泛使用。
3. VHDL语言有常数、信号和变量三种数据对象,每一个数据对象都要指定数据类型,VHDL的数据类型丰富,有数值数据类型和逻辑数据类型,有位型和位向量型。
既支持预定义的数据类型,又支持自定义的数据类型,其定义的数据类型具有明确的物理意义,VHDL是强类型语言。
4. 数字系统有组合电路和时序电路,时序电路又分为同步和异步,电路的动作行为有并行和串行动作,VHDL语言常用语句分为并行语句和顺序语句,完全能够描述复杂的电路结构和行为状态。
1.1.2 VHDL语言的基本结构VHDL语言是数字电路的硬件描述语言,在语句结构上吸取了Fortran和C等计算机高级语言的语句,如IF语句、循环语句、函数和子程序等,只要具备高级语言的编程技能和数字逻辑电路的设计基础,就可以在较短的时间内学会VHDL语言。
但是VHDL毕竟是一种描述数字电路的工业标准语言,该种语言的标识符号、数据类型、数据对象以及描述各种电路的语句形式和程序结构等方面具有特殊的规定,如果一开始就介绍它的语法规定,会使初学者感到枯燥无味,不得要领。