VHDL数字电路设计教程
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VHDL入门教程VHDL(Very High-speed Integrated Circuit HardwareDescription Language)是一种用于设计数字电路的硬件描述语言。
它是IEEE 1076标准中规定的一种语言,广泛应用于数字电路的设计、仿真和综合等领域。
本文将为大家介绍VHDL的基础知识和入门教程。
一、VHDL的基本概念1. 实体(Entity):VHDL代码的最高层次,用于定义模块的输入、输出和内部信号。
2. 架构(Architecture):定义了实体中的各个信号和组合逻辑的行为。
3. 信号(Signal):表示数据在电路中的传输和操作。
4. 进程(Process):定义了组合逻辑的行为,用于描述信号之间的关系。
5. 实体声明(Entity Declaration):用于描述模块的名称、输入、输出和内部信号。
6. 架构声明(Architecture Declaration):用于描述模块的内部逻辑。
二、VHDL的基本语法1.实体声明语法:```entity entity_name isport ( port_list );end entity_name;```其中,entity_name是实体的名称,port_list是实体的输入、输出和内部信号。
2.架构声明语法:```architecture architecture_name of entity_name issignal signal_list;beginprocess (sensitivity_list)begin--逻辑行为描述end process;end architecture_name;```其中,architecture_name是架构的名称,entity_name是实体的名称,signal_list是架构的内部信号,sensitivity_list是触发事件的信号列表。
三、VHDL的基本例子下面以一个简单的4位加法器为例介绍VHDL的编写和仿真流程。
3 VHDL语言VHDL: VHSIC Hardware Description Language.3.1 VHDL语言基础3.2 VHDL基本结构3.3 VHDL语句3.4 状态机在VHDL中的实现3.5 常用电路VHDL程序3.6 VHDL仿真3.7 VHDL综合HDL----Hardware Description Language一种用于描述数字电路的功能或行为的语言。
目的是提为电路设计效率,缩短设计周期,减小设计成本,可在芯片制造前进行有效的仿真和错误检测。
优点:HDL设计的电路能获得非常抽象级的描述。
如基于RTL(Register Transfer Level)描述的IC,可用于不同的工艺。
HDL设计的电路,在设计的前期,就可以完成电路的功能级的验证。
HDL设计的电路类似于计算机编程。
常用的HDL语言:VHDL 、Verilog HDLØVHDL 是美国国防部在20世纪80年代初为实现其高速集成电路硬件VHSIC 计划提出的描述语言;ØIEEE 从1986年开始致力于VHDL 标准化工作,融合了其它ASIC 芯片制造商开发的硬件描述语言的优点,于93年形成了标准版本(IEEE.std_1164)。
Ø1995年,我国国家技术监督局推荐VHDL 做为电子设计自动化硬件描述语言的国家标准。
VHDL 概述:VHDLVHSIC Hardwarter Description Language Very High speed integrated circuit VHSICVHDL优点:Ø覆盖面广,系统硬件描述能力强,是一个多层次的硬件描述语言;ØVHDL语言具有良好的可读性,既可以被计算机接受,也容易被人们所理解;ØVHDL语言可以与工艺无关编程;ØVHDL语言已做为一种IEEE的工业标准,便于使用、交流和推广。
VHDL语言的不足之处:设计的最终实现取决于针对目标器件的编程器,工具的不同会导致综合质量不一样。
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。
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`。
基于VHDL的数字电路设计数字电路是电子信息领域中最重要的一部分,控制着现代社会各种各样的设备的运行。
为了满足各种不同的应用需求,数字电路被设计成了多种多样的形态。
其中,基于VHDL的数字电路设计方式得到了广泛的应用。
VHDL是一种硬件描述语言,是用来描述数字电路的语言。
本文将着重探讨基于VHDL的数字电路设计的流程和步骤,以及在实际设计中的应用。
一、VHDL简介VHDL全称是VHSIC硬件描述语言(VHSIC Hardware Description Language),VHSIC即:超高速集成电路(Very-high-speed integrated circuit)。
VHDL是一种硬件描述语言,它是用来描述数字电路的语言,可以描述数字电路功能、电路结构和电路时序特性等。
在数字电路设计中,VHDL是最重要的一种设计语言。
VHDL是一种结构化的硬件描述语言,包括有三个层次:一是建模层次,主要是用户对数字电路的需求,这一层次不直接与具体的电路有关;二是结构化层次,是用户根据需求所建立的结构化的电路模型;三是行为层次,是用户描述数字电路的最终形态。
二、数字电路设计的流程数字电路设计的流程如下:1. 分析功能需求,确定电路功能和处理流程,针对不同的应用要求,从而确定数字电路的类型和规格。
2. 设计实现电路,采用FPGA(Field Programmable Gate Array)或ASIC (Application Specific Integrated Circuit)等芯片,使用VHDL编写代码,使用VHDL进行模拟验证,并对设计进行等效性检查。
3. 对电路进行综合,将VHDL代码转化为对应的生成目标电路的结构级综合器,主要用于对电路进行优化和管脚分配等方面的处理。
4. 进行电路设计验证,生成电路功能模拟信号,通过波形查看器、时钟分析器等工具进行验证测试。
5. 编写VHDL管理器,通过代码编写实现电路的管理和控制,包括对电路的自测试、故障诊断和运行状态监测等。