VHDL与数字系统课程设计

vhdl与数字系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解VHDL的基本语法和结构，掌握VHDL编程的基本方法。

2. 学生能运用VHDL语言设计简单的数字系统，如组合逻辑电路和时序逻辑电路。

3. 学生能理解数字系统的基本原理，掌握数字系统的设计方法和步骤。

技能目标：1. 学生能运用VHDL语言编写代码，实现特定功能的数字电路。

2. 学生能使用相关的EDA工具，如ModelSim进行VHDL代码的仿真和调试。

3. 学生能通过课程设计实践，培养解决实际问题的能力和团队协作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能培养对数字系统设计和VHDL编程的兴趣，激发创新思维和探索精神。

2. 学生在学习过程中，能树立正确的工程观念，注重实际应用和问题解决。

3. 学生能在团队合作中，学会互相尊重、沟通协作，培养良好的团队精神和职业素养。

课程性质分析：本课程为数字电路与系统相关专业的选修课程，旨在通过VHDL语言的学习，使学生掌握数字系统设计的基本方法和技能。

学生特点分析：学生已具备一定的电子电路基础知识，具有一定的编程能力和实践操作能力，但对VHDL语言和数字系统设计尚处于入门阶段。

教学要求：1. 结合课本内容，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。

2. 通过课程设计，培养学生分析问题、解决问题的能力，增强学生的工程素养。

3. 注重激发学生的学习兴趣，引导学生主动探索，培养创新意识。

二、教学内容1. VHDL基础语法与结构- 数据类型与运算符- 顺序语句与并发语句- 子程序与程序包- 配置与库的运用2. 数字系统原理与设计方法- 组合逻辑电路设计- 时序逻辑电路设计- 数字系统层次化设计方法3. VHDL在数字系统设计中的应用- 代码编写规范与技巧- 仿真与调试方法- 常用数字电路的VHDL实现，如：编码器、译码器、计数器等4. 课程设计实践- 设计题目与要求- 团队协作与分工- 设计报告撰写与答辩教学大纲安排：第一周：VHDL基础语法与结构介绍第二周：数字系统原理与设计方法第三周：VHDL在数字系统设计中的应用第四周：课程设计实践与指导第五周：课程设计总结与评价教学内容关联教材：1. 《数字电路与系统》相关章节：组合逻辑电路、时序逻辑电路设计原理。

04
VHDL设计实例
组合逻辑电路设计
总结词
描述了如何使用VHDL设计组合逻辑电路的过程。
详细描述
组合逻辑电路是数字系统中常见的电路类型，其特点是输入信号的变化立即反映在输出信号上，没有 存储功能。在VHDL中，可以使用"and", "or", "not"等逻辑运算符以及"case"语句等来设计组合逻辑 电路。
一款流行的VHDL仿真软件，支持多种仿真算法，提 供丰富的库和测试平台。
Icarus Verilog
开源的VHDL和Verilog仿真器，适用于学术研究和项 目开发。
GHDL
GNU工具链中的VHDL模拟器，支持多种操作系统和 平台。
VHDL测试平台
VUnit
基于ModelSim的测试框架，提供易于使用的 API进行测试编写和执行。
混合描述
总结词
混合描述是VHDL设计中的一种常用方法，它结合了行为描述 和结构描述的优点，能够更全面地描述数字系统。
详细描述
混合描述同时使用行为描述和结构描述来定义数字系统。它 通常在行为描述中包含结构描述的元件实例，以实现更具体 和详细的系统实现。混合描述可以描述各种规模的数字系统 ，并且能够更好地满足实际设计的需求。
详细描述
状态机是一种常见的数字系统设计方法，用 于描述系统的状态转换和行为。在VHDL中， 可以使用"if-then-else"语句和"case"语句 等来设计状态机。在设计过程中，需要定义 状态、状态转换条件和相应的动作，以确保 系统的正确运行。
05
VHDL仿真与测试
VHDL仿真工具
ModelSim

VHDL语言及其应用课程设计一、前言VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种用于描述数字系统、芯片、电路板和系统级应用的硬件描述语言。

作为一种硬件描述语言，VHDL使用定义来描述设计，供计算机程序执行和仿真。

VHDL被认为是数字电子工程领域中最强大、最灵活的硬件描述语言之一。

在本次课程设计中，我们将通过VHDL语言来设计一个数字系统，从而理解和熟悉VHDL语言的应用以及数字系统的设计方法。

二、开发环境在我们进行VHDL语言开发之前，需要准备以下开发环境：•Vivado：Vivado是一款由Xilinx公司开发的集成开发环境（IDE），可用于设计数字系统的FPGA、ASIC和Soc（System on Chip）。

•VHDL仿真器：VHDL仿真器用于测试和仿真我们设计的数字系统，常用的VHDL仿真器有ModelSim等。

三、课程设计在本次课程设计中，我们将设计一个简单的数字系统，该系统可以对两个8位数字进行求和运算，并输出计算结果。

具体的设计过程如下：1.设计输入首先，我们需要定义输入信号的格式。

在本次设计中，我们需要两个8位的输入信号，因此输入信号的格式如下：entity Input_Output isport(A_In, B_In :in std_logic_vector(7downto0);Sum :out std_logic_vector(7downto0));end Input_Output;在上述代码中，我们使用标准逻辑向量来定义输入信号的格式，其中A_In和B_In是两个8位输入信号，Sum是输出结果。

2.计算过程接下来，我们需要进行计算过程的设计。

在本次设计中，我们将对输入信号进行加法运算，因此我们需要定义一个计算模块来实现这一功能。

由于VHDL是一种面向过程的语言，因此我们需要使用过程来实现计算过程：architecture Behavioral of Input_Output issignal sum_temp :unsigned(7downto0);beginadd_proc:process(A_In,B_In)beginsum_temp <=unsigned(A_In) +unsigned(B_In);end process add_proc;Sum <=std_logic_vector(sum_temp);end Behavioral;在上述代码中，我们首先定义一个sum_temp信号来存储计算结果，接下来使用一个过程来实现加法运算。

课程设计报告实践课题：VHDL与数字系统课程设计学生：XXX指导老师：XXX、XXX系别：电子信息与电气工程系专业：电子科学与技术班级：XXX学号：XXX一、设计任务用VHDL设计一个简单的处理器，并完成相关的仿真测试。

.设计要求：图1是一个处理器的原理图，它包含了一定数量的寄存器、一个复用器、一个加法/减法器（Addsub）,一个计数器和一个控制单元。

图1 简单处理器的电路图数据传输实现过程：16位数据从DIN输入到系统中，可以通过复用器分配给R0~R7和A，复用器也允许数据从一个寄存器传通过Bus送到另外一个寄存器。

加法和减法的实现过程：复用器先将一个数据通过总线放到寄存器A中，然后将另一个数据放到总线上，加法/减法器对这两个数据进行运算，运算结果存入寄存器G中，G中的数据又可根据要求通过复用器转存到其他寄存器中。

1）Rx ←[Ry] :将寄存器Ry中的内容复制到Rx；2）Mvi Rx，#D ：将立即数存入寄存器Rx中去。

所有指令都按9位编码（取自DIN的高9位）存储在指令存储器IR中，编编码规则为IIIXXXYYY，III表示指令，XXX表示Rx寄存器，YYY表示Ry寄存器。

立即数#D是在mvi指令存储到IR中之后，通过16位DIN输入的。

有一些指令，如加法指令和减法指令，需要在总线上多次传输数据，因此需要多个时钟周期才能完成。

控制单元使用了一个两位计数器来区分这些指令执行的每一个阶段。

当Run信号置位时，处理器开始执行DIN输时间指令T0T1T2T3(mv):I0(mvi):I1(add):I2(sub):I3IR inIR inIR inIR inRY out,RX in,DoneDIN out,RX in,DoneRX out,A inRX out,A in--------RY out,G in,AddsubRY out,G in,Addsub--------G out,RX in,DoneG out,RX in,Done二、实现功能说明2.1 mv Rx,Ry实现的功能：将寄存器Rx的值赋给寄存器Ry（以mv R0, R5为例）（1 ）计数器为“00”时,指令寄存器的置位控制信号输入端IRin=1有效，将DIN输入的数据的高9位锁存。

EDA技术及其应用
第4章 应用VHDL设计数字系统
项目1：电子琴的设计
设计目标： 设计一个电子琴，具有8个按键，当按下某一个按键的时 候，能够演奏8个音符之一： 1、2、3、4、5、6、7、H1 视频演示 知识点： 熟练掌握计数器的设计方法； 熟练掌握可变分频器的设计方法； 熟练掌握IF语句的使用； 熟练掌握CASE语句的使用；
CNT_N CLK RST EN N[11..0]
CNT[
inst
项目1：电子琴的设计
设计关键： 改进的N进制计数器——可变分频器 COUT占空比50%
占空比非50% 结论：
1. COUT实现了N分频，
占空比接近50%
2. 当N比较大时，占空比是接近50%，能量足以驱动蜂鸣器工作。
项目1：电子琴的设计
项目1：电子琴的设计
项目分析： 设计问题1：如何发出不同音调的声音？
音符 1 1.5 2 2.5 3 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 H1 对应频率(Hz) 523.2511306 554.365262 587.3295358 622.2539674 659.2551138 698.4564629 739.9888454 783.990872 830.6093952 880 932.327523 987.7666025 1046.502261 时钟频率1.5MHz 分频数 2867 2554 2275 2148 1913 1705 1519 1433
key [7..0]
div _num[11.
CODE[3
H
WHEN "00000001" => div_num<=2867 ; en <= '1'; CODE<="0001"; HIGH <='0'; -- 按键1，中音1，523.25 Hz;

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。

1）IEEE 754转定点数
模块名：ieee7542point(clk,rst_n,inp,pointdata);
出入参数说明：clk：时钟。
rst_n:异步复位信号输入。
Inp：三十二位浮点数输入，规定为ieee754格式，切指数范围为0——127，因为为了配合之前cordic算法的±90的输入。
-30度(14’h3fbd)
-0.5000(0x1fc0)
0.8750(0x0070)
90度（14’h00C9）
0.9843(0x7e)
0.0078(0x0001)
-90度（14’h3f37）
-1.000(0x1f80)
0.0000(0x0000)
结果分析：设计中采用流水线结构，第九个时钟以后，每个时钟都会产生一个结果，是一种高速度的运算器，从综合的结果看，运算器的运算速度可以达到200M以上，满足一般工程应用的需求。从采样出来的几组经典数据来看，也能够充分验证该运算器的精度，同时证明该设计的合理性和正确性。
clk:时钟信号输入端，一位。
rst_n:异步复位输入端，一位。
inp:十四位定点数输入端，采用补码形式输入，输入范围±90度，采用弧度形式输入。
res_sin,res_cos:十三位输出端，也是带符号补码形式。
所有过程变量：均未补码形式。
六，实验结果
本设计采用SynplifyPro 9.6.2进行综合，采用modelsim6.5进行仿真，仿真结果如下所示：
(1)、cordic算法原理
CORDIC算法包含圆周系统,线性系统,双曲系统三种旋转系统。本文仅以圆周系统推导如下。该系统完成的是一个平面坐标旋转如图1所示,可以看出,将向量( Xi, Yi)旋转θ角,得到一个新的向量( Xi, Yi) ,那么有:

VHDL简单介绍
VHDL主要用于描述数字系统的结构,行为, 功能和接口. VHDL具有强大的行为描述能力,是系统设 计领域最佳的硬件描述语言.强大的行为 描述能力是避开具体的器件结构,从逻辑 行为上描述和设计大规模电子系统的重要 保证.
VHDL简单介绍
VHDL丰富的仿真语句和库函数,使得在任 何大系统的设计早期就能查验设计系统的 功能可行性,随时可对设计进行仿真模拟. VHDL对设计的描述具有相对独立性,设计 者可以不懂硬件的结构,也不必管理最终 设计实现的目标器件是什么,而进行独立 的设计.
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
实体
实体定义设计的全部输入输出信号. 格式如下:
ENTITY 实体名 IS PORT (输入输出信号列表); END 实体名;
实体
一个计数器的实体部分
ENTITY count_m16 --实体名必须与设计文件同名 PORT( reset :IN std_logic; clk :IN std_logic; co :OUT std_logic; count :BUFFER std_logic_vector(3 DOWNTO 0));
END count_m16;
VHDL学习提示
了解HDL的可综合性问题:
HDL有两种用途:系统仿真和硬件实现.如果程序 只用于仿真,那么几乎所有的语法都可以使用.但 如果程序是用于硬件实现（例如:用于FPGA设 计）,那么我们就必须保证程序“可综合”（程 序的功能可以用硬件电路实现）. 不可综合的HDL语句在软件综合时将被忽略或者 报错. 应当牢记:“所有的HDL描述都可以用于仿真,但 不是所有的HDL描述都能用硬件实现.”

VHDL 与数字系统设计总学时：48 理论学时：16 实验学时：32 课程总学分：3适用专业：电子信息科学与技术一、实验的地位、目的1、实验的地位本课程是电子信息科学与技术本科专业的专业方向课《VHDL与数字系统设计》的配套实验课程。

2、实验的目的使学生通过对VHDL语言及EDA技术的学习和训练，获得现代硬件数字电路的软件化设计方法，了解并初步掌握当代国际数字技术设计领域的最新技术；激发并调动学生创造性思维能力，为学生在数字技术领域的进一步深入探索和进行创新奠定基础。

二、实验教材与指导书《VHDL与数字系统设显示桌面.scf计》实验讲义，杨守良，重庆文理学院物理学与信息工程系，2005.7三、考核方式及成绩评定1、考核方式：平时考查2、成绩评定：根据实验报告、实验态度、考勤、实际操作技能检查等，对学生进行评定考核成绩，实验成绩的比例按规定执行。

2 -五、综合性、设计性实验简介实验四译码器的设计（设计性）（一）实验目的1、掌握组合逻辑电路的设计方法。

2、掌握组合逻辑电路的静态测试方法。

3、初步掌握Max+PlusII 软件的基本操作与应用。

4、初步了解可编程器件的设计全过程。

（二）实验内容采用原理图输入法和VHDL编程来设计一个3-8译码器。

并在MAXPLUSII环境下实现仿真。

（三）主要仪器设备及器材PC 机、RC-EDA 实验开发系统、连接导线若干（四）基本实验技能及考核要点基本实验技能：熟悉3-8 译码器的逻辑真值表；基本门电路的使用考核要点：完成3-8 译码器的设计；并在MAX+PlusII 下进行仿真；在实验箱上验证设计。

实验五数字时钟设计（综合性）（一）实验目的1、多位计数器相连的设计方法。

2、掌握十进制，六进制，二十四进制计数器的设计方法。

3、继续巩固多位共阴极扫描显示数码管的驱动及编码。

4、掌握扬声器的驱动。

5、掌握CPLD 技术的层次化设计方法。

（二）实验内容设计的电子钟具有时、分、秒计数显示功能，以24 小时循环计时。

数字系统设计与VHDL第二版课程设计一、背景数字系统设计与VHDL是现代电子工程的基础课程之一，它涵盖了数字系统设计的基本概念和VHDL编程语言的基础应用。

随着技术的发展，数字系统的应用越来越广泛，因此这门课程也越来越受到重视。

二、课程设计目标本次课程设计旨在通过以下方式实现以下目标：1.帮助学生理解数字系统设计的基本概念和VHDL编程语言的基础应用。

2.培养学生的数字系统设计和VHDL编程的能力。

3.提高学生实际应用数字系统设计和VHDL编程的能力。

三、课程设计内容及要求1. 注册并安装软件学生需要注册并安装Xilinx ISE软件，这是一款常用的数字电路设计工具，提供VHDL编程支持，并带有原理图编辑器，布局和布线编辑器等工具。

2. 讲解和练习基本概念在课程开始之前，老师会进行讲解基本概念，如数字电路、逻辑门、布尔代数等。

学生需要掌握这些基本概念，以便后面的内容有更好的理解。

3. VHDL编程练习在学生掌握基本概念后，老师会安排VHDL编程练习。

这些练习旨在使学生熟悉VHDL编程语言，并为后续的数字电路设计打好基础。

4. 数字电路设计作业在完成VHDL编程练习后，老师会安排数字电路设计作业。

学生需要应用VHDL 编程，设计数字系统电路。

这些作业涉及到数字系统的各种应用场景，如闪动信号灯、递增/递减计数器等。

5. 实验课程课程的后半部分是实验课程，学生需要在实验室内完成一系列数字电路设计实验。

这些实验旨在应用之前学习到的知识，为学生提供实践的机会。

四、课程资源以下是一些课程资源，可供学生参考：1.VHDL编程视频教程：由国外的数字电路设计专家制作，介绍了VHDL的基本语法和编程技巧。

2.Xilinx ISE软件使用教程：详细地介绍了Xilinx ISE软件的功能和使用方法。

3.工程案例分享：老师会分享数字电路设计工程案例，为学生提供实践的参考。

五、总结数字系统设计与VHDL是一门重要的课程，它为学生提供了数字系统设计的基本概念和VHDL编程语言的基础应用。

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。

《数字系统的VHDL设计技术》课程实验教学大纲
一、课程基本情况：
1、课程名称：数字系统的VHDL设计技术
2、课程编码：253001031
3、课程类别：技术（专业）基础课
4、实验课性质：非独立设课
5、课程总学时:48
6、实验学时：16
9、适用专业：计算机科学与技术专业
二、实验教学目的和任务：
《数字系统的VHDL设计技术》是计算机学院的一门限选课。

主要介绍VHDL语言以及应用VHDL 及EDA工具开发设计数字系统的基本方法及技术，具有很强的工程实践性。

《数字系统的VHDL设计技术》实验课以设计性实验为主，其教学目标是，使学生通过实验对VHDL语言及EDA技术的学习和训练，获得现代硬件数字电路的软件化设计的基本方法及技能。

三、实验教学基本要求：
《数字系统的VHDL设计技术》实验课以设计性实验为主，其教学目标是，使学生通过实验对VHDL语言及EDA技术的学习和训练，获得现代硬件数字电路的软件化设计的基本方法及技能，初步掌握当代国际数字技术设计领域的最新技术；激发并调动学生创造性思维能力，为学生在数字技术领域的进一步深入探索和进行创新奠定基础。

四、实验项目表及学时分配：
《数字逻辑与数字系统实验教程》（校内自编教材），计算机学院张粉玉主编
参考书：
《VHDL数字电路设计与应用实践教程》，王振红主编，机械工业出版社，2003年。

VHDL数字电路设计教程课程设计1. 课程设计背景随着数字电路在现代电子产品中的广泛应用，对数字电路设计的需求也越来越大。

而作为数字电路设计的重要工具和方法之一的硬件描述语言VHDL也被广泛应用。

为了让学生在学习数字电路和VHDL语言时能够掌握实际的设计技能，本课程针对数字电路和VHDL语言的基本原理和应用进行授课和课程设计，旨在培养学生的实际操作和解决实际问题的能力。

2. 教学目标本课程旨在使学生掌握数字电路和VHDL语言的基本原理和应用，具备以下能力：•掌握数字电路和VHDL语言的基本语法和编程思路；•能够独立完成数字电路和VHDL语言的设计、仿真和综合；•能够解决数字电路和VHDL语言设计中出现的实际问题；•具备一定的实际数字电路设计经验和VHDL编程能力。

3. 教学大纲3.1 数字电路基础•数字电路基本概念•数字逻辑门电路和代数表达式•组合逻辑电路设计•时序逻辑电路设计•计数器设计•存储器设计3.2 VHDL语言基础•VHDL语言概述•实体声明和体系结构•VHDL数据类型和常量•基本的VHDL语言结构•组合逻辑设计•时序逻辑设计•设计复用和程序结构•模拟和综合3.3 VHDL数字电路设计实践（1）多位计算机算术逻辑单元设计（2）VHDL编程设计电话拨号系统（3）VHDL和FPGA技术共同设计数字时钟4. 教学方法本课程将采用以下教学方法：•知识讲授：通过讲授数字电路和VHDL语言的基本原理，让学生掌握基本概念和设计思路；•实验操作：通过实验操作的方式带领学生熟练掌握数字电路和VHDL 语言的设计、仿真和综合技术；•课程设计：通过将学生划分为若干小组，让小组成员共同合作完成数字电路和VHDL语言的具体设计和实现，培养学生的团队合作和沟通能力；•课堂讨论：通过课堂讨论的方式激发学生的思维和提升学生的思考能力；•教师点评：通过对学生作业和课程设计的点评，提供指导和建议，帮助学生不断提升自身的设计能力。

数字系统仿真与VHDL课程设计报告——循环彩灯控制器——2人抢答器学院：班级：学号：姓名：实习时间：2011年1月4日—1月14日指导老师：一、实验设计的目的本设计的任务是熟悉支持VHDL语言的软件，如Max Plus 2，ISP，FOUNDATION 等，利用这一类软件使用VHDL语言进行设计编译仿真。

本次设计的主要目的：1、使学生熟练掌握相关软件Max Plus 2的使用操作。

能对VHDL语言程序进行编译及调试，以及通过计算机仿真，得到正确的仿真波形图，并根据所得仿真波形图分析判断并改进所设计的电路。

2、在成功掌握软件操作基础上，让学生将所学数字电路的基础课知识与VHDL语言的应用型知识结合起来并与实际设计，操作联系起来，即“理论联系实际”。

要求学生自主设计电路，编写程序，鼓励新思路，新方法，新观点。

3、完成可编程器件与VHDL语言课程设计，掌握设计语言技术的综合应用性。

通过对以下几个设计：1、设计60进计数器（同步，异步）；2、循环彩灯控制器；3、数字显示的秒表；4、2人抢答器；5、交通灯的设计等五个课题的设计、仿真、调试来具体完成。

4、熟悉系统的分析和设计方法，合理掌握选用集成电路的方法，初步接触EDA技术，为以后本专业的学习奠定良好的基础。

二、设计的工具及基本要求Ⅰ、设计的工具Ⅱ、设计基本要求1、熟悉数字电路及相关专业课程的基本知识并能联系具体程序，编写出所设计电路的程序。

2、正确操作使用VHDL语言相关软件，能编译，调试，仿真VHDL语言程序得出正确的结果。

3、设计数字电路，编写程序，实现电路功能。

通过本次设计应初步认识Max Plus 2 这一类软件的运用。

三、设计内容及操作Ⅰ、设计的内容1、设计一个2人抢答器----两人抢答，先抢为有效，用发光二极管显示是否抢到优先答题权。

答题结束后，按复位键可重新抢答下一题。

2、循环彩灯控制器-----设计一个循环彩灯控制器，该控制器控制红，绿，黄三个发光管循环点亮。

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。

数字系统设计与VHDL第二版教学设计概述数字电路技术在现代电子行业中占据着非常重要的地位，它对于各种各样的电子硬件设备都起到了至关重要的作用。

数字系统设计与VHDL第二版教学设计，是一本基于数字电路技术的教材，它向读者详细介绍了数字电路的基础知识，同时介绍了VHDL语言的使用方法以及数字系统的设计方法。

本教学设计将重点介绍数字系统设计与VHDL第二版教材的教学流程和教学方法，帮助师生更好地学习这本教材。

教学目标•理解数字电路的基本概念和原理；•掌握数字系统设计的基本方法；•熟悉VHDL语言的使用方法；•能够使用VHDL语言设计数字电路。

教学内容第一章数字电路基础• 1.1 数字电路概述• 1.2 二进制数及其运算• 1.3 逻辑门及其代数关系• 1.4 组合逻辑电路• 1.5时序逻辑电路第二章 VHDL语言基础• 2.1 VHDL语言概述• 2.2 VHDL基本结构• 2.3VHDL库和包• 2.4 VHDL实体描述• 2.5 VHDL语言的并行性第三章应用实例• 3.1 VHDL仿真工具• 3.2基本数字模块的设计• 3.3 在VHDL中设计数字系统• 3.4时序逻辑电路设计教学流程第一周：介绍数字电路基础，让学生了解数字电路、逻辑门、组合逻辑电路和时序逻辑电路的基本概念和原理。

第二周：介绍VHDL语言基础，让学生了解VHDL语言的基本结构、库和包、实体描述和并行性等基本知识。

第三周：在学习了数字电路和VHDL语言的基础知识之后，讲解如何在VHDL中设计数字系统，并带领学生实践VHDL的基本语法及模块设计。

第四周：通过实例演示，让学生了解VHDL仿真工具的使用和时序逻辑电路的设计方法。

最后两周：布置课程设计，让学生使用VHDL设计数字电路，并介绍VHDL在FPGA开发中的应用。

教学方法本教学设计采取以下教学方法，以达到最佳教学效果：•讲授：传授基础知识；•实践：通过实践，让学生深入理解VHDL语言；•案例分析：通过案例分析，让学生了解数字电路和VHDL语言的应用；•课程设计：让学生自主学习，并在实践中提高能力。

四、项目实施 （１）代码设计
（２）仿真波形
4选1数据选择器的波形图
3.数据分配器的设计
一、项目描述
（1）项目任务：
使用VHDL描述，在QuartusII上完成数据分配器的全部设计，包括编辑、编 译、综合和仿真操作等。
(2). 项目目标
序号 类别 • • • • • • • 目 标
一
知识点
了解PLD的结构及特点 掌握学习开发板的结构组成 掌握EDA的设计流程 Quartus II软件的文本输入设计方法 能使用Quartus II软件的对设计电路进行功能仿真 使用Quartus II软件下载设计文件到学习开发板 学习开发板的调试
情景五
应用VHDL设计数字系统
1.基本门电路设计 2.数据选择器的设计 3.数据分配器的设计 4.三态门的设计 5.单向总线缓冲器设计 6.编码器设计 7.优先编码器的设计 8.码制变换译码器
第五讲 应用VHDL设计数字系统
9.二－十进制BCD译码器设计 10.显示译码器的设计
11.半加器设计 12.全加器设计 13.6位加法器设计 14.4位加减法器设计 15.3位乘法器的设计 16.奇校验电路设计
二
技能
三
职业素养
1. 学生的沟通能力及团队协作精神 2. 良好的职业道德 3. 质量、成本、安全、环保意识
二、项目资讯
• 基本门电路主要用来实现基本的输入 /输出之间的逻辑关系，包括与
门、非门、或门、与非门、或非门、异或门、同或门等。
• 以2输入端与非门为例讲解基本门电路的设计。
三、 项目分析
（1）实验原理 2输入端与非门是组合逻辑电路中的基本逻辑器件，有2个输 入端A、B和1个输出端C。 2输入端与非门应具备的端口有： 输入端：A、B； 输出端：C。 （２）电路符号与真值表