vhdl设计初步(新模版)【课件.pptVIP

**********************VHDL设计初步本课程将介绍VHDL的基本语法，并带领大家进行简单的设计练习。byVHDL简介硬件描述语言VHDL是一种用于描述电子硬件的语言，用于设计和验证数字电路。可读性强VHDL语法类似于自然语言，便于理解和编写代码。可移植性好VHDL语言独立于硬件平台，可用于不同的芯片制造商和技术。VHDL语言结构实体用于描述硬件模块的外部接口和行为。架构体用于描述硬件模块的内部结构和实现方式。信号用于在硬件模块之间传递数据。VHDL基本模型行为模型描述电路的功能，不关注具体实现细节。使用过程语句和信号赋值来描述电路行为。例如，使用“if-then-else”语句来描述一个加法器的行为。结构模型描述电路的结构，通过连接不同的基本电路模块来构建复杂电路。使用实例化语句来创建电路模块的实例，并使用信号连接不同模块的端口。数据流模型描述电路中数据流的流动，使用赋值语句和算术运算符来描述数据在电路中的处理方式。每个赋值语句表示一个数据流，例如，一个赋值语句可以描述一个加法器的输入和输出之间的数据流。实体ENTITY定义1定义实体是VHDL中用来描述硬件模块的基本单元。它类似于硬件设计中的一个黑盒子，只描述模块的外部接口，而不涉及内部实现细节。2语法实体定义使用ENTITY关键字，后跟实体名称和端口定义。端口定义用于描述模块的输入和输出信号。3实例化实体可以通过实例化语句在其他模块中使用，将实体实例化成一个具体的硬件模块。端口PORT定义1方向输入(IN)或输出(OUT)2数据类型例如：STD_LOGIC,BIT,INTEGER3名称用于标识端口架构ARCHITECTURE定义1描述硬件行为2定义实体内部结构3实现功能逻辑数据类型与运算符数据类型VHDL支持多种数据类型，包括：位类型(BIT)标准逻辑类型(STD_LOGIC)整型(INTEGER)实型(REAL)枚举类型(ENUMERATION)运算符VHDL提供各种运算符，用于执行算术、逻辑、关系和位操作，例如：算术运算符:+,-,*,/,MOD,**逻辑运算符:AND,OR,XOR,NOT关系运算符:=,/=,,,=,=位运算符:AND,OR,XOR,NOT,常量与变量1常量在整个程序执行过程中保持不变的值。使用关键字CONST定义。常量可以在设计中被多次使用，从而提高代码的可读性和可维护性。2变量在程序执行过程中可以改变的值。使用关键字SIGNAL或VARIABLE定义。变量是存储数据的容器，可以在程序中被修改。它们是设计中不可或缺的一部分。过程语句顺序执行过程语句按照顺序执行，类似于编程语言中的函数或方法。敏感信号列表过程语句包含一个敏感信号列表，当列表中任何信号发生变化时，过程语句将被执行。并行执行过程语句可以在硬件中并行执行，多个过程语句可以同时运行，从而实现并行处理。条件语句1IF语句根据条件判断执行不同的代码2CASE语句根据条件选择执行不同的代码3WHEN语句匹配特定条件执行代码循环语句1for循环用于重复执行一段代码，直到满足条件为止。2while循环在条件满足的情况下，重复执行一段代码。3loop循环无限循环，直到遇到退出循环的语句。软件仿真功能验证在实际硬件实现之前，可以使用软件仿真来验证设计的功能是否正确。调试错误在软件仿真中，可以方便地调试代码，找出设计中的逻辑错误。优化性能通过仿真，可以评估设计的性能，例如速度和资源利用率。硬件建模行为描述描述电路的功能，而不关心电路的具体实现方式。结构描述描述电路的结构，包括各个器件的连接方式。数据流描述描述数据在电路中的流动方式，以及各个器件对数据的处理方式。时序建模上升沿触发在时钟信号上升沿时，电路状态发生变化。下降沿触发在时钟信号下降沿时，电路状态发生变化。时钟信号宽度时钟信号的脉冲宽度影响电路的时序行为。组合逻辑电路设计基本概念组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入，不依赖于之前的状态。常用结构常见的组合逻辑电路结构包括编码器、译码器、多路选择器、比较器等。设计方法设计组合逻辑电路通常使用真值表、卡诺图或布尔表达式进行逻辑实现。实例例如，使用VHDL语言实现一个简单的2-to-4译码器。时序逻辑电路设计1触发器基本存储单元2计数器计数脉冲3移位寄存器数据位移状态机设