数字电子技术项目教程 课件 项目7 交通灯控制器的设计与制作.pptx

任务7.1项目预备知识

任务7.2门电路的VHDL程序设计

任务7.3全加器的原理图输入法设计

任务7.4交通灯控制器的设计、仿真与调试;任务7.1项目预备知识;7.1.1可编程逻辑器件

可编程逻辑器件(ProgrammableLogicDevice,PLD),是一种由用户根据自己要求来构造逻辑功能的数字集成电路,主要包括FPGA和CPLD两大类。FPGA和CPLD分别是现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件的简称。FPGA在结构上主要分为三个部分:可编程逻辑单元、可编程输入/输出单元和可编程连线。CPLD在结构上主要分为三个部分:可编程逻辑宏单元、可编程输入/输出单元和可编程内部连线。PLD适宜于小批量生产的系统或在系统开发研制中采用,在计算机硬件、自动化控制、智能仪表、数字电路系统领域得到了广泛的应用。

基于可编程逻辑器件的数字系统EDA设计是指利用计算机辅助设计,即用原理图、状态机、硬件描述语言(HardwareDescriptionLanguage,HDL)等方法来表示设计思想,经编译或转换程序,生成目标文件,最后由编程器或下载电缆将设计文件配置到目标可编程逻辑器件中,来实现数字系统的逻辑功能。本项目采用Altera公司开发的型号为EPM7128SLC8415的CPLD芯片进行设计。;7.1.2软件开发工具QuartusⅡ

PLD的开发工具一般由器件生产厂家提供,但随着器件规模的不断增加,软件的复杂性也随之提高。主要的PLD生产厂家和开发工具有Altera公司的MAX+PLUSⅡ和QuartusⅡ开发软件,Xilinx公司的Foundation,ISE开发软件和Lattice公司的ispLEVER开发软件等。

本项目使用Altera公司的QuartusⅡ设计软件进行设计。QuartusⅡ设计软件提供完整的多平台设计环境,能够直接满足特定设计需要,为可编程芯片系统(SOPC)提供全面的设计环境。;7.1.3硬件描述语言VHDL

硬件描述语言是用文本形式来描述数字电路的内部结构和信号连接关系的一类语言,类似于一般的计算机高级语言的语言形式和结构形式。其中最具代表性的、使用最广泛的是VHDL(VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage)语言和VerilogHDL语言。

1.VHDL的基本结构

1)VHDL程序基本结构

VHDL程序基本结构如图72所示。

第一部分是程序包,程序包是用VHDL语言编写的共享文件,定义在设计结构体和实体中用到的常数、数据类型、子程序和设计好的电路单元等,放在文件目录名称为IEEE的程序包库中。

第二部分是程序的实体,定义电路单元的输入/输出引脚信号。程序的实体名称是任意取的,但是必须与VHDL程序的文件名称相同。实体的标识符是ENTITY,实体以ENTITY开头,以END结束。;第三部分是程序的结构体,具体描述电路的内部结构和逻辑功能。结构体以标识符ARCHITECTURE开头,以END结尾。结构体的名称也是任意取的。

2)库和程序包

VHDL程序中常用的库有STD库、IEEE库和WORK库等。其中STD库和IEEE库

中的标准程序包是由EDA工具的厂商提供的,用户在设计程序时可以用相应的语句调用。

库、程序包调用的格式为

LIBRARYIEEE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;;3)VHDL语言的实体

实体是VHDL程序设计中最基本的组成部分,实体定义了所设计芯片需要的输入/输出信号引脚。实体说明语句的格式为

;4)VHDL语言的结构体

结构体描述设计实体的功能,建立设计的输入与输出之间的联系。结构体的一般格式为

2.VHDL的基本要素

与其他高级语言相似,VHDL语言也是由标识符、数据对象、数据类型、运算符等基

本要素组成的。

1)标识符

标识符用来表示常量、变量、信号、子程序、结构体和实体等名称,由26个英文字母、

数字0,1,2,…,9及下画线“_”组成。标识符组成的规则如下:

;(1)标识符必须以英文字母开头;

(2)标识符中不能有两个连续的下画线“_”,标识符的最后一个字符不能是下画线;

(3)标识符中的英文字母不区分大小写;

(4)VHDL的保留字不能作为标识符使用。

2)数据对象

在VHDL中,定义了三种数据对象,即常量、信号和变量。

(1)常量的说明格式为

CONSTANT常量名:数据类