vhdl流水灯课程设计报告.doc

院院 系系 姓姓 名 名 学学 号 号 课程设计名称 课程设计名称 指指 导导 老老 师 师 时间 时间 摘 要 VHDLVHDL 的特点的特点 应用 VHDL 进行系统设计 有以下几方面的特点 一 功能强大 VHDL 具有功能强大的语言结构 它可以用明确的代码描述复杂的控制逻辑设计 并且具有 多层次的设计描述功能 支持设计库和可重复使用的元件生成 VHDL 是一种设计 仿真和 综合的标准硬件描述语言 二 可移植性 VHDL 语言是一个标准语言 其设计描述可以为不同的 EDA 工具支持 它可以从一个仿真工 具移植到另一个仿真工具 从一个综合工具移植到另一个综合工具 从一个工作平台移植到 另一个工作平台 此外 通过更换库再重新综合很容易移植为 ASIC 设计 三 独立性 VHDL 的硬件描述与具体的工艺技术和硬件结构无关 设计者可以不懂硬件的结构 也不必 管最终设计实现的目标器件是什么 而进行独立的设计 程序设计的硬件目标器件有广阔的 选择范围 可以是各系列的 CPLD FPGA 及各种门阵列器件 四 可操作性 由于 VHDL 具有类属描述语句和子程序调用等功能 对于已完成的设计 在不改变源程序的 条件下 只需改变端口类属参量或函数 就能轻易地改变设计的规模和结构 五 灵活性 VHDL 最初是作为一种仿真标准格式出现的 有着丰富的仿真语句和库函数 使其在任何大 系统的设计中 随时可对设计进行仿真模拟 所以 即使在远离门级的高层次 即使设计尚 未完成时 设计者就能够对整个工程设计的结构和功能的可行性进行查验 并做出决策 VHDLVHDL 的设计结构的设计结构 VHDL 描述数字电路系统设计的行为 功能 输入和输出 它在语法上与现代编程语言相似 但包含了许多与硬件有特殊关系的结构 VHDL 将一个设计称为一个实体 Entity 元件 电路或者系统 并且将它分成外部的可见 部分 实体名 连接 和内部的隐藏部分 实体算法 实现 当定义了一个设计的实体之 后 其他实体可以利用该实体 也可以开发一个实体库 所以 内部和外部的概念对系统设 计的 VHDL 是十分重要的 外部的实体名或连接由实体声明 Entity 来描述 而内部的实体算法或实现则由结构体 Architecture 来描述 结构体可以包含相连的多个进程 process 或者组建 component 等其 他并行结构 需要说明的是 它们在硬件中都是并行运行的 VHDLVHDL 的设计步骤的设计步骤 采用 VHDL 的系统设计 一般有以下 6 个步骤 1 要求的功能模块划分 2 VHDL 的设计描述 设计输入 3 代码仿真模拟 前仿真 4 计综合 优化和布局布线 5 布局布线后的仿真模拟 后仿真 6 设计的实现 下载到目标器件 实验说明实验说明 该流水灯除了输入有 时钟端 使能端和清零端 输出为 8 个 led 指示灯 清零端为低 电平时回到最初始状态 输出为 O1 灯亮 为高电平时无作用 使能端低电平时流水灯停止 高电平时流水灯继续流动 时钟端为系统时钟输入 要求 8 个 led 指示灯每秒变化一次 向 右流动 变化顺序依次为 O1 灯亮 O2 灯亮 O3 灯亮 O4 灯亮 O5 灯亮 O6 灯亮 O7 灯亮 返回 O1 电路逻辑功能实现后 可将该逻辑功能下载到 CPLD 中 注意选择 清零端选 1 脚 使 能端选拨码开关 时钟端选 83 脚 输出线 8 根 接发光二极管指示灯 测试时根据输入信 号的变化观察输出信号的改变 时钟端清零端 使能 端 Led1Led2Led3Led4Led5Led6Led7Led8 X0X 灭 灭灭灭灭灭灭 亮 X10 不变不变不变不变不变不变不变不变 上升沿 11 进入下一个状态 实验要求实验要求 1 用 VHDL 语言实现流水灯 2 设计仿真文件 进行软件验证 3 通过下载线下载到实验板上进行验证 4 灯有两种模式每种模式有四种变化 5 第一种模式下灯的花色循环变化不能控制 第二种情况下花色可以控制并且变化间有 声音 流水灯设计流水灯设计 1 1 分频模块的 分频模块的 VHDLVHDL 设计 设计 library IEEE use IEEE STD LOGIC 1164 ALL use IEEE STD LOGIC ARITH ALL use IEEE STD LOGIC UNSIGNED ALL entity light is PORT CLK IN IN STD LOGIC 输入时钟信号 CLK OUT OUT STD LOGIC 分频后的输出时钟信号 end light architecture Behavioral of light is signalcont STD logic vector 1 downto 0 begin process CLK IN BEGIN IF RISING EDGE CLK IN THEN IF CONT 11 THEN CONT 00 CLK OUT 1 ELSE CONT CONT 1 CLK OUT 0 END IF END IF END PROCESS end Behavioral 2 2 流水灯从左至右连续显示 流水灯从左至右连续显示 library IEEE use IEEE STD LOGIC 1164 ALL use IEEE STD LOGIC ARITH ALL use IEEE STD LOGIC UNSIGNED ALL entity light2 is PORT CLK IN STD LOGIC 分频后的时钟信号 EN IN STD LOGIC 使能控制信号 M OUT STD LOGIC VECTOR 7 DOWNTO 0 控制 8 个灯的输出信号 end light2 architecture Behavioral of light2 is SIGNAL SEL STD LOGIC VECTOR 2 DOWNTO 0 begin PROCESS EN CLK SEL BEGIN IF RISING EDGE CLK THEN IF EN 1 THEN IF SEL 111 THEN SEL 000 ELSE SELMMM M MMM MNULL END CASE END PROCESS end Behavioral 3 3 流水灯从右到左连续显示 流水灯从右到左连续显示 library IEEE use IEEE STD LOGIC 1164 ALL use IEEE STD LOGIC ARITH ALL use IEEE STD LOGIC UNSIGNED ALL entity light3 is PORT CLK IN STD LOGIC 分频后的时钟信号 EN IN STD LOGIC 使能控制信号 N OUT STD LOGIC VECTOR 7 DOWNTO 0 控制 8 个灯的输出信号 end light3 architecture Behavioral of light3 is SIGNAL SEL STD LOGIC VECTOR 2 DOWNTO 0 begin PROCESS EN CLK SEL BEGIN IF RISING EDGE CLK THEN IF EN 1 THEN IF SEL 111 THEN SEL 000 ELSE SELNNNNNNNNNULL END CASE END PROCESS end Behavioral 4 4 流水灯从两边向中间显示 然后由中间向两边显示 流水灯从两边向中间显示 然后由中间向两边显示 library IEEE use IEEE STD LOGIC 1164 ALL use IEEE STD LOGIC ARITH ALL use IEEE STD LOGIC UNSIGNED ALL entity light4 is PORT CLK IN STD LOGIC 分频后的时钟信号 EN IN STD LOGIC 使能控制信号 L OUT STD LOGIC VECTOR 7 DOWNTO 0 控制 8 个灯的输出信号 end light4 architecture Behavioral of light4 is SIGNAL SEL STD LOGIC VECTOR 2 DOWNTO 0 begin PROCESS EN CLK SEL BEGIN IF RISING EDGE CLK THEN IF EN 1 THEN IF SEL 111 THEN SEL 000 ELSE SELLLLLLLLLNULL END CASE END PROCESS end Behavioral 5 5 流水灯从左至右每次显示两个灯 流水灯从左至右每次显示两个灯 library IEEE use IEEE STD LOGIC 1164 ALL use IEEE STD LOGIC ARITH ALL use IEEE STD LOGIC UNSIGNED ALL entity light5 is PORT CLK IN STD LOGIC 分频后的时钟信号 EN IN STD LOGIC 使能控制信号 Q OUT STD LOGIC VECTOR 7 DOWNTO 0 控制 8 个灯的输出信号 end light5 architecture Behavioral of light5 is SIGNAL SEL STD LOGIC VECTOR 2 DOWNTO 0 begin PROCESS EN CLK SEL BEGIN IF RISING EDGE CLK THEN IF EN 1 THEN IF SEL 111 THEN SEL 000 ELSE SEL Q Q Q Q Q Q Q Q NULL END CASE END PROCESS end Behavioral 6 6 扫描模块程序 扫描模块程序 libraryieee use ieee std logic 1164 all useieee std logic unsigned all useieee std logic arith all entity SELTIM