vhdl设计初步(新模版)课件

VHDL设计初步开始学习VHDL，进入数字电路设计的新世界！VHDL设计概述硬件描述语言VHDL（VHSICHardwareDescriptionLanguage）是一种用于描述电子电路的硬件描述语言。可读性强VHDL使用类似于高级编程语言的语法，使其易于阅读、理解和维护。可移植性好VHDL的设计可以移植到不同的硬件平台，例如FPGA和ASIC。VHDL语言基础1关键字VHDL语言使用一些保留字作为关键字，例如`begin`、`end`、`if`、`else`等。2标识符标识符用于命名变量、信号、常量、过程等。标识符必须以字母开头，可以包含字母、数字和下划线。3数据类型VHDL支持多种数据类型，包括布尔型、整数型、实数型、字符串型、枚举型、数组型等。4运算符VHDL支持各种运算符，包括算术运算符、逻辑运算符、关系运算符、位运算符等。信号类型与数据类型信号类型信号是VHDL中的基本数据类型，表示电路中的信号线，用于传递数据。数据类型VHDL提供多种数据类型，例如：整数、实数、布尔值、枚举类型和数组等，用于存储和处理不同的数据。类型转换VHDL支持不同数据类型之间的转换，以便在不同的操作中使用。逻辑运算符非运算符用于对一个操作数进行逻辑非运算，结果为操作数的反值。与运算符当且仅当所有操作数均为真时，结果才为真。或运算符只要其中一个操作数为真，结果就为真。异或运算符当且仅当两个操作数不相同（一个为真，另一个为假）时，结果才为真。关系运算符等于比较两个操作数是否相等，符号为“=”不等于比较两个操作数是否不相等，符号为“/=”大于比较两个操作数的大小，符号为“>”小于比较两个操作数的大小，符号为“<”条件语句-if...then1语法if条件表达式then语句块;else语句块;endif;2条件表达式使用逻辑运算符和关系运算符构建条件表达式.3语句块可以包含VHDL中的各种语句，如赋值语句，过程语句，等.条件语句-case1case根据表达式值选择执行语句2when匹配表达式值3others默认情况过程语句1顺序执行过程语句用于描述硬件的顺序行为，它们在时钟信号的驱动下执行。2变量过程语句内部使用变量来存储中间结果，变量的值在过程执行过程中可以改变。3敏感信号列表过程语句需要指定敏感信号列表，当敏感信号列表中的信号发生变化时，过程语句才会被执行。算术运算语句加法用于将两个操作数相加。例如：A+B减法用于将两个操作数相减。例如：A-B乘法用于将两个操作数相乘。例如：A*B除法用于将两个操作数相除。例如：A/B位运算语句位运算符VHDL提供了一系列位运算符，用于对位向量进行操作。与运算(&)或运算(|)异或运算(xor)取反运算(not)位运算应用位运算常用于逻辑运算、数据位操作、地址计算等方面。逻辑电路实现数据加密解密内存地址映射移位语句左移将操作数的位向左移动指定的位数，高位溢出舍弃，低位补零右移将操作数的位向右移动指定的位数，低位溢出舍弃，高位补零或符号位扩展循环移位将操作数的位移出后从另一端移入，保持数据完整性并行结构-实体和架构实体实体定义硬件模块的外部接口,包括端口和信号.架构架构描述实体的内部逻辑,包括电路的结构和行为.并行结构-端口映射1实体定义实体定义端口2架构定义架构定义端口映射3信号连接连接实体和架构端口顺序结构-过程过程定义过程是一段描述顺序执行操作的代码块，包含一系列语句和操作，通过`begin`和`end`关键字定义。变量声明过程内部可以使用变量来存储中间值，变量声明使用`variable`关键字，变量只能在过程内部访问。顺序执行过程内的语句按顺序执行，除非遇到分支或循环语句。敏感信号列表过程的执行时机由敏感信号列表控制，当敏感信号列表中的信号发生变化时，过程会被执行。组合电路设计组合逻辑电路输出仅取决于当前输入，不依赖于电路的过去状态。组合逻辑电路的特点无记忆功能，输出随着输入的变化而变化。组合逻辑电路的应用编码器、译码器、加法器、比较器等。时序电路设计定义时序电路是电路的一种，其输出不仅取决于当前的输入，还取决于电路的过去状态。特点时序电路具有记忆功能，可以存储信息，并根据输入和状态的变化产生输出。应用广泛应用于计算机、通信、控制等领域，实现各种复杂的逻辑功能。时序逻辑设计步骤1分析理解电路功能，定义输入输出信号2建模使用VHDL语言描述电路行为3仿真测试电路功能，验证模型正确性4综合将VHDL代码转换为硬件电路触发器与存储器触发器构成时序电路的基本单元，能够记忆状态，并根据输入信号进行状态转换。存储器以触发器为基本单元组成，用于存储大量数据，例如RAM和ROM。应用广泛应用于数字电路系统中，例如计数器、移位寄存器、存储器等。锁存器1电平触发锁存器是一种电平触发的存储元件，只有当输入信号处于特定电平状态时，才会改变存储的值。2透明模式当控制信号为高电平时，锁存器处于透明模式，输入信号直接传递到输出，实现数据通路的透明传输。3存储模式当控制信号为低电平时，锁存器进入存储模式，输出保持当前存储的值，不受输入信号影响。同步时序电路触发器基本单元，实现数据存储和状态控制计数器实现计数功能，用于计数、定时等移位寄存器实现数据移位操作，用于数据传输、序列转换等异步时序电路状态转移状态转移取决于输入信号的变化，而不是时钟信号的上升沿。时序关系不同输入信号的到达时间可能不一致，导致状态转移不稳定。设计挑战需要仔细分析时序关系，防止出现竞争-冒险现象。时钟脉冲信号1定义时钟脉冲信号是数字电路中控制数据传输和操作的关键信号。2特点时钟脉冲信号具有周期性、稳定性和精确性。3作用它用于同步电路中不同模块之间的操作，确保电路的正确运行。设计测试与调试功能仿真使用仿真工具验证设计逻辑的正确性。硬件调试在目标硬件平台上进行测试，观察实际电路行为。设计文档编写清晰的结构文档应具有清晰的结构，包括目录、标题、段落和代码示例，以便于阅读和理解。详细的描述文档应提供详细的描述，包括设计目标、功能实现、测试结果等，以帮助他人理解设计意图。代码注释代码应包含清晰的注释，解释代码的功能和逻辑，以提高可读性和可维护性。版本控制设计文档应进行版本控制，记录修改历史，方便追溯和维护。代码编写规范命名规范变量、常量、函数等命名要清晰、易懂，遵循一定的规范，例如使用驼峰命名法。代码格式代码格式要整洁，缩进、空格等要统一，方便阅读和维护。注释注释要简洁明了，解释代码的功能和逻辑，并保持注释与代码同步。模块化代码要模块化，每个模块完成特定的功能，并保持模块之间的独立性和可复用性。FPGA实现概述硬件描述语言使用VHDL或Verilog等语言描述电路行为。FPGA内部包含可编程逻辑单