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《vhdl程序设计基础》ppt课件目录•VHDL简介•VHDL基本语法•VHDL编程基础•VHDL设计方法•VHDL设计实例•VHDL仿真与验证VHDL简介01VHDL的起源和背景VHDL的起源VHDL起源于1987年,作为IEEE标准定义硬件描述语言,用于描述数字电路和系统VHDL的背景随着电子设计自动化(EDA)技术的发展,VHDL成为硬件设计的核心语言,广泛应用于数字电路设计、FPGA/ASIC设计等领域VHDL的应用领域数字电路设计01VHDL主要用于描述数字电路的行为和结构,支持逻辑门级到系统级的描述集成电路设计02在集成电路设计中,VHDL用于描述和验证集成电路的功能和性能系统级设计03在系统级设计中,VHDL用于描述复杂的硬件系统,如处理器、数字信号处理器等VHDL的优势和限制VHDL的优势VHDL具有清晰、严谨的语法规则,支持高层次抽象描述,易于阅读和维护;同时支持多种仿真工具,易于验证设计的正确性VHDL的限制虽然VHDL具有许多优点,但由于其语法规则较为复杂,学习曲线较陡峭;同时对于模拟电路和混合信号电路的描述能力有限VHDL基本语法02实体(Entity)实体描述实体用于描述电路的输入/输出端口和它们的数据类型语法格式entity entity_name is01端口定义在实体中定义输入、输出、输入/输出端口,02并指定其数据类型示例03entity AND2is portA,B:in std_logic;C:out std_logic;04结构体(Architecture)结构体描述结构体用于描述电路的内部实现,包括信号的处理和运算示例语法格式architecture behavioralof AND2is architecturearchitecture_name ofsignalY:std_logic;begin Y=A andentity isB;end behavioral;行为描述信号定义使用过程语句、信号赋值语句等描述信号在结构体中定义内部信号,并指定其数据的处理和运算类型和连接关系库(Library)库描述语法格式库的使用示例库是VHDL代码的集合,library library_name;在程序中引用库中的函library IEEE;use包含标准函数、标准过use数、过程、数据类型等IEEE.STD_LOGIC_116程、数据类型等library_name.packag
4.ALL;e_name.item;程序包(Package)0102030405程序包描述语法格式包的内容包的使用示例程序包是库的子集,用于package package_name在包中声明函数、过程、在其他程序中引用包中的package logic_operators组织相关的函数、过程、is数据类型等内容is functionAND A,B:in数据类型等std_logic returnstd_logic;function ORA,B:in std_logic returnstd_logic;endlogic_operators;常数、信号和变量常数定义信号定义A B使用关键字`constant`定义常数,并指定其值和使用关键字`signal`定义信号,并指定其数数据类型据类型和连接关系变量定义数据类型C D使用关键字`variable`定义变量,并指定其VHDL支持多种数据类型,如std_logic、数据类型和初始值integer、real等VHDL编程基础03数据类型复合数据类型枚举类型如数组、记录和文件等用于定义一组命名的常量值标量数据类型用户自定义数据类型子类型包括整数、实数、布尔等允许用户根据需要定义新的数基于其他数据类型的派生类型,据类型用于限制数据范围或添加属性运算符关系运算符算术运算符用于比较两个值的大小关系,如等于、不等于、大于、小于等如加、减、乘、除等02逻辑运算符0103如与、或、非等赋值运算符用于将一个值赋给变量0504位运算符对二进制位进行操作,如与、或、异或等顺序语句WAIT语句使程序等待一个事件发生或满足特定条件RETURN语句后继续执行从过程或函数中返回,LOOP语句终止执行并返回结果CASE语句循环执行一段代码,IF语句类似于多路选择器,直到满足特定条件根据条件执行不同的根据表达式的值选择操作不同的分支执行并行语句块语句将一组语句组合在一起,作为一进程语句元件实例化语句个整体执行并行执行一段代码,每个进程独将一个电路元件实例化,并分配立执行给一个或多个信号并行赋值语句生成语句用于生成多个相似的电路结构,同时对多个信号进行赋值操作如多路选择器、译码器等VHDL设计方法04自顶向下设计方法总结词从整体到局部的设计方法详细描述自顶向下设计方法是一种从整体到局部的设计方法,首先确定系统的整体结构和功能,然后逐步细化各个模块的设计,最终完成整个系统的设计这种方法有助于提高设计的层次性和模块化,便于设计和调试自底向上设计方法总结词从局部到整体的设计方法详细描述自底向上设计方法是一种从局部到整体的设计方法,首先设计和实现各个模块,然后将这些模块组合起来形成一个完整的系统这种方法有助于充分发挥各个模块的独立性和可重用性,但需要较高的模块设计和调试能力混合设计方法总结词结合自顶向下和自底向上设计方法的综合设计方法详细描述混合设计方法是一种结合自顶向下和自底向上设计方法的综合设计方法这种方法既考虑了系统的整体结构和功能,又充分发挥了各个模块的独立性和可重用性在实际设计中,可以根据具体需求和情况选择适合的设计方法VHDL设计实例05组合逻辑电路设计总结词通过实例演示如何使用VHDL设计组合逻辑电路详细描述介绍组合逻辑电路的基本概念和设计方法,包括逻辑门电路、多路选择器、编码器等通过具体的VHDL代码实现这些电路,并解释代码中的各个部分时序逻辑电路设计总结词演示如何使用VHDL设计时序逻辑电路详细描述介绍时序逻辑电路的基本原理和设计流程,包括寄存器、计数器、分频器等通过具体的VHDL代码实现这些电路,并详细解析代码中的各个部分状态机设计总结词通过实例演示如何使用VHDL设计状态机详细描述介绍状态机的基本概念和设计方法,包括状态图的绘制、状态转移的实现等通过具体的VHDL代码实现一个有限状态机,并解释代码中的各个部分VHDL仿真与验证06仿真工具与流程仿真工具仿真流程ModelSim、Vivado Simulation等常用的设计输入、编译、仿真、结果分析等步骤,VHDL仿真工具,支持多种仿真算法和精度确保设计的正确性和可靠性测试平台(Testbench)测试平台概念测试平台组成用于模拟被测设计输入和输出的测试平激励、观测和验证模块等部分,通过合理台,确保被测设计在各种条件下的正确的测试平台设计,实现对被测设计的全面性VS测试仿真结果分析结果分析方法错误定位与修正对比仿真波形与预期结果,分析仿真结果是通过仿真结果分析,定位设计中的错误并进否符合设计要求行修正,提高设计的可靠性和正确性谢谢聆听。