应用VHDL语言设计数字电路

2019-02-10 版权声明 举报文章

应用VHDL语言设计数字电路

摘要: 本文简要讲述了VHDL语言的特点、基本结构和设计流程,通过实例“24进制计数器”介绍了在MAX+plusⅡ环境下运用VHDL语言设计实际电路的具体方法和步骤。

关键词: VHDL数字电路设计流程

VHDL是超高速集成电路硬件描述语言(Very High Speed Integrated circuit Hardware Description Language)的英文缩写。它的开发始于美国国防部1981年的超高速集成电路计划,其目的是为了给出一种与工艺无关的、支持大规模系统设计的标准方法和手段。通过不断的发展和完善,VHDL于1987年成为IEFE的一种标准语言。VHDL是一种面向设计的、多领域、多层次的IEEE标准硬件描述语言,是目前十分流行的硬件描述工具,并且被大多数EDA工具支持。

1.VHDL的特点

1.1功能强大。与其它的硬件描述语言相比,VHDL具有更强的描述能力和语言结构,可以用简洁的源代码描述复杂的逻辑控制。它具有多层次的设计描述功能,层层细化,最后直接生成电路级描述。

1.2系统硬件描述能力强。VHDL具有丰富的数据类型、丰富的仿真语句和库函数,它在任何大系统的设计早期就能查验设计系统功能的可行性,随时可对设计进行仿真模拟。

1.3设计与工艺无关。用VHDL进行硬件电路设计时,我们并不需要首先考虑选择完成设计的器件。VHDL的硬件描述与具体的工艺和硬件结构无关,因此VHDL设计程序的硬件实现目标器件有广阔的选择范围。

1.4设计方法灵活,易于修改。VHDL语言标准、规范,大多数EDA工具都支持VHDL。在硬件设计过程中,用VHDL语言编写的源程序便于管理,VHDL易读、结构模块化、方便修改、交流和保存。

1.5支持广泛,移植能力强。VHDL是一个标准语言,在电子设计领域为众多的EDA工具支持,因此移植能力好。

2.VHDL的基本结构

完整的VHDL程序一般由库、实体、结构体三个最基本的部分构成。

2.1库(Library)。在库内存放了可被其他VHDL程序调用的数据定义、器件说明、程序包等资源,库的种类很多,在安装元件库的目录下有VHDL87或VHDL93文件夹,里面包括IEEE、Altera、IPM、STD四个库。

2.2实体(Entity)。它仅定义设计模块输入/输出信号,不涉及模块内部逻辑功能的实现。

2.3结构体(Architectrue)。它描述设计模块的逻辑功能,结构体必须和实体相联系,确定实体定义的输入与输出信号的逻辑关系,一个设计实体可以有多个结构体。

3.VHDL的设计流程

在VHDL的设计过程中,我们采用自顶向下的方法,首先从系统设计入手,在顶层进行功能方框图的划分,其次对各模块进行设计并仿真,再次综合进行门级仿真,如果没有错误即可下载,最后实现电路。用VHDL设计数字系统的流程如下:

输入源程序编译源程序仿真综合门级仿真物理设计时序仿真

4.VHDL的应用实例――24进制计数器

我们可以通过MAX+Plusll平台的编译、仿真,得到仿真波形图(图1),在仿真无误的情况下,编程下载到器件芯片(图2)。

24进制计数器VHDL程序描述如下:

通过以上实例,我们可以看到,VHDL语言具有良好的电路行为描述能力和系统描述能力,利用VHDL语言设计数字电路更为灵活方便,设计周期也大大减小。目前,国际上用VHDL进行系统逻辑设计成为流行方式,学会VHDL及其设计方法也是新的潮流。VHDL将成为数字系统设计领域中所有技术人员必须掌握的一种语言。

参考文献:

[1]程云长.可编程逻辑器件与VHDL语言.北京科学出版社,2002.

[2]江冰.电子技术基础及应用.北京机械工业出版社,2001.

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