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第3章VHDL設計初步,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,3.1.12選1多路選擇器的VHDL描述,圖3-1mux21a實體,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,3.1.12選1多路選擇器的VHDL描述,圖3-2mux21a結構體,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,【例】二選一選擇器描述方法1ENTITYmux21aISPORT(a,b:INBIT;s:INBIT;y:OUTBIT);ENDENTITYmux21a;ARCHITECTUREoneOFmux21aISSIGNALd,e:BIT;--說明語句BEGINd<=aAND(NOTS);e<=bANDs;y<=dORe;ENDARCHITECTUREone;,3.1.12選1多路選擇器的VHDL描述,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,此電路的VHDL描述由兩大部分組成：(1)以關鍵詞ENTITY引導，ENDENTITYmux2la結尾的語句部分，稱為實體。實體描述了電路器件的外部情況及各信號端口的基本性質。(2)以關鍵詞ARCHITECTURE引導，ENDARCHITECTUREone結尾的語句部分，稱為結構體。結構體負責描述電路器件的內部邏輯功能或電路結構。,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,3.1.2相關語句結構和語法說明,ENTITYe_nameISPORT(p_name:port_mdata_type;...p_namei:port_midata_type);ENDENTITYe_name;紅色為描述實體的關鍵詞，不分大小寫。,1.實體表達,2.實體名e_name，由設計者自定的標識符。由字母、數(shù)字、下劃線構成。不能以數(shù)字起頭，不能用中文，不能與關鍵詞或EDA工具庫的元件名相同。如：72lk,OR2均為非法實體名。,3.端口語句和端口信號名PORT（）；描述電路的端口及其端口信號。如PORT(a,b:INBIT;s:INBIT;y:OUTBIT);,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,端口信號名,端口模式,端口信號的數(shù)據(jù)類型,3.1.2相關語句結構和語法說明,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,3.1.2相關語句結構和語法說明,4.端口模式,IN:輸入端口，定義的通道為單向只讀模式,OUT:輸出端口，定義的通道為單向輸出模式,INOUT:定義的通道確定為輸入輸出雙向端口,BUFFER:緩沖端口，其功能與INOUT類似,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,3.1.2相關語句結構和語法說明,5.數(shù)據(jù)類型INTEGER類型（整數(shù)類型）BOOLEAN類型（布爾類型）取值范圍為true,falseSTD_LOGIC類型（標準邏輯位類型）取值范圍有：U,X,0,1,Z,W,L,H,-BIT類型（位類型）取值范圍是邏輯位’1’,’0’,,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,3.1.2相關語句結構和語法說明,6.結構體表達,ARCHITECTUREarch_nameOFe_nameIS[說明語句]BEGIN(功能描述語句)ENDARCHITECTUREarch_name；紅色為描述結構體的關鍵詞，不分大小寫。說明語句并非必須，而功能描述語句必須存在。,結構體名,實體名,7.邏輯操作符,AND、OR、NOT、NAND（與非）、NOR（或非）、XOR（異或）、XNOR（同或）邏輯操作符的操作數(shù)是BIT、BOOLEAN、STD_LOGIC。,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,3.1.2相關語句結構和語法說明,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,3.1.2相關語句結構和語法說明,8.賦值符號和數(shù)據(jù)比較符號,①賦值符“<=”如表達式y(tǒng)<=a表示輸入端口a的數(shù)據(jù)向輸出端口y傳輸。注：賦值符“<=”兩邊的信號的數(shù)據(jù)類型必須一致。,數(shù)據(jù)比較符號“=”其輸出結果的數(shù)據(jù)類型是BOOLEAN類型。,如表達式IFs=0‘THEN..,②,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,【例】二選一選擇器描述方法2ENTITYmux21aISPORT(a,b:INBIT;s:INBIT;y:OUTBIT);ENDENTITYmux21a;ARCHITECTUREoneOFmux21aISBEGINy<=aWHENs=0ELSEb;ENDARCHITECTUREone;,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,3.1.2相關語句結構和語法說明,9.WHEN_ELSE條件信號賦值語句（屬于并行語句）,賦值目標<=表達式WHEN賦值條件ELSE表達式WHEN賦值條件ELSE...表達式；,z<=aWHENp1=1ELSEbWHENp2=1ELSEc;,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,【例3-3】二選一選擇器描述方法3ENTITYmux21aISPORT(a,b,s:INBIT;y:OUTBIT);ENDENTITYmux21a;ARCHITECTUREoneOFmux21aISBEGINPROCESS(a,b,s)BEGINIFs=0THENy<=a;ELSEy<=b;ENDIF;ENDPROCESS;ENDARCHITECTUREone;,3.1.2相關語句結構和語法說明,進程的敏感信號表,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,3.1.2相關語句結構和語法說明,10.條件語句（屬于順序語句）,IF_THEN_ELSE,IF語句必須以語句“ENDIF；”結束,如IFs=0THENy<=a;ELSEy<=b;ENDIF;,ENDIF；,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,3.1.2相關語句結構和語法說明,11.進程語句和順序語句,順序語句“IF_THEN_ELSEENDIF；”是放在由“PROCESS……ENDPROCESS”引導的語句中的。由PROCESS引導的語句稱為進程語句。在VHDL中，所有合法的順利描述語句都必須放在進程語句中。PROCESS旁的()稱為進程的敏感信號表，要求將進程中的所有輸入信號都放在敏感信號表中。當信號表中的某一敏感信號從原來的“1”變成“0”，或者從原來的“0”變成“1”時，將啟動此進程語句，即將其中的語句全部執(zhí)行一遍。,12.文件取名和存盤,12.文件取名和存盤,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,用Quartusii提供的VHDL文本編輯器編輯VHDL代碼文件，在保存文件時，文件名為“*.vhd”。建議程序的文件名盡可能與該程序的實體名一致。推薦使用小寫。,3.1.2相關語句結構和語法說明,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,mux21a功能時序波形圖,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,【例3-18】或門邏輯描述LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYor2aISPORT(a,b:INSTD_LOGIC;c:OUTSTD_LOGIC);ENDENTITYor2a；ARCHITECTUREoneOFor2aISBEGINc<=aORb;ENDARCHITECTUREone;,半加器h_adder電路圖及其真值表,3.3.1半加器描述,3.3.1半加器描述,3.31位二進制全加器的VHDL描述,【例3-16】LIBRARYIEEE;--半加器描述(1)：布爾方程描述方法USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYh_adderISPORT(a,b:INSTD_LOGIC;co,so:OUTSTD_LOGIC);ENDENTITYh_adder;ARCHITECTUREfh1OFh_adderisBEGINso<=aXORb;co;...;；When=>;...;；...WHENOTHERS=>;ENDCASE；,3.1組合邏輯電路的VHDL描述,2.標準邏輯矢量數(shù)據(jù)類型,STD_LOGIC_VECTOR與STD_LOGIC都被定義在STD_LOGIC_1164的程序包中。STD_LOGIC_VECTOR定義為標準一維數(shù)組，數(shù)組中的每個元素都是標準邏輯位STD_LOGIC。,在使用STD_LOGIC_VECTOR中，必須注明其數(shù)組寬度，即位寬，如：B:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0)；或SIGNALA：STD_LOGIC_VECTOR(1TO4)；,B<="01100010";--B(7)為0B(4DOWNTO1)<="1101";--B(4)為1‘B(7DOWNTO4)<=A;--B(6)等于A(2),3.1組合邏輯電路的VHDL描述,3.并置操作符?,SIGNALa:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALd:STD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0);...aain，b=>bin，co=>d，so=>e);--例化語句u2:h_adderPORTMAP(a=>e，b=>cin，co=>f，so=>sum);cout連接端口名………);其中，例化名相當于當前系統(tǒng)（電路板）中的一個插座名。元件名相當于準備在此插座上插入的已定義的元件，即為待調用的元件的名字。PORTMAP為關鍵詞。端口名為待調用的元件本身的端口名。連接端口名為頂層文件中準備與調用元件的端口相連的通信線（端口）名。,3.2基本時序電路的VHDL描述,3.2.1D觸發(fā)器的VHDL描述,KX康芯科技,【例3-8】LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYDFF1ISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;D:INSTD_LOGIC;Q:OUTSTD_LOGIC);END;ARCHITECTUREbhvOFDFF1ISSIGNALQ1:STD_LOGIC;--類似于在芯片內部定義一個數(shù)據(jù)的暫存節(jié)點BEGINPROCESS(CLK,Q1)BEGINIFCLKEVENTANDCLK=1THENQ1<=D;ENDIF;ENDPROCESS;Q<=Q1;--將內部的暫存數(shù)據(jù)向端口輸出（雙橫線--是注釋符號）ENDbhv;,圖4-4D觸發(fā)器,D觸發(fā)器實體,D觸發(fā)器仿真波形,邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器：當時鐘信號的上升沿到來時，Q=D。否則，Q保持原值不變。,3.2基本時序電路的VHDL描述,3.2.2VHDL描述的語言現(xiàn)象說明,圖4-4D觸發(fā)器,1.標準邏輯位數(shù)據(jù)類型STD_LOGIC,BIT數(shù)據(jù)類型定義：TYPEBITIS(0,1);--只有兩種取值,STD_LOGIC數(shù)據(jù)類型定義：TYPESTD_LOGICIS(U,X,0,1,Z,W,L,H,-);,STD_LOGIC類型比BIT類型包含的內容多，且包含了BIT類型。以下是程序包中對兩種數(shù)據(jù)類型的定義。,3.2基本時序電路的VHDL描述,3.2.2VHDL描述的語言現(xiàn)象說明,圖4-4D觸發(fā)器,2.設計庫和標準程序包,,VHDL綜合器附帶了設計庫和程序包，用來存放數(shù)據(jù)類型的說明，以及函數(shù)的。如：BIT數(shù)據(jù)類型的定義是包含在VHDL標準程序包STANDARD中的，而該程序包是包含在VHDL的標準庫STD中的。為了使用BIT數(shù)據(jù)類型，則應該在程序之前增加說明語句。,3.2基本時序電路的VHDL描述,例3-1LIBRARYWORK;--表示打開用戶工程文件所在的目錄，該目錄為默認工作庫WORKLIBRARYSTD;--表示打開STD庫USESTD.STANDARD.ALL;--表示允許使用STD庫中的STANDARD程序包中的所有內容(.all)ENTITYmux21aISPORT(a,b:INBIT;s:INBIT;y:OUTBIT);ENDENTITYmux21a;ARCHITECTUREoneOFmux21aISBEGINyb1,輸出為‘1’，否則輸出為‘0’。ENTITYCOMP_BADISPORT(a1，b1:INBIT;q1:OUTBIT);END;ARCHITECTUREoneOFCOMP_BADISBEGINPROCESS(a1,b1)BEGINIFa1>b1THENq1<=1;ELSIFa1‘0’)；等價于da(5),OTHERS=>a(1));等價于d’0’)產(chǎn)生。,由IFEN=‘1’THEN產(chǎn)生。,由IFCQI=9THENCOUT<=‘1’;ELSECOUT<=‘0’;產(chǎn)生。,十進制加法計數(shù)器的工作時序,習題,3-1.畫出與下例實體描述對應的原理圖符號元件：ENTITYbuf3sIS--實體1：三態(tài)緩沖器PORT(input:INSTD_LOGIC;--輸入端enable:INSTD_LOGIC;--使能端output:OUTSTD_LOGIC);--輸出端ENDbuf3x;ENTITYmux21IS--實體2：2選1多路選擇器PORT(in0,in1,sel:INSTD_LOGIC;output:OUTSTD_LOGIC);END;,習題,3-2.圖所示的是4選1多路選擇器，試分別用IF_THEN語句和CASE語句的表達方式寫出此電路的VHDL程序。選擇控制的信號s1和s0的數(shù)據(jù)類型為STD_LOGIC_VECTOR；當s1=0，s0=0；s1=0，s0=1；s1=1，s0=0和s1=1，s0=1分別執(zhí)行y<=a、y<=b、y<=c、y<=d。,4選1多路選擇器,習題,3-3.圖所示的是雙2選1多路選擇器構成的電路MUXK，對于其中MUX21A，當s=0和1時，分別有y<=a和y<=b。試在一個結構體中用兩個進程來表達此電路，每個進程中用CASE語句描述一個2選1多路選擇器MUX21A。,雙2選1多路選擇器,習題,3-4.下圖是一個含有上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器的時序電路，試寫出此電路的VHDL設計文件。,習題,3-5.給出1位全減器的VHDL描述。要求：(1)首先設計1位半減器，然后用例化語句將它們連接起來，圖4-20中h_suber是半減器，diff是輸出差，s_out是借位輸出，sub_in是借位輸入。(2)以1位全減器為基本硬件，構成串行借位的8位減法器，要求用例化語句來完成此項設計(減法運算是x–y-sun_in=diffr)。,1位全減器,習題,3-6.根據(jù)下圖，寫出頂層文件MX3256.VHD的VHDL設計文件。,3-7.設計含有異步清零和計數(shù)使能的16位二進制加減可控計數(shù)器。,,,