2021年2021年度VHDL和数字电路设计讲义.ppt

文档介绍：目录
概述
第一章 VHDL的程序结构和软件操作
第二章 数据类型与数据对象的定义
第三章 并行赋值语句
第四章 顺序赋值语句
第五章 组合逻辑电路的设计
第六章 时序逻辑电路的设计
第七章 子程序、库和程序包
第八章 CPLD和FPGA的结构与工作原理
第九章 数字钟电路的设计
VHDL和数字电路设计
2021/1/25
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本节主要内容
传统数字电路设计方法
EDA设计方法
PLD器件
PLD器件设计流程
文本设计输入—VHDL程序设计
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数字电子技术的基本知识回顾
组合逻辑电路
编码器、译码器、数据选择器、加法器、数值比较器等
时序逻辑电路
同步时序逻辑电路
异步时序逻辑电路
寄存器、移位寄存器、计数器、序列信号发生器
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一、传统设计方法
（1）首先确定可用的元器件；
（2）根据这些器件进行逻辑设计，完成各模块；
（3）将各模块进行连接，最后形成系统；
（4）而后经调试、测量观察整个系统是否达到规定的性能指标。
传统的设计方法是基于中小规模集成电路器件进行设计（如74系列及其改进系列、CC4000系列、74HC系列等都属于通用型数字集成电路），而且是采用自底向上进行设计：
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EDA（Electronics Design Automation）即电子设计自动化技术，是利用计算机工作平台，从事电子系统和电路设计的一项技术。
EDA技术为电子系统设计带来了这样的变化：
（1）设计效率提高，设计周期缩短；
（2）设计质量提高；
（3）设计成本降低；
（4）能更充分地发挥设计人员的创造性；
（5）设计成果的重用性大大提高，省去了不必要的重复劳动。
二、EDA设计方法
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自顶向下的设计方法
数字电路的EDA设计是基于PLD进行设计的，支持自顶向下的设计方法：
（1）首先从系统设计入手，在顶层进行功能划分和结构设计；
（2）然后再逐级设计底层的结构；
（3）并在系统级采用仿真手段验证设计的正确性；
（4）最后完成整个系统的设计，实现从设计、仿真、测试一体化。
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传统设计方法 vs EDA设计方法
传统设计方法
EDA设计方法
自底向上
手动设计
软硬件分离
原理图设计方式
系统功能固定
不易仿真
难测试修改
模块难移植共享
设计周期长
自顶向上
自动设计
打破软硬件屏障
原理图、HDL等设计方式
系统功能易改
易仿真
易测试修改
模块可移植共享
设计周期短
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三、PLD器件 （一）出现的背景
如果能把所设计的数字系统做成一片大规模集成电路，则不仅能减小电路的体积、重量、功耗，而且会使电路的可靠性大为提高。
为某种专门用途而设计的集成电路叫做专用集成电路，即所谓的ASIC（Application Specific Integrated Circuit的缩写）。
在用量不大的情况下，设计和制造这样的专用集成电路成本很高，而且设计、制造的周期也较长。
可编程逻辑器件的研制成功为解决上述问题提供了比较理想的途径。
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（二）PLD概述
PLD是可编程逻辑器件（Programmable Logic Device）的英文缩写。
可编程逻辑器件是一种数字集成电路的半成品，在其芯片上按一定排列方式集成了大量的逻辑门和触发器等基本逻辑元件。通过编程可以设置其逻辑功能。
PLD编程:
利用开发工具对PLD进行加工，即按设计要求将这些片内的元件连接起来，使之完成某个逻辑电路或系统的功能，成为一个专用集成电路（ASIC—Application Specific Integrated Circuit）。
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PLD开发系统
PLD开发系统包括硬件和软件两部分。
硬件部分：计算机、下载电缆或编程器；
软件部分：集成开发系统。
Altera公司：Maxplus Ⅱ、 QuartusⅡ
Xilinx公司：Foundation、 ISE
Lattice公司：Synario System、ispEXPERT System
VHDL和数字