文档介绍：数字系统EDA技术简介
一、可编程逻辑器件基础
二、VHDL硬件描述语言介绍
三、Quartus II软件介绍
一、可编程逻辑器件基础
1、集成逻辑器件的分类
数字器件
标准逻辑器件
各种门电路(例,与非门、或非门等)
常用中规模集成电路(例,计数器)
存储器(例,RAM、ROM、EPROM等
含CPU的微处理器
单片机系列(例,MCS51/96系列)
高级微处理器(例,INTEL80286,TI8000等)
数字信号处理器(例,TMS320系列)
专用集成电路ASIC
全定制产品
半定制产品
可编程逻辑器件
CPLD
FPGA
2、集成逻辑器件的特点
标准逻辑器件
使用方便、价格便宜,但其规模一般较小,一个数字系统往往要用几十片甚至上百片标准逻辑器件来完成;
含CPU的微处理器
在时钟脉冲作用下不断执行用户的软件程序,用户编程并不对其硬件结构产生影响,它的工作速度一般较低;
半定制、全定制ASIC
产品开发需要半导体厂家参与,周期长、费用高,其开发不可能普及;
可编程逻辑器件
(1)逻辑功能可编程。(2)器件规模很大。(3)工作速度很高。(4)使用相对复杂。
3、PLD的基本结构
输入电路产生输入变量的原变量和反变量
与阵列产生输入变量的与项(乘积项)
或阵列对乘积项有选择地进行或运算
输出电路产生输出信号,提供反馈信号
4、PLD的工作原理
在数字电路的设计中,输出总可以用“与或”形式的逻辑函数来表示,从而用若干与门和或门就可以实现这个逻辑函数。而PLD器件内部电路的核心就是与阵列和或阵列,因此可以用来实现任意函数。
例如,对逻辑函数,用PLD表示法连接后的完整逻辑图如图所示。
1
A
Z
&
1
B
&
≥1
传统设计方法:设计要求→真值表→函数表达式→化简或变换→电路图
现代设计方法:设计要求→用HDL语言描述功能→编译、化简和仿真→逻辑综合→下载到可编程器件
常见HDL语言:ABEL-HDL语言、VHDL语言、Verilog语言
HDL语言描述方法:逻辑方程、高级语言、真值表、状态图描述等
5、用PLD设计数字逻辑电路的方法
例:如一个四位二进制数A4A3A2A1,试设计一个判断电路,当四位二进制数大于等于2,小于等于10时,输出为“1”,其它为逻辑“0”。
真值表(略)
逻辑式(略)
化简,得:
电路图(略)
6、逻辑功能的硬件语言描述
解:
(一)用传统设计方法:
(二)用VHDL语言描述如下:
LIBRARY ieee; --库调用说明
USE ; --程序包调用说明
USE ;
ENTITY decode IS --实体开始
PORT
(
A : IN STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 1) ; --端口说明
Z : OUT STD_LOGIC
); --”)”前无”;”
END decode; --实体结束
ARCHITECTURE decode_architecture OF decode IS --结构体开始
BEGIN
Z<='1' WHEN (A>=2 AND A<=10) --功能描述
ELSE '0';
END decode_architecture; --结构体结束
VHDL语言描述的仿真波形如下:
二、VHDL硬件描述语言介绍
1、VHDL语言程序的基本结构
2、VHDL语言的语法
3、VHDL基本描述方法
4、VHDL语言源文件实例