VHDL-2
VHDL作业与答案2
VHDL作业与答案2第5章PPT课件作业1.VHDL程序⼀般包含⼏个组成部分？各部分的作⽤是什么？实体，结构体，库，程序包，配置实体：⽤于描述所设计系统的外部接⼝特性；即该设计实体对外的输⼊、输出端⼝数量和端⼝特性。
结构体：⽤于描述实体所代表的系统内部的结构和⾏为；它描述设计实体的结构、⾏为、元件及内部连接关系。
库：存放已经编译的实体、构造体、程序包集合和配置。
程序包：存放各设计模块都能共享的数据类型、常数和⼦程序库；配置：实体对应多个结构体时，从与某个实体对应的多个结构体中选定⼀个作为具体实现。
2.端⼝模式有哪⼏种？buffer类型与inout类型的端⼝有什么区别？Out, in, inout, bufferout (输出):只能被赋值，⽤于不能反馈的输出；in (输⼊):只能读，⽤于时钟输⼊、控制输⼊单向数据输⼊；inout(输⼊输出) :既可读⼜可被赋值，被读的值是端⼝输⼊值⽽不是被赋值，作为双向端⼝。
buffer(缓冲):类似于输出，但可以读，读的值是被赋值，⽤做内部反馈⽤，不能作为双向端⼝使⽤。
3.下列标识符中，哪些是⾮法的？Led3coder_ _1 end port std_machine2adder decoder*8and_2_ _decoder_1 and2 and_2and_ _2 and-24.指出下⾯的实体描述中存在的四处语法错误并改正LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY mux21a ISPORT( a, b, s : IN BIT ;y : OUT BIT ;) ; （1.删除括号内的分号）END ENTITY mux; （2.改为mux21a）ARCHITECTURE one OF mux21a ISBEGINPROCESS(a,b,s)Beginif s=‘0’then y<=a ;else y<=b ;end if ;end process （结束少了⼀个分号）END ARCHITECTURE none ; （none改为one）5.写出下图所⽰的设计实体mux41的实体声明。
第2-1讲 VHDL语言的数据类型
VHDL数据对象（Data Objects）
2、信号
信号数据对象，代表电路内部线路，其在元件之间起互连 作用，没有方向性，可给它赋值，也可当作输入。 定义格式为： Signal
如：
Signal A : Std_logic_vector(3 Down to 0) := “0000”;
信号名：数据类型[：=设定值]；
信号、变量、常数对比
四、适用范围 信号：实体、结构体、程序包 变量：定义了变量的进程、子程序的顺序语句中
常数：视其定义的位置而定
若常数定义在实体中，适用范围是实体所对应的所 有结构体。 若常数定义在结构体中，适用范围就是本结构体。
信号和变量赋值区别举例
信号赋值（非立即） Architecture abc of example is signal tmp:std_logic; Begin process(a,b,c) begin tmp<=a; x<=c and tmp; tmp<=b; y<=c and tmp; end process; End abc;
使用这类数据信号，必须包含下面两条声明语句：
Library IEEE; Use IEEE.std_logic_1164.all;
VHDL数据类型
该类型能比较全面地包括数字电路中信号的几种状态，比 位“bit”信号对于数字逻辑电路的逻辑特性描述更完整、更真 实。所以在VHDL的程序里，对于逻辑信号的定义，通常都是采 用这个“标准逻辑”信号形式，不再使用“BIT”。
VHDL的优点
VHDL描述能力比其它硬件描述语言更强，用于 设计复杂的、多层次的数字系统。支持设计库 和设计的重复使用； 具有相对独立性，设计者可以不管硬件结构及 最终设计实现的目标器件； 支持广泛，目前大多数EDA软件都支持VHDL语 言； 更方便地向ASIC过渡； VHDL有良好的可读性，容易理解。
2023年大学_EDA技术与VHDL第二版(潘松著)课后习题答案下载
2023年EDA技术与VHDL第二版（潘松著）课后习题答案下载EDA技术与VHDL第二版（潘松著）课后答案下载第1章 EDA技术概述1.1 EDA技术及其发展1.1.1 EDA技术的发展1.1.2 EDA技术的涵义1.1.3 EDA技术的基本特征1.2 EDA技术的主要内容及主要的EDA厂商1.2.1 EDA技术的主要内容1.2.2 主要EDA厂商概述1.3 EDA技术实现目标1.3.1 超大规模可编程逻辑器件1.3.2 半定制或全定制ASIC1.3.3 混合ASIC1.4 EDA技术应用1.4.1 EDA技术应用形式1.4.2 EDA技术应用场合1.5 EDA技术的发展趋势1.5.1 可编程器件的发展趋势1.5.2 软件开发工具的发展趋势1.5.3 输入方式的发展趋势__小结思考题和习题第2章大规模可编程逻辑器件2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 PLD的'发展进程2.1.2 PLD的种类及分类方法2.2 简单可编程逻辑器件2.2.1 PLD电路的表示方法及有关符号 2.2.2 PROM基本结构2.2.3 PLA基本结构2.2.4 PAL基本结构2.2.5 GAL基本结构2.3 复杂可编程逻辑器件2.3.1 CPLD基本结构2.3.2 Altera公司器件2.4 现场可编程逻辑器件2.4.1 FPGA整体结构2.4.2 Xilinx公司FPGA器件2.5 在系统可编程逻辑器件2.5.1 ispLSl/pLSl的结构2.5.2 Lattice公司ispLSI系列器件 2.6 FPGA和CPLD的开发应用2.6.1 CPLD和FPGA的编程与配置2.6.2 FPGA和CPLD的性能比较2.6.3 FPGA和CPLD的应用选择__小结思考题和习题第3章 EDA设计流程与开发3.1 EDA设计流程3.1.1 设计输入3.1.2 综合3.1.3 适配3.1.4 时序仿真与功能仿真3.1.5 编程下载3.1.6 硬件测试3.2 ASIC及其设计流程3.2.1 ASIC设计方法3.2.2 一般的ASIC设计流程3.3 可编程逻辑器件的开发环境 3.4 硬件描述语言3.5 IP核__小结思考题和习题第4章硬件描述语言VHDL4.1 VHDL概述4.1.1 VHDL的发展历程4.1.2 VHDL的特点4.2 VHDL程序基本结构4.2.1 实体4.2.2 结构体4.2.3 库4.2.4 程序包4.2.5 配置4.3 VHDL基本要素4.3.1 文字规则4.3.2 数据对象4.3.3 数据类型4.3.4 运算操作符4.3.5 VHDL结构体描述方式 4.4 VHDL顺序语句4.4.1 赋值语句4.4.2 IF语句4.4.3 等待和断言语句4.4.4 cASE语句4.4.5 LOOP语句4.4.6 RETIARN语句4.4.7 过程调用语句4.4.8 REPORT语句4.5 VHDL并行语句4.5.1 进程语句4.5.2 块语句4.5.3 并行信号代人语句4.5.4 并行过程调用语句4.5.5 并行断言语句4.5.6 参数传递语句4.5.7 元件例化语句__小结思考题和习题第5章 QuartusⅡ软件及其应用5.1 基本设计流程5.1.1 建立工作库文件夹和编辑设计文件 5.1.2 创建工程5.1.3 编译前设计5.1.4 全程编译5.1.5 时序仿真5.1.6 应用RTL电路图观察器5.2 引脚设置和下载5.2.1 引脚锁定5.2.2 配置文件下载5.2.3 AS模式编程配置器件5.2.4 JTAG间接模式编程配置器件5.2.5 USBBlaster编程配置器件使用方法 __小结思考题和习题第6章 VHDL应用实例6.1 组合逻辑电路设计6.1.1 基本门电路设计6.1.2 译码器设计6.1.3 数据选择器设计6.1.4 三态门设计6.1.5 编码器设计6.1.6 数值比较器设计6.2 时序逻辑电路设计6.2.1 时钟信号和复位信号6.2.2 触发器设计6.2.3 寄存器和移位寄存器设计6.2.4 计数器设计6.2.5 存储器设计6.3 综合实例——数字秒表的设计__小结思考题和习题第7章状态机设计7.1 一般有限状态机7.1.1 数据类型定义语句7.1.2 为什么要使用状态机 7.1.3 一般有限状态机的设计 7.2 Moore型有限状态机设计 7.2.1 多进程有限状态机7.2.2 单进程有限状态机7.3 Mealy型有限状态机7.4 状态编码7.4.1 状态位直接输出型编码 7.4.2 顺序编码7.4.3 一位热码编码7.5 状态机处理__小结思考题和习题第8章 EDlA实验开发系统8.1 GW48型实验开发系统原理与应用8.1.1 系统性能及使用注意事项8.1.2 GW48系统主板结构与使用方法8.2 实验电路结构图8.2.1 实验电路信号资源符号图说明8.2.2 各实验电路结构图特点与适用范围简述8.3 GW48CK/GK/EK/PK2系统信号名与芯片引脚对照表 __小结思考题和习题第9章 EnA技术实验实验一：全加器的设计实验二：4位加减法器的设计实验三：基本D触发器的设计实验四：同步清零计数器的设计实验五：基本移位寄存器的设计串人/串出移位寄存器实验六：同步预置数串行输出移位寄存器的设计实验七：半整数分频器的设计实验八：音乐发生器的设计实验九：交通灯控制器的设计实验十：数字时钟的设计EDA技术与VHDL第二版（潘松著）：内容简介《EDA技术与VHDL》主要内容有Altera公司可编程器件及器件的选用、QuartusⅡ开发工具的使用;VHDL硬件描述语言及丰富的数字电路和电子数字系统EDA设计实例。
VHDL语法简单总结
VHDL语法简单总结一个VHDL程序代码包含实体（entity）、结构体（architecture）、配置（configuration）、程序包（package）、库（library）等。
一、数据类型1.用户自定义数据类型使用关键字TYPE，例如：TYPE my_integer IS RANGE -32 TO 32;–用户自定义的整数类型的子集TYPE student_grade IS RANGE 0 TO 100;–用户自定义的自然数类型的子集TYPE state IS (idle, forward, backward, stop);–枚举数据类型，常用于有限状态机的状态定义一般来说，枚举类型的数据自动按顺序依次编码。
2.子类型在原有已定义数据类型上加一些约束条件，可以定义该数据类型的子类型。
VHDL不允许不同类型的数据直接进行操作运算，而某个数据类型的子类型则可以和原有类型数据直接进行操作运算。
子类型定义使用SUBTYPE关键字。
3.数组(ARRAY)ARRAY是将相同数据类型的数据集合在一起形成的一种新的数据类型。
TYPE type_name IS ARRAY (specification) OF data_type;–定义新的数组类型语法结构SIGNAL signal_name: type_name [:= initial_value];–使用新的数组类型对SIGNAL，CONSTANT, VARIABLE进行声明例如：TYPE delay_lines IS ARRAY (L-2 DOWNTO 0) OF SIGNED (W_IN-1 DOWNTO 0);–滤波器输入延迟链类型定义TYPE coeffs IS ARRAY (L-1 DOWNTO 0) OF SIGNED (W_COEF-1 DOWNTO 0);–滤波器系数类型定义SIGNAL delay_regs: delay_lines; –信号延迟寄存器声明CONSTANT coef: coeffs := ( ); –常量系数声明并赋初值4.端口数组在定义电路的输入/输出端口时，有时需把端口定义为矢量阵列，而在ENTITY中不允许使用TYPE进行类型定义，所以必须在包集(PACKAGE)中根据端口的具体信号特征建立用户自定义的数据类型，该数据类型可以供包括ENTITY在内的整个设计使用。
VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计(第五版)侯伯亨章 (2)
第2章 数字系统的算法描述
2．乘法器 乘法器可实现的算法很多。2个4位数乘法的运算过程如表 2-1所示。
第2章 数字系统的算法描述
表中有一个9位寄存器，低4位存放乘数。如果乘数的最低 位(寄存器的最低位)为“1”，则将被乘数加到寄存器的b4～ b7位上；如果为“0”，则不作加法，然后向右移一位。再重 复上述过程，直至将乘数全部移出9位寄存器为止(此例中要移 4位)。将这种算法的运算过程用算法流程图来描述，如图27(a)所示，与该算法流程图对应的硬件电路框图如图2-7(b)所 示。
第2章 数字系统的算法描述
2.2 状态机及算法状态机图描述
众所周知，数字系统由控制单元和处理单元两大部分组成。 控制单元在统一的同步时钟控制下，严格按照一定的时间关系 输出控制信号；处理单元一步一步地完成整个数字系统的操作。 这种工作过程用算法流程图是无法正确描述的。 面介绍一种用于描述控制器工作过程的方法，即算法状态机图 (Algorithmic State Machine Flowchart，ASM图)描述方法。
说明该工作框所对应的硬件操作内容及对应的输出信号。
图2-2 工作框
第2章 数字系统的算法描述
(a) 工作框；(b) 对应的逻辑电路 图2-3 工作框与硬件之间的对应关系
第2章 数字系统的算法描述
通常算法流程图与硬件功能有极好的对应关系。也就是说， 一个工作框的功能应该很容易地映射成为一个较基本的逻辑电 路。图2-3(a)描述两个二进制数a和b相加，其结果为输出c的 工作框；图2-3(b)则是实现该工作框功能的逻辑电路。在设计 数字系统时，如用算法流程图描述其功能，则总要经历由粗至 细逐步细化的过程。所以，在数字系统描述的初期，一个工作 框的功能不一定完全能用一个逻辑电路来实现。但是，随着描 述的逐步细化，设计者应考虑每一个工作框的可实现性，只有 这样，算法流程图最后才能被综合成逻辑电路。
第2-4讲 VHDL语言主要描述语言
能否定 义为信 号？
VHDL顺序语句
5、LOOP语句—WHILE循环(P45) 格式： 标号：WHILE 循环控制条件 LOOP 顺序处理语句； …… END LOOP； 注意： 循环控制条件没有直接给出循环次数，可以是任何 条件表达式，条件为“真”，进行循环，条件为“假”， 退出循环。 条件表达式需初始化。
EDA技术实用教程
第2-4讲 VHDL语言语言主要描述 语句
VHDL主要描述语句
在结构体 （ARCHITECTURE） 中 执行的语句 在进程（PROCESS） 函数（FUNCTION） 过程 （PROCEDURE） 中执行的语句
并行处理语句
硬件 描述 的特 点
高级 语言 的特 点
顺序处理语句
VHDL顺序语句P39
VHDL顺序语句
例： 8位奇偶校验电路 architecture abc of example is begin PROCESS(a) variable tmp:std_logic; begin tmp:=„0‟; FOR i IN 0 to 7 LOOP tmp:=tmp XOR a(i); END LOOP; Y<=tmp; end process; end abc;
VHDL顺序语句
例：
architecture abc of example is signal c :STD_LOGIC; begin PROCESS(a,b) begin c<=a and b after 10 ns; a<=„1‟; b<=„1‟; b<=„0‟; out<=c; end process; end abc;
EDA技术与VHDL实用教程(第2版)电子课件 第1章EDA技术概述
2．计算机辅助工程设计CAE阶段
各种设计工具，如原理图输入、编译与 连接、逻辑模拟、测试码生成、版图自动布 局以及各种单元库均已齐全。由于采用了统 一数据管理技术，因而能够将各个工具集成 为一个CAE系统。
EDA技术与VHDL实用教程
作者: 苏莉萍 陈东 廖超平
3．电子系统设计自动化ESDA阶段
EDA技术与VHDL实用教程
作者: 苏莉萍 陈东 廖超平
三、 面向FPGA/CPLD的常用EDA工具
可编程逻辑器件PLD（Programmable Logic Device）是一种可根据用户需要而自行构造逻辑功 能的逻辑器件。目前主要有两大类型：CPLD（ Complex PLD）和FPGA(Field Programmable Gate Array)。借助于EDA工具软件，用原理图、硬件描 述语言等设计输入法，可设计生成相应的目标文件 ，最后用编程器下载到目标器件实现用户需要的逻 辑功能。生产PLD的厂家很多，但最有代表性的PLD 厂家为Altera、Xilinx和Lattice公司。
EDA技术与VHDL实用教程
作者: 苏莉萍 陈东 廖超平
1. ALTERA 其原先的开发工具MAX+PLUS II是较成功的PLD 开发平台，现在使用Quartus II开发软件。
2. XILINX 开发软件为Foundation和ISE。
3. Lattice-Vantis 开发工具ispLEVER比Altera和Xilinx略逊一筹。
EDA技术与VHDL实用教程
作者: 苏莉萍 陈东 廖超平
1. ALTERA 其原先的开发工具MAX+PLUS II是较成功的PLD 开发平台，现在使用Quartus II开发软件。
第2章 VHDL语言基础
End 实体名;
端口名
端口模式
数据类型
（2）ENTITY
端口模式（MODE）有以下几种类型： IN ；OUT；INOUT ；BUFFER 端口模式可用下图说明：（黑框代表一个设计或模块）
IN
OUT
BUFFER
INOUT
二输入与门电路设计范例
Library std; Use std.standard.all;
（4）CONFIGURATION定义区
定义格式： Configuration 配置名 of 实体名 is for 选用的结构体名 end for； end configuration 配置名 ；
二输入与门电路设计范例
a c
b电Leabharlann 真值表abc
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
二输入与门电路设计范例
Architecture Na of and2 is
‘1’; 符号<=为信号直接赋值符。
End Na;
--结构体Na
Architecture Nb of and2 is
Begin
c <= a and b;
--and 为逻辑与操作
End Nb; --结构体Nb
Library ieee; Use ieee.std_logic_1164.all;
Entity half_adder is Port( x,y : in std_logic;sum,carry : out hlf_adder); End half_adder;
（4）CONFIGURATION定义区
一个完整VHDL电路设计必须有一个实体 和对应的结构体，即实体和结构体对构成一个 完整的VHDL设计。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
与门采用与非门和反相器级联构成
1.2 CMOS电路结构与性能
4输入器件的实现
1.2 CMOS电路结构与性能
AOI/OAI 结构
只有一级输入控制开关器件，二级逻辑通过 连接方式选择实现。
1.2 CMOS电路结构与性能
CMOS器件的电学模型
导通电阻：对传输电荷流动的阻碍 各极电容：在电场作用下电荷的积累
VHDL与数字集成电路设计
第一章：数字设计的基本单元
1.1 数字系统的逻辑运算单元 1.2 CMOS电路单元结构与性能
1.2 CMOS电路结构与性能
信号的理想表达： 1 0 高电平 电源 低电平 接地
电路输出利用受输入控制的开关获得信号电平
1.2 CMOS电路结构与性能
MOS开关器件的构成
1.2 CMOS电路结构与性能
从而影响到输出电压
1.2 CMOS电路结构与性能
电压转移特性与逻辑电平设定
逻辑电平0、1的范围应该避开放大区
1.2 CMOS电路结构与性能
逻辑电平容限与噪声容限
1.2 CMOS电路结构与性能
输出电流与驱动能力
R I V
1.2 CMOS电路结构与性能
典型的驱动要求：
CMOS 负载: uA 级
状态变化时，器件中的各种电容需要通过输出 电阻进行充放电，形成时间延迟和功耗；
1.2 CMOS电路结构与性能
电路单元的时间延迟取决于时间常数RC; 当输出电阻统一时，时间延迟取决于电容值； CMOS电路的静态功耗可以忽略；动态功耗取决 于电容值，转换频率和电源电压。
Tmax RC
Pmax CfV 2
驱动能力为 8X
1.2 CMOS电路结构与性能
8X NAND 器件设计
1.2 CMOS电路结构与性能
大驱动输出的动态缓冲设计
1.2 CMOS电路结构与性能
最大集成设计
片内器件均为小驱动器件；
多输入器件应该采用2输入器件构成；
大驱动器件应该采用小驱动器件实现逻辑， 通过反相器缓冲实现大驱动输出; 设计中应该尽量避免大驱动器件的使用： 尽量采用片内设计；采用集成块设计时，尽 量采用多功能大规模集成块。
1.2 CMOS电路结构与性能 1X器件单元：基本单元器件
A2
CI 2
A6
CI 3
T 19
T 6
1.2 CMOS电路结构与性能
路径时间延迟计算时需要在基本器件延迟的基础上，
加上线路外挂输入电容带来的时间增量。
1.2 CMOS电路结构与性能
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8X 反相器设计
晶体管宽度加大8倍:
逻辑面积为 16
1.2 CMOS电路结构与性能
器件尺度与性能的关系
R 1/ W
C W
AW
1.2 CMOS电路结构与性能
互补逻辑单元的电学参数
输出电阻： 导通支路的等效电阻
输出电容：
与输出支路有关的电容 输入电容： 连接到输入端的栅极电容
1.2 CMOS电路结构与性能
静态分析时，电容可以不考虑，晶体管网络等效 为电阻；输入电压对导电沟道的形成产生影响，
1.2 CMOS电路结构与性能 1X反相器的动态性能
以最小晶体管栅电容为单位，假设源 漏电容为栅电容的2倍。
CI 2
COUT 4
T 6
1.2 CMOS电路结构与性能 1X器件动态分析：NAND/NOR
延迟时间
：
考虑可能发生状态变化的最大电容值:
CI N 1
CO 4N 2
Tmax 4N 2 N 1
MOS开关器件的控制原理
1.2 CMOS电路结构与性能
2种MOS开关器件
NMOS 高电平通，低电平断，传递低电平
PMOS 低电平通，高电平断，传递高电平
1.2 CMOS电路结构与性能
CMOS互补逻辑结构
每个输入连接1N1P，N串联表达与，N并联表达或
1.2 CMOS电路结构与性能
CMOS互补逻辑结构
模拟器件负载: mA 级
1.2 CMOS电路结构与性能
最小反相器设计：1X 驱动器件
采用2个最小晶体管构成:
逻辑面积为 2
具有最小驱动能力：
1X驱动能力
1.2 CMOS电路结构与性能
1X NAND 器件设计
当支路上串联N个晶体管时， 每个晶体管宽度应加大到N 倍！
A N N 1
1.2 CMOS电路结构与性能