数字系统设计与VHDL英文版课程设计
基于VHDL的数字信号处理系统设计与实现
基于VHDL的数字信号处理系统设计与实现数字信号处理系统（Digital Signal Processing System，DSP System）是一种利用数字信号运算来实现信号的数字处理的系统。
VHDL（VHSIC Hardware Description Language，VHSIC硬件描述语言）则是一种用于硬件描述与设计的程序语言。
将二者相结合，可以实现一套高效、精确、复杂的数字信号处理系统。
本文将探讨基于VHDL的数字信号处理系统的设计与实现。
一、数字信号处理系统的基本框架数字信号处理系统的基本框架包括信号获取、数字信号处理、信号输出三个环节。
1. 信号获取：将原始信号通过模拟信号处理电路转换成数字信号。
2. 数字信号处理：对数字信号进行一系列的算法运算，实现信号处理的操作。
3. 信号输出：通过数字信号处理模块的输出端口，将处理后的数字信号转换成模拟信号输出。
二、基于VHDL的数字信号处理系统设计过程基于VHDL的数字信号处理系统设计，需要完成以下几个步骤：1. 设计数字信号处理系统的算法。
通过分析信号的特征，确定该信号所需的处理算法，并将算法转换成数学公式。
2. 用VHDL语言描述算法。
将算法转换成硬件描述语言，描述算法需要的逻辑电路。
同时，VHDL语言也提供了模块化的设计方式，可以将模块分开设计，方便后续的调试与修改。
3. 综合与优化。
对设计完成的VHDL代码进行综合与优化，通过优化设计提高系统性能。
4. 生成可编程芯片的器件文件。
将设计好的VHDL代码生成器件文件，用于制造DSP处理器器件。
5. 采用实验验证方法，验证数字信号处理系统的性能。
三、基于VHDL的数字信号处理系统实现基于VHDL的数字信号处理系统采用模块化设计的方式，具有模块可重用、模块可移植、易于调试等优点。
1. 数字信号处理模块（DSP Module）数字信号处理模块是整个系统最重要的模块，它包含信号处理的核心算法，并负责控制整个数字信号处理系统。
数字系统设计VHDL2008
第三部分
VHDL的基本语法结构
东南大学电工电子实验中心
标识符 有效字符包括： 英文字母、数字、下划线 必须是字母打头 下划线的前后都必须有字母或数字 不区分大小写
东南大学电工电子实验中心
数据对象 主要包括： 常数、变量、信号、文件 对象说明格式： 对象类型 标志符表：类型标识[:=初 值]
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东南大学电工电子实验中心
枚举类型
保留字：TYPE TYPE States IS (S1,S2,S3,S4) Bit和Boolean TYPE Bit IS (‗0‘,‘1‘); TYPE Boolean IS (‗False‘,‘True‘) Std_Ulogic和Std_Logic TYPE Std_Ulogic IS (‗U‘,‘X‘,‘0‘,‘1‘,‘Z‘,‘W‘,‘L‘,‘H‘,‘_‘) SUBTYPE Std_Logic IS resolved Std_Ulogic Std_Ulogic_Vector和Std_Logic_Vector
实体声明
实体说明结束 ENTITY <entity_name> IS （保留字） Generic Declarations 实体保留实体名，可以 实体保留 Port Declarations 字 为英文字母打 字 类属说明，为实 END (1976-1987 version) 端口说明：为实体 体和外部环境通 头的任何字母 END ENTITY <entity_name> ; 和外部环境的动态
数据对象—常数
指在设计中不会变的值 改善代码可读性，便于代码修改 必须在程序包、实体、构造体或进程 的说明区域加以说明 一般要赋一初始值 保留字——CONSTANT
《VHDL硬件描述语言》课程教学大纲
《VHDL硬件描述语言》课程教学大纲课程代码：ABJD0414课程中文名称: VHDL硬件描述语言课程英文名称：Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language课程性质：必修课程学分数：2学分课程学时数：32学时授课对象：自动化专业本课程的前导课程：电路，模拟电子，C语言程序设计一、课程简介本课程是电类专业的专业基础课，要求学生通过本课程的学习和实验，初步掌握常用EDA工具的使用方法、FPGA的开发技术以及VHDL语言的编程方法。
能比较熟练地使用QuartusII等常用EDA软件对FPGA和CPLD作一些简单电路系统的设计，同时能较好地使用VHDL语言设计简单的逻辑电路和逻辑系统，学会行为仿真、时序仿真和硬件测试技术，为现代EDA工程技术的进一步学习，ASIC器件设计以及超大规模集成电路设计奠定基础。
作为一门专业基础课，除了为现代电子线路课程，软件无线电课程奠定理论和实践方面的基础外，还是其他一些课程的先修课，如微电子导论、现代ASIC设计、硬件描述语言仿真/综合器设计、大规模集成电路设计等。
二、教学基本内容和要求（一）概论介绍现代EDA技术，VHDL概况，介绍自顶向下的系统设计方法以及FPGA和CPLD的基本技术，要求对现代EDA技术及实现工具的使用方法和发展情况有一初步了解。
重点与难点：EDA技术的设计工具（二）EDA设计流程及工具首先介绍基于EDA软件的FPGA/CPLD开发流程和ASIC设计流程，然后分别介绍与这些设计流程中各环节密切相关的EDA工具软件，最后简述QuartusII的基本情况和IP。
重点与难点：EDA仿真设计流程。
（三）FPGA/CPLD结构与应用主要介绍几类常用的大规模可编程逻辑器件的结构和工作原理。
对CPLD的乘积项原理和FPGA的查找表原理分别进行剖析。
最后介绍相关的编程下载和测试技术。
重点与难点：FPGA/CPLD的工作作原理及编程技术。
数字逻辑与VHDL逻辑设计课程设计
数字逻辑与VHDL逻辑设计课程设计背景数字逻辑与VHDL逻辑设计是计算机科学与技术（或电子信息工程）等相关专业的一门重要课程，是电子信息领域的基础课程之一。
该课程涉及数字逻辑基本概念、组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计、VHDL语言及其应用等方面的内容，是学习电路设计、数字系统设计等领域的基础。
在该课程的学习过程中，学生需要通过课程设计来掌握数字逻辑和VHDL编程的基本知识和技能，提高他们的综合应用能力。
目的本次数字逻辑与VHDL逻辑设计课程设计的目的是要求学生通过实践来掌握数字逻辑和VHDL语言的基本特点和应用，熟练掌握常见的数字电路设计方法以及VHDL编程技能。
通过进行数字逻辑和VHDL编程的实践，提高学生综合运用知识的能力，促进他们对电子信息领域相关技术的深入理解和应用。
内容针对本次课程设计，在课程教学过程中可以选择以下内容进行实践操作和实现：数字逻辑实验：1.基本逻辑电路实验，包括门电路、多路选择器和解码器等；2.时序逻辑电路实验，包括触发器、计数器等；3.组合逻辑电路实验，包括加法器、减法器、全加器等；VHDL编程实验：1.设计VHDL模块，实现基本逻辑电路和数字电路的功能；2.利用VHDL实现数字系统的控制模块，包括时序电路及算法优化等；3.针对深度学习模型等复杂应用场景，设计符合实际应用需求的数字电路系统；综合实验：结合数字逻辑实验和VHDL编程实验，完成一个具备一定功能的数字电路系统设计，完成仿真测试并给出技术方案。
要求1.课程设计需要完成一个具有独立功能的小设计项目；2.课程设计过程需要模块化设计，注重功能可移植性和部件复用性；3.完成一个完整的课程设计报告，报告应该包括课程设计的思路与方案，电路设计的原理和实现，电路测试过程，以及采用的VHDL代码等内容；4.报告均需使用Markdown文本格式书写，并进行适当排版、插入公式等；5.在报告撰写中，需要充分考虑电路设计的可靠性、实用性和创新性。
数字电子技术英文版第十一版课程设计
数字电子技术英文版第十一版课程设计IntroductionThis course design ms to provide students with the opportunity to apply the knowledge and skills they have learned in digital electronics technology to solve real-world problems. The course design involves designing and building a digital system using programmable logic devices, designing various digital circuits using computer-ded design tools, and prototyping and testing the designed systems using experimental techniques.Course ObjectivesBy the end of this course, students are expected to:•Understand the basic principles of digital electronics technology•Be proficient in programming programmable logic devices•Be able to design, simulate, and verify digital circuits using computer-ded design tools•Be able to apply experimental techniques to prototype and test digital systems•Be able to work effectively in a team environmentCourse OutlineTopic 1: Introduction to Digital Electronics TechnologyIn this topic, students will learn the basic principles of digital electronics technology, including number systems, logic gates, Boolean algebra, combinational circuits, and sequential circuits.Topic 2: Programmable Logic DevicesIn this topic, students will learn how to program programmable logic devices (PLDs) using hardware description languages (HDLs), such as VHDL and Verilog. Students will also learn how to implement various digital circuits using PLDs, such as combinational logic circuits, sequential logic circuits, and state machines.Topic 3: Computer-ded Design of Digital CircuitsIn this topic, students will learn how to use computer-ded design (CAD) tools, such as Xilinx ISE and ModelSim, to design, simulate, and verify digital circuits. Students will also learn how to use these CAD tools to implement the designed circuits using PLDs.Topic 4: Digital System DesignIn this topic, students will learn how to design and implementdigital systems using PLDs. Students will work in teams to design a digital system that solves a real-world problem, such as a traffic light controller or a digital clock.Topic 5: Prototype and Testing of Digital SystemsIn this topic, students will learn how to prototype and test the designed digital systems using experimental techniques, such as oscilloscopes and logic analyzers. Students will also learn how to debug the designed systems and analyze their performance.Course AssessmentThe course assessment will include the following components:•Individual assignments (30%)•Group project (40%)•Final exam (30%)The individual assignments will ass ess students’ understanding ofthe basic principles of digital electronics technology and their ability to program PLDs using HDLs. The group project will assess students’ ability to work effectively in a team environment, their ability to design and implement a digital system that solves a real-world problem, and their ability to prototype and test the designed system. The final exam will assess students’ overall understanding of the course materials.ConclusionThis course design provides students with the opportunity to applythe knowledge and skills they have learned in digital electronics technology to solve real-world problems. Students will learn how to program PLDs using HDLs, design various digital circuits using CAD tools, design and implement digital systems that solve real-world problems, andprototype and test the designed systems using experimental techniques. Students are expected to work effectively in a team environment and demonstrate their proficiency in digital electronics technology.。
数字逻辑基础与Verilog设计英文版课程设计 (2)
Digital Logic Fundamentals and Verilog Design CourseDesign (English Version)IntroductionDigital electronics has revolutionized the modern world by transforming analog signals to digital signals that can be manipulated using logic gates, circuits, and devices. Understanding the fundamentals of digital electronics is crucial to the design and development of modern electronic devices, including computers, smartphones, and other digital devices.This course ms to provide students with a comprehensive understanding of digital logic fundamentals, including Boolean algebra and logic gates, as well as an introduction to Verilog design fordigital circuits. The course is designed to help students develop practical skills in designing and implementing digital circuits using the Verilog programming language.Course ObjectivesThe course objectives are as follows:•To provide students with a solid foundation in digital logic design principles and techniques.•To teach students the fundamentals of Boolean algebra and logic gates.•To introduce students to Verilog design and programming.•To provide students with practical skills in designing and implementing digital circuits.•To prepare students for advanced courses in digital electronics and computer engineering.Course OutlineThe course will cover the following topics:Part 1: Introduction to Digital Logic Fundamentals•Introduction to digital electronics•Number systems and codes•Logic gates and truth tables•Boolean algebra and simplification techniques•Combinational logic circuits•Sequential logic circuits•Memory and programmable logic devicesPart 2: Introduction to Verilog Design•Introduction to Verilog design and programming•Basic Verilog syntax and data types•Modules, ports, and signals•Combinational logic design in Verilog•Sequential logic design in Verilog•Advanced Verilog featuresPart 3: Hands-on Projects•Design and simulation of combinational logic circuits using Verilog•Design and simulation of sequential logic circuits using Verilog•Implementation of digital circuits using programmable logic devices•Synthesis and testing of Verilog designsTeaching MethodologyThe course will be delivered using a blended learning approach, including lectures, group discussions, hands-on activities, and individual assignments. Students will be expected to participate actively in class discussions and complete all assigned tasks in a timely manner.Recommended Textbooks•。
VHDL数字系统设计
：
ASIC
数字 ASIC
混合 ASIC
模拟 ASIC
9
数字系统设计
3.
按制造方法划分：
按版图结构及制造方法分，有半定制(Semi-custom)和全 定制(Full-custom)两种实现方法。
全定制方法 是一种
基于晶体管级的，手工 设计版图的制造方法。
ASIC设计方法
半定制法 是一
种约束性设计方 式，约束的目的 是简化设计，缩 短设计周期，降 低设计成本，提 高设计正确率。
PROM表达的PLD图阵列
A1 A0 或阵列 （可编程）
A0 A 0 A1 A1 与阵列（固定）
21
F1
F0
数字系统设计
简单PLD原理
用PROM完成半加器逻辑阵列
A1 A0 或阵列 （可编程）
F 0 A0 A1 A0A1 F1 A1A0
A1 A1 A0 A 0 与阵列（固定） F1 F0
什么是可编程逻辑器件? CPLD、FPGA的工作原理？ 数字系统的设计流程？
3
数字系统设计
数字系统(Digital System)——使用数字技术传输 和处理信息的电子系统。数字系 统的硬件构成主要是数字集成电 路。
4
数字系统设计
1.1 数字集成电路的分类
1. 按生产工艺划分：
•54/74系列 •54H/74H系列
13
数字系统设计
1.2.1 PLD的分类
PLD 有多种分类方法 ，下面介 绍几种常见的分类方法。
14
数字系统设计
1. 按不同的结构划分：
（ 1 ） PLD ：乘积项结构器件，其基本结构 为与-或阵列。
VHDL数字电路设计教程课程设计 (2)
VHDL数字电路设计教程课程设计1. 课程设计背景随着数字电路在现代电子产品中的广泛应用，对数字电路设计的需求也越来越大。
而作为数字电路设计的重要工具和方法之一的硬件描述语言VHDL也被广泛应用。
为了让学生在学习数字电路和VHDL语言时能够掌握实际的设计技能，本课程针对数字电路和VHDL语言的基本原理和应用进行授课和课程设计，旨在培养学生的实际操作和解决实际问题的能力。
2. 教学目标本课程旨在使学生掌握数字电路和VHDL语言的基本原理和应用，具备以下能力：•掌握数字电路和VHDL语言的基本语法和编程思路；•能够独立完成数字电路和VHDL语言的设计、仿真和综合；•能够解决数字电路和VHDL语言设计中出现的实际问题；•具备一定的实际数字电路设计经验和VHDL编程能力。
3. 教学大纲3.1 数字电路基础•数字电路基本概念•数字逻辑门电路和代数表达式•组合逻辑电路设计•时序逻辑电路设计•计数器设计•存储器设计3.2 VHDL语言基础•VHDL语言概述•实体声明和体系结构•VHDL数据类型和常量•基本的VHDL语言结构•组合逻辑设计•时序逻辑设计•设计复用和程序结构•模拟和综合3.3 VHDL数字电路设计实践（1）多位计算机算术逻辑单元设计（2）VHDL编程设计电话拨号系统（3）VHDL和FPGA技术共同设计数字时钟4. 教学方法本课程将采用以下教学方法：•知识讲授：通过讲授数字电路和VHDL语言的基本原理，让学生掌握基本概念和设计思路；•实验操作：通过实验操作的方式带领学生熟练掌握数字电路和VHDL 语言的设计、仿真和综合技术；•课程设计：通过将学生划分为若干小组，让小组成员共同合作完成数字电路和VHDL语言的具体设计和实现，培养学生的团队合作和沟通能力；•课堂讨论：通过课堂讨论的方式激发学生的思维和提升学生的思考能力；•教师点评：通过对学生作业和课程设计的点评，提供指导和建议，帮助学生不断提升自身的设计能力。
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•Introduction to VHDL
•VHDL syntax
•Data types in VHDL
•Operators in VHDL
•Control structures in VHDL
•Process statements in VHDL
Assignments and Grading
•Attendance: 20%
•Class participation: 20%
•Homework assignments: 30%
•Project: 30%
Conclusion
The course ms to provide students with a foundation in digital system design and VHDL programming. The focus is on practical application of knowledge through project work. By the end of this course, students will have the requisite knowledge and skills to design and implement digital circuits using VHDL programming.
•Design and implement digital circuits using VHDL
•Debug and test digital circuits using VHDL
•Understand the applications of digital system design in different fields
Digital System Design and VHDL 英文版课程设计
Introduction
Digital system design is a complex field that involves the use of hardware and software to create circuits and systems that perform specific tasks. One of the most important tools in digital system design is VHDL (VHSIC Hardware Description Language), which is a programming language used to describe digital circuits. This course is designed to provide an in-depth understanding of digital system design and VHDL programming.
1.Digital Design: Principles and Practices, 4th Edition by John F. Wakerly.
2.VHDL Programming by Example 4th Edition by Douglas L. Perry.
3.Digital Systems Design with VHDL and Synthesis: An Integrated Approach by Yu-Kuan L and Shih-Chieh Chang.
Module 3: VHDL Basics
•Behavioral modeling in VHDL
•Structural modeling in VHDL
•Dataflow modeling in VHDL
•Sub-programs in VHDL
•Testbenches in VHDL
Module 4: Digital Circuit Design using VHDL
Course Outline
Module 1: Introduction to Digital Systems
•Overview of digital systems
•Number systems
•Binary arithmetic
•Digital logic gates
•Digital circuits
•Debugging VHDL designs
•FPGA simulation using VHDL
•Signal tracing and debugging
•Test case development and execution
Module 6: Applications of Digital System Design
•Applications of digital system design in different fields
•Emerging trends in digital system design
•Career stem design
Learning Materials
•Design of combinational circuits using VHDL
•Design of sequential circuits using VHDL
•Design of finite state machines using VHDL
Module 5: Debugging and Testing VHDL Designs
Learning Objectives
Upon completion of this course, students will be able to:
•Understand the fundamentals of digital system design
•Understand the basics of VHDL programming language