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文檔簡介
§3.3
VHDL的設(shè)計(jì)實(shí)例8位反相器的結(jié)構(gòu)描述ENTITY
inv_8_bit
ISPORT
(x:
IN
STD_LOGIC_VECTOR(1TO
8);y:
OUT
STD_LOGIC_VECTOR(1TO
8);END
inv_8_bit;ARCHITECTURE
struct
OF
inv_8_bit
ISCOMPONENT
invPORT
(i:
IN
STD_LOGIC;o:
OUT
STD_LOGIC);END
COMPONENT;BEGINu:
FOR
n
IN 1
TO
8
GENERATE;v:
inv
FORT
MAP
(x(n),y(n));END
GENERATE;END
struct;元件語句:又稱元件例化就是引入一種連接關(guān)系,可以把以前設(shè)計(jì)好的設(shè)計(jì)實(shí)體定義為一個(gè)元件,然后將此元件與當(dāng)前的設(shè)計(jì)實(shí)體的指定端口相連接,從而為當(dāng)前的設(shè)計(jì)實(shí)體引入一個(gè)新的低一級的設(shè)計(jì)層次。元件定義語句的格式:COMPONENT
元件名
ISPORT(信號名表);END
COMPONENT;元件調(diào)用語句的格式:例化名:元件名
PORTMAP(信號名表);生成語句:生成語句用來產(chǎn)生多個(gè)相同的結(jié)構(gòu),生成語句有一種作用,可
一組完全相同的元件或電路結(jié)構(gòu)。FOR
循環(huán)變量
IN
取值范圍
GENERATE并發(fā)處理語句;END
GENERATE[標(biāo)號];用半加器和“或門”構(gòu)成全加器。half_adder1half_adder2a
bcinc1
s1scoutc2U2U1half_adderabscLIBRARY
IEEE;USE
IEEE
std_logic_1164.ALL;ENTITY
full_adder
ISPORT
(a,b,cin:
IN
BIT;s,
cout: OUT
BIT);END
full_adder;ARCHITECTURE
arc
OF
full_adder
ISCOMPONENT
half_adderPORT(a,
b:
IN
BIT;s,
c:
OUT
BIT);END
COMPONENT;SIGNAL s1,
c1,
c2:
BIT;BEGINU1:
half_adder
PORT
MAP(a,b,s1,c1);U2:
half_adder
PORT
MAP(s1,cin,s,c2);cout<=
c1
OR
c2;END
arc;三——八譯
的數(shù)據(jù)流描述。LIBRARY
IEEE;USE
IEEE
std_logic_1163.ALL;ENTITY
decoder3_8
ISPORT
(g1,g2a,g2b:
IN
STD_LOGIC;a,b,c:IN
STD_LOGIC;y:
OUT
STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO
0);END
decoder3_8;ARCHITECTURE
rtl
OF
decoder3_8
ISSIGNAL
comb:
STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO
0);BEGINcomb
<=
c
&
b
&
a
;PROCESS
(g1,g2a,g2b,comb)BEGINIF(g1=‘1’
AND
g2a=‘0’
AND
g2b=‘0’)
THENCASE
comb
ISWHEN“000”=>y<=“11111110”;WHEN“001”=>y<=“11111101”;WHEN“010”=>y<=“11111011”;WHEN“011”=>y<=“11110111”;WHEN“100”=>y<=“11101111”;WHEN“101”=>y<=“11011111”;WHEN“110”=>y<=“10111111”;WHEN“111”=>y<=“01111111”;WHEN OTHERS
=>y<=“xxxxxxxx”;END
CASE;END
IF;END
PROCESS;END
rtl;三態(tài)輸出“與非”門的性能描述。ENTITY
stm
ISPORT
(i1,
i2,
en:
IN
STD_LOGIC;y:
OUT
STD_LOGIC);END
stm;ARCHITECTURE
behave
OF
stm
ISBEGINPROCESS(i1,
i2,
en)BEGINIF en
=‘1’
THENy<
=
i1
NAND
i2;ELSEY
<=‘Z’;END
IF;END
PROCESS;END
behave;對上述三態(tài)門還可以用條件賦值語句來描述,就得到三態(tài)門的數(shù)據(jù)流描述:ARCHITECTURE
dflow
OF
stm
ISBEGINy<=
i1
NAND
i2
WHEN
(en=“1’)ELSEy
<=
‘Z’;END
dflow;鐘控型觸發(fā)器的描述,上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器。ENTITY
DF
ISPORT
(d,
clk:
IN
BIT;q,qb:
OUT
BIT);END
DF;ARCHITECTURE
behave
OF
DF
ISBEGINPROCESS(clk)BEGINIF(clk
‘
EVENT
AND
clk
=‘1’)
THENq<=
d;qb<=
NOT
d;END
IF;ENDPROCESS;END
behave;帶有異步置位/復(fù)位功能上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器。LIBRARY
IEEE;USE
IEEE.
std_logic
1164.
ALL;ENTITY
dff_2
ISPORT
(d,
clk, s,
r:
IN
STD_LOGIC;q,
qb:
OUT
STD_LOGIC);END
dff_2;ARCHITECTURE
beh
OF
dff_2
ISBEGINBEGINPROCESS(clk,
s,
r)BEGINIF
(s
=
‘0’
AND
r
=‘1’
)
THENq<=‘1
’;qb
<
=‘0’;ELSIF
(
s
=‘1’
AND
r
=‘0’
)
THENq<=‘0
’;qb
<
=‘1’;ELSIF
(
clk’
EVENT
AND clk
=‘1’
)
THENq
<=
d;qb
<=NOT
d;END
IF;END
PROCESS;END
beh;上述語句中就是異步置位/復(fù)位,低有效。設(shè)計(jì)同步復(fù)位上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器。其電路圖如下。QCPdclkclr
1
DqLIBRARY
IEEE;USE
IEEE.
std_logic
1164.
ALL;ENTITY
dff_4
ISPORT
(d,
clk,
clr:
IN
STD_LOGIC;q:
OUT
STD_LOGIC);END
dff_4;ARCHITECTURE
rtl
OF
dff_4
ISBEGINBEGINPROCESS(clk)BEGINIF
(clk’
EVENT
AND clk
=‘1’
)
THENIF
(clr
=
‘1
’)
THENq
<=
‘0’;ELSEq
<=d;END
IF;ENDPROCESS;END
rtl;設(shè)計(jì)一個(gè)分頻器,并通過修改程序中的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同倍數(shù)的分頻。LIBRARY
IEEE;USE
IEEE.
std_logic
1164.
ALL;USE
IEEE.
std_logic
_UNSIGNED.
ALL;ENTITY
divider_n
ISGENERIC
(n:
INTEGER:=10);PORT
(clki
:
IN
STD_LOGIC;指令:generic
類屬參數(shù)說明;格式:GENERIC(常數(shù)名字表:數(shù)據(jù)類型[:=設(shè)定值]類屬參數(shù)說明是實(shí)體說明組織中的可選項(xiàng),必須放在端口說明前,用于指定參數(shù)。VHDL中的對象:1、常量;2、變量;3、信號。Signal
信號可以代表電路是實(shí)體動(dòng)態(tài)交換數(shù)據(jù)各元件之間的連接線,段。Signal
信號名:數(shù)據(jù)類型
約束條件:=
表達(dá)式VARIABLE
用于對可變數(shù)據(jù)的臨時(shí)
,變量只能在進(jìn)程語句、函數(shù)語句和過程語句結(jié)構(gòu)中使用,它是一個(gè)局部量。VARIABLE
變量名:數(shù)據(jù)類型
約束條件:=
表達(dá)式clko:
OUT
STD_LOGIC);END
divider_n
;ARCHITECTURE
arc_divider_n
OFdivider_n
ISSIGNAL
qout:
STD_LOGIC;SIGNAL
counter:
INTEGER;BEGINclko<=qout;PROCESS(clki)BEGINIF
(clki’
EVENT
AND clki
=‘1’
)
THENIF
(counter
=
n-1
)
THENqout<=
NOT
qout;counter<=
0;ELSEcounter
<
=
counter
+1;END
IF;END
IF;END
PROCESS;END
arc_divider_n;設(shè)計(jì)一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,要求代允許計(jì)數(shù)端和清零端,計(jì)數(shù)允許端和清零端均為高有效,真值表如下。輸入端輸出端clrenclkqdqcqbqa1XX000000X不變不變不變不變01計(jì)數(shù)值加1enclrclkqdqcqbqa十進(jìn)制計(jì)數(shù)器LIBRARY
IEEE;USE
IEEE.
std_logic
1164.
ALL;USE
IEEE.
std_logic
_UNSIGNED.
ALL;ENTITY
count_10
ISPORT
(clk,
clr,
en
:
IN
STD_LOGIC;qa,
qb,
qc,
qd:
OUT
STD_LOGIC);END
count_10;ARCHITECTURE
arc_count10
OF
count_10ISSIGNAL
qout:
STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO
0);BEGINqa<=qout(0);qb<=qout(1);qc<
=qout(2);qd<=qout(3);PROCESS(clk,
clr)BEGINIF
(clr=‘1’)
THENqout<=
“0000”;ELSIF(clk’
EVENT
AND
clk
=‘1’)
THENIF
(en
=
‘1’)
THENIF
(qout
=“1001”)
THENqout<
=“0000”;ELSEqout<=
qout
+
‘1’;ENDIF;END
IF;END
IF;ENDPROCESS;END
arc_count10;設(shè)計(jì)一個(gè)同步可逆計(jì)數(shù)器,要求代允許計(jì)數(shù)端和清零端,方向控制端,計(jì)數(shù)允許端和清零端均為高有效,真值表如下。輸入端輸出端clrupdownloadclkQ(3)Q(2)Q(1)Q(0)1XXX00000X1X預(yù)置輸入端D狀態(tài)010計(jì)數(shù)值加1000計(jì)數(shù)值減1真值表D(3)D(2)D(1)D(0)clrclkQ(3)Q(2)Q(1)Q(0)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器load
updownLIBRARY
IEEE;USE
IEEE.
std_logic
1164.
ALL;USE
IEEE.
std_logic
_UNSIGNED.
ALL;ENTITY
count_4
ISPORT
(clk,
clr,
load,
updown:
INSTD_LOGIC;d:
IN
STD_LOGIC_VECTOR
(3DOWNTO
0));q:
OUT
STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO
0));END
count_4
;ARCHITECTURE
arc_count4
OF
count_4ISBEGINPROCESS(clk,
clr,
load)BEGINIF
(clr
=‘1’)
THENq
<=
“0000”;ELSIF(load
=
‘1’
)THENq<=dELSIF
(clk‘EVENT
AND
clk
=‘1’)
THENIF
(updown
=‘1’)
THENq
<=
q+1
;ELSEq
<=
q-1
;ENDIF;END
IF;END
PROCESS;END
arc_count4;設(shè)計(jì)一個(gè)moore型狀態(tài)機(jī)。輸出信號僅是現(xiàn)態(tài)的函數(shù)。S0/0S1/1S3/00101S2/01001外輸入輸出LIBRARY
IEEE;USE
IEEE.
std_logic
1164.
ALL;USE
IEEE.
Std_logic
_UNSIGNED.
ALL;ENTITY
moore
ISPORT
(CO,
DIN:
IN
STD_LOGIC;OP: OUT
STD_LOGIC);END
moore;ARCHITECTURE
behave
OF
moore
ISTYPE
STATE
IS (S0,
S1,
S2,
S3);SINGAL
Presentstate
:STATE;SINGAL
Nextstate
:
STATE;BEGINSwitchToNextstate:
Process
(CP)BEGINIF
(CP
‘EVENT
AND
CP
=‘1’)
THEN
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