基于vhdl数字电路设计

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1、基于VHDL的数字电路设计目录1引言22数字系统的设计方法23数字密码锁的设计23.1设计分析与要求23.2基本原理33.3设计模块说明33.3.1方波生成模块33.3.2消抖同步模块43.3.3密码锁逻辑控制模块54数字密码锁的电路仿真75总结8致谢10基于VHDL的数字电路设计摘要：EDA技术的应用给电子设计带来巨大变革。利用先进的EDA工具，基于硬件描述语言，可以进行系统级数字逻辑电路的设计。本文简述VHDL语言的功能及其特点，并以8位串行数字锁设计为例，介绍了在MAX+plusII开发软件下，利用VHD

2、L硬件描述语言设计数字逻辑电路的过程和方法。关键词：VHDL；MAX+PLUSII；EDA；数字密码锁；DesignofDigitalCircuitBasedOnVHDLAbstract：TheapplicationofEDAtechnologiestoelectronicdesignbroughtgreatchanges.TheuseofadvancedEDAtoolsbasedonthehardwaredescriptionlanguage,forsystem-leveldigitallogiccircui

3、tdesign.ThispaperdescribesthefunctionofVHDLanditscharacteristics,andeightserialdigitallockdesignasanexample,intheMAX+plusIIdevelopmentsoftware,usingVHDLhardwaredescriptionlanguagedesigndigitallogiccircuitstheprocessandmethods.Keywords：VHDL；MAX+PLUSII；EDA；Dig

4、ital-Password-Lock；111引言目前数字系统的设计可以直接面向用户需求，根据系统的行为和功能，自上而下地逐层完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证，直到生成器件，实现电子设计自动化。电子设计自动化EDA（即ElectronicDesignAutomation）的关键技术之一就是可以用硬件描述语言（HDL）来描述硬件电路。VHDL的英文全名是Very-HighIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，翻译成中文就是“超高速集成电路硬件描述语言”，它诞

5、生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为集成电路硬件描述语言。现在，VHDL作为IEEE的工业标准硬件描述语言，得到了众多EDA公司的支持，因此其在电子工程领域已成为事实上的通用硬件描述语言。VHDL支持硬件的设计、验证、综合和测试，以及硬件设计数据的交换、维护、修改和硬件的实现，具有描述能力强，生命周期长，支持大规模设计的分解和已有设计的再利用等优点。2数字系统的设计方法VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为和功能，其特点是将一个电路模块或一个系统分成端口和内部功能算法实现两部分。

6、对于一个电路模块或者数字系统而言，定义了外部端口后，一旦内部功能算法完成后，其他系统可以直接依据外部端口调用该电路模块或数字系统，而不必知道其内部结构和算法。VHDL的特点使得电子系统新的设计方法——“自顶向下”设计方法更加容易实现。可以先对整个系统进行方案设计，按功能划分成若干单元模块，然后对每个单元模块进一步细分，直到细化成一个个最简单的单元电路。数字系统的层次化设计，一般都要经过4个阶段：设计输入，编译，仿真验证，下载器件。本设计采用“自顶向下”的设计方法，逐层完成相应的描述，编译，仿真与验证，即先建立一

7、些低层次的设计，再将它们组合在一起，最后形成一个单一的顶层设计文件。Max+plusII软件有多种输入方式，主要有：各种文本输入，原理图输入和波形输入。对于不同层次的模块，应采用不同的输入方式进行描述。由于VHDL擅长描述模块的逻辑功能，而原理图擅长描述硬件连接关系，所以在底层设计中，对底层所有模块使用VHDL语言进行描述，在顶层设计中，使用原理图输入方法。设计流程图如图1所示：设计输入设计处理系统测试器件编程设计仿真设计思路图1数字系统的设计流程3数字密码锁的设计8位串行数字密码锁是数字电路设计中较为典型的电

8、路，本文在美国Altera公司的Max+plusII开发平台上，用VHDL设计了此数字电路。3.1设计分析与要求数字锁即电子密码锁，锁内有若干密码，所以密码可由用户自己选定。数字锁有两类：一类是并行接收数据，称为并行锁；一类是串行接受数据，称为串行锁。如果输入代码与锁内密码一致，锁被打开；否则，应封闭开锁电路，并发出报警信号。设计一个8位串行数字锁，并验证其操作。具体要求如下：11（1