VHDL实验报告.docx

专用集成电路实验报告13050Z011305024237刘德文实验一 开发平台软件安装与认知实验实验内容1、 本实验以三线八线译码器（LS74138）为例，在Xilinx ISE 9.2软件平台上完成设计电路的VHDL文本输入、语法检查、编译、仿真、管脚分配和编程下载等操作。下载芯片选择Xilinx公司的CoolRunner II系列XC2C256-7PQ208作为目标仿真芯片。2、 用1中所设计的的三线八线译码器（LS74138）生成一个LS74138元件，在Xilinx ISE 9.2软件原理图设计平台上完成LS74138元件的调用，用原理图的方法设计三线八线译码器（LS74138），实现编译，仿真，管脚分配和编程下载等操作。源程序： library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;- Uncomment the following lines to use the declarations that are- provided for instantiating Xilinx primitive components.-library UNISIM;-use UNISIM.VComponents.all;entity ls74138 is Port ( g1 : in std_logic; g2 : in std_logic; inp : in std_logic_vector(2 downto 0); y : out std_logic_vector(7 downto 0);end ls74138;architecture Behavioral of ls74138 isbeginprocess(g1,g2,inp)begin if(g1 and g2)=1) then case inp is when 000=yyyyyyyyy=00000000; end case; else y=00000000; end if;end process;end Behavioral;波形文件： 生成元器件及连接电路思考：有程序可以看出，定义了三个输入端，一个输出端。g1,g2为使能输入端，当全为一时，开始执行宽度为三的输入inp，并听过程序实现三八译码器的功能。通过实验，分别用了原理图和vhdl语言两种方式进行调试。两种方法各有优缺点。对于原理图而言，可以清晰直观的看出电路各部分的构造，但却只能在原有的基础上进行链接而无法随意修改元器件功能；vhdl语言则可以按照实际的需求进行编写程序，从而可以实现开发者想要实现的功能。实验二 组合逻辑电路的VHDL语言实现实验内容：1.用VHDL语言实现优先编码器的设计并实现功能仿真2.用VHDL语言实现四选一选择器的设计并实现功能仿真。1.优先编码器源程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY priorityencoder IS PORT (input:IN STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0); y:OUT STD_LOGIC_VECTOR (2 DOWNTO 0);END priorityencoder;ARCHITECTURE rtl OF priorityencoder ISBEGIN PROCESS (input) BEGIN IF(input(0)=0) THEN y=111; ELSIF(input(1)=0) THEN y=110; ELSIF(input(2)=0) THEN y=101; ELSIF(input(3)=0) THEN y=100; ELSIF(input(4)=0) THEN y=011; ELSIF(input(5)=0) THEN y=010; ELSIF(input(6)=0) THEN y=001; ELSE y=000; END IF; END PROCESS;END rtl;波形图原理图：2. 四选一选择器源程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY mux4 IS PORT (input:IN STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0); a,b:IN STD_LOGIC; y:OUT STD_LOGIC);END mux4;ARCHITECTURE rt1 OF mux4 ISSIGNAL se1:STD_LOGIC_VECTOR (1 DOWNTO 0);BEGIN se1=b&a; PROCESS (input,se1) BEGIN IF(se1=00)THEN y=input(0); ELSIF(se1=01)THEN y=input(1); ELSIF(se1=10)THEN y=input(2); ELSE y=input(3); END IF; END PROCESS;END rt1;波形图原理图思考：1. 优先编码器：通过程序定义了一个八位的输入端和一个三位的输入端。首先是通过八位的 输入端的最低位开始判断，如果是0，则输出为：111；如果是1，则判断第 二位，以此类推，直到最后一位，如果都不满足，则输出：000。2.四选一选择器：一共有三个输入，其中一个是宽度为四的可供选择的输入端，将一个四位宽度的二进制码赋值给input端，通过a与b的输入选择input的输出。如ab为00时，则输出为：input(0)，以此类推。实验三 时序逻辑电路的VHDL语言实验实验内容：（3选1）（一） 、设计一个60进制的计数器（二） 设计一带使能的同步复位清零的递增8位二进制计数器（三） 设计一带使能的异步清零复位的递增8位二进制计数器六十进制（异步清零）源程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity ycounter is port(clk,clear,enable:in std_logic; -ld:in std_logic; -d:in std_logic_vector(7 downto 0); qk:out std_logic_vector(7 downto 0);end ycounter;architecture a_ycounter of ycounter isbegin PROCESS (clk) VARIABLE cnt :std_logic_vector(7 downto 0); BEGIN IF (clkEVENT AND clk = 1) THEN IF(clear = 0) THEN cnt := 00000000; -ELSE -IF(ld = 0) THEN - cnt := d; ELSE IF(enable = 1) THEN cnt := cnt + 00000001; if(cnt=00111100)then cnt := 00000000; end if; END IF; -END IF; END IF; END IF; qk = cnt; END PROCESS;end a_ycounter;波形图：六十进制（同步置数）源程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity ycounter is port(clk,clear,enable:in std_logic; ld:in std_logic; d:in std_logic_vector(7 downto 0); qk:out std_logic_vector(7 downto 0);end ycounter;architecture a_ycounter of ycounter isbegin PROCESS (clk) VARIABLE cnt :std_logic_vector(7 downto 0); BEGIN IF (clkEVENT AND clk = 1) THEN IF(clear = 0) THEN cnt := 00000000; ELSE IF(ld = 0) THEN cnt := d; ELSE IF(enable = 1) THEN cnt := cnt + 00000001; if(cnt=00111011)then Ld :=1; end if; END IF; END IF; END IF; END IF; qk = cnt; END PROCESS;end a_ycounter;波形图：思考：六十进制计数器的实现，1）异步清零程序的实现：通过判断最后一个状态，因为该计数器位六十进制，所以最后一个状态为59，用二进制码表示为：00111011，即当计数器的状态为六十，即00111100状态时，计数器清零，输出00000000。2）同步置数程序的实现：当计数器达到状态，当计数器达到状态00111011时，ld被赋值为0，执行置数功能，将d的值赋值给y，计数器从零开始计数。实验四 VHDL层次化设计方法实验实验内容： 设计一个8位移位寄存器。各个D触发器模块采用VHDL语言编写，分别用原理图、VHDL语言元件例化语句和生成语句的方法实现8位移位寄存器的设计。D触发器源程序：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;- Uncomment the following lines to use the declarations that are- provided for instantiating Xilinx primitive components.-library UNISIM;-use UNISIM.VComponents.all;entity Dchu is Port ( CLK : in STD_LOGIC; D : in STD_LOGIC; Q : out STD_LOGIC; CLEAR : in STD_LOGIC; Q_N : out STD_LOGIC);end Dchu;ARCHITECTURE BEH OF Dchu ISSIGNAL Q1:STD_LOGIC;BEGINPROCESS (CLEAR,CLK,Q1) BEGIN IF CLEAR=0 THEN Q1=0; ELSIF CLKEVENT AND CLK=1THEN Q1=D; END IF;END PROCESS;Q=Q1;Q_N=not Q1; END BEH;波形图：D触发器：八位移位寄存器：八位移位寄存器原理图： 元件例化：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;- Uncomment the following lines to use the declarations that are- provided for instantiating Xilinx primitive components.-library UNISIM;-use UNISIM.VComponents.all;entity shift_reg_8_com is Port ( a,clk,rst : in STD_LOGIC; b: out STD_LOGIC);end shift_reg_8_com;ARCHITECTURE BEH OF shift_reg_8_com ISComponent dff1Port ( d,clk,rst : in STD_LOGIC; q: out STD_LOGIC);End component;Signal q:STD_LOGIC_VECTOR(8DOWNTO0);BEGINq(0)=a;d0:dff1 PORT MAP(q(0),clk,rst,q(1);d1:dff1 PORT MAP(q(1),clk,rst,q(2);d2:dff1 PORT MAP(q(2),clk,rst,q(3);d3:dff1 PORT MAP(q(3),clk,rst,q(4);d4:dff1 PORT MAP(q(4),clk,rst,q(5);d5:dff1 PORT MAP(q(5),clk,rst,q(6);d6:dff1 PORT MAP(q(6),clk,rst,q(7);d7:dff1 PORT MAP(q(7),clk,rst,q(8);b=q(4);End str;生成语句：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;- Uncomment the following lines to use the declarations that are- provided for instantiating Xilinx primitive components.-library UNISIM;-use UNISIM.VComponents.all;entity shift_reg_8_com is Port ( a,clk,rst : in STD_LOGIC; b: out STD_LOGIC);end shift_reg_8_com;ARCHITECTURE BEH OF shift_reg_8_com ISComponent dff1Port ( d,clk,rst : in STD_LOGIC; q: out STD_LOGIC);End component;Signal q:STD_LOGIC_VECTOR(8DOWNTO0);BEGINq(0)=a;g1: FOR I IN 0 TO 7 GENERATEdx:dff1 PORT MAP(q(i),clk,rst,q(i+1);End generate g1;b=q(4);End str;实验结果（仿真结果）与分析 元件例化语句由两部分组成，元件说明语句和元件例化语句。首先要设计被上层电路调用的电路块，即D触发器模块，八位移位寄存器就是通过程序调用八个D触发器，每个D触发器都相当于一个模块。生成语句是将已设计好的D触发器的逻辑语句进行复制，从而生成一组结构上完全相同的设计单元的电路结构。从上面的两个程序可以看出，当所需要的组件比较少时，两种语句的大小差不多，但当所需要的组件比较多时，生成语句的执行效率明显的要变高，而且程序所占内存明显减少。