83优先编码器课程设计.doc

东北石油大学课程设计任务书课程硬件课程设计主题8-3优先编码器设计计算机科学名称学生人数主要内容，基本要求等1.主要内容: 使用EL教学实验箱，微型计算机和Quartus II软件系统，采用VHDL语言输入设计. [1]杨刚，龙海燕. 现代电子技术-VHDL和数据系统设计. 北京2004 [2]黄仁新. EDA技术实践课程. 北京清华大学出版社，2006 [3]潘松. 成都电子科技大学出版的VHDL实用课程，她2000 [4]李国立，朱维勇. 电子技术实验指南. 合肥: 中国科学技术大学出版社，2000 [5]宋振辉. EDA技术和VHDL. 北京: 北京大学出版社，2008年目录第1章概述11.1 EDA概念11.2 EDA技术和应用21.3 EDA技术发展趋势21.4 Quartus II功能介绍3第2章硬件描述语言-VHDL 42.1 VHDL简介42.2 VHDL语言的功能42.3 VHDL设计流程5第3章8-3优先编码编码器的设计63.1编码器的工作原理63.2 8-3优先编码器的设计63.3 8-3优先编码器的仿真和分析73.4 8-3的实现实验盒上的优先编码器8结论11参考资料12第1章概述EDA技术是在电子CAD技术的基础上开发的计算机软件系统，该计算机系统将计算机作为集成了应用电子技术的工作平台. ，计算机技术，信息处理与智能技术的最新成果，电子的自动设计产品.

使用EDA工具，电子设计师可以从概念，算法，协议等开始设计电子系统. 可以通过计算机完成很多工作，并且可以从电路设计，性能分析到IC布局或PCB设计电子产品. 布局. 整个过程在计算机上自动处理. EDA的概念或类别现已广泛使用. 包括机械，电子，通讯，航空航天，化学工业，矿产，生物，医药，军事等领域，都有EDA应用. 目前，EDA技术已广泛应用于大型公司，企事业单位和研究与教学部门. 例如，在飞机制造过程中，从设计，性能测试和功能分析到飞行模拟，都可能涉及EDA技术. 本文提到的EDA技术主要针对电子电路设计，PCB设计和IC设计. EDA设计可分为系统级，电路级和物理实施级. EDA是一种电子技术设计自动化，即一种可以帮助人们设计电子电路或系统的软件工具. 该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥作用，从而可以设计更复杂的电路和系统. 在原理图设计阶段，可以使用EDA中的仿真工具来演示设计的正确性. 在芯片设计阶段，可以使用EDA中的芯片设计工具来设计和生成芯片布局. 在电路板设计阶段，可以使用EDA中的电路板设计工具设计多层电路板. 特别是支持硬件描述语言的EDA工具的出现使自动化复杂数字系统的设计成为可能. 只要使用硬件描述语言来正确描述数字系统的行为，数字系统的芯片设计和制造就可以在21世纪进行. 在快速发展时期，EDA技术将成为对21世纪产生重大影响的十项技术之一.

？硬件描述语言？: ？硬件描述语言（HDL）是用于电子系统硬件设计的高级计算机语言. 它使用软件设计方法来描述电子系统的逻辑功能，电路结构和连接形式. . ？常见的硬件描述语言是DL，Ve和HDL. EDA在教学，科研，产品设计和制造中发挥着巨大作用. 在教学方面，几乎所有的理工科大学（尤其是电子信息大学）都提供EDA课程. 主要目的是让学生了解EDA的基本概念和原理，掌握用HDL语言编写的规范，掌握逻辑综合的理论和算法，使用EDA工具进行电子电路课程的实验并从事简单电路的设计. 系统. 通用学习电路仿真工具（例如EWB，PSPICE）和PLD开发工具（例如Altera / Xilinx器件结构和开发系统）为将来的工作奠定了基础. 在产品设计和制造中，包括早期计算机仿真，产品开发EDA工具应用程序，系统级仿真和测试环境仿真，生产线EDA技术应用程序，产品测试等各个环节. 例如PCB的生产，电子设备的开发与生产，电路板的焊接，ASIC的流片工艺等. 从应用领域的角度来看，EDA技术已经渗透到各个行业. 如上所述，EDA在机械，电子，通信，航空航天，化学工业，矿产，生物学，医药和军事等各个领域都有应用.

此外，EDA软件的功能越来越强大. 具有单个功能的原始软件现在增加了许多新用途. 例如，AutoCAD软件不仅可以用于机械和建筑设计，还可以扩展到建筑装饰和各种效果图，汽车和飞机模型，电影特技等领域. 印度正在成为该领域中增长最快的两个市场电子设计自动化领域，年增长率分别为50％和30％. EDA技术的飞速发展可谓日新月异. EDA技术的应用广泛，如今已涉及各行各业. EDA的水平持续提高，设计工具趋于完美. EDA市场日趋成熟，但中国的研发水平仍然非常有限，需要赶超. EDA技术进入21世纪后，由于不断引入FPGA器件，在仿真和设计方面都支持标准硬件描述语言的功能强大的EDA软件得到了不断更新和增加，使电子EDA技术更加普及. 强大. 的发展. 电子技术已全面融入EDA领域. EDA使电子领域中各个学科的界限更加模糊和包容. 它从以下几个方面着重强调: 它使以自主知识产权的形式清楚地表达和确认电子设计结果成为可能；基于EDA工具的ASIC设计标准单元涵盖了大型电子系统和IP核心模块. 软件和硬件IP核已在电子工业的工业领域，技术领域和设计应用领域得到进一步确认； SoC已经成熟了高效，低成本的设计技术. 随着半导体技术，集成技术和计算机技术的飞速发展，电子系统的设计方法和设计方法发生了巨大的变化.

可以说，电子EDA技术是电子设计领域的一场革命. 传统的“固定功能集成块十线”设计方法正逐渐退出历史舞台，而基于芯片的设计方法正成为现代电子系统设计的主流. 对于学生和大专院校的相关电子工程师来说，必须了解和理解这项先进技术. 这不仅是提高设计效率的需要，也是时代发展的需要. 只有EDA技术可以参与世界. 只有电子行业市场中的竞争才能生存和发展. 随着技术的进步和电子产品的更新，EDA技术已成为现代电子设计的核心，成为电子产品发展的源泉. 因此，EDA技术的发展将是电子设计和电子工业领域的重大技术革命，并且对电气课程的教学和研究提出了越来越高的要求. 特别是，EDA技术尚未在中国普及. 掌握和推广这项新技术将对中国电子技术的发展具有深远的意义. 在EDA软件开发方面，目前主要集中在美国. 但是各国也正在尝试开发相应的工具. 日本和韩国拥有ASIC设计工具，但不向公众开放. 中国华大集成电路设计中心也提供IC设计软件，但是性能不是很强. 我相信，在不久的将来，将会有更多更好的设计工具随处可见，结果Quartus II是Altera的综合PLD开发软件，它支持多种设计，例如原理图，VHDL，VerilogHDL和AHDL（Altera硬件描述语言） ）. 输入表单内置了自己的合成器和，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计过程.

Quartus II可以在XP，Linux和Unix上使用. 除了使用Tcl脚本完成设计过程之外，它还提供了完整的图形用户界面设计方法. 具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用的特点. Quartus II支持Altera的IP内核，并包含一个LPM / MegaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化设计复杂性，并加快设计速度. 对第三方EDA工具的良好支持还允许用户在设计过程的所有阶段使用熟悉的第三方EDA工具. 此外，通过结合DSP Builder工具和Matlab / Simulink，Quartus II可以轻松实现各种DSP应用系统. 它是一个全面的开发平台，支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，将系统级设计，嵌入式软件开发和可编程逻辑设计集成在一起. Maxplus II作为Altera的上一代PLD设计软件，由于其出色的易用性而被广泛使用. Altera现在已停止支持Maxplus II的更新. 与Quartus II相比，它不仅支持丰富的设备类型和图形界面的更改. Altera包括许多设计辅助工具，例如Quartus II中的SignalTap II，Chip Editor和RTL Viewer，集成了SOPC和HardCopy设计流程，并继承了Maxplus II友好的图形界面和易于使用的方法.

作为一种可编程逻辑设计环境，Altera Quartus II凭借其强大的设计能力以及直观易用的界面在数字系统设计人员中越来越受欢迎. 硬件描述语言-VHDL2. VHDL简介VHDL语言是电路设计的高级语言. 它出现在1980年代后期. 它最初是由美国国防部为美军开发的，旨在提高设计的可靠性并减少较小设计语言的开发周期. 但是，由于它在一定程度上满足了当时的设计要求，他在1987年成为AI / IEEE的标准（IEEE STD 1076-1987）. 它在1993年进行了进一步修订，变得更加完整，成为A I / IEEE的A I / IEEE STD 1076-1993标准. 目前，CAD制造商生产的大多数EDA软件都与此标准兼容. VHDL英文完全用以下语言编写: VHSIC（超高级集成电路）硬件描述语言. 翻译成中文的是超高速集成电路的硬件描述语言. 因此，其应用主要用于数字电路的设计. 2.2 VHDL语言的功能VHDL是一种用于以普通文本形式设计数字系统的硬件描述语言. 它主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口. 在任何文字处理软件环境中进行编辑.

除了包含许多具有硬件特征的句子外，其形式，描述样式和语法与计算机高级语言非常相似. VHDL程序将工程设计项目（或设计实体）划分为描述外部端口信号的可视部分和描述端口信号之间的逻辑关系的内部不可见部分. 这将设计项目分为内部和外部两个部分. 概念是硬件描述语言（HDL）的基本特征. 当一个设计项目定义一个外部接口（端口）时，在完成其内部设计后，其他设计可以使用该外部端口直接调用该项目. VHDL的主要特点如下: 1.作为HDL的第一个国际标准，VHDL具有很强的可移植性. 2.具有丰富的仿真陈述和库函数，可以随时对设计进行仿真，因此可以在组装电路系统之前消除设计中的错误，并可以在设计初期检查设计系统功能的可行性. ，这很强大. 预测力. 3. VHDL具有良好的可读性，接近高级语言，易于理解. 4.系统设计与硬件结构无关83优先编码器，这有助于过程的转换，并且不会因过程的更改而使描述过时. 5.支持模块化设计，可以将大型设计项目分解为几个小项目，也可以将现有设计项目称为模块. 6.对于使用VHDL完成的确定设计，您可以使用EDA工具进行逻辑综合和优化，并且可以将VHDL描述自动转换为门级网表文件. 7.设计灵活，易于修改，同时易于传达，保存和重用设计结果. 产品开发速度快，成本低.

2.3 VHDL设计过程它主要包括以下步骤: 文本编辑: 可以使用任何文本编辑器，也可以使用专用的HDL编辑环境. 通常，VHDL文件另存为.vhd文件，而Verilog文件另存为.v文件. 2.使用编译工具来编译源文件. 功能仿真: 将文件传输到HDL仿真软件以执行功能仿真，检查逻辑功能是否正确（也称为预仿真，您可以跳过此步骤进行简单设计，仅在接线完成后执行时序仿真）. 逻辑综合: 将源文件转移到逻辑综合软件中进行综合83优先编码器，即将语言综合为最简单的布尔表达式. 逻辑综合软件将生成.edf或.edif EDA行业标准文件. . 放置和布线: 将.edf文件传输到PLD制造商提供的软件中进行布线，即，将设计的逻辑放置在PLD / FPGA中. 时序仿真: 有必要使用在位置和路线中获得的准确参数来通过仿真软件验证电路的时序. （也称为后仿真）通常，上述过程可以在PLD / FPGA制造商提供的开发工具中完成. 编程设备din0，din1，din2，din3，din4，din5，din6和din7，输出信号分别为out2，out1，out0. 在输入信号中，din7具有最低优先级，依此类推，din0具有最高优先级. 也就是说，如果din0输入为1（即高电平），则无论随后的输入信号是什么，对应的状态都是相同的. 如果din0输入为0（即低电平），则优先级仅次于din0的din1状态. 以此类推.

因为在din0到din7中有8种状态，所以可以用3位二进制代码表示. 下表显示了8-3优先级编码器真值表. 表3-1 8-3优先级编码器真值表输入和输出din0din1din2din3din4din5din6din7out0out1out21xxxxxxx00001xxxxxx100001xxxxx0100001xxxx11000001xxx001000001xx1010000001x011000000010113.2 8-3优先级编码器的设计8-3是通过VHDL程序实现的，VHDL语言描述如下: LIBRDALL. 实体编码器ISPORT（din: IN STD_LOGIC_VECTOR（0至7）;输出: OUT STD_LOGIC_VECTOR（0至2）; EANABLE: in std_logic）; END编码器；编码器ISSIGNAL SINT的架构行为: STD_LOGIC_VECTOR（4 DOWNTO 0）; BEGINPROCESS（din）BEGINIF（EANABLE ='0'）THENIF（din（0）='1'）THEN output <=“ 000”; ELSIF（din（1）='1'）然后输出<=“ 100”; ELSIF（din（2）='1'）然后输出<=“ 010”; ELSIF（din（3）='1'）然后输出<=“ 110”; ELSIF（din（4）='1'）然后输出<=“ 001”; ELSIF（din（5）='1'）然后输出<=“ 101”; ELSIF（din（6）='1'）然后输出<=“ 011”; ELSE输出<=“ 111”;万一; ELSE输出<=“ ZZZ”;万一;结束过程；结束行为； 3.3 8-3优先级编码器的仿真与分析通过VHDL程序对8优先级编码器进行仿真后，仿真图如图2-1所示.

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