開(kāi)封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 侯 靜

1.引言

EDA是將數(shù)字系統(tǒng)以某一種特定的表達(dá)方式輸入計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行處理，經(jīng)由綜合，仿真，下載到目標(biāo)芯片，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的智能化設(shè)計(jì)技術(shù)。其中輸入文件的種類(lèi)眾多，有原理圖輸入法、硬件描述語(yǔ)言輸入法、狀態(tài)圖輸入法、波形輸入法等。

硬件描述語(yǔ)言（HDL）是EDA技術(shù)的重要組成部分，是設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)的重要表達(dá)手段，和原理圖輸入法，波形輸入法相比，具有靈活度高，易于修改、升級(jí)，方便調(diào)用，庫(kù)資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。常見(jiàn)的HDL主要有VHDL、Verilog HDL、ABEL、AHDL等，其中標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言VHDL、Verilog使用最廣泛，可以被幾乎所有的EDA工具支持。

可變模計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的一種電路模塊，本文討論了一種基于VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的可變模計(jì)數(shù)器的EDA設(shè)計(jì)方案，采用FPGA芯片作為設(shè)計(jì)載體，F(xiàn)PGA具有在線(xiàn)可重構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，如需對(duì)計(jì)數(shù)器的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行修改，只需修改源程序中的相應(yīng)參數(shù)，重新進(jìn)行編譯、仿真、配置即可，使得系統(tǒng)本身靈活性好，便于升級(jí)和維護(hù)。

2.可變模計(jì)數(shù)器的功能指標(biāo)

本文設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器為5位輸出可變模計(jì)數(shù)器，采用兩位控制信號(hào)選擇計(jì)數(shù)的模值，因此可進(jìn)行四種模值的切換。計(jì)數(shù)器在工作時(shí)，可以通過(guò)控制信號(hào)m[1∶0]的值選擇相應(yīng)的模值m，計(jì)數(shù)時(shí)，在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，從0計(jì)到m-1，然后自動(dòng)歸零循環(huán)計(jì)數(shù)。在本設(shè)計(jì)中，輸出端口為5位，可以實(shí)現(xiàn)模小于等于32的計(jì)數(shù)應(yīng)用。如果需要增可選擇模值的數(shù)量，只需要增加選擇控制信號(hào)位數(shù)即可。隨著模值的增大，還可以相應(yīng)增加輸出端口信號(hào)的位數(shù)來(lái)對(duì)應(yīng)。

3.可變模計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)方案

在本設(shè)計(jì)中，采用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行源程序的設(shè)計(jì)，源程序由實(shí)體和結(jié)構(gòu)體兩個(gè)部分組成，在實(shí)體中定義了系統(tǒng)的輸入輸出端口，在結(jié)構(gòu)體中行描述了計(jì)數(shù)器的邏輯功能。令兩位控制信號(hào)分別為m1、m0，計(jì)數(shù)脈沖為clk輸入時(shí)鐘信號(hào)，計(jì)數(shù)值輸出為5位二進(jìn)制信號(hào)y。假設(shè)當(dāng)控制信號(hào)m[1∶0]=0時(shí)，進(jìn)行模19計(jì)數(shù)；m[1∶0]=1時(shí)，進(jìn)行模4計(jì)數(shù)；m[1∶0]=2時(shí)，進(jìn)行模10計(jì)數(shù)；m[1∶0]=3時(shí)，進(jìn)行模6計(jì)數(shù).該程序通過(guò)信號(hào)傳遞參數(shù)，如果想修改計(jì)數(shù)器的功能指標(biāo)，只需要修改源程序中相應(yīng)的端口參數(shù)和信號(hào)參數(shù)即可，修改設(shè)計(jì)非常方便、靈活。采用VHDL描述的源程序如下：

以上源程序在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下通過(guò)綜合和適配，將行為和功能的高層次表達(dá)轉(zhuǎn)換為門(mén)電路的低層次表達(dá)，最終在硬件上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

4.可變模計(jì)數(shù)器的編譯與仿真結(jié)果

將編寫(xiě)好的源程序與實(shí)體名variable_m同名保存在工程項(xiàng)目路徑下，文件名后綴為.vhd。本設(shè)計(jì)采用的芯片是Altera公司的Flex10k系列FPGA芯片EPF10K30ETC144-1，源文件通過(guò)編譯后系統(tǒng)的提示編譯成功，如圖1所示。

建立波形仿真文件，設(shè)置控制信號(hào)m[1∶0]的值分別為0和，2，在仿真窗口觀察仿真波形，仿真結(jié)果正確。仿真波形見(jiàn)圖2、圖3。

圖1

圖2

圖3

5.結(jié)束語(yǔ)

在本文編寫(xiě)的源程序中，輸出端口y的范圍定義為0到20，是由于計(jì)數(shù)的模最大設(shè)置為19的緣故，這個(gè)定義在源程序編譯后，會(huì)由編譯器自動(dòng)生成一個(gè)5位二進(jìn)制的輸出端口，即實(shí)際的輸出端計(jì)數(shù)范圍是0到31，而源程序中設(shè)定的計(jì)數(shù)模最大不能超過(guò)32。如果需要增加計(jì)數(shù)模的值，在定義端口y的時(shí)候，就要增大y的輸出范圍，而系統(tǒng)進(jìn)行編譯的時(shí)候會(huì)自動(dòng)生成相應(yīng)位數(shù)的輸出端口，從這點(diǎn)來(lái)看，VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)的靈活性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于原理圖輸入法、狀態(tài)圖輸入法、波形輸入法。

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