VHDL数字系统设计实验教学研究

VHDL数字系统设计实验课程已建成立体化教学资源,自主开发了EDA实验平台,建成含课堂视频、实验指导视频、电子教案、网上信息发布、师生互动等的课程网站;还精心设计了实验内容,安排了由浅入深的基本模块电路设计、简单综合设计、接近工程实际的复杂设计3个层次实验;改革实验教学方法,提供全方位的实验教学指导;加强学生实验过程管理,开发并使用了现场电脑打分系统;完善有效的实验考核方案。结果表明:该一系列措施在实验教学体系建设方面取得了较好成绩,使实践课达到了教学直观和知识系统化的目的,学生普遍反映受益匪浅。

基于VHDL语言的参数化设计方法

随着FPGA制造工艺的不断进步,越来越多的应用可以在FPGA中实现。虽然用于FPGA设计的VHDL语言具有很好的可移植性,但是FPGA芯片的可用资源不尽相同,因此对设计的规模进行参数化才能实现设计的可移植及充分利用FPGA的资源。此外,同一算法在不同的应用领域中,也会需要对其规模进行改变。设计的参数化是指只需要对参数进行设定就可以自动生成相应规模设计的技术。首先提出了一种基于综合工具的VHDL参数化设计方法,其次以多路奇偶校验生成器为例,详细说明了参数化的基本过程,最后在HMMer的FPGA实现中应用所提出的方法,从而实现对运算单元数量的控制。所提出的参数化方法具有操作简单、代码变动小、无需要第三方代码支持等优点。实验表明,该方法是VHDL设计中成本小、效果好的参数化设计方案。

应用VHDL语言的FFT算法实现

针对目前数字信号处理中大量采用的FFT算法都需要软件来处理的问题,基于FFT算法的原理,采用硬件描述语言(VHDL)和现场可编程逻辑门阵列(FPGA),建立了算法逻辑的硬件模型,并编程实现其逻辑运算功能,完成了FFT算法的硬件描述.经测试表明,数字信号的处理速度提高了10％～20％,特别适用于复杂信号的频谱分析,增强了数据处理的可靠性和稳定性.

VHDL-C++翻译器设计与实现

VHDL(VHSIC(very high speed integrated circuit) hardware description language)是描述数字系统的硬件描述语言,C++是编写顺序语句程序的高级编程语言.VHDL编译型模拟器需要采用具有顺序特征的C++语句表征具有并发特征的VHDL电路设计.提出了一种面向对象的VHDL-C++翻译方法,充分利用了这两种语言的面向对象的特征,采用C++类来描述VHDL的实体、结构体及进程等元素,并通过一个C++模拟调度核心完成了用顺序语句描述并发电路的工作.通过此方法可将VHDL源描述转化为功能等价的C++代码,并在模拟调度核心的调度下,使用顺序语句模拟出数字系统并发功能,完成编译型模拟器的构造,实现VHDL的高速模拟.用这种翻译方法翻译出来的C++代码具有结构清晰、可扩充性强的特点,与模拟核心形成的编译型模拟器的模拟速度相比,解释型模拟器速度有较大提高.该方法已在模拟系统中得以成功应用.最后给出了部分试验结果,进一步说明了算法的效率和优点.

利用VHDL语言实现直接数字频率合成

介绍了DDS技术的组成原理及特点,利用VHDL语言在Altera公司的FLEX10K系列器件上实现了DDS系统,通过MAX+plusII和Matlab演示了仿真结果.

基于数据采集的VHDL带通滤波

针对纯硬件实现RC带通滤波具有很大的局限性,而HDL(硬件描述语言)具有高层次的自上而下的设计方法,为系统硬件设计提供了更大的灵活性,具有更高的通用性,能有效地缩短设计周期,减少生产成本[1]。文中简要介绍了一种VHDL实现通带为0.1s-0.4s的时域带通滤波器,该滤波器主要用于预处理数据位流,该数据位流是由同步数据传输延时补偿网络采集到的。为便于利用计算机进行1.5μs在线时序仿真,文中给出了通带为0.1μs-0.4μs的时域等效带通滤波时钟的VHDL设计实例,并利用时序矢量仿真波形初步分析了抖动容限[2],从而证实了该实例的正确与合理性。

VHDL在CCD驱动电路中的应用

CCD技术被广泛用于非接触式测量,具有广阔的发展前景。介绍了CCD的结构和工作原理,对TCD 1206UD型号的CCD的工作时序做了分析。同时,介绍了CCD驱动时序的VHDL源代码。最后列出采用VHDL制作CCD工作时序的方法,基于这种方法把它用于光学三角法的激光测微头。

基于VHDL的交通灯控制器的程序设计

基于VHDL语言的交通灯控制器的设计用于模拟路口的红黄绿交通灯的变化过程。该设计可以分为时钟分频、红绿灯状态转换及3种状态译码、数码管动态扫描和数码管显示4个模块,是一个综合性的EDA实验项目。时钟分频模块用于将20 MHz的时钟分为1 Hz的倒计时时钟信号和大于100 Hz的动态扫描时钟信号。文章介绍了VHDL语言的模块化程序设计思想和交通灯的设计思路,并分别编写了4个模块的VHDL程序以及顶层模块的程序,对程序进行了编译并实现了硬件仿真。

一种新Turbo码交织器的VHDL设计

介绍了Turbo码和交织技术,分析了几种常用交织算法的特点。根据组合交织器的设计思路,提出了隔行写入螺旋式交织方案。利用硬件描述语言(VHDL)编程设计了这种交织器的电路,并给出了仿真结果。

VHDL应用于专用集成电路功能仿真的研究

研究了如何对一个ASIC系统(以8051微控制器为例)应用VHDL进行功能仿真的方法,在ACTIVE VHDL软件环境下应用该语言编制了8051微控制器的功能仿真程序并进行了测试。测试结果表明该程序运行是正确的。本文给出的方法在ASIC的高层次设计上迈出了重要的一步,在工程实践中具有广泛的应用价值。

VHDL应用于专用集成电路功能仿真的研究

分析了超高速集成电路硬件描述语言 ( VHDL)在专用集成电路高层次设计方法上的重要作用 ,指出该语言进行电子设计的主要优势是 :可以使设计人员在设计的每个层次 (行为级、寄存器传输级、门级 )进行仿真和综合 .应用该语言对专用集成电路 (以 80 5 1微控制器为例 )进行了功能仿真 ,提出了下一时间仿真方法 .在 ACTIVE- VHDL软件环境下编制了 80 5 1微控制器的功能仿真程序 ,通过测试 ,该程序的功能仿真是正确的 .

基于VHDL语言的可置数十位计数器的设计

介绍了基于Lattice公司开发的ISPexpert软件,利用EDA技术对可置数十位计数器,应用VHDL语言进行电路设计的过程。

EMCCD时序发生器的VHDL设计

具有电子倍增功能的CCD图像传感器在微光探测与成像领域获得了极大的成功。分析了该TC285SPD EMCCD用于微光成像时的控制要求,并结合模拟前端信号处理器AD9845B的时序控制要求,采用VHDL语言进行编程,实现了对该EMCCD的驱动控制。详细介绍了EMCCD时序发生器的VHDL设计方法和实现过程,在QuartusII环境下给出了系统的仿真结果,并对结果进行了分析讨论。

基于VHDL语言实现FPGA设计

介绍采用 VHDL语言在现场可编程门阵列器件 ( FPGA)上实现通用芯片 82 5 5的设计 ,并简要介绍 82 5 5的结构 ,给出 VHDL语言设计程序。

主线实验教学法研究及其在VHDL程序设计课程中的应用

现有的不少实验课程中,练习实验普遍存在着零散、不系统的缺憾。为了让同学们在有限的课程实验中更好地得到系统地训练,主线实验教学法将一系列高度系统化的实验练习衔接起来,途径各个阶段性小实验,最后完成终极实验。整个实验流程具有很强的目的性和循序渐进性,各个子项之间环环相扣,承前启后。通过在本科课程VHDL程序设计中近两年来的教学测试,与原来的传统教学方法成效相比,采用主线实验的教学方法能够大大地提高同学们学习的主动性,层层递进的阶段实验使大家一直保持着学习的动力与激情,解决问题式的实验要求又能够培养创新意识。同时,终极实验的完成也带来很强的学习成就感。

HDB_3编译码器的优化设计与实现

针对现有HDB3(三阶高密度双极性)编码器中存在编码复杂、输出延时长等缺陷,提出了一种基于分组编码、统一极性判断和位置极性判断的HDB3编码器快速设计方法,并相应提出了基于极性判别的快速译码设计方法,避免了译码过程中的取代节检测.在QuartusⅡ5.1下的仿真结果表明,提出的编译码方法具有消耗资源少、工作速度快的优点,与现有方法相比,编码和译码占用的逻辑单元数分别减少25%和40%,扇出数分别减少29.4%和50.9%.经实际测试,编译码器功能正确,可用于实际电路中.

基于FPGA的音频芯片输出控制设计

研究使用VHDL对FPGA进行编程并控制wm8731音频解码芯片将数字音频信号转换为模拟音频信号输出。通过对wm8731芯片的数字音频信号输入时序和控制信号时序的研究,达到对wm8731芯片进行控制及模拟音频信号输出的控制。实验结果表明,本设计可以达到控制wm8731进行音频信号的数模转换的功能。

采用FPGA技术实现DDA插补算法的研究

在Xilinx ISE开发平台上,运用硬件描述语言VHDL设计了DDA直线插补程序与DDA圆弧插补程序,并使用ModelSIM6.1进行功能仿真,选用Xilinx公司Spartan-3E系列的器件进行下载配置,硬化实现了DDA插补算法。

基于FPGA的电脑横机控制器PC104总线接口设计

针对电脑横机编织需要可靠的数据交换,提出一种新型控制器,由工控机和FPGA主控板构成,通过PC104总线进行数据传输.主控板由SpartanTM-3系列FPGA、配置PROM、双向电平转换器等构成,介绍了用VHDL语言描述的FPGA内的PC104接口逻辑,给出了程序代码,经编译、综合、下载后,通过逻辑分析仪测量了总线数据读取时序,时序图表明该接口工作稳定.实际应用也证明,该接口体积小,性价比高,并可移植.

高精度中频双极性PWM信号发生器的FPGA实现

针对DSP芯片的PWM驱动信号精度与载波频率不能兼顾的矛盾,提出了一种基于FPGA器件的高精度中频双极性PWM信号发生器,该PWM信号发生器采用VHDL语言予以实现,具有集成度高、抗干扰能力强、中频范围内频率可调而不改变PWM精度的特点。仿真结果表明在中频范围内,该PWM信号发生器可以方便的改变PWM驱动信号频率,而其精度不会变化。在长脉冲激光驱动电路中实验中,该PWM信号发生器很好地解决了PWM精度与频率之间的矛盾,并具有较强的抗干扰能力。