【精品】【创新实验】基于VHDL的二进制与十进制之间的相互转换.doc

【精品】【创新实验】基于VHDL的二进制与十进制之间的相互转换.doc《创新实验》
寸编程逻辑设计基确
实验题
二逬制与十逬制M间的相亙祷换
指导裁师：同克峰
小组廉灵:
十进制-二进制转换的编码器是将十进制数0、1、2、3、4、 5、6、7、8、9等十个信号编成二进制代码的电路。它的输入是 代表0〜9这个10个数符的状态信号，有效信号为1,输出是响 应的BCD码，其特点是任何吋刻只允许输入一个有效信号。
二进制-十进制转换的编码器是十-二进制转换的逆过程，它 的功能是将输入的一位BCD码译成10个高、低电平输出信号。 当输入一个BCD码时，就会在它所表示的十进制数的对应输出端 产生一个低电平有效信号。
在本次的实验中，主要使用开发软件ISE和芯片Xilinx
Spartan-II来实现二进制与十进制之间的相互转换。
一、 概述 5
1、 PLD/FPGA结构与原理 5
1） PLD/FPGA 原理
2） 杳找表（Look-Up-Table）的原理与结构
2、 开发软件与芯片 5
1） 开发软件
2） 芯片介绍
二、 算法设计原理 6
1、 十进制一二进制的转换
2、 二（BCD）—十进制的转换
三、 工程开发流程 7
（一） 工程开发流程 7
1、 设计输入
2、 综合
3、 实现
4、 验证
5、 下载
（二） 实际运用过程 9
1、 设计输入 9
1） 建立源文件
2） 输入原理图
3） 行为仿真
2、 设计实现 15
1） 吋序仿真
2） 产生报告并修改设计
3、配置或编程 17
1） 编程器件
2） 验证电路
3） 下载
四、 实验总结 20
五、 参考文献 21
一、概述
1、 PLD/FPGA结构与原理
PLD/FPGA 原理：
PLD是可编程逻辑器件(Programable Logic Device)的简称，FPGA是现场 可编程门阵列(Field Programable Gate Array)的简称，两者的功能基本相同， 只是实现原理略有不同，所以我们有吋可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻 辑器件或PLD/FPGAo
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA (Logic Cell Array)这样一个新概念，内部 包括可配置逻辑模块CLB(Configurab 1 e Logic Block)、输出输入模块IOBCInput Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。FPGA的基本特点主要 有：
>采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。
FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。
FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之
O
FPGA采用高速CHM0S工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需 要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。
加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA 进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能 够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM, PROM 编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片 FPGA,不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵 活。
杳找表(Look-Up-Table)的原理与结构
杳找表(Look-Up-Table)简称为LUT, LUT本质上就是一个RAM。目前FPGA 中多使用4输入的LUT,所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的16x1的 RAMO当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发 软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果，并把结果事先写入RAM,这样，每 输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行杳表，找出地址对应的内 容，然后输出即可。
2、 开发软件与芯片
开发软件
许多PLD公司都提供免费试用版或演示版，女口： Altera公司提供的 QuartusII (web版，X订inx公司提供的免费软件ISE WebPack, Lattice提 供的isplever Base版下载，Actel等公司也都有类似的免费软件提供。
本次实验中，使用的软件为Xilinx公司提供的ISE软件。
芯片介绍
FPGA的主要生产