VHDL三八译码器和多路复用器的仿真.docx

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VHDL三八译码器和多路复用器的仿真

数字电路课程设计实验报告

实验名称：

实验二（译码器和多路复用器）

实验日期：

2014年4月21日

小组序号：

5号

实验人员姓名：

谭文（组长）学号：

2012059020014

阿卜杜凯尤木（组员）学号：

2012059020001

邓广源（组员）学号：

2012059020002

杨仕杰（组员）学号：

2012059020016

辅导老师：

周鹰

一：

实验内容

该试验共包含两部分，第一部分为译码器喷水阀控制器设计，第二部分为多路复用器计算机数据总线设计。

实验过程分为两部分第一部分设计指导；第二部分独立设计。

第一部分：

喷水阀控制器设计

自动草坪洒水系统控制水阀的开与关。

自动洒水系统必须支持几个不同的区域，如后院，左边右边院子等。

一次只打开一个区域的阀门开关以保证在喷淋区有足够的水压。

在设计中设计一个支持多达8个区域的喷水系统。

请注意，一个典型的自动喷水系统由一个小微控制器（单片机）控制，它设定一个程序只在一天的特定时间特定时段打开或关闭某个阀，该系统也提供了一个禁用所有阀门的装置。

第二部分：

电脑数据总线设计

在这项任务中，将在数据总线单总线中设计一个4×1多路复用器将控制数据流，并研究其基本性质。

该技术可以实现，例如，部分串行通信与多个外围设备只使用一个微控制器输出引脚。

二、分析与设计

实验一：

通过设计一个三八译码器来实现题目要求（通过原理图和代码编写两种输入方式）

假设一个处理器仅有四个输出引脚来，那它可以（用“使能”开关）控制3x8译码器工作。

图2.自动草坪洒水系统连接

单片机有一个引脚说明系统是否有效（启用）和其他三个引脚表明二进制数的一个阀门被打开。

该系统是一个组合逻辑电路，4个输入：

E（使能端）和A，B，C（有效区域内的的二进制值），和8个输出d7，……，d0（阀控制值）。

实验二：

设计一个多路复用器的简单模型研究基本性质。

（通过原理图和代码编写两种输入方式）

三、实验过程记录

实验一：

38译码器的设计

（1）采用原理图方法进行仿真

1.1由实验开始时的分析可以初步得到3x8译码器的原理图，并在XilinxISE上进行仿真

1.2在初步对仿真电路进行检查后，确认没有问题，进行仿真。

1.3在确定电路没有问题后，进行VHDLTESTBENCH程序编写

这里定义了一个输入激励，从而检测编写的程序是否符合我们的要求

1.4进行仿真，观察仿真结果。

实现题目要求。

（2）采用VHDL代码输入方式，在以后的大型设计中，原理图已经不能满足需求。

所以大都采用编写代码的设计方法.

2.1创建工程，添加VHDLmodule文件，根据设计需求添加端口定义：

代码编写完毕无误后，进行综合，剩余步骤与前面原理图输入方式一样，不再叙述。

实验二：

多路复用器的设计

（1）采用原理图方法进行仿真

1.1设计多路复用器的原理图

1.2综合编译无误后，进行行为仿真。

1.3添加测试脚本，进行仿真。

1.4进行仿真，观察波形

达到设计目的。

（2）采用VHDL代码输入方式，贴出代码如下：

1.1

1.2综合无误，添加测试脚本，进行仿真，与前面原理图输入一样。

四、实验结果讨论

在仿真的过程中，由于采用了VHDL的输入方式，在编写过程中出现了不少语法错误的现象，在通过系统自检错误之后，我们准确的找到了错误的来源，在翻看VHDL语言的相关书籍之后，我们改正了这些错误，有些不明白的细节问题也请教老师或者同学而解决了。

这对于我们刚刚接触VHDL的人来说，算是一个很好的开端，以便我们更深入的了解VHDL。

问题一：

原理图输入和VHDL输入各有什么特点

原理图输入与VHDL输入。

原理图输入不同于VHDL输入方式，不需要了解复杂的语法知识，对于简单的逻辑电路而言，原理图输入显得简单，并且容易检查出错误来；而对于相对复杂的逻辑电路，可能单纯的原理图输入会显得复杂且繁琐，连线的密集也使布线与纠错难度增加，而VHDL不会出现这种情况。

且在较为复杂的工程应用当中，简单的原理图输入已经不能满足实际的需求，就必须通过VHDL输入实现。

总结起来，VHDL共有8种特点

（1）数据类型丰富，既支持预定义数据类型，又支持用户自定义数据类型；VHDL是强类型语言，设计安全性好。

（2）既有一般语言的顺序语句，又表现硬件并行行为的并发语句

（3）支持从系统级到门级电路的描述，同时也支持多层次的混合描述；描述形式可以是结构描述，或数据流描述

（4）既支持自底而上的设计，也支持自顶向下的设计；既支持模块化设计，也支持层次化设计；支持过程与函数

（5）既支持传输延时，也支持惯性延时

（6）VHDL语言的设计实体、包集合和设计库，为设计人员重复利用自己或他人的设计提供了技术手段

（7）VHDL的类属提供了向设计实体传送环境信息的能力

（8）VHDL可以在多种EDA工具环境下运行，通用性及兼容性好

问题二：

仿真信号的输入如何确定才能证明设计的正确与否

在设计之初，对于给定输入的预期输出结果，写出了相应的真值表，在设计完成进行仿真的过程中，可以根据仿真的结果与预期相比较，则可以确定设计的正确性。

在给测试脚本添加激励的时候，激励应该把所有的输入情况都遍历一边，这样才能完整的分析电路的完整性。

问题三：

仿真中有静态冒险吗？

译码输入存在风险吗？

在仿真的时候并没有发现静态冒险，译码器输入存在风险，但从一个数切换到另一个数的时候，冒险就有可能发生。

问题四：

如何在总线设计中体现三态结构

三态电路是一种重要的总线接口电路。

三态，是指它的输出既可以是一般二值逻辑电路的正常的“0”状态和“1”状态，又可以保持特有的高阻抗状态，第三种状态——高阻状态的门电路。

处于高阻抗状态时，其输出相当于断开状态，没有任何逻辑控制功能。

三态电路的输出逻辑状态的控制，是通过一个输入引脚实现的。

当G为低电平输入时，三态电路呈现正常的“0”或“1”的输出；当G为高电平输入时，三态电路给出高阻态输出。

所以，通过设计一个三态门端口，就轻松的在总线上体现了三态结构，用VHDL比较容易的实现了。