VHDL入门：自顶向下设计PLD电路的方法与步骤

VHDL（Very High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种用于描述数字系统行为的高级硬件描述语言，它在电子设计自动化（EDA）领域被广泛应用，特别是针对复杂数字电路的设计和编程。本文档以宁波工程学院电子与信息工程学院郑德春教授的课程为指导，从零开始讲解如何编写VHDL程序。 首先，编写VHDL程序的基本步骤包括： 1. **打开文本编辑器**：选择合适的文本编辑器，如File > New > Text editor file，创建一个新文件用于编写VHDL代码。 2. **编写程序**：VHDL程序通常包含实体（entity）、结构体（architecture）、配置（configuration）等内容，按照VHDL的语法结构组织代码，如定义数据类型、模块、过程和子程序等。 3. **保存文件**：遵循一些关键规则：<1>确保文件名与定义的实体名称一致，以便于后续引用；<2>文件扩展名为.vhd，这是VHDL的标准文件格式；<3>避免将文件存放在根目录或桌面，推荐存储在Max2work或Maxplus2目录，或者它们的子目录中，这样有助于管理及版本控制。 文档中详细介绍了VHDL程序结构和软件操作，涵盖了数据类型、数据对象定义、并行和顺序赋值语句，以及组合和时序逻辑电路的设计。此外，还讨论了子程序、库和程序包的使用，以及CPLD（Complex Programmable Logic Device）和FPGA（Field-Programmable Gate Array）的结构和工作原理。 传统数字电路设计方法依赖于手工设计，通过逐级构建模块，然后进行连接和测试，这在大规模和复杂系统中效率低下。相比之下，EDA方法，尤其是基于PLD的自顶向下设计，强调系统级功能划分和结构设计，采用原理图和HDL（如VHDL）设计，可以提高设计效率，缩短周期，增强设计的灵活性和可仿真性。自顶向下的设计方法允许设计师在系统层次上进行仿真和测试，更容易进行修改和模块化，从而提高设计质量和复用性。 文档中回顾了数字电子技术基础知识，包括组合逻辑电路（如编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器）和时序逻辑电路（同步和异步），这些都是VHDL设计的基础。通过对比传统设计方法和EDA方法，我们可以看到后者如何利用VHDL等高级工具来简化设计过程，减少设计者的负担，并且能够更好地应对现代电子系统的需求。