VHDL设计：数字系统与状态机实现

“数字系统的VHDL设计课件” 在数字系统设计中，VHDL（Very High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种强大的硬件描述语言，用于描述数字逻辑系统的结构和行为。本课件主要探讨了如何使用VHDL进行数字系统的VHDL设计。 首先，我们看到一个VHDL实体`cnt10b`的定义，它是一个4位的计数器。实体声明了三个端口：`clr`（清零输入），`Clk`（时钟输入），以及`Cnt`（4位计数器输出）。`cnt10b`的架构`actv`包含了一个进程，这个进程是VHDL中的时间控制结构，用来处理时序逻辑。在这个进程中，它等待时钟边沿（`clk'EVENT AND clk='1'`），并根据`clr`和`cnt`的值来决定计数器的行为。如果`clr`为高电平（'1'）或者计数器已达到最大值“1001”（即9），则计数器会被复位到“0000”。否则，计数器会自增1。 接着，课件提到了状态机的设计。在状态机中，`current_state`和`next_state`是关键的反馈信号。这两个信号分别代表当前状态和下一次要进入的状态。当状态机运行时，通过反馈机制，`current_state`存储当前的运行状态，而`next_state`则根据一定的规则（如状态转移表）译码出下一个状态。在示例中，定义了类型`m_state`，包含了多个状态（st0到st5），并且有两个信号`present_state`和`next_state`来表示这些状态。 接下来，我们看到另一个实体`s_machine`，它也是一个状态机，但这次定义了状态类型`FSM_ST`（包括s0, s1, s2, s3四个状态），并使用`current_state`和`next_state`作为该类型的数据。在`REG`进程中，检查了异步复位`reset`和时钟`clk`的边沿，根据这两个信号来更新`current_state`的值。 本课件主要涵盖了以下知识点： 1. VHDL实体和架构的概念及其应用，例如`cnt10b`计数器的定义。 2. 进程（PROCESS）的使用，特别是在处理时钟边沿触发的事件。 3. 数字逻辑中的清零（clr）和计数操作。 4. 状态机设计，包括状态变量和状态转移。 5. 异步复位和时钟同步的操作。 6. 自定义数据类型（如`m_state`和`FSM_ST`）在VHDL中的应用。 通过学习这些内容，学生可以掌握用VHDL设计数字系统的基本方法，包括组合逻辑和时序逻辑的设计，并能够构建和理解复杂的状态机行为。