Kts cac bt giai san ve vhdl 2011

4,474 views

Published on

Các bài tập giải sẵn vhdl

0 Comments
4 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
4,474
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
4
Actions
Shares
0
Downloads
224
Comments
0
Likes
4
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Kts cac bt giai san ve vhdl 2011

  1. 1. ĐHBK Tp HCM–Khoa ĐĐT–BMĐTMôn học: Kỹ thuật sốGVPT: Hồ Trung Mỹ Bài tập giải sẵn về VHDL (AY1112-S1) (Các mã VHDL đã được chạy thử trên Altera MaxplusII v10.2)1. Viết mã VHDL để đếm số bit 1 của số nhị phân 3 bit A với các cách sau: a) Dùng mô hình hành vi b) Dùng mô hình luồng dữ liệu c) Lệnh case-when d) Dùng mô hình cấu trúcBài giải. Với yêu cầu của đề bài, ta có được bảng chân trị sau: Ngõ vào Ngõ ra A2 A1 A0 C1 C0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1Phần đầu dùng thư viện IEEE và khai báo entity thì giống nhau cho các cách:TD: Với khai báo của cách 1:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity ONES_CNT_EX1 isport ( A : in std_logic_vector(2 downto 0); C : out std_logic_vector(1 downto 0));end ONES_CNT_EX1; a) Mô hình hành vi:architecture Algorithmic of ONES_CNT_EX1 isbeginProcess(A) -- Sensitivity List Contains only Vector A Variable num: INTEGER range 0 to 3; begin num :=0; For i in 0 to 2 Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 1
  2. 2. Loop IF A(i) = 1 then num := num+1; end if; end Loop;---- Transfer "num" Variable Value to a SIGNAL-- CASE num is WHEN 0 => C <= "00"; WHEN 1 => C <= "01"; WHEN 2 => C <= "10"; WHEN 3 => C <= "11"; end CASE; end process;end Algorithmic;Dạng sóng mô phỏng hoạt động:Chú ý: Có cách giải khác trong thí dụ của MaxplusII: -- MAX+plus II VHDL Example -- Combinatorial Process Statement -- Copyright (c) 1994 Altera Corporation ENTITY proc IS PORT ( d : IN BIT_VECTOR (2 DOWNTO 0); q : OUT INTEGER RANGE 0 TO 3 ); END proc; ARCHITECTURE maxpld OF proc IS BEGIN -- count the number of bits with the value 1 in word d PROCESS (d) VARIABLE num_bits : INTEGER; BEGIN Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 2
  3. 3. num_bits := 0; FOR i IN dRANGE LOOP IF d(i) = 1 THEN num_bits := num_bits + 1; END IF; END LOOP; q <= num_bits; END PROCESS; END maxpld; b) Mô hình luồng dữ liệu architecture Two_Level of ONES_CNT_EX2 is begin C(1) <= (A(1) and A(0)) or (A(2) and A(0)) or (A(2) and A(1)); C(0) <= (A(2) and not A(1) and not A(0)) or (not A(2) and not A(1) and A(0)) or (A(2) and A(1) and A(0)) or (not A(2) and A(1) and not A(0)); end Two_Level;Dạng sóng mô phỏng hoạt động: c) Lệnh case-when Process(A) -- Sensitivity List Contains only Vector A begin CASE A is WHEN "000" => C <= "00"; WHEN "001" => C <= "01"; WHEN "010" => C <= "01"; WHEN "011" => C <= "10"; WHEN "100" => C <= "01"; WHEN "101" => C <= "10"; WHEN "110" => C <= "10"; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 3
  4. 4. WHEN "111" => C <= "11"; WHEN OTHERS => C <="ZZ"; end CASE; end process; end Truth_Table; d) Dùng mô hình cấu trúc Có nhiều cách giải cho phần này. Từ bảng chân trị ta có biểu thức Boole cho các ngõ ra: C1 = A1A0 + A0A2 + A1A2 + A0A1A2 C1 = A1A0 + A0A2 + A1A2 => cần AND 2 ngõ vào và OR 3 ngõ vào và C0 = A2’A1’A0 + A2’A1A0’ + A2A1’A0’ + A2A1A0 C0 = ((A2’A1’A0)’.( A2’A1A0’)’ .(A2A1’A0’)’.(A2A1A0)’)’ => Cần NAND 3 ngõ vào, NAND 4 ngõ vào và cổng NOT Mạch cho C1 được đặt tên là MAJ3 và mạch cho C0 được đặt tên là OPAR3. Từ đó có bài giải sau:----------------- NOT gate -----------------------LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY notgate IS PORT( i: IN STD_LOGIC; o: OUT STD_LOGIC);END notgate;ARCHITECTURE Dataflow OF notgate ISBEGIN o <= NOT i;END Dataflow;----------------- 3-input NAND gate ---------------LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY nand3gate ISPORT( i1, i2, i3: IN STD_LOGIC; o: OUT STD_LOGIC);END nand3gate;ARCHITECTURE Dataflow OF nand3gate ISBEGIN o <= NOT(i1 AND i2 AND i3);END Dataflow;----------------- 4-input NAND gate ---------------LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY nand4gate IS Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 4
  5. 5. PORT( i1, i2, i3, i4: IN STD_LOGIC; o: OUT STD_LOGIC);END nand4gate;ARCHITECTURE Dataflow OF nand4gate ISBEGIN o <= NOT(i1 AND i2 AND i3 AND i4);END Dataflow;----------------- 2-input AND gate ---------------LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY and2gate ISPORT( i1, i2: IN STD_LOGIC; o: OUT STD_LOGIC);END and2gate;ARCHITECTURE Dataflow OF and2gate ISBEGIN o <= i1 AND i2;END Dataflow;----------------- 3-input OR gate ----------------LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY or3gate ISPORT( i1, i2, i3: IN STD_LOGIC; o: OUT STD_LOGIC);END or3gate;ARCHITECTURE Dataflow OF or3gate ISBEGIN o <= i1 OR i2 OR i3;END Dataflow;----------------- Majority of 3 bit number----------------LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;entity MAJ3 is PORT( X: in STD_LOGIC_VECTOR(2 downto 0); Z: out STD_LOGIC);end MAJ3;architecture Structural_M of MAJ3 isCOMPONENT and2gate PORT( I1, I2: in STD_LOGIC; -- Declare Components O: out STD_LOGIC); -- To Be Instantiated Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 5
  6. 6. END COMPONENT;COMPONENT or3gate PORT(I1, I2, I3: in STD_LOGIC; O: out STD_LOGIC);END COMPONENT;--SIGNAL A1, A2, A3: STD_LOGIC; -- Declare Maj3 Local Signalsbegin-- Instantiate Gates g1: and2gate PORT MAP (X(0), X(1), A1); g2: and2gate PORT MAP (X(0), X(2), A2); -- Wiring of g3: and2gate PORT MAP (X(1), X(2), A3); -- Maj3 g4: or3gate PORT MAP (A1, A2, A3, Z); -- Compts.end Structural_M;------------------OPAR3 Circuit------------------------------LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;entity OPAR3 is PORT( X: in STD_LOGIC_VECTOR(2 downto 0); Z: out STD_LOGIC);end OPAR3;architecture Structural_O of OPAR3 isCOMPONENT notgate PORT( i: in STD_LOGIC; O: out STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT nand3gate PORT( I1, I2, I3: in STD_LOGIC; O: out STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT nand4gate PORT( I1, I2, I3, I4: in STD_LOGIC; O: out STD_LOGIC);END COMPONENT;-- SIGNAL A1B, A2B, A0B, Z1, Z2, Z3, Z4: STD_LOGIC;begin-- Instantiate Gates g1: notgate PORT MAP (X(0), A0B); g2: notgate PORT MAP (X(1), A1B); g3: notgate PORT MAP (X(2), A2B); g4: nand3gate PORT MAP (X(2), A1B, A0B, Z1); g5: nand3gate PORT MAP (X(0), A1B, A2B, Z2); g6: nand3gate PORT MAP (X(0), X(1), X(2), Z3); g7: nand3gate PORT MAP (X(1), A2B, A0B, Z4); Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 6
  7. 7. g8: nand4gate PORT MAP (Z1, Z2, Z3, Z4, Z);end Structural_O;-----------------ONES_CNT_EX4: Main Circuit------------LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;entity ONES_CNT_EX4 isport ( A : in STD_LOGIC_VECTOR(2 downto 0); C : out STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0));end ONES_CNT_EX4;architecture Structural of ONES_CNT_EX4 isCOMPONENT MAJ3 PORT( X: in STD_LOGIC_VECTOR(2 downto 0); Z: out STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT OPAR3 PORT( X: in STD_LOGIC_VECTOR(2 downto 0); Z: out STD_LOGIC);END COMPONENT;--begin-- Instantiate Components-- c1: MAJ3 PORT MAP (A, C(1)); c2: OPAR3 PORT MAP (A, C(0));end Structural;Dạng sóng ra mô phỏng:Chú ý:Ta có thể sử dụng luôn các component có sẵn của Altera MaxplusII. Tuy nhiên lưu ý phải khaibáo component đúng với khai báo của Altera MaxplusII!Các cổng logic của Maxplus II có các khai báo sau: 1) Cổng NOT với tên là A_NOT có khai báo sau: COMPONENT a_not PORT( a_in: in STD_LOGIC; a_out: out STD_LOGIC); END COMPONENT; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 7
  8. 8. 2) Cổng AND có thể có n ngõ vào (ANDn) với n=2, 3, 4, 6, 8 và 12. TD: Khai báo sau cho cổng AND có 2 ngõ vào: COMPONENT and2 PORT( IN1, IN2: in STD_LOGIC; a_out: out STD_LOGIC); END COMPONENT; 3) Cổng OR có thể có n ngõ vào (ORn) với n=2, 3, 4, 6, 8 và 12. TD: Khai báo sau cho cổng OR có 2 ngõ vào: COMPONENT or3 PORT(IN1, IN2, IN3: in STD_LOGIC; a_out: out STD_LOGIC); END COMPONENT; 4) Cổng NAND có thể có n ngõ vào (NANDn) với n=2, 3, 4, 6, 8 và 12. 5) Cổng NOR có thể có n ngõ vào (NANDn) với n=2, 3, 4, 6, 8 và 12. 6) Cổng XOR 2 ngõ vào có tên là a_XOR với khai báo sau: COMPONENT a_xor PORT(IN1, IN2: in STD_LOGIC; a_out: out STD_LOGIC); END COMPONENT; 7) Cổng XNOR 2 ngõ vào có tên là a_XNORNhư vậy ta có lời giải khác ngắn hơn nếu sử dụng các component có sẵn của Maxplus II: ----- Use built-in components of MaxplusII ----------------- Majority of 3 bit number---------------- LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity MAJ3 is PORT( X: in STD_LOGIC_VECTOR(2 downto 0); Z: out STD_LOGIC); end MAJ3; architecture Structural_M of MAJ3 is COMPONENT and2 PORT( IN1, IN2: in STD_LOGIC; -- Declare Components a_out: out STD_LOGIC); -- To Be Instantiated END COMPONENT; COMPONENT or3 PORT(IN1, IN2, IN3: in STD_LOGIC; a_out: out STD_LOGIC); END COMPONENT; -- SIGNAL A1,A2,A3: STD_LOGIC; -- Declare Maj3 Local Signals begin -- Instantiate Gates g1: and2 PORT MAP (X(0), X(1), A1); g2: and2 PORT MAP (X(0), X(2), A2); -- Wiring of g3: and2 PORT MAP (X(1), X(2), A3); -- Maj3 Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 8
  9. 9. g4: or3 PORT MAP (A1, A2, A3, Z); -- Compts.end Structural_M;------------------OPAR3 Circuit---------------------------LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;entity OPAR3 is PORT( X: in STD_LOGIC_VECTOR(2 downto 0); Z: out STD_LOGIC);end OPAR3;architecture Structural_O of OPAR3 isCOMPONENT a_not PORT( a_in: in STD_LOGIC; a_out: out STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT nand3 PORT( IN1, IN2, IN3: in STD_LOGIC; a_out: out STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT nand4 PORT( IN1, IN2, IN3, IN4: in STD_LOGIC; a_out: out STD_LOGIC);END COMPONENT;-- SIGNAL A1B, A2B, A0B, Z1, Z2, Z3, Z4: STD_LOGIC;begin-- Instantiate Gates g1: a_not PORT MAP (X(0), A0B); g2: a_not PORT MAP (X(1), A1B); g3: a_not PORT MAP (X(2), A2B); g4: nand3 PORT MAP (X(2), A1B, A0B, Z1); g5: nand3 PORT MAP (X(0), A1B, A2B, Z2); g6: nand3 PORT MAP (X(0), X(1), X(2), Z3); g7: nand3 PORT MAP (X(1), A2B, A0B, Z4); g8: nand4 PORT MAP (Z1, Z2, Z3, Z4, Z);end Structural_O;-----------------ONES_CNT_EX4: Main Circuit------------LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;entity ONES_CNT_EX4B isport ( A : in STD_LOGIC_VECTOR(2 downto 0); C : out STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0));end ONES_CNT_EX4B;architecture Structural of ONES_CNT_EX4B is Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 9
  10. 10. COMPONENT MAJ3 PORT( X: in STD_LOGIC_VECTOR(2 downto 0); Z: out STD_LOGIC); END COMPONENT; COMPONENT OPAR3 PORT( X: in STD_LOGIC_VECTOR(2 downto 0); Z: out STD_LOGIC); END COMPONENT; -- begin -- Instantiate Components c1: MAJ3 PORT MAP (A, C(1)); c2: OPAR3 PORT MAP (A, C(0)); end Structural;2. Với mạch tổ hợp sau:Hãy viết mã VHDL với các cách sau (không thiết kế riêng mạch giải mã, mà chỉ cài đặt hàmF): 1) Lệnh đồng thời với phép gán dùng các toán tử logic 2) Lệnh đồng thời WHEN-ELSE 3) Lệnh đồng thời WITH-SELECT-WHEN 4) Lệnh tuần tự IF-THEN-ELSE 5) Lệnh tuần tự CASE-WHENBài giải. 1) Lệnh đồng thời với phép gán dùng các toán tử logic --- signal assignment with logic operators library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity Q02_1 is port ( A, B, C: in std_logic; -- C: LSB F: out std_logic); end Q02_1; architecture a of Q02_1 is signal D1, D5, D7: std_logic; begin D1 <= not(A) and not(B) and C; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 10
  11. 11. D5 <= A and not(B) and C; D7 <= A and B and C; F <= D1 or D5 or D7; end a;2) Lệnh đồng thời WHEN-ELSE --- signal assignment with WHEN-ELSE library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity Q02_2 is port( A, B, C: in std_logic; -- C: LSB F: out std_logic); end Q02_2; architecture a of Q02_2 is signal ABC: std_logic_vector(2 downto 0); begin ABC <= A&B&C; F <= 1 when ABC="001" or ABC="101" or ABC ="111" else 0; end a;3) Lệnh đồng thời WITH-SELECT-WHEN --- signal assignment with WITH-SELECT-WHEN library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity Q02_3 is port( A, B, C: in std_logic; -- C: LSB F: out std_logic); end Q02_3; architecture a of Q02_3 is signal ABC: std_logic_vector(2 downto 0); begin ABC <= A&B&C; with ABC select F <= 1 when "001" | "101" | "111", 0 when others; end a; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 11
  12. 12. 4) Lệnh tuần tự IF-THEN-ELSE --- signal assignment with IF-THEN-ELSE library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity Q02_4 is port( A, B, C: in std_logic; -- C: LSB F: out std_logic); end Q02_4; architecture a of Q02_4 is signal ABC: std_logic_vector(2 downto 0); begin ABC <= A&B&C; process(ABC) begin if (ABC= "001" or ABC = "101" or ABC ="111") then F <= 1; else F <= 0; end if; end process; end a;5) Lệnh tuần tự CASE-WHEN--- signal assignment with CASE-WHENlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity Q02_5 isport( A, B, C: in std_logic; -- C: LSB F: out std_logic);end Q02_5;architecture a of Q02_5 is signal ABC: std_logic_vector(2 downto 0);begin ABC <= A&B&C; process(ABC) begin case (ABC) is when "001" | "101" | "111" => F <= 1; when others => F <= 0; end case; end process;end a; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 12
  13. 13. 3. Hãy vẽ mạch logic tương ứng (không đơn giản hóa hàm Boole và có thể sử dụng các thànhphần tổ hợp cơ bản như cổng logic, mux, decoder, FA, HA, …) của mã VHDL sau: library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity blackbox is port( a, b, cin: in std_logic; inst: in std_logic_vector(2 downto 0); F, cout: out std_logic); end blackbox; architecture bg of blackbox is signal s0, s1, s2, s3, s4 : std_logic; --signal command : std_logic_vector(1 downto 0); begin s0 <= a and s4; s1 <= a or s4; s2 <= a xor s4; s3 <= a xor s4 xor cin; cout <= (a and s4) or ( s4 and cin) or (a and cin); U1: process(inst) begin case(inst(2 downto 1)) is when "00" => F <= s0; when "01" => F <= s1; when "10" => F <= s2; when others => F <= s3; end case; end process; U2: process(inst) begin if (inst(0) = 0) then s4 <= b; else s4 <= not b; end if; end process; end bg;Bài giải.Ta thấy 2 phép gán sau : s3 <= a xor s4 xor cin; cout <= (a and s4) or ( s4 and cin) or (a and cin);nhằm thực hiện mạch FA, do đó có thể dùng khối này trong mạch logic.Process U1 chính là MUX 4 sang 1 với ngõ chọn là inst(2:1).Process U2 chính là MUX 2 sang 1 với ngõ chọn là inst(0).Từ đó ta có mạch logic của mã VHDL trên là: (ALU 1 bit) Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 13
  14. 14. 4. Hãy vẽ mạch logic tương ứng (không đơn giản hóa hàm Boole và có thể sử dụng các thànhphần tổ hợp cơ bản như cổng logic, mux, decoder, FA, HA, …) của mã VHDL sau:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity CIRCUIT isport(A, B, C: in std_logic; S:in std_logic_vector (1 downto 0); Z: out std_logic);end CIRCUIT;architecture a of CIRCUIT isbeginprocess(A, B, C, S)begin if (S(0)= ‘1’) then Z <= A; elsif (S(1) = ‘1’) then Z <= B; else Z <= C; end if;end process;end a; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 14
  15. 15. Bài giải.Từ mã VHDL ta có thể viết trực tiếp các biểu thức Boole cho các biến ra với loại lệnh IF : Lệnh Biểu thức Boole tương đương if (cond1) then F = C1.X + C1’(C2.Y + C2’.Z) F <= X ; F = C1.X + C1’C2.Y + C1’ C2’.Z elsif (cond2) then F <= Y ; Với C1 = cond1 và C2 = cond2 else F <= Z ; end if ;Áp dụng qui tắc này ta tìm được biểu thức Boole cho Z: Z = S(0).A + S(0)’(S(1).B + S(1)’.C)Nhớ lại với MUX 2 sang 1có ngõ ra Y và các ngõ vào I0, I1 và S thì ngõ ra là: Y = S’.I0 + S.I1Như vậy ta phải dùng 2 mạch MUX 2 sang 1 để thực hiện mạch trên:5. Hãy vẽ mạch logic tương ứng (không đơn giản hóa hàm Boole và có thể sử dụng các thànhphần tổ hợp cơ bản như cổng logic, mux, decoder, FA, HA, …) của mã VHDL sau:entity CIRCUIT isport (A, B, S1, S2, S3, CLK: in std_logic; Y: out std_logic);end CIRCUIT;architecture a of CIRCUIT isbeginprocess(CLK)begin if (CLKevent and CLK=1) then if (A=1) then Y <= S3; elsif (B = 0) then Y <= S2; else Y <= S1; end if; end if;end process;end a; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 15
  16. 16. Bài giải.NX : Ngõ ra chỉ được cập nhật khi có cạnh lên tại CLK  Đây là D F/F kích cạnh lên với ngõvào là mạch tổ hợp như câu trên.6. Ta cần thiết kế 1 mạch tổ hợp mà xuất phát từ thiết kế số thông thường, mạch này đượcghép từ  mạch mã hóa ưu tiên từ 10 ngõ vào (in_n) sang 4 (BCD): ngõ vào tích cực thấp và ưu tiên bit có trọng số thấp nhất, ngõ ra là số BCD 4 bit chỉ ngõ vào nào được tích cực thấp. o TD: Ngõ vào in_n = 11111100 thì ngõ ra là BCD = 0000  Mạch giải mã BCD ra 7 đoạn nối với LED (giả sử logic 1 làm cho đoạn LED sáng) : mạch này nhận giá trị ra từ mạch trên và chuyển sang mã 7 đoạn hiện trên LED 7 đoạn. a) Hãy viết mã VHDL với 2 mạch này độc lập. b) Hãy viết mã VHDL chỉ có 1 mạch duy nhất.Bài giải.Ta có thể dùng when-else hay with-select-when để mô tả các mạch này. a) Mã VHDL với 2 mạch độc lậplibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity Q06_1 is port( in_n: in std_logic_vector(9 downto 0); -- in_n : low active and higher priority LSB LED_7seg: out std_logic_vector(6 downto 0)); -- LED_7seg(0) = segment aend Q06_1;architecture bg of Q06_1 is signal s_BCD : std_logic_vector (3 downto 0);begin-- Priority Encoders_BCD <= "0000" when (in_n(0) = 0) else "0001" when in_n(1) = 0 else "0010" when in_n(2) = 0 else "0011" when in_n(3) = 0 else "0100" when in_n(4) = 0 else "0101" when in_n(5) = 0 else "0110" when in_n(6) = 0 else "0111" when in_n(7) = 0 else "1000" when in_n(8) = 0 else "1001" when in_n(9) = 0 else "1111"; -- invalid BCD Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 16
  17. 17. -- BCD to 7 segment Decoder: LED_7seg = gfedcbaLED_7seg <= "0111111" when s_BCD = "0000" else "0000110" when s_BCD = "0001" else "1011011" when s_BCD = "0010" else "1001111" when s_BCD = "0011" else "1100110" when s_BCD = "0100" else "1101101" when s_BCD = "0101" else "1111101" when s_BCD = "0110" else "0000111" when s_BCD = "0111" else "0000000" when s_BCD = "1000" else "1101111" when s_BCD = "1001" else (others => 0);end bg;Dạng sóng mô phỏng : b) Mã VHDL với 1 mạch duy nhấtlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity Q06_2 is port( in_n: in std_logic_vector(9 downto 0); LED_7seg: out std_logic_vector(6 downto 0));end Q06_2;architecture bg of Q06_2 isbeginLED_7seg <= "0111111" when in_n(0) = 0 else "0000110" when in_n(1) = 0 else "1011011" when in_n(2) = 0 else "1001111" when in_n(3) = 0 else "1100110" when in_n(4) = 0 else "1101101" when in_n(5) = 0 else "1111101" when in_n(6) = 0 else Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 17
  18. 18. "0000111" when in_n(7) = 0 else "0000000" when in_n(8) = 0 else "1101111" when in_n(9) = 0 else (others => 0);end bg;7. Thiết kế JK flipfop như hình bên dưới (các ngõ Preset PR và Clear CLRtích cực cao và bất đồng bộ, CLR có ưu tiên cao hơn PR) a) Dùng phương trình đặc tính của JK FF. b) Dùng bảng hoạt động của JK FF. c) Nếu muốn Preset PR đồng bộ thì phải sửa lại như thế nào?Bài giải. a) Dùng phương trình đặc tính của JK FF:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity JK_FF is port( J, K, CLK, PR, CLR: in std_logic; -- PR, CLR: Asynchronous Preset and Clear Q, Q_n: out std_logic);end JK_FF;architecture bg of JK_FF is signal Q_int: std_logic;beginprocess(CLK, PR, CLR)begin if (CLR = 1) then Q_int <= 0; elsif (PR = 1) then Q_int <= 1; elsif rising_edge(CLK) then Q_int <= (J and not Q_int) or (not K and Q_int); end if;end process;Q <= Q_int;Q_n <= not Q_int;end bg;Dạng sóng mô phỏng: Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 18
  19. 19. b) Dùng bảng hoạt động của JK FF:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity JK_FF is port( J, K, CLK, PR, CLR: in std_logic; Q, Q_n: out std_logic);end JK_FF;architecture bg of Q07_2 is signal Q_int: std_logic; signal JK: std_logic_vector(1 downto 0);beginJK <= J & K;process(CLK, PR, CLR)begin if (CLR = 1) then Q_int <= 0; elsif (PR = 1) then Q_int <= 1; elsif rising_edge(CLK) then case JK is when "01" => Q_int <= 0; -- Reset when "10" => Q_int <= 1; -- Set when "11" => Q_int <= not Q_int;-- Toggle when others => null; end case; end if;end process;Q <= Q_int;Q_n <= not Q_int;end bg; c) Ta chỉ cần viết lại như sau : if (CLR = 1) then Q_int <= 0; elsif rising_edge(CLK) then if (PR = 1) then Q_int <= 1; else --Phần mã gán Q_int end if ; end if ; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 19
  20. 20. Dạng sóng mô phỏng :8. Thiết kế mạch cộng song song 2 số nhị phân N bit (dùng phát biểu generic để thiết kế tổngquát, mặc nhiên N =4) là A và B. Tổng là Sum và số nhớ/mượn là C_out. a) Mô tả VHDL cho mạch này. b) Thêm vào tín hiệu điều khiển cho phép cộng/trừ với tên là Add_Sub (0: cộng và 1:trừ) thì phải chỉnh sửa như thế nào?Bài giải. a) Khi sử dụng toán tử cộng/trừ thì ta phải dùng gói ieee.std_logic_unsigned.all :-- Parallel Adderlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity Q08_1 is generic (N: integer := 4);port( A, B: in std_logic_vector(N-1 downto 0); C_out: out std_logic; Sum: out std_logic_vector(N-1 downto 0));end Q08_1;architecture bg of Q08_1 is signal Sum_int: std_logic_vector(Num downto 0);begin Sum_int <= (0 & A) + (0 & B); Sum <= Sum_int(N-1 downto 0); C_out <= Sum_int(N);end bg; b) Thêm tín hiệu điều khiển Add_Sub:Ta chỉ cần định nghĩa thêm Add_sub và viết lại lệnh gán của Sum_int : Sum_int <= (0 & A) + (0 & B) when Add_sub = 0 else (0 & A) - (0 & B);Dạng sóng mô phỏng : Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 20
  21. 21. 9. Thiết kế mạch cộng nối tiếp 2 số nhị phân với A và B có chiều dài là Num_bits bit (mặcnhiên cho Num_bits = 4).  Dữ liệu vào được nhập nối tiếp với LSB đi trước.  Kết quả là tổng Sum có chiều dài Num_bits bit và có số nhớ ra là C_out.  Tín hiệu Start =1 để chỉ bắt đầu thực hiện cộng (chỉ tồn tại < 1 chu kỳ xung nhịp).  Có tín hiệu Finished báo đã hoàn tất phép cộng.  Mạch hoạt động theo cạnh xuống xung nhịp CLK.Hãy viết mã VHDL cho mạch này.Bài giải.library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity Q09_1 is generic (Num_bits: integer := 4);port( A, B, Start, CLK: in std_logic; C_out, Finished: out std_logic; Sum: out std_logic_vector(Num_bits-1 downto 0));end Q09_1;architecture bg of Q09_1 isbeginprocess(CLK, Start) variable FIN: std_logic; -- Internal Finish signal variable N: integer range 0 to Num_bits; variable S, C_in: std_logic; variable Sum_int: std_logic_vector(Num_bits-1 downto 0);beginif (Start = 1) then FIN := 0; N := Num_bits; C_in := 0; Finished <= 0;elsif (CLKevent and CLK = 0) then -- and FIN = 0) if (FIN = 0) then S := A xor B xor C_in; C_in := (A and B) or ( B and C_in) or ( A and C_in); Sum_int:= S & Sum_int(Num_bits-1 downto 1); N := N - 1; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 21
  22. 22. if N = 0 then FIN := 1; Finished <= 1; Sum <= Sum_int; C_out <= C_in; end if; end if;end if;end process;end bg;Dạng sóng mô phỏng : Với A = 0110 và B = 1011 => A + B = 10001 => C_out = 1 và Sum = 0001Chú ý :Có 1 cách giải khác là tận dụng toán tử + (trong ieee.std_logic_unsigned.all) để tìm C và S :library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;. . .-- Thay dòng: variable S, C_in: std_logic; bằng dòng sau:variable CS: std_logic_vector(1 downto 0); -- Carry và Sum. . .-- Mã mới phần tính full adder như sau:if (FIN = 0) then CS := (0 & CS(1)) + (0 & A) + (0 & B) ; Sum_int := CS(0) & Sum_int(Num_bits-1 downto 1); N := N - 1; if N = 0 then FIN := 1; Finished <= 1; Sum <= Sum_int; C_out <= CS(1); end if;end if; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 22
  23. 23. 10. Cho trước hệ tuần tự đồng bộ sau: a) Lập bảng chuyển trạng thái của mạch trên. b) Viết mã VHDL cho câu a) có thêm tín hiệu reset_n tích cực thấp để cho chạy từ trạng thái Q1Q2=00.Bài giải. a) Từ sơ đồ mạch ta có thể tìm được các phương trình đặc tính cho các FF và ngõ ra Z : D1 = Q1+ = Q1’ + Q2 ; D2 = Q2+ = XQ2’ ; Z = Q1 + Q2’ Suy ra bảng chuyển trạng thái sau: PS NS (Q1+Q2+) Z Q1Q2 X=0 X =1 00 10 01 1 01 10 10 0 11 00 10 1 10 00 01 1 b) Mã VHDL cho câu a):library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity Q10_1 isport( X, CLK, reset_n: in std_logic; Z: out std_logic);end Q10_1;architecture bg of Q10_1 is signal state: std_logic_vector( 1 downto 0); signal state_X: std_logic_vector( 2 downto 0);beginstate_X <= state & X;Z <= 0 when state = "01" else 1;process(CLK, reset_n)begin if (reset_n = 0) then state <= "00"; elsif rising_edge(CLK) then case state_X is when "000" => state <= "10"; when "001" => state <= "01"; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 23
  24. 24. when "010" | "011" => state <= "10"; when "110" => state <= "00"; when "111" => state <= "10"; when "100" => state <= "00"; when "101" => state <= "01"; when others => null; end case; end if;end process;end bg;Dạng sóng mô phỏng:Chú ý:Có nhiều cách viết khác để mô tả FSM, thí dụ sau đây là 1 cách viết khác:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity Q10_2 isport( X, CLK, reset_n: in std_logic; Z: out std_logic);end Q10_2;architecture bg of Q10_2 is signal Present_state: std_logic_vector( 1 downto 0); --PS signal Next_state: std_logic_vector( 1 downto 0); --NSbeginZ <= 0 when Present_state = "01" else 1;State_transition:process(CLK, reset_n)begin if (reset_n = 0) then Present_state <= "00"; elsif rising_edge(CLK) then Present_state <= Next_state ; end if;end process; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 24
  25. 25. Find_Next_state:process(Present_state)begin case Present_state is when "00" => if X = 0 then Next_state <= "10"; else Next_state <= "01"; end if; when "01" => Next_state <= "10"; when "11" => if X = 0 then Next_state <= "00"; else Next_state <= "10"; end if; when "10" => if X = 0 then Next_state <= "00"; else Next_state <= "01"; end if; when others => null; end case;end process;end bg;Dạng sóng mô phỏng:11. Thiết kế mạch phát hiện chuỗi bit vào nối tiếp có trị là "101". Viết mã VHDL với: a) Dùng FSM loại Mealy với mô tả FSM. b) FSM loại Mealy dùng thanh ghi dịch chứa 3 bit liên tiếp và so sánh với "101".Bài giải. a) FSM loại Mealy Ta có được giản đồ trạng thái và bảng chuyển trạng thái như sau (kết quả lấy từ bài giảng thiết kế hệ tuần tự đồng bộ) Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 25
  26. 26. Ta định nghĩa thêm kiểu mới cho các trạng thái  không cần gán trạng thái mà CAD sẽ tự gán trị cho nó.library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity Q11_1 isport( X, CLK, reset_n: in std_logic; Z: out std_logic);end Q11_1;architecture bg of Q11_1 is type state_type is (S0, S1, S2); signal state: state_type;beginZ <= 1 when (state = S2 and X = 1) else 0;process(CLK, reset_n)begin if (reset_n = 0) then state <= S0; elsif rising_edge(CLK) then case state is when S0 => if X = 1 then state <= S1; end if; when S1 => if X = 0 then state <= S2; end if; when S2 => if X = 0 then state <= S0; else state <= S1; end if; when others => null; end case; end if;end process;end bg; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 26
  27. 27. b) Thanh ghi dịchlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity Q11_2 isport( X, CLK, reset_n: in std_logic; Z: out std_logic);end Q11_2;architecture bg of Q11_2 is signal pattern: std_logic_vector(2 downto 0);beginZ <= 1 when (pattern = "101" and X = ‘1’) else 0;process(CLK, reset_n)begin if (reset_n = 0) then pattern <= (others => 0) ; elsif rising_edge(CLK) then pattern <= pattern(1 downto 0) & X; end if;end process;end bg;12. Thiết kế mạch giải mã 3 sang 8 và mạch mã hóa ưu tiên 8 sang 3 (ưu tiên ngõ vào có trọngsố thấp nhất khi có nhiều bit vào là 1).  Mạch giải mã có các ngõ vào là C, B, và A (LSB) và ra là Y.  Mạch mã hóa có ngõ vào 8 bit D_in và ngõ ra 3 bit D_out.Bài giải.library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;-- Dung cho ham conv_std_logic_vector(integer, number of bits)use ieee.std_logic_unsigned.all;-- Dung cho ham conv_integer(std_logic_vector)entity Q12_1 isport( C, B, A: in std_logic; -- A: LSB Y: out std_logic_vector(0 to 7); D_in: in std_logic_vector(0 to 7); D_out: out std_logic_vector(0 to 2));end Q12_1; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 27
  28. 28. architecture bg of Q12_1 is signal CBA: std_logic_vector(0 to 2); signal CBA_int: integer range 0 to 7;begin-- Decoder 3 to 8CBA <= C & B & A;CBA_int <= conv_integer(CBA);process (CBA_int) variable Y_int: std_logic_vector(0 to 7);begin Y_int := (others => 0); Y_int(CBA_int) := 1; Y <= Y_int;end process;---- Priority Encoder 8 to 3process(D_in) variable index_in: integer;begin for i in D_inlength -1 downto 0 loop if D_in(i) = 1 then index_in := i; end if; end loop; D_out <= conv_std_logic_vector(index_in,3);end process;end bg;Dạng sóng mô phỏng của mạch giải mã:Dạng sóng mô phỏng của mạch mã hóa: Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 28
  29. 29. 13. Thiết kế bộ đếm lên 3 bit loại nối tiếp (còn gọi là bộ đếm gợn hay bất đồng bộ) với xungnhịp vào CLK (kích cạnh). Mạch có ngõ reset tích cực thấp reset_n. Hãy viết mã VHDLvới a) Mô hình cấu trúc với component DFF có sẵn. b) Các lệnh tuần tự.Bài giải. a) Dùng component DFF có sẵn của Maxplus IIlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity Q13_1 isport( CLK, reset_n: in std_logic; Q2, Q1, Q0: out std_logic); -- Q0: LSBend Q13_1;architecture bg of Q13_1 isCOMPONENT DFF PORT (d : IN STD_LOGIC; clk : IN STD_LOGIC; clrn: IN STD_LOGIC; prn : IN STD_LOGIC; q : OUT STD_LOGIC );END COMPONENT;-- Inputs | Output--prn clrn CLK D | Q-- L H X X | H-- H L X X | L-- L L X X | Illegal-- H H  L | L-- H H  H | H-- H H L X | Qo*-- H H H X | Qo-- * Qo = level of Q before Clock pulse-- All flipflops are positive-edge-triggered. signal D0, D1, D2, prn: std_logic; signal Q2_int, Q1_int, Q0_int: std_logic;beginU1: DFF port map(D0, CLK, reset_n, prn, Q0_int);U2: DFF port map(D1, D0, reset_n, prn, Q1_int);U3: DFF port map(D2, D1, reset_n, prn, Q2_int);prn <= 1;D0 <= not Q0_int; D1 <= not Q1_int; D2 <= not Q2_int;Q0 <= Q0_int; Q1 <= Q1_int; Q2 <= Q2_int;end bg; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 29
  30. 30. c) Các lệnh tuần tự:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity Q13_2 isport( CLK, reset_n: in std_logic; Q2, Q1, Q0: out std_logic); -- Q0: LSBend Q13_2;architecture bg of Q13_2 is signal Q2_int, Q1_int, Q0_int: std_logic;beginprocess(CLK, reset_n)beginif reset_n = 0 then Q0_int <= 0;elsif rising_edge(CLK) then Q0_int <= not Q0_int;end if;end process;process(Q0_int)beginif reset_n = 0 then Q1_int <= 0;elsif falling_edge(Q0_int) then Q1_int <= not Q1_int;end if;end process;process(Q1_int)beginif reset_n = 0 then Q2_int <= 0;elsif falling_edge(Q1_int) then Q2_int <= not Q2_int;end if;end process;Q0 <= Q0_int; Q1 <= Q1_int; Q2 <= Q2_int;end bg; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 30
  31. 31. Chú ý: Ta có thể khai báo buffer cho các đối tượng ra Q2, Q1, và Q0, khi đó không cần dùngcác tín hiệu Q2_int, Q1_int, Q0_int.14. Thiết kế bộ đếm lên 3 bit loại song song (còn gọi là bộ đếm đồng bộ) với xung nhịp vàoCLK (kích cạnh). Mạch có ngõ reset tích cực thấp reset_n. Hãy viết mã VHDL với a) Mô hình cấu trúc với component JKFF có sẵn. b) Các lệnh tuần tự. c) Với dãy đếm 1, 3, 5, 7, 1, . .Bài giải. a) Mô hình cấu trúc với component JKFF có sẵn:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity Q14_1 isport( CLK, reset_n: in std_logic; Q2, Q1, Q0: buffer std_logic); -- Q0: LSBend Q14_1;architecture bg of Q14_1 isCOMPONENT JKFF PORT (j : IN STD_LOGIC; k : IN STD_LOGIC; clk : IN STD_LOGIC; clrn: IN STD_LOGIC; prn : IN STD_LOGIC; q : OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;-- Inputs | Output-- PRN CLRN CLK J K | Q-- L H X X X | H-- H L X X X | L-- L L X X X | Illegal-- H H L X X | Qo*-- H H  L L | Qo*-- H H  H L | H-- H H  L H | L-- H H  H H | Toggle-- * Qo = level of Q before Clock pulse-- All flipflops are positive-edge-triggered. signal J0, J1, J2, prn: std_logic;beginU1: JKFF port map(J0, J0, CLK, reset_n, prn, Q0);U2: JKFF port map(J1, J1, CLK, reset_n, prn, Q1);U3: JKFF port map(J2, J2, CLK, reset_n, prn, Q2);prn <= 1; J0 <= 1; J1 <= Q0; J2 <= Q1 and Q0;end bg; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 31
  32. 32. b) Các lệnh tuần tự:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; -- De tinh cong so nhi phanvoi so nguyenentity Q14_2 isport( CLK, reset_n: in std_logic; Q2, Q1, Q0: out std_logic); -- Q0: LSBend Q14_2;architecture bg of Q14_2 is signal Q: std_logic_vector(2 downto 0);beginprocess(CLK)beginif reset_n =0 then Q <= "000";elsif rising_edge(CLK) then Q <= Q + 1;end if;end process;Q2 <= Q(2); Q1 <= Q(1); Q0 <= Q(0);end bg; c) Với dãy đếm 1, 3, 5, 7, 1, . .Chỉ cần sửa lại trong phần process của b) như sau:if reset_n =0 then Q <= "001";elsif rising_edge(CLK) then if Q = "111" then Q <= "001"; else Q <= Q + 2; end if;end if; Các BT giải sẵn về VHDL 2011 – trang 32

×