基于VHDL的数字密码器的设计说明
41页1、基于VHDL的数字密码器的设计摘要本论文介绍了一种利用EDA技术和VHDL语言,通过自顶向下的设计方法对数字密码器进行设计,并在FPGA芯片EPF10K10LC84-4上实现。用FPGA 器件构造系统, 所有算法完全由硬件电路来实现, 使得系统的工作可靠性大为提高。由于FPGA 具有ISP 在系统可编程功能, 当设计需要更改时, 只需更改FPGA 中的控制和接口电路, 利用EDA 工具将更新后的设计下载到FPGA 中即可, 无需更改外部电路的设计, 大大提高了设计的效率。因此, 采用FPGA 开发的数字系统, 不仅具有很高的工作可靠性, 其升级与改进也极其方便。本文设计的密码器采用6位密码, 比一般的四位密码锁具有更高的安全可靠性, 应用前景十分良好。摘要11EDA技术概述41.1现代电子设计方法EDA技术41.1.1EDA技术的发展历程41.1.2EDA技术的基本特征41.1.3 EDA技术的发展趋势51.2 硬件描述语言VHDL简介51.2.1 VHDL的产生与发展61.2.2 VHDL的基本特征61.2.3 VHDL的设计流程61.3可编程逻辑器件PLD简介71.3.1 PLD的
2、发展历程71.3.2 FPGA/CPLD简介81.3.3用FPGA/CPLD进行开发的优点82 数字密码器的VHDL设计92.1 数字密码器的总体方案设计92.1.1 数字密码器的功能描述92.1.2 数字密码器的部结构及模块划分102.1.3 数字密码器的工作过程112.2 数字密码器的顶层设计112.2.1 顶层模块的输入输出112.2.1模块描述122.2.2 VHDL设计122.3 数字密码器的底层设计122.3.1 分频模块122.3.2 消抖同步模块132.3.3 使能电路模块142.3.4 密码预置输出模块152.3.5 编码模块152.3.6 比较模块162.3.7 计数器选择模块162.3.8 数码管显示译码模块172.3.9 数码管扫描模块172.3.10 指示电路模块182.3.11 误码模块192.3.12 控制器模块193 数字密码器的VHDL程序的编译、综合、仿真、验证223.1 编译、综合223.2 模块仿真223.2.1 顶层模块仿真223.2.2 编码模块仿真233.3 FPGA验证244 结束语24致辞24参考文献24附录程序清单251 EDA技术概
3、述电子技术的发展,特别是专用集成电路ASIC设计技术的日趋进步和完善,推动了数字系统的迅猛发展。传统的固定功能集成块+连线的设计方法已不能满足实际需求,根据系统功能要求利用现代电子设计方法EDA技术,采用自上而下的设计方式,设计出速度快、体积小、重量轻、功耗低的集成电路已成为必然趋势。1.1 现代电子设计方法EDA技术EDA即电子设计自动化,它的定义是指利用计算机来完成电子系统的设计。EDA技术就是指以计算机为工作平台、以EDA软件工具为开发环境、以硬件描述语言为设计语言、以可编程逻辑器件为实验载体、以ASIC1和SoC为设计目标、以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。在现代电子设计技术领域中,EDA技术已成为主要的设计手段。采用EDA技术可以缩短电系统设计的开发周期,极提高了工作效率。1.1.1 EDA技术的发展历程EDA 技术2不是某一学科的分支,或某种新的技能技术,应该是一门综合性学科。它融合多学科于一体,打破了软件和硬件间的壁垒,使计算机的软件技术与硬件实现、设计效率和产品性能合二为一,它代表了电子设计技术和应用技术的发展方向。就过去近30年的电子技术的发展历程,可
4、大致将EDA技术的发展分为三个阶段。第一阶段 20世纪70年代,集成电路制作方面,MOS工艺已得到广泛的应用。可编程逻辑技术及其器件已经问世,计算机作为一种运算工具已在科研领域得到广泛的应用。而在后期,CAD的概念已见雏形。这一阶段人们开始利用计算机取代手工劳动,辅助进行集成电路版图编辑、PCB布局布线等工作。第二阶段 20世纪80年代,集成电路设计进入了CMOS时代。复杂可编程逻辑器件已进入商业应用,相应的辅助设计软件也已投入使用,而在80年代末,出现了FPGA,CAE和CAD技术的应用更为广泛,它们在PCB设计方面的原理图输入、自动布局布线及PCB分析,以及逻辑设计、逻辑仿真、布尔方程综合和化简等方面担任了重要的角色,特别是各种硬件描述语言的出现、应用和标准化方面的重大进步,为电子设计自动化必须解决的电路建模、标准文档及仿真测试奠定了基础。第三阶段 进入20世纪90年代,随着硬件描述语言的标准化得到进一步的确立,计算机辅助工程、辅助分析和辅助设计在电子技术领域获得更加广泛的应用,与此同时电子技术在通信、计算机及家电产品生产中的市场需求和技术需求,极推动了全新的电子设计自动化技术的应
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