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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR | FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

INTRODUCCIÓN AL LENGUAJE VHDL Sistemas Digitales I CATEDRÁTICO: Ing. Salvador German INSTRUCTOR: Juan Albiñana

PRESENTADO POR: Cruz Pérez, Francisco Javier

CP09042

Segovia Salazar, Mario Alejandro

SS12008

FECHA DE ENTREGA: Martes 25 de marzo de 2014

Tabla de Contenido Introducción ........................................................................................................................................ 2 Objetivos ............................................................................................................................................. 3 Instalación del programa en Microsoft Windows ............................................................................... 4 Marco Teórico ................................................................................................................................... 10 Realizar el código VHDL para las compuertas: AND, NAND, OR, NOR, EXOR y NOT, simular en TINA y VHDL ............................................................................................................................................... 12 Compuerta AND ............................................................................................................................ 12 Compuerta NAND.......................................................................................................................... 13 Compuerta OR ............................................................................................................................... 13 Compuerta NOR ............................................................................................................................ 14 Compuerta EXOR ........................................................................................................................... 15 Compuerta NOT ............................................................................................................................ 15 Ejercicio 1 : Realizar el código VHDL para el ejemplo 2.35 del libro. ................................................ 17 Ejercicio 2: Realizar el código VHDL para el problema 2.35 del final del capítulo. ........................... 18 Ejercicio 3: Circuito 3: “Un automóvil a prueba de choques” ........................................................... 19 Respuestas a las preguntas de investigación .................................................................................... 22 Uso y sintaxis de las instrucciones IF… THEN. ............................................................................... 22 Uso y sintaxis de la instrucciones CASE… WHEN........................................................................... 22 Uso de las instrucciones anteriores para implementar el código VHDL directamente desde las tablas de verdad. ........................................................................................................................... 24 Ejercicio 1 .................................................................................................................................. 24 Ejercicio 2 .................................................................................................................................. 24 Tipos de datos de entrada y salida que soporta VHDL. ................................................................ 25 Cómo se crean arreglos en VHDL? ................................................................................................ 27 Cómo declarar un componente en VHDL? .................................................................................... 27 ¿Cuáles son los operadores en VHDL? .......................................................................................... 28 Conclusiones ..................................................................................................................................... 30 Bibliografía ........................................................................................................................................ 31

Introducción Con el paso de los años el ser humano ha adquirido y desarrollado conocimientos que le han llevado a posicionarse en la era digital, pues podemos ver que muchos objetos que antes utilizaban mucho espacio debido a sus componentes electrónicos hoy en día se han convertido en objetos de menor tamaño, pero ¿A qué se debe esto? La respuesta está a la palma de la mano como también en la palma de la mano podemos tener unos circuitos digitales que han venido a sustituir grandes circuitos, contribuyendo así a poder estar más digitalizados, pero ¿Cómo se realizan estos circuitos?, hay diferentes lenguajes de programación que son utilizados para desarrollar códigos para simular circuitos usados en estos nuevos artefactos, como ejemplo tendremos el lenguaje VHDL que utilizaremos para la implementación de códigos que simulen las compuertas lógicas y así poder implementarlas a un circuito que lo podemos usar en un juguete, los códigos de programación y los diferentes lenguajes nos ayudan a poder corregir errores antes de la implementación de los circuitos encargados muchas veces de procesos que son muy precisos. En este reporte se usan las compuertas lógicas más conocidas pues en base a ellas del cual surgen los demás circuitos e incluso la unión de estas para formar circuitos más complejos.

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Objetivos

    

Usar de manera eficiente la sintaxis básicas de VHDL en Maxi Plus. Resolver ejercicios propuestos usando la misma sintaxis. Dar conclusiones de las posibles aplicaciones de los ejercicios propuestos en la vida cotidiana. Reconocer la importancia e influencia que ha tenido este lenguaje de programación en la actualidad. Enseñar al lector la instalación de una manera rápida del programa a utilizar en este trabajo.

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Instalación del programa en Microsoft Windows 1. Vamos al siguiente link: https://www.altera.com/download/legacy/maxplus2/dnlstudent.jsp?swcode=WWW-SWD-MP2-SE102-PC y nos aparecerá lo siguiente. Damos click a la descarga. La página pedirá un registro de usuario, proceder con eso y seguir con la descarga.

2. Esperar a que se descargue y abrir el instalador:

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3. Damos a Next: a todo lo que aparezca después d esta primer ventana:

4. Aquí ponemos cualquier cosa

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5. Elegimos todo los componentes y damos siguiente:

6. Esperamos a que se instale. CUANDO ESTA VENTANA CIERRE EL PROGRAMA SE HABRA INSTALADO CORRECTAMENTE. IMPORTANTE, DESPUES DE ESTO “NO” ABRIR POR QUE SE TIENE QUE INSTALAR LA LICENCIA

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7. Para poder obtener la licencia de uso completo del programa, vamos al siguiente link: http://www.altera.com/support/licensing/lic-university.html

8. Damos a continue y aparecerá lo siguiente, donde se nos pedirá el serial de nuestro disco duro.

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9. Por lo cual hacemos lo siguiente, ejecutamos el cmd o símbolo de sistema en Windows como administrador.

10. Digitamos lo siguiente “dir/p” sin comillas y aparecerá la siguiente ventana: Copiar ese código a mano, aquí se presenta el número de serie de esta forma XXXX-XXXX, quitar el guion a la hora de ingresarlo en la página de altera.

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11. Después de ingresar los datos, nos pedirá llenar el formulario, escribir cualquier cosa en los espacios, menos en la casilla del correo que tendrá que ser uno nuestro porque ahí se llegara nuestra licencia, 12. Ya recibida la licencia, el archivo que nos mandan lo pegamos en la carpeta de instalación del Max Plus. Luego abrimos de nuevo el programa y vamos a Options---License Setup, damos a Browse y buscamos el archivo que nos mandaron a nuestro correo. Listo el programa está instalado correctamente.

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Marco Teórico Los lenguajes de descripción hardware (HDLs, Hardware Description Languages) vienen utilizándose desde los años 70 en los ciclos de diseño de sistemas digitales asistidos por herramientas de CAD electrónico. Al principio surgieron una serie de lenguajes que no llegaron a alcanzar un éxito que permitiera su consolidación en el campo industrial o académico. En los años 80 aparecen los lenguajes Verilog y VHDL que, aprovechando la disponibilidad de herramientas hardware y software cada vez más potentes y asequibles y los adelantos en las tecnologías de fabricación de circuitos integrados, logran imponerse como herramientas imprescindibles en el desarrollo de nuevos sistemas. En la actualidad ambos lenguajes están normalizados y comparten una posición hegemónica que está arrinconando –y terminará, probablemente, en poco tiempo eliminando del mercado– al resto de lenguajes que de un modo u otro todavía son soportados por algunas herramientas de CAD.

Estos lenguajes son sintácticamente similares a los de programación de alto nivel –Verilog tiene una sintaxis similar al C y VHDL a ADA– y se diferencian de éstos en que su semántica está orientada al modelado del hardware. Su capacidad para permitir distintos enfoques en el modelado de los circuitos y su independencia de la tecnología y metodología de diseño permiten extender su uso a los distintos ciclos de diseño que puedan utilizarse. Por ello, para los profesionales relacionados de alguna manera con el diseño o mantenimiento de sistemas digitales resulta hoy en día imprescindible su conocimiento.

Los estudios para la creación del lenguaje VHDL (VHSIC HDL) comenzaron en el año 1981, bajo la cobertura de un programa para el desarrollo de Circuitos Integrados de Muy Alta Velocidad (VHSIC), del Departamento de Defensa de los Estados Unidos. En 1983 las compañías Intermetrics, IBM y Texas Instruments obtuvieron la concesión de un proyecto para la realización del lenguaje y de un conjunto de herramientas auxiliares para su aplicación. Finalmente, en el año 1987, el lenguaje VHDL se convierte en la norma IEEE-1076 –como todas las normas IEEE, se somete a revisión periódica, por lo que en 1993 sufrió algunas leves modificaciones–.

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El lenguaje VHDL fue creado con el propósito de especificar y documentar circuitos y sistemas digitales utilizando un lenguaje formal. En la práctica se ha convertido, en un gran número de entornos de CAD, en el HDL de referencia para realizar modelos sintetizables automáticamente. Las principales características del lenguaje VHDL se explican en los siguientes puntos: Descripción textual normalizada: El lenguaje VHDL es un lenguaje de descripción que especifica los circuitos electrónicos en un formato adecuado para ser interpretado tanto por máquinas como por personas. Se trata además de un lenguaje formal, es decir, no resulta ambiguo a la hora de expresar el comportamiento o representar la estructura de un circuito. Está, como ya se ha dicho, normalizado, o sea, existe un único modelo para el lenguaje, cuya utilización está abierta a cualquier grupo que quiera desarrollar herramientas basadas en dicho modelo, garantizando su compatibilidad con cualquier otra herramienta que respete las indicaciones especificadas en la norma oficial. Es, por último, un lenguaje ejecutable, lo que permite que la descripción textual del hardware se materialice en una representación del mismo utilizable por herramientas auxiliares tales como simuladores y sintetizadores lógicos, compiladores de silicio, simuladores de tiempo, de cobertura de fallos, herramientas de diseño físico, etc. Amplio rango de capacidad descriptiva: El lenguaje VHDL posibilita la descripción del hardware con distintos niveles de abstracción, pudiendo adaptarse a distintos propósitos y utilizarse en las sucesivas fases que se dan en el desarrollo de los diseños. Además es un lenguaje adaptable a distintas metodologías de diseño y es independiente de la tecnología, lo que permite, en el primer caso, cubrir el tipo de necesidades de los distintos géneros de instituciones, compañías y organizaciones relacionadas con el mundo de la electrónica digital; y, en el segundo, facilita la actualización y adaptación de los diseños a los avances de la tecnología en cada momento. Otras ventajas: Además de las ventajas ya reseñadas también es destacable la capacidad del lenguaje para el manejo de proyectos de grandes dimensiones, las garantías que comporta su uso cuando, durante el ciclo de mantenimiento del proyecto, hay que sustituir componentes o realizar modificaciones en los circuitos, y el hecho de que, para muchas organizaciones contratantes, sea parte indispensable de la documentación de los sistemas.

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Realizar el código VHDL para las compuertas: AND, NAND, OR, NOR, EXOR y NOT, simular en TINA y VHDL Compuerta AND ENTITY com_and IS PORT( a,b :IN BIT; x :OUT BIT); END com_and; ARCHITECTURE arch_and OF com_and IS BEGIN x