Giáo trình Điện tử số

trạng thái như sau: - Mô hình Moore: Kết quả đầu ra chỉ phụ thuộc vào trạng thái hiện tại. architecture COMBINED of DATAPATH is signal X1, X2 : ... begin process (CLK) -- Registers begin if (CLK'event and CLK = '1') then X2 <= F(X1); X3 <= G(X2); X1 <= Y0; end if; end process; Combinational Logic Current State Register Next State Logic Inputs OutputsOutput Logic Clock Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 208 - Mô hình Mealy: Đầu ra phụ thuộc vào cả trạng thái hiện tại và tín hiệu vào. Trong thực tế hệ thống số thường được mô tả bằng việc kết hợp cả mô hình Moore và Mealy: - Cách sử dụng kiểu dữ liệu liệt kê để đặt tên cho các trạng thái như sau: - Cách sử dụng hằng để mã hóa các trạng theo như mong muốn: Current State Register Next State Logic Inputs OutputsOutput Logic Clock Current State Reg Next State LogicInputs Reg Mealy Outputs Output Logic Clock Output Reg Output Reg Reg Moore Outputs Moore Mealy architecture RTL of FSM is . . . type My_State is ( Init, Load, Fetch, Stor_A, Stor_B) ; signal Current_State, Next_State : My_State; . . . begin subtype My_State is std_logic_vector( 0 to 5 ) ; constant Init : My_State := “111000” ; constant Load : My_State := “101010” ; constant Init : My_State := “000011” ; signal Curr_State, Next_State : My_State ; . . . begin --architecture Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 209 - Để mô tả quá trình chuyển đổi trạng thái và cập nhật kết quả đầu ra ứng với mỗi trạng thái thông thường sử dụng cách mô tả bằng nhiều tiến trình + Tiến trình cập nhập trạng thái mới của hệ thống (tiến trình Sync). + Tiến trình kiểm tra điều kiện chuyển đổi trạng thái (tiến trình Comb). + Tiến trình cập kết quả đầu ra ứng với mỗi trạng thái (tiến trình Outputs). - Ví dụ bộ đếm thập phân thuận nghịch đồng bộ có đồ đồ hình trạng thái như sau: Sync: process ( CLK , RST) begin . . . end process Sync ; Comb: process ( Curr_State, In1, In2) begin . . . end process Comb ; Outputs: process ( Curr_State, In1, In2) begin . . . end process Outputs ; Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 210 UP='0' UP='1' UP='0' UP='1' UP='0' UP='1' UP='0' UP='1' UP='1' UP='0' UP='1' UP='0' UP='1' UP='0' UP='1' UP='0' UP='0' UP='1' UP='0' UP='1' RESET S0 if UP='0' then Z='1' else Z='0' S1 Z='0' S2 Z='0' S3 Z='0' S4 Z='0' S5 Z='0' S6 Z='0' S7 Z='0' S8 Z='0' S9 if UP='0' then Z='0' else Z='1' - Mô tả VHDL cho đồ hình trạng thái trên như sau: LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; ENTITY FSM IS PORT (CLK,RESET,UP: IN std_logic; Z : OUT std_logic); END; ARCHITECTURE BEHAVIOR OF FSM IS SIGNAL sreg : std_logic_vector (3 DOWNTO 0); SIGNAL next_sreg : std_logic_vector (3 DOWNTO 0); CONSTANT S0 : std_logic_vector (3 DOWNTO 0) :="0000"; CONSTANT S1 : std_logic_vector (3 DOWNTO 0) :="0001"; CONSTANT S2 : std_logic_vector (3 DOWNTO 0) :="0010"; CONSTANT S3 : std_logic_vector (3 DOWNTO 0) :="0011"; CONSTANT S4 : std_logic_vector (3 DOWNTO 0) :="0100"; CONSTANT S5 : std_logic_vector (3 DOWNTO 0) :="0101"; CONSTANT S6 : std_logic_vector (3 DOWNTO 0) :="0110"; CONSTANT S7 : std_logic_vector (3 DOWNTO 0) :="0111"; CONSTANT S8 : std_logic_vector (3 DOWNTO 0) :="1000"; CONSTANT S9 : std_logic_vector (3 DOWNTO 0) :="1001"; SIGNAL next_Z : std_logic; BEGIN Sync: PROCESS (CLK) BEGIN IF CLK='1' AND CLK'event THEN Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 211 if RESET='1' then sreg<= S0; else sreg <= next_sreg; end if; END IF; END PROCESS; Comb: PROCESS (sreg,UP) BEGIN CASE sreg IS WHEN S0 => IF ( UP='0' ) THEN next_sreg<=S9; ELSE next_sreg<=S1; END IF; WHEN S1 => IF ( UP='0' ) THEN next_sreg<=S0; ELSE next_sreg<=S2; END IF; WHEN S2 => IF ( UP='0' ) THEN next_sreg<=S1; ELSE next_sreg<=S3; END IF; WHEN S3 => IF ( UP='0' ) THEN next_sreg<=S2; ELSE next_sreg<=S4; END IF; WHEN S4 => IF ( UP='0' ) THEN next_sreg<=S3; ELSE next_sreg<=S5; END IF; WHEN S5 => IF ( UP='0' ) THEN next_sreg<=S4; ELSE next_sreg<=S6; END IF; WHEN S6 => IF ( UP='0' ) THEN next_sreg<=S5; ELSE next_sreg<=S7; END IF; WHEN S7 => IF ( UP='0' ) THEN next_sreg<=S6; ELSE next_sreg<=S8; Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 212 END IF; WHEN S8 => IF ( UP='0' ) THEN next_sreg<=S7; ELSE next_sreg<=S9; END IF; WHEN S9 => IF ( UP='0' ) THEN next_sreg<=S8; ELSE next_sreg<=S0; END IF; WHEN OTHERS => next_sreg<=S0; END CASE; END PROCESS; Outputs: PROCESS (sreg,UP) BEGIN IF UP='1' THEN if sreg=S9 then Z<= '1'; else Z<= '0'; end if; ELSE if sreg=S0 then Z<= '1'; else Z<= '0'; end if; END IF; END PROCESS; END BEHAVIOR; TÓM TẮT Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính của các hệ thống kỹ thuật số được dùng rộng rãi trong công nghiệp. Do đó, ta cần phải hiểu các khái niệm khác nhau trong quá trính thiết kế. Ngôn ngữ mô tả phần cứng phổ biến VHDL là loại ngôn ngữ được trình bày trong chương này. Đây là một chủ đề rất rộng nên chúng tôi khổng thể trình bày chi tiết của VHDL. Tuy nhiên các khái niệm cơ bản đợc trình bày ở đây sẽ giúp cho chúng ta học những chi tiết về ngôn ngữ từ những quyển sách viết về VHDL Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 213 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 8 VÀ CHƯƠNG 9 1. Đặc điểm nào dưới đây là nhược điểm của phương pháp thiết kế mạch dùng IC có chức năng cố định? A. Chi phí thiết kế thấp B. Vận hành nhanh xung quanh bản thiết kế C. Khó khăn khi triển khai các thiết kế phức tạp D. Tương đối dễ dàng khi thử nghiệm các mạch thiết kế 2. Đặc điểm nào dưới đây là ưu điểm của phương pháp thiết kế mạch dùng IC có chức năng cố định? A. Yêu cầu công suất điện tiêu thụ lớn B. Khó khăn khi sửa chữa, nâng cấp thiết kế C. Thiếu tính bảo mật D. Tương đối dễ dàng khi thử nghiệm mạch thiết kế 3. Trong số các loại cấu kiện logic sau, loại nào không thuộc họ PLD A. CPLD B. FPGA C. Vi xử lý D. SPLD 4. Đặc điểm nào dưới đây không phải là ưu điểm của PLD A. Mật độ tích hợp cao. B. Bảo đảm tính bảo mật của thiết kế C. Thời gian thiết kế ngắn D. Chi phí sản xuất số lượng lớn cao 5. Trong cấu trúc của SPLD không có phần tử nào A. Mảng các cổng logic AND,OR. B. Ma trận kết nối C. Bộ nhớ RAM D. Triger 6. Khối nào sau đây không có trong cấu trúc của CPLD A. Khối logic gồm ma trận hạng tích AND, OR B. Khối Microcell chứa tài nguyền về các Triger, thanh ghi Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 214 C. Ma trận kết nối trung tâm D. Vi xử lý 7. Để thực hiện hàm logic tổ hợp trong FPGA sử dụng A. Ma trận hạng tích AND, OR. B. Cấu trúc bảng tra LUT dựa vào SDRAM . C. Các cấu trúc thanh ghi D. Cấu trúc vào/ra. 8. Xác định phát biểu sai trong số các phát biểu sau A. FPGA có cấu trúc không đồng nhất B. CPLD có cấu trúc đồng nhất C. Cấu hình của CPLD được lưu lại khi mất điện D. Cấu hình trong FPGA dựa vào công nghệ SRAM được lưu lại khi mất điện 9. Trình tự thực hiện trong lưu đồ thiết kế cho CPLD/FPGA là: A. Nhập thiết kế, kiểm tra thiết kế, tổng hợp thiết kế,mô phỏng định thời, thực hiện thiết kế, cấu hình. B. Nhập thiết kế, kiểm tra thiết kế, thực hiện thiết kế, tổng hợp thiết kế, mô phỏng định thời, cấu hình. C. Nhập thiết kế, tổng hợp thiết kế, kiểm tra thiết kế, thực hiện thiết kế, mô phỏng định thời, cấu hình. D. Nhập thiết kế, kiểm tra thiết kế, tổng hợp thiết kế, thực hiện thiết kế, mô phỏng định thời, cấu hình. 10. Kết quả của bước tổng hợp thiết kế trong lưu đồ thiết kế cho CPLD/FPGA là: A. File mô tả VHDL B. File cấu hình C. File netlist D. File sơ đồ mạch 11. Kết quả của bước thực hiện thiết kế trong lưu đồ thiết kế cho CPLD/FPGA là: A. File mô tả VHDL B. File cấu hình C. File netlist D. File sơ đồ mạch 12. Trong bước thực hiện thiết kế của lưu đồ thiết kế cho CPLD/FPGA gồm các chức năng: Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 215 A. Mô phỏng chức năng, tổng hợp thiết kế. B. Biên dịch, map, Định vị trí và định tuyến kế nối. C. Mô phỏng định thời, tạo cấu hình, biên dịch. D. Tạo file mô tả HDL, tổng hợp thiết kế, Định vị trí và định tuyến kế nối. 13. VHDL là ngôn ngữ: A. Lập trình hợp ngữ B. Lập trình bậc cao C. Lập trình mạng D. Mô tả phần cứng 14. Trình tự sắp xếp theo mức độ mô tả trừu tượng tăng dần dùng VHDL là: A. Mức hành vi, mức luồng dữ liệu RTL, mức logic, mức layout. B. Mức hành vi, mức logic, mức luồng dữ liệu RTL, mức layout. C. Mức layout, mức logic, mức hành vi, mức luồng dữ liệu RTL. D. Mức layout, mức logic, mức luồng dữ liệu RTL, mức hành vi. 15. Đối tượng tín hiệu (signal) trong ngôn ngữ VHDL để : A. Lưu các kết quả trung gian B. Biểu diễn đường kết nối trong hệ thống phần cứng số C. Lưu những giá trị cố định D. Biểu diễn cổng vào hoặc ra của thực thể 16. Đối tượng biến (variable) trong ngôn ngữ VHDL để : A. Lưu các kết quả trung gian A. Biểu diễn đường kết nối trong hệ thống phần cứng số C. Lưu những giá trị cố định D. Biểu diễn cổng vào hoặc ra của thực thể 17. Cho khai báo của các đối tượng như sau: signal A : in std_logic; Phép gán nào đúng: A. A:=’1’; B. A<=1; C. A<=’1’; D. A<=true; Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 216 18. Cho khai báo của các đối tượng như sau: Variable A : in std_logic; Phép gán nào đúng: A. A<=true; B. A:=1; C. A<=’1’; D. A:=’1’; 19. Mô hình phần cứng nào tổng hợp được ứng với đoạn mô tả như sau: library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity flop is port(C, D : in std_logic; Q : out std_logic); end flop; architecture archi of flop is begin process (C) begin if (C'event and C='1') then Q <= D; end if; end process; end archi; A. B. C. D. D C Q C D QD C Q D C Q Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 217 20. Mô hình phần cứng nào tổng hợp được ứng với đoạn mô tả như sau: entity flop is port(C, D, CLR : in std_logic; Q : out std_logic); end flop; architecture archi of flop is begin process (C, CLR) begin if (CLR = '1')then Q <= '0'; elsif (C'event and C='0')then Q <= D; end if; end process; end archi; A. B. C. D. 21. Mô hình phần cứng nào tổng hợp được ứng với đoạn mô tả như sau: entity flop is port(C, D, S : in std_logic; Q : out std_logic); end flop; architecture archi of flop is begin process (C) begin if (C'event and C='1') then if (S='1') then Q <= '1'; else Q <= D; end if; end if; end process; end archi; A. B. C. D. D C Q CLR D C Q CLR D C Q CLR D C Q CLR D C Q SD C Q S D C Q S D C Q S Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 218 22. Mô hình phần cứng nào tổng hợp được ứng với đoạn mô tả như sau: entity flop is port(C, D, CE : in std_logic; Q : out std_logic); end flop; architecture archi of flop is begin process (C) begin if (C'event and C='1') then if (CE='0') then Q <= D; end if; end if; end process; end archi; A. B. C. D. 23. Đoạn mô tả VHDL nào mô tả cho mô hình mạch chốt cổng dương và xóa không đồng bộ như sau: A. entity latch is port(G, D, CLR : in std_logic; Q : out std_logic); end latch; architecture archi of latch is begin process (CLR, D, G) begin if (CLR='1') then Q <= '1'; elsif (G='1') then Q <= D; end if; end process; end archi; B. entity latch is port(G, D, CLR : in std_logic; Q : out std_logic); end latch; architecture archi of latch is begin process (CLR, D, G) begin if (CLR='0') then Q <= '0'; elsif (G='1') then Q <= D; end if; end process; end archi; D Data Input G Positive Gate CLR Asynchronous Clear (active High) Q Data Output Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 219 C. entity latch is port(G, D, CLR : in std_logic; Q : out std_logic); end latch; architecture archi of latch is begin process (CLR, D, G) begin if (CLR='1') then Q <= '0'; elsif (G='1') then Q <= D; end if; end process; end archi; D. entity latch is port(G, D, CLR : in std_logic; Q : out std_logic); end latch; architecture archi of latch is begin process (CLR, D, G) begin if (CLR='1') then Q <= '0'; elsif (G='0') then Q <= D; end if; end process; end archi; 24. Đoạn mô tả kiến trúc nào mô tả cho mô hình mạch chốt cổng đảo và Preset không đồng bộ như sau: Trong đó mô tả thực thể như sau: entity latch is port(D : in std_logic_vector(3 downto 0); G, PRE : in std_logic; Q : out std_logic_vector(3 downto 0)); end latch; A. architecture archi of latch is begin process (PRE, G) begin if (Q='1') then Q <= "1111"; elsif (PRE='0') then Q <= D; end if; end process; end archi; B. architecture archi of latch is begin process (PRE, G) begin if (PRE='1') then Q <= "1111"; elsif (G='0') then Q <= D; end if; end process; end archi; D[3:0] Data Input G Inverted Gate PRE Asynchronous Preset (active High) Q[3:0] Data Output Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 220 C. architecture archi of latch is begin process (PRE) begin if (PRE='1') then Q <= "1111"; elsif (G='0') then Q <= D; end if; end process; end archi; D. architecture archi of latch is begin process (PRE, G) begin if (PRE='1') then Q <= "1111"; elsif (G='1') then Q <= D; end if; end process; end archi; 25. Đoạn mô tả kiến trúc nào mô tả cho cổng 3 trạng thái sau: Trong đó mô tả thực thể như sau: entity three_st is port( T, I : in std_logic; O : out std_logic); end three_st; A. architecture archi of three_st is begin process (I, T) begin if (T='0') then O <= I; else O <= 'X'; end if; end process; end archi; B. architecture archi of three_st is begin process (I, T) begin if (T='1') then O <= I; else O <= 'Z'; end if; end process; end archi; C. architecture archi of three_st is begin O <= I when T=’1’ else ‘Z’; end archi; D. architecture archi of three_st is begin O <= I when T=’0’ else ‘Z’; end archi; Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 221 26. Đoạn mô tả kiến trúc nào mô tả hoạt động của bộ đếm tiến 4 bit có xóa không đồng bộ có mô tả thực thể như sau: entity counter is port( Clk, CLR : in std_logic; Q : out std_logic_vector(3 downto 0)); end counter; A. architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (Clk, CLR) begin if (CLR='1') then tmp <= "0000"; elsif (Clk'event and Clk='1') then tmp <= tmp + 1; end if; end process; Q <= tmp; end archi; B. architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (Clk) begin if (Clk'event and Clk='1')then if (CLR='1') then tmp <= "0000"; else tmp <= tmp + 1; end if; end if; end process; Q <= tmp; end archi; C. architecture archi of counter is begin process (Clk, CLR) begin if (CLR='1') then Q <= "0000"; elsif(Clk'event and Clk='0') then Q <= Q + 1; end if; end process; end archi; D. architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (Clk) begin if (Clk'event and Clk='0')then if (CLR='1') then tmp <= "0000"; else tmp <= tmp - 1; end if; end if; end process; Q <= tmp; end archi; Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 222 27. Mô hình mạch số nào có mô tả VHDL như sau: entity counter is port( Clk, S : in std_logic; Q : out std_logic_vector(3 downto 0)); end counter; architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (Clk) begin if (Clk'event and Clk='1') then if (S='1') then tmp <= "1111"; else tmp <= tmp - 1; end if; end if; end process; Q <= tmp; end archi; A. Bộ đếm lùi 4 bit ra Q[3:0], hoạt động ở sườn âm của clock CLK, tín hiệu thiết lập S tích cực dương và đồng bộ B. Bộ đếm lùi 4 bit ra Q[3:0], hoạt động ở sườn dương của clock CLK, tín hiệu thiết lập S tích cực dương và đồng bộ. C. Bộ đếm tiến 4 bit ra Q[3:0], hoạt động ở sườn dương của clock CLK, tín hiệu thiết lập S tích cực dương và đồng bộ D. Bộ đếm lùi 4 bit ra Q[3:0], hoạt động ở sườn dương của clock CLK, tín hiệu thiết lập S tích cực dương và không đồng bộ. Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 223 28. Đoạn mô tả kiến trúc nào mô tả hoạt động của bộ đếm tiến 4 bit nạp không đồng bộ từ tín hiệu đầu vào, hoạt động ở sườn clock âm và có mô tả thực thể như sau: library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity counter is port( Clk, ALOAD : in std_logic; -- Clock và tín hiệu nạp D : in std_logic_vector(3 downto 0); -- Đầu vào bộ đếm Q : out std_logic_vector(3 downto 0)); -- Đầu ra bộ đếm end counter; A. architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (Clk,ALOAD, D) begin if (ALOAD='1') then tmp <= D; elsif (Clk'event and Clk='1') then tmp <= tmp + 1; end if; end process; Q <= tmp; end archi; B. architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (Clk,D) begin if (ALOAD='1') then tmp <= D; elsif (Clk'event and Clk='0') then tmp <= tmp + 1; end if; end process; Q <= tmp; end archi; C. architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (Clk,ALOAD, D) begin if (ALOAD='1') then tmp <= D; elsif (Clk'event and Clk='0') then tmp <= tmp + 1; end if; end process; Q <= tmp; end archi; D. architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (Clk) begin if (ALOAD='1') then tmp <= D; elsif (Clk'event and Clk='0') then tmp <= tmp + 1; end if; end process; Q <= tmp; end archi; Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 224 29. Mô hình mạch số nào có mô tả VHDL như sau: library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity counter is port( Clk, SLOAD : in std_logic; Q : out std_logic_vector(3 downto 0)); end counter; architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (Clk) begin if (Clk'event and Clk='1') then if (SLOAD='1') then tmp <= "1010"; else tmp <= tmp + 1; end if; end if; end process; Q <= tmp; end archi; A. Bộ đếm tiến 4 bit ra Q[3:0], hoạt động ở sườn âm của clock CLK, nạp đồng bộ hằng số “1010” (theo mức tích cực dương). B. Bộ đếm tiến 4 bit ra Q[3:0], hoạt động ở sườn dương của clock CLK, nạp không đồng bộ hằng số “1010” (theo mức tích cực dương). C. Bộ đếm tiến 4 bit ra Q[3:0], hoạt động ở sườn dương của clock CLK, nạp đồng bộ hằng số “1010” (theo mức tích cực dương). D. Bộ đếm lùi 4 bit ra Q[3:0], hoạt động ở sườn dương của clock CLK, nạp đồng bộ hằng số “1010” (theo mức tích cực dương). Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 225 30. Đoạn mô tả kiến trúc nào mô tả cho mô hình thanh ghi 4 bit hoạt động sườn dươn của clock, có tín hiệu chốt clock và thiết lập không đồng bộ, Mô tả thực thể của thanh ghi như sau: library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity flop is port( C, CE, PRE : in std_logic; D : in std_logic_vector (3 downto 0); Q : out std_logic_vector (3 downto 0)); end flop; A. architecture archi of flop is begin process (C) begin if (PRE='1') then Q <= "1111"; elsif (C'event and C='1')then if (CE='1') then Q <= D; end if; end if; end process; end archi; B. architecture archi of flop is begin process (C, PRE) begin if (PRE='1') then Q <= "1111"; elsif (C'event and C='1')then if (CE='0') then Q <= D; end if; end if; end process; end archi; C. architecture archi of flop is begin process (C, PRE) begin if (PRE='1') then Q <= "1111"; elsif (C'event and C='1')then if (CE='1') then Q <= D; end if; end if; end process; end archi; D. architecture archi of flop is begin process (C, PRE) begin if (PRE='1') then Q <= "0000"; elsif (C'event and C='1')then if (CE='1') then Q <= D; end if; end if; end process; end archi; D[3:0] Đầu vào dữ liệu 4 bit C Clock sườn dương PRE Tín hiệu thiết lập không đồng bộ mức tích cực cao CE Tín hiệu chốt Clock mức tích cực cao Q[3:0] Đầu ra dữ liệu 4 bit Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 226 31. Mô hình mạch số nào có đoạn mô tả VHDL như sau: library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity counter is port( Clk, SLOAD : in std_logic; Q : out std_logic_vector(3 downto 0)); end counter; architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (Clk) begin if (Clk'event and Clk='1') then if (SLOAD='1') then tmp <= "1010"; else tmp <= tmp + 1; end if; end if; end process; Q <= tmp; end archi; A. Bộ đếm tiến 4 bit đầu ra Q [3:0] hoạt động với sườn âm clock, nạp đồng bộ giá trị cố định “1010” mức tích cực cao B. Bộ đếm tiến 4 bit đầu ra Q [3:0] hoạt động với sườn dương clock, nạp đồng bộ giá trị cố định “1010” mức tích cực cao C. Bộ đếm tiến 4 bit đầu ra Q [3:0] hoạt động với sườn dương clock, nạp đồng bộ giá trị cố định “1010” mức tích cực thấp D. Bộ đếm tiến 4 bit đầu ra Q [3:0] hoạt động với sườn dương clock, nạp không đồng bộ giá trị cố định “1010” mức tích cực cao Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 227 32. Đoạn mô tả kiến trúc nào mô tả cho mô hình bộ đếm thuận/nghịch 4 bit có xóa không đồng bộ, có mô tả thực thể như sau: library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity counter is port( C, CLR, up_down : in std_logic; -- C - clock Q : out std_logic_vector(3 downto 0)); end counter; A. architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (C, CLR) begin if (CLR='1') then tmp <= "0000"; elsif (C'event and C='1') then if (up_down='1') then tmp <= tmp + 1; else tmp <= tmp - 1; end if; end if; end process; Q <= tmp; end archi; B. architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (C) begin if (CLR='1') then tmp <= "0000"; elsif (C'event and C='1') then if (up_down='1') then tmp <= tmp + 1; else tmp <= tmp - 1; end if; end if; end process; Q <= tmp; end archi; C. architecture archi of counter is begin process (C, CLR) begin if (CLR='1') then Q <= "0000"; elsif (C'event and C='1') then if (up_down='1') then Q <= Q + 1; else tmp <= tmp - 1; end if; end if; end process; end archi; D. architecture archi of counter is signal tmp: std_logic_vector(3 downto 0); begin process (C, CLR) begin if (CLR='1') then tmp <= "1111"; elsif (C'event and C='1') then if (up_down='1') then tmp <= tmp + 1; else tmp <= tmp - 1; end if; end if; end process; Q <= tmp; end archi; Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 228 33. Đoạn mô tả nào mô tả cho triger JK sau: A. entity JKFF is Port(J,K,Clk:in std_logic; Q, notQ:out std_logic); end JKFF; architecture Behavioral of JKFF is signal Qtemp: std_logic; signal JK:std_logic_vector(0 to 1); begin JK<=(J,K); process(Clk) begin if(Clk'event and Clk='1') then case JK is when "00" => Null; when "01" => Qtemp<='0'; when "10" => Qtemp<='1'; when others=>Qtemp<=not Qtemp; end case; end if; end process; Q<=Qtemp; notQ<=not Qtemp; end Behavioral; C. entity JKFF is Port(J,K,Clk:in std_logic; Q, notQ:out std_logic); end JKFF; architecture Behavioral of JKFF is signal Qtemp: std_logic; signal JK:std_logic_vector(0 to 1); begin JK<=(J,K); process(Clk) begin if(Clk'event and Clk='0') then case JK is when "00" => Null; when "01" => Qtemp<='0'; when "10" => Qtemp<='1'; when others=>Qtemp<=not Qtemp; end case; end if; end process; Q<=Qtemp; notQ<=not Qtemp; end Behavioral; Clk J Q > K Q Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 229 B. entity JKFF is Port(J,K,Clk:in std_logic; Q, notQ:out std_logic); end JKFF; architecture Behavioral of JKFF is begin process(Clk) begin if(Clk'event and Clk='1') then Q<=J; notQ<=K; end if; end process; end Behavioral; D. entity JKFF is Port(J,K,Clk:in std_logic; Q, notQ:out std_logic); end JKFF; architecture Behavioral of JKFF is begin process(Clk) begin if(Clk'event and Clk='0') then Q<=J; notQ<=K; end if; end process; end Behavioral; 34. Đoạn mô tả nào mô tả đúng cho mạch sau theo mô hình RTL: A. architecture Behavioral of cau33 is begin notQ<=not Q; J(0)<=Q(1) nand Q(2); K(0)<='1'; J(1)<=Q(0); K(1)<= notQ(0) nand notQ(2); J(2)<=Q(1) and Q(0); K(2)<=Q(1); end Behavioral; Clk J1 Q1 > K1 1Q '1' J2 Q2 > K2 2Q J0 Q0 > K0 0Q Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 230 B. architecture Behavioral of cau33 is signal Clk: std_logic; signal J,K,Q,notQ: std_logic_vector(0 to 2); signal JK0,JK1,JK2: std_logic_vector(0 to 1); begin JK0 <=(J(0),K(0));JK1 <=(J(1),K(1)); JK2 <=(J(2),K(2)); notQ<=not Q; J(0)<=Q(1) nand Q(2); K(0)<='1'; J(1)<=Q(0); K(1)<= notQ(0) nand notQ(2); J(2)<=Q(1) and Q(0); K(2)<=Q(1); end Behavioral; C. architecture Behavioral of cau33 is begin process(Clk) begin if(Clk'event and Clk='1') then case JK0 is when "00" => Null; when "01" => Q(0)<='0'; when "10" => Q(0)<='1'; when others => Q(0)<= not Q(0); end case; end if; end process; end Behavioral; Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 231 D. architecture Behavioral of cau33 is signal Clk: std_logic; signal J,K,Q,notQ: std_logic_vector(0 to 2); signal JK0,JK1,JK2: std_logic_vector(0 to 1); begin JK0 <=(J(0),K(0));JK1 <=(J(1),K(1)); JK2 <=(J(2),K(2)); process(Clk) begin if(Clk'event and Clk='0') then case JK0 is when "00" => Null; when "01" => Q(0)<='0'; when "10" => Q(0)<='1'; when others => Q(0)<= not Q(0); end case; case JK1 is when "00" => Null; when "01" => Q(1)<='0'; when "10" => Q(1)<='1'; when others => Q(1)<= not Q(1); end case; case JK2 is when "00" => Null; when "01" => Q(2)<='0'; when "10" => Q(2)<='1'; when others => Q(2)<= not Q(2); end case; end if; end process; notQ<=not Q; J(0)<=Q(1) nand Q(2); K(0)<='1'; J(1)<=Q(0); K(1)<= notQ(0) nand notQ(2); J(2)<=Q(1) and Q(0); K(2)<=Q(1); end Behavioral; Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 232 35. Đoạn mô tả nào mô tả đúng cho mạch giải mã BCD sang mã 7 segment. A. entity BCDto7seg is Port( BCD:in std_logic_vector(3 downto 0); Seg : out std_logic_vector(6 downto 0)); end BCDto7seg; architecture Beh of BCDto7seg is begin with BCD select --abcdefg" Seg<= "1111110" when x"0", "0110000" when x"1", "1101101" when x"2", "1111001" when x"3", "0110011" when x"4", "1011011" when x"5", "1011111" when x"6", "1110000" when x"7", "1111111" when x"8", "1111011" when x"9", "0000000" when others; end Beh; C. entity BCDto7seg is Port ( BCD:in std_logic_vector(3 downto 0); Seg : out std_logic_vector(6 downto 0)); end BCDto7seg; architecture Beh of BCDto7seg is begin with BCD select --abcdefg" Seg<= "1111110" when x"0", "0110000" when x"1", "1101101" when x"2", "1111001" when x"3", "0110011" when x"4", "1011011" when x"5", "1011111" when x"6", "1111111" when x"7", "1111111" when x"8", "1111111" when x"9", "0000000" when others; end Beh; Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 233 B. entity BCDto7seg is Port ( BCD:in std_logic_vector(3 downto 0); Seg : out std_logic_vector(6 downto 0)); end BCDto7seg; architecture Beh of BCDto7seg is begin with BCD select --abcdefg" Seg<= "1111110" when x"0", "0110000" when x"1", "1101101" when x"2", "1111001" when x"3", "0000000" when others; end Beh; D. entity BCDto7seg is Port ( BCD:in std_logic_vector(3 downto 0); Seg : out std_logic_vector(6 downto 0)); end BCDto7seg; architecture Beh of BCDto7seg is begin with BCD select --abcdefg" Seg<= "1011111" when x"6", "1110000" when x"7", "1111111" when x"8", "1111011" when x"9", "0000000" when others; end Beh; Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 234 36. Đoạn mô tả nào mô tả đúng cho mạch hợp kênh 8 vào – 1 ra: A. entity Mux is end Mux; architecture Behavioral of Mux is signal I : std_logic_vector(8 downto 0); signal SEL: std_logic_vector(4 downto 0); signal Y :std_logic; begin with SEL select --abcdefg" Y <= I(0) when "0000", I(1) when "0001", I(2) when "0010", I(3) when "0011", I(4) when "0100", I(5) when "0101", I(6) when others; end Behavioral; C. architecture Behavioral of Mux is signal I : std_logic_vector(7 downto 0); signal SEL: std_logic_vector(2 downto 0); signal Y :std_logic; begin process begin case SEL is when "000" => Y<=I(0); when "001" => Y<=I(1); when "010" => Y<=I(2); when "011" => Y<=I(3); when "100" => Y<=I(4); when "101" => Y<=I(5); when "110" => Y<=I(6); when others => Y<=I(7); end case; end process; end Behavioral; Chương 9: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 235 B. entity Mux is end Mux; architecture Behavioral of Mux is signal I : std_logic_vector(7 downto 0); signal SEL: std_logic_vector(2 downto 0); signal Y :std_logic; begin with SEL select --abcdefg" Y <= I(0) when "000", I(1) when "001", I(2) when "010", I(3) when "011", I(4) when "100", I(5) when "101", I(6) when "110", I(7) when others; end Behavioral; D. architecture Behavioral of Mux is signal I : std_logic_vector(7 downto 0); signal SEL: std_logic_vector(2 downto 0); signal Y : std_logic; begin process(I) begin case SEL is when "000" => Y<=I(0); when "001" => Y<=I(1); when "010" => Y<=I(2); when "011" => Y<=I(3); when "100" => Y<=I(4); when "101" => Y<=I(5); when "110" => Y<=I(6); when others => Y<=I(7); end case; end process; end Behavioral; Đáp án và hướng dẫn trả lời 236 ĐÁP ÁN VÀ HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CHƯƠNG 1 1. Bit là số nhị phân có một chữ số. 1byte = 8 bit. 2. b 3. c 4. a 5. d 6. a CHƯƠNG 2 Bài 1. 1. a 2. b Bài 2.2 1. c 2. b Bài 2.3 d Bài 2.4 d. Do đều bằng A+AB Bài 2.5 - Mức logic và phân tích - Trễ truyền lan và phân tích - Công suất tiêu thụ và phân tích - Hệ số ghép tải và phân tích - Độ phòng vệ nhiễu và phân tích - Một số tham số khác Bài 2.6 c Bài 2.7 c Bài 2.8 - Nêu được khái niệm về tối ưu hoá mạch điện các họ cổng Đáp án và hướng dẫn trả lời 237 - Công cụ tối ưu hoá - Đưa ra ví dụ và phân tích hiệu quả kỹ thuật, kinh tế của việc tối ưu hoá Bài 2.10 a Bài 2.11 d Bài 2.12 c CHƯƠNG 3 CHƯƠNG 4 1.a 2.d 3.c 4.c 5.c 6.d 7.b 8.c 9.a 10.c 11.a 12.d 13.c 14.a 15.b 16.b 17.a 18.b 19.c 20.d CHƯƠNG 5 1.a 2.c 1.d 2.a 3.d 4.b 5.c 6.a 7.b 8.c 9.d 10.b 11.a 12.d 13.d 14.a Đáp án và hướng dẫn trả lời 238 3.c 4.b 5.d 6.a 7.c 8.d 9.d 10.c 11.a 12.b 13.d 14.c 15.c 16.a 17.d 18.b 19.a 20.a 21.b 22.d 23.b 24.a 25.b 26.c 27.c 28.d 29.c 30.a 31.b 32.d 33.c 34.a 35.c 36. Xem ví dụ phần 5.4.1.2 37. Xem ví dụ phần 5.4.1.2 38.d 39.b 40.a CHƯƠNG 6 1.c 2.a 3.b 4.d 5.b 6.b 7.c 8.c 9.a 10.d CHƯƠNG 7 1.a 2.c 3.c 4.b 5.c 6.a Đáp án và hướng dẫn trả lời 239 7.b 8.a 9.c 10.c CHƯƠNG 8 VÀ CHƯƠNG 9 1.C 2.D 3.C 4.D 5.C 6.D 7.B 8.D 9.D 10.C 11.B 12.B 13.D 14.D 15.B 16.A 17.C 18.D 19.A 20.D 21.D 22.A 23.C 24.B 25.D 26.A 27.B 28.C 29.C 30.C 31.B 32.A 33.C 34.D 35.A 36.B Mục lục 240 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Giáo trình Kỹ thuật số - Trần Văn Minh, NXB Bưu điện 2002. 2. Cơ sở kỹ thuật điện tử số, Đại học Thanh Hoa, Bắc Kinh, NXB Giáo dục 1996 . 3. Kỹ thuật số, Nguyễn Thúy Vân, NXB Khoa học và kỹ thuật 1994. 4. Toán logic và kỹ thuật số, Nguyễn Nam Quân - Khoa ĐHTC xuất bản - 1974 5. Lý thuyết mạch logic và Kỹ thuật số, Nguyễn Xuân Quỳnh - NXB Bưu điện - 1984 6. Fundamentals of logic design, fourth edition, Charles H. Roth, Prentice Hall 1991. 7. Digital engineering design, Richard F.Tinder, Prentice Hall 1991 . 8. Digital design principles and practices, John F.Wakerly, Prentice Hall 1990. 9. VHDL for Programmable Logic by Kevin Skahill, Addison Wesley, 1996 10. The Designer's Guide to VHDL by Peter Ashenden, Morgan Kaufmann, 1996. 11. Analysis and Design of Digital Systems with VHDL by Dewey A., PWS Publishing, 1993. Mục lục 241 MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: HỆ ĐẾM ......................................................................................................................................... 2 GIỚI THIỆU...................................................................................................................................................... 2 NỘI DUNG........................................................................................................................................................ 2 1.1. BIỂU DIỄN SỐ ....................................................................................................................................... 2 1.2. CHUYỂN ĐỔI CƠ SỐ GIỮA CÁC HỆ ĐẾM ....................................................................................... 6 1.3 SỐ NHỊ PHÂN CÓ DẤU........................................................................................................................ 8 1.4. DẤU PHẨY ĐỘNG............................................................................................................................... 9 TÓM TẮT.......................................................................................................................................................... 9 CÂU HỎI ÔN TẬP.......................................................................................................................................... 10 CHƯƠNG 2: ĐẠI SỐ BOOLE VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN HÀM............................................ 11 GIỚI THIỆU CHUNG..................................................................................................................................... 11 NỘI DUNG...................................................................................................................................................... 12 2.1 ĐẠI SỐ BOOLE........................................................................................................................................ 12 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN HÀM BOOLE ............................................................................. 12 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP RÚT GỌN HÀM.............................................................................................. 14 2.4 CỔNG LOGIC VÀ CÁC THAM SỐ CHÍNH ....................................................................................... 16 TÓM TẮT........................................................................................................................................................ 26 CÂU HỎI ÔN TẬP.......................................................................................................................................... 26 CHƯƠNG 3: CỔNG LOGIC TTL VÀ CMOS................................................................................................ 29 GIỚI THIỆU.................................................................................................................................................... 29 NỘI DUNG...................................................................................................................................................... 30 3.1. CÁC HỌ CỔNG LOGIC ...................................................................................................................... 30 3.2. GIAO TIẾP GIỮA CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN TTL-CMOS VÀ CMOS-TTL.............................. 40 TÓM TẮT........................................................................................................................................................ 43 CÂU HỎI ÔN TẬP.......................................................................................................................................... 43 CHƯƠNG 4: MẠCH LOGIC TỔ HỢP ........................................................................................................... 48 GIỚI THIỆU CHUNG..................................................................................................................................... 48 NỘI DUNG...................................................................................................................................................... 49 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG............................................................................................................................ 49 4.2 PHÂN TÍCH MẠCH LOGIC TỔ HỢP ................................................................................................. 50 4.3 THIẾT KẾ MẠCH LOGIC TỔ HỢP..................................................................................................... 50 4.4 HAZARD TRONG MẠCH TỔ HỢP .................................................................................................... 51 4.5. MẠCH MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ .......................................................................................................... 59 4.6 BỘ HỢP KÊNH VÀ PHÂN KÊNH....................................................................................................... 64 4.7. MẠCH CỘNG....................................................................................................................................... 66 Mục lục 242 4.8. MẠCH SO SÁNH. ................................................................................................................................67 4.9. MẠCH TẠO VÀ KIỂM TRA CHẴN LẺ. ............................................................................................68 4.10. ĐƠN VỊ SỐ HỌC VÀ LOGIC (ALU). ...............................................................................................70 TÓM TẮT........................................................................................................................................................70 CÂU HỎI ÔN TẬP..........................................................................................................................................71 CHƯƠNG 5: MẠCH LOGIC TUẦN TỰ..........................................................................................................75 GIỚI THIỆU. ...................................................................................................................................................75 NỘI DUNG......................................................................................................................................................75 5.1. KHÁI NIỆM CHUNG VÀ MÔ HÌNH TOÁN HỌC ............................................................................75 5.2. PHẦN TỬ NHỚ CỦA MẠCH TUẦN TỰ ...........................................................................................76 5.3. PHƯƠNG PHÁP MÔ TẢ MẠCH TUẦN TỰ. .....................................................................................81 5.4. CÁC BƯỚC THIẾT KẾ MẠCH TUẦN TỰ. .......................................................................................83 5.5 MẠCH TUẦN TỰ ĐỒNG BỘ...............................................................................................................90 5.6. MẠCH TUẦN TỰ KHÔNG ĐỒNG BỘ ..............................................................................................98 5.7. HIỆN TƯỢNG CHU KỲ VÀ CHẠY ĐUA TRONG MẠCH KHÔNG ĐỒNG BỘ ..........................104 5.8. MỘT SỐ MẠCH TUẦN TỰ THÔNG DỤNG ...................................................................................108 TÓM TẮT......................................................................................................................................................116 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 5...................................................................................................................116 CHƯƠNG 6: MẠCH PHÁT XUNG VÀ TẠO DẠNG XUNG.......................................................................125 GIỚI THIỆU ..................................................................................................................................................125 NỘI DUNG....................................................................................................................................................126 6.1. MẠCH PHÁT XUNG .........................................................................................................................126 6.2. TRIGƠ SCHMIT.................................................................................................................................129 6.3. MẠCH ĐA HÀI ĐỢI ..........................................................................................................................130 6.4. IC ĐỊNH THỜI....................................................................................................................................134 TÓM TẮT......................................................................................................................................................137 CÂU HỎI ÔN TẬP........................................................................................................................................137 CHƯƠNG 7: BỘ NHỚ BÁN DẪN...................................................................................................................141 GIỚI THIỆU ..................................................................................................................................................141 NỘI DUNG....................................................................................................................................................141 7.1. KHÁI NIỆM CHUNG.........................................................................................................................141 7.2. DRAM .................................................................................................................................................144 7.3. SRAM..................................................................................................................................................145 7.3. BỘ NHỚ CỐ ĐỊNH - ROM ................................................................................................................146 7.4. BỘ NHỚ BÁN CỐ ĐỊNH ...................................................................................................................147 7.5. MỞ RỘNG DUNG LƯỢNG BỘ NHỚ...............................................................................................151 TÓM TẮT......................................................................................................................................................152 CÂU HỎI ÔN TẬP........................................................................................................................................153 CHƯƠNG 8: LOGIC LẬP TRÌNH (PLD)......................................................................................................155 GIỚI THIỆU ..................................................................................................................................................155 Mục lục 243 NỘI DUNG.................................................................................................................................................... 156 8.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LOGIC KHẢ TRÌNH (PLD) ................................................................... 156 8.2 SPLD................................................................................................................................................... 157 8.3. CPLD (Complex PLD)....................................................................................................................... 157 8.4. FPGA................................................................................................................................................... 159 8.5. SO SÁNH GIỮA CPLD VÀ FPGA.................................................................................................... 161 8.6. QUY TRÌNH THIẾT KẾ CHO CPLD/FPGA..................................................................................... 161 TÓM TẮT...................................................................................................................................................... 168 CHƯƠNG 9: NGÔN NGỮ MÔ TẢ PHẦN CỨNG VHDL ........................................................................... 169 GIỚI THIỆU.................................................................................................................................................. 169 NỘI DUNG.................................................................................................................................................... 170 9.1. GIỚI THIỆU NGÔN NGỮ MÔ TẢ PHẦN CỨNG VHDL ............................................................... 170 9.2. CẤU TRÚC NGÔN NGỮ CỦA VHDL ............................................................................................. 171 9.3. CÁC MỨC ĐỘ TRỪU TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ TẢ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG SỐ.... 199 TÓM TẮT...................................................................................................................................................... 212 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 8 VÀ CHƯƠNG 9....................................................................................... 213 ĐÁP ÁN VÀ HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI............................................................................................................ 236 CHƯƠNG 1 ................................................................................................................................................... 236 CHƯƠNG 2 ................................................................................................................................................... 236 CHƯƠNG 3 ................................................................................................................................................... 237 CHƯƠNG 4 ................................................................................................................................................... 237 CHƯƠNG 5 ................................................................................................................................................... 237 CHƯƠNG 6 ................................................................................................................................................... 238 CHƯƠNG 7 ................................................................................................................................................... 238 CHƯƠNG 8 VÀ CHƯƠNG 9 ....................................................................................................................... 239 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................................. 240 MỤC LỤC.......................................................................................................................................................... 241 ĐIỆN TỬ SỐ Mã số : 497DTS210 Chịu trách nhiệm bản thảo TRUNG TÂM ÐÀO TẠO BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG 1