Electronica

SÍNTESIS Y DESCRIPCIÓN DE
CIRCUITOS DIGITALES
UTILIZANDO VHDL

IEC FRANCISCO JAVIER TORRES VALLE
2001

SINTESIS Y DESCRIPCIÓN DE CIRCUITOS DIGITALES UTILIZANDO VHDL

ANTECEDENTES
En los últimos diez años la industria
electrónica ha tenido una gran evolución en el
desarrollo de sistemas digitales; desde
computadoras personales, sistemas de audio y
vídeo hasta dispositivos de altavelocidad para las
comunicaciones. Productos hechos con una alta
tecnología que permite aumentar la funcionalidad,
disminuir costos, mejorar el aprovechamiento de
la energía, así como una marcada tendencia hacia
la miniaturización. Esto ha sido posible gracias a
la implementación de herramientas de diseño
asistidos por computadora, conocidas como
herramientas CAD (Computer Aided Design),aunque específicamente se hace uso de
herramientas
EDA
(Electronic
Design
Automation), que es el nombre que se le da a
todas las herramientas CAD para el diseño de
sistemas electrónicos. Este software de diseño
electrónico que facilita a los ingenieros el
desarrollo de circuitos es cada vez mas sofisticado
y, además, contamos con computadoras cada vez
más veloces y de mayor capacidad deprocesamiento. Ambos, hardware y software,
constituyen actualmente herramientas muy
importantes que simplifican el trabajo de diseño
electrónico. Además de facilitar el trabajo, el uso
de herramientas EDA también aceleró los
procesos de diseño. Esta situación condujo a
adoptar nuevas metodologías para el diseño y
evaluación de los circuitos electrónicos. El uso de
las herramientas EDAjunto con los dispositivos
lógicos programables, que pueden ser utilizados
en
diferentes
aplicaciones
e
inclusive
reprogramados, cambiaron bastante el concepto
de diseño de circuitos digitales.

El presente trabajo considera los dispositivos
lógicos programables, enfocándonos en los PLDs,
CPLDs y FPGAs. Ya que el principal motivo por
el que debemos aprender a utilizar VHDL es el dediseñar circuitos lógicos utilizando este tipo de
dispositivos. Se expondrán los estilos elementales
de codificación, exponiendo las principales
características de VHDL como lenguaje para
síntesis de circuitos. Finalmente se desarrolla la
implementación de filtros digitales utilizando
FPGAs.

VHDL es un lenguaje que se creó para el
diseño, modelado y documentación de circuitos
complejos.Actualmente se le utiliza para la
síntesis de circuitos digitales utilizando
dispositivos lógicos programables. Es así como
los dispositivos lógicos programables y VHDL,
Very High Speed Integrated Circuit (VHSIC)
Hardware Description Language, constituyen los
elementos fundamentales para estas nuevas
metodologías de diseño.

IEC FRANCISCO JAVIER TORRES VALLE

i

SINTESIS Y DESCRIPCIÓN DECIRCUITOS DIGITALES UTILIZANDO VHDL

ÍNDICE

ANTECEDENTES

i

1.

LENGUAJES DE DESCRIPCIÓN DE HARDWARE

1

1.1. INTRODUCCIÓN.

2

1.2. EL CONCEPTO DE HERRAMIENTAS CAD-EDA.

2

1.3. LENGUAJES DE DESCRIPCIÓN DE HARDWARE.

4

1.3.1.

VENTAJAS DE LOS HDLS

5

1.4. VHDL
1.5. METODOLOGÍA DE DISEÑO UTILIZANDO VHDL

6

DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMABLES

9

2.1.CONCEPTOS FUNDAMENTALES

10

2.2. DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMABLES

2.

5

10

2.2.1.

MATRIZ GENÉRICA PROGRAMABLE

2.3. COMPLEX PROGRAMMABLE LOGIC DEVICES

10
11

2.3.1.

MATRIZ DE INTERCONEXIONES PROGRAMABLES

11

2.3.2.

BLOQUES LÓGICOS

11

2.3.3.

DISTRIBUCIÓN DE PRODUCTOS

12

2.3.4.

MACROCELDAS

12

2.3.5.

CELDA DE ENTRADA/SALIDA

13

2.4.FIELD PROGRAMMABLE LOGIC DEVICES
2.4.1.
3.

CELDAS LÓGICAS

13
14

SINTAXIS DEL LENGUAJE

17

3.1. INTRODUCCIÓN A LA DESCRIPCIÓN EN VHDL DE CIRCUITOS
DIGITALES

18

3.1.1.

MULTIPLEXORES

18

3.1.2.

COMPARADORES

19

3.1.3.

EL ESTILO DE “PROGRAMACIÓN” EN VHDL

20

3.2. IDENTIFICADORES

21

3.3. OBJETOS DE DATOS

21

3.3.1.

CONSTANTES

IEC...