Diseño VHDL 1: Puertas lógicas
Summary
TLDREste primer vídeo de una serie enseña a diseñar circuitos digitales con VHDL, un lenguaje de descripción de hardware. Cubre conceptos básicos como la diferencia entre el modelado y la síntesis en VHDL, y cómo describir circuitos usando puertas lógicas y niveles de transferencia de registro. El enfoque es en la importancia de entender que se está creando hardware, no software, y se destaca la flexibilidad de VHDL para grandes circuitos y su manejo de versiones. Se ofrecen recursos adicionales para profundizar en el tema.
Takeaways
- 😀 Este es el primer vídeo de una serie para aprender a diseñar circuitos digitales con VHDL.
- 🔍 VHDL es un lenguaje de descripción de hardware, y hay otros lenguajes como Verilog.
- 🛠️ El VHDL incluye un subconjunto para síntesis, utilizado para describir circuitos digitales que se convertirán en circuitos físicos.
- 📚 Para más información sobre VHDL y diseño de circuitos, se recomienda consultar libros disponibles en el archivo abierto de la Universidad Rey Juan Carlos.
- 🎯 Los objetivos de los tutoriales son enseñar a diseñar en VHDL con ejemplos, sin cubrir toda la sintaxis y posibilidades.
- 👨💻 Al usar VHDL, es importante recordar que se está escribiendo un hardware y no un software.
- 🔧 La ventaja de VHDL es su facilidad para hacer cambios y manejar grandes circuitos, pero también requiere aprender una nueva sintaxis.
- 🔑 La estructura de VHDL se divide en la 'entidad', que declara los puertos de entrada y salida, y la 'arquitectura', que especifica el circuito interno.
- 📐 Las 'sentencias concurrentes' en VHDL describen el hardware dentro del circuito y su orden es indiferente.
- 🔄 Se pueden utilizar señales intermedias para describir circuitos de manera más organizada y modular.
- 🔄🔄 Los ejemplos mostrados en el script ilustran cómo diferentes disposiciones de sentencias concurrentes pueden ser equivalentes en términos de funcionamiento del circuito.
Q & A
¿Qué es el VHDL y cómo se relaciona con el diseño de circuitos digitales?
-El VHDL es un lenguaje de descripción de hardware utilizado para modelar circuitos y tiene un subconjunto de síntesis para describir un circuito digital que se llevará a un circuito físico, ya sea un circuito integrado o una FPGA.
¿Por qué es importante diferenciar el VHDL de un lenguaje de programación de software?
-Es importante porque el VHDL está diseñado para escribir hardware, no software. Esto significa que se debe tener en cuenta que se está describiendo un circuito físico en lugar de un programa que se ejecuta en una computadora.
¿Qué son los puertos y cómo se relacionan con la entidad en VHDL?
-Los puertos son las conexiones de entrada y salida de un circuito en VHDL. La entidad es la parte del diseño que declara estos puertos, proporcionando así la interfaz con el exterior del circuito.
¿Qué es una arquitectura en el contexto de VHDL?
-Una arquitectura en VHDL es la especificación de lo que hay dentro del circuito, es decir, el hardware que se va a implementar, y se describe después de la entidad.
¿Por qué se pueden tener varias arquitecturas para una misma entidad en VHDL?
-Se pueden tener varias arquitecturas para una entidad porque el mismo circuito se puede describir de diferentes maneras, lo que permite diferentes implementaciones o optimizaciones sin cambiar la interfaz exterior del circuito.
¿Qué es una 'sentencia concurrente' en VHDL y cómo se relaciona con el diseño de circuitos?
-Una sentencia concurrente en VHDL describe un elemento del hardware que se ejecuta de manera simultánea, como una puerta lógica. Es la forma en que se especifican las operaciones dentro de una arquitectura.
¿Por qué el orden de las sentencias concurrentes en VHDL no afecta al funcionamiento del circuito?
-El orden de las sentencias concurrentes en VHDL no afecta al funcionamiento del circuito porque cada una describe una operación que se realiza de forma simultánea y no secuencial.
¿Qué son las 'señales intermedias' y cómo se utilizan en el diseño de circuitos con VHDL?
-Las señales intermedias son variables que se crean para almacenar valores temporales en un diseño de circuito. Se declaran antes de las sentencias concurrentes y se utilizan para organizar y clarificar el diseño, aunque el orden de estas sentencias es indiferente.
¿Cómo se relaciona el uso de paréntesis en VHDL con la descripción de circuitos?
-El uso de paréntesis en VHDL no afecta al funcionamiento del circuito, pero puede utilizarse para agrupar partes de la descripción y aumentar la legibilidad del código, aunque no es estrictamente necesario.
¿Qué es un multiplexor y cómo se relaciona con el ejemplo dado en el guion?
-Un multiplexor es un circuito que selecciona uno de varios entradas y lo dirige a una salida común. En el ejemplo del guion, se describe cómo un circuito con varias puertas lógicas y señales intermedias podría implementarse como un multiplexor.
¿Dónde puedo encontrar más información sobre VHDL y el diseño de circuitos digitales?
-Se puede encontrar más información sobre VHDL y el diseño de circuitos digitales en los libros disponibles en el archivo abierto de la Universidad Rey Juan Carlos, que también proporciona detalles adicionales sobre el lenguaje y su aplicación.
Outlines
😀 Introducción a la Diseño de Circuitos Digitales con VHDL
El primer párrafo presenta la serie de tutoriales sobre el diseño de circuitos digitales utilizando VHDL, un lenguaje de descripción de hardware. Se menciona que VHDL es un modelo de circuitos con un subconjunto para síntesis, que permite describir un circuito digital que se llevará a un circuito físico. Además, se destaca la diferencia entre programar software y escribir hardware, y se enfatiza la importancia de entender que se está describiendo un circuito con un lenguaje específico. Se sugiere que los tutoriales se enfocarán en un subconjunto de VHDL para enseñar el diseño de circuitos digitales de manera práctica, y se invita a los espectadores a buscar más información en los libros disponibles en el repositorio abierto de la Universidad Rey Juan Carlos.
📚 Estructura y Componentes de un Circuito VHDL
El segundo párrafo se enfoca en la estructura de un circuito VHDL, explicando la diferencia entre la 'entidad' y la 'arquitectura'. La entidad define las conexiones externas, es decir, los puertos de entrada y salida, mientras que la arquitectura especifica el hardware interno del circuito. Se ilustra cómo se describen estos componentes con ejemplos de puertas lógicas y se compara la disposición de las puertas en diferentes arquitecturas, mostrando que el orden de las sentencias concurrentes en VHDL no afecta la funcionalidad del circuito. También se menciona el uso de señales intermedias y cómo se pueden reorganizar las sentencias para lograr la misma funcionalidad, subrayando la flexibilidad del lenguaje para el diseño de circuitos lógicos.
🔧 Ejemplos de Aplicación y Flexibilidad en el Diseño con VHDL
El tercer párrafo continúa con ejemplos de cómo se pueden describir circuitos más complejos utilizando VHDL, incluyendo múltiples puertas lógicas y señales intermedias. Se presenta un circuito que funciona como un multiplexor y se sugiere que en tutoriales futuros se explorarán diferentes maneras de escribirlo. Se enfatiza la capacidad de VHDL para describir circuitos de manera flexible, permitiendo al diseñador reorganizar componentes y sentencias sin afectar la equivalencia del circuito. Finalmente, el párrafo concluye con una referencia a los recursos disponibles para obtener más información y agradece a los espectadores por ver el video.
Mindmap
Keywords
💡VHDL
💡Circuitos Combinacionales
💡Puertas Lógicas
💡Síntesis
💡Entidad
💡Arquitectura
💡Sentencias Concurrentes
💡Señal Intermedia
💡Multiplexor
💡Palabras Reservadas
Highlights
Introducción a la serie de vídeos para aprender a diseñar circuitos digitales con VHDL.
VHDL es un lenguaje de descripción de hardware utilizado para modelar circuitos y tiene un subconjunto para síntesis.
Otros lenguajes de descripción de hardware como Verilog mencionados en el vídeo.
El objetivo de los tutoriales es enseñar a diseñar en HDL con ejemplos sin cubrir toda la sintaxis de VHDL.
Recursos adicionales como libros disponibles en el archivo abierto de la Universidad Rey Juan Carlos.
Diferencia entre el diseño de hardware con VHDL y el software, enfatizando la escritura de circuitos.
Ventajas y desventajas de describir circuitos en VHDL frente a diagramas esquemáticos.
Importancia de entender que se está escribiendo hardware y no software al usar VHDL.
Estructura básica de un diseño en VHDL区分 entre la entidad y la arquitectura.
La entidad como declaración de puertos de entrada y salida en un diseño de circuito.
La arquitectura como la especificación del circuito interno, el hardware real.
Uso de palabras reservadas y el tipo 'std_logic' en las declaraciones de VHDL.
Importancia de la biblioteca IEEE y la distinción entre mayúsculas y minúsculas en VHDL.
Ejemplo de una puerta AND en VHDL, mostrando la entidad y la arquitectura.
Cómo el orden de las sentencias concurrentes en VHDL no afecta al funcionamiento del circuito.
Uso de paréntesis y señales intermedias para organizar y clarificar el diseño de circuitos.
Comparación de diferentes formas de describir un multiplexor en VHDL.
Conclusión del tutorial y referencia a futuros tutoriales sobre múltiplesxor y otros conceptos.
Transcripts
hola este es el primer vídeo de una
serie de vídeos para aprender a diseñar
circuitos digitales con uva hdl en este
vídeo de hoy vamos a ver cómo diseñar
circuitos combi nacionales con puertas
lógicas este es el primer vídeo de la
serie
el ube hdl es un lenguaje de descripción
de hardware que corresponde con este
acrónimo hay otros lenguajes de
descripción de hardware como por ejemplo
el veril ok en este tutorial vamos a ver
el lugar hdl el ub hdl es un lenguaje de
modelado de circuitos y tiene un
subconjunto que es de síntesis que es
para describir un circuito digital que
se va a llevar a un circuito físico ya
sea un circuito integrado o una fp gea
el subconjunto de síntesis sería el
circuito de escritos puertas lógicas o
el nivel de transferencia de registro
los circuitos que ya veremos aquí
también existe una parte de modelado que
es por ejemplo para hacer bancos de
pruebas que también lo veremos
nosotros vamos a ver una parte reducida
del vh dl lube h de lejos lenguaje muy
amplio y sería muy ambicioso intentar
cubrir todo el lugar hdl nosotros vamos
a aprender a diseñar circuitos digitales
con un subconjunto más limitado del vh
de l
si quieres más información sobre el vih
de ley y cómo diseñar circuitos
digitales puedes acceder a estos libros
que están disponibles en el archivo
abierto de la universidad rey juan
carlos
ahí encontrarás también más detalles
sobre el uva hdl y cosas que aquí no se
van a describir el objetivo de estos
tutoriales es aprender a diseñar un hdl
con ejemplos y sin describir toda la
sintaxis y las posibilidades de luv hdl
el lugar hdl para síntesis sería similar
a describir nuestro circuito en
temáticos haciendo esquemas pero en vez
de hacer esquemas lo que hacemos es
describirlo con un lenguaje lo más
importante al usar el uva hdl es tener
en cuenta que no estamos haciendo un
programa no estamos haciendo software
sino que estamos escribiendo un circuito
es decir estamos escribiendo un hardware
por eso en este tutorial se va a ser
bastante énfasis en el circuito que se
genera al hacer una descripción de
hardware en nube hdl por ejemplo si
queremos describir en un esquema una
puerta lógica no lo tendríamos así
esto es bastante fácil de entender es
bastante similar al diseño final el
inconveniente que tiene es que es
difícil de manejar para circuitos
grandes y también difícil para hacer
cambios en uva hdl este circuito se
podría describir así esta tiene la
ventaja de ser fácil para hacer cambios
es el más manejable para circuitos
grandes también es más fácil para
guardar versiones para compartir
ficheros porque al final es un fichero
de texto sin embargo el problema que
podemos tener es que podemos pensar que
estamos haciendo software en vez de
hardware y pensar que estamos
programando en un lenguaje de
programación como python o sea por otro
lado también tiene el inconveniente de
tener que aprender un lenguaje y la
sintaxis asociada
básicamente el lugar hdl tiene dos
partes diferenciadas por un lado tiene
la entidad en lo que se declaran los
puertos de entrada y salida y por otro
lado tiene la arquitectura en la que se
especifica el circuito es decir lo que
hay dentro de este circuito una entidad
puede tener varias arquitecturas porque
el mismo circuito se puede escribir de
varias maneras aunque habitualmente se
tiene una sola arquitectura para un
circuito así si tenemos este circuito
que es una puerta and éstos son los
puertos de entrada y este es el puerto
de salida la entidad sería esta de aquí
en la que este es el puerto de entrada y
este es el puerto de salida que se
corresponde con éste
la entidad va a seguir el nombre de la
entidad en este caso la llamada puerta
and
aquí hay ciertas palabras que no se
pueden utilizar que son palabras
reservadas no podría por ejemplo
utilizar directamente a andy
por eso le he puesto el nombre por tanto
ya que andy está reservada para el
operador lógico and die lógica
esto de aquí que dice ese de logic esto
que se corresponde a un tipo que indica
que son valores binarios sin embargo el
e7 de logic tiene otros valores por
ejemplo la uv que es sin inicializar o
por ejemplo si tenemos una asignación
múltiple que suele ser un error y otros
como el da igual el donde querer
y alta impedancia y algunos otros más
que por ahora no vamos a ver
existe la opción de utilizar el tipo
beat pero en general se recomienda
utilizar el spd logic porque en las
simulaciones nos pueden dar pistas si
tenemos algún error cuando utilizamos el
spd logic tenemos que indicar antes de
la entidad el uso de la biblioteca de
ley de google la sd logic 1.164
también indicar que en él vhd le da
igual las mayúsculas y minúsculas así
que puedes describir una señal en
mayúsculas y minúsculas que es
equivalente
entonces lo que hace esta entidad es nos
da la idea de que vamos a diseñar un
circuito que tiene estas dos entradas
los interruptores switch 1 y switch 2 y
un led de salida
sin embargo no sabemos nada de lo que
hay dentro de hecho incluso aunque yo lo
he llamado puerta and puede que dentro
haga otra función aunque no sería nada
recomendable hacerlo si así pues la
entidad sería como describir la caja
negra que se ve desde fuera del circuito
por lo tanto tenemos nuestra entidad y
ahora una posible arquitectura de esta
entidad podría ser ésta en la que aquí
pongo el nombre de la arquitectura
aquí el nombre de la entidad a la que
pertenece
y aquí después del beijing las
sentencias concurrentes que describen el
circuito
en este caso simplemente estamos
describiendo una puerta y por lo tanto
solo tiene una sentencia concurrente así
que la arquitectura lo que hace es
escribir lo que hay dentro de esa caja
negra
resumiendo la entidad nos proporciona
las conexiones con el exterior los
puertos de entrada y salida y la
arquitectura nos indica el hardware que
hay dentro la unión de estas dos nos
daría nuestro circuito la parte exterior
de la entidad y la parte interna de la
arquitectura
podemos tener un circuito con varias
puertas por ejemplo este
que tendría esta entidad
con los tres puertos de entrada y los de
salida que sería este bloque visto desde
afuera
la arquitectura de este circuito
describiría esta puerta a andy
y esta puerta ahora de esta manera
así que tenemos un circuito con dos
sentencias concurrente
este circuito que hemos hecho es
equivalente a este otro circuito
simplemente hemos cambiado la
disposición de las puertas
hemos puesto la puerta anda aquí y la
puerta ahora aquí
la descripción de su circuito se puede
cambiar y cambiar el orden de las
sentencias concurrentes de las puertas
estos dos circuitos son equivalentes
esto es una diferencia respecto a los
lenguajes de programación de software
porque el orden de la sentencia se
importa en el huv hdl el orden de las
sentencias concurrentes es indiferente
vamos a ver un ejemplo en el que se
pueden utilizar paréntesis aquí tenemos
este esquemático que tenemos una puerta
y un inversor la entidad sería ésta con
dos puertos de entrada y uno de salida
y la arquitectura se podría describir
con esta sentencia concurrente en la que
tenemos el inversor en un paréntesis
este circuito también se podría
describir con una señal intermedia por
ejemplo switch 1 negada vamos a crear
una nueva arquitectura y le podemos
poner un nuevo nombre y vamos a declarar
la señal intermedia está esta señal
intermedia se declara antes del big in
de la arquitectura
aquí tenemos la sentencia que crea la
señal negada del interruptor y aquí
tenemos la sentencia de la cndh entre el
puerto de entrada su tercero y la negada
del switch montt
como hemos dicho el orden de las
sentencias concurrentes es indiferente
estas dos arquitecturas son totalmente
equivalentes simplemente hemos cambiado
la disposición de las sentencias
concurrentes
vamos a ver este otro ejemplo que
incluye cuatro puertas lógicas y tres
puertos de entrada y uno de salida la
entidad de este circuito sería esta de
aquí
la arquitectura se podría describir con
una sola sentencia concurrente en la que
tenemos la puerta ahora
tenemos aquí la puerta y el inversor y
aquí tenemos la otra puerta este mismo
circuito se podría haber descrito
utilizando señales intermedias por
ejemplo ese 0 y ese 1
las señales intermedias recordamos que
se declaran antes del beijing de la
arquitectura
y luego hemos separado este circuito en
tres sentencias concurrentes por un lado
esta puerta
por otro lado esta otra puerta
y por último la puerta porque una de las
señales intermedias
como ya te puedes imaginar como las
sentencias concurrentes se pueden
disponer en cualquier orden estas dos
arquitecturas son equivalentes
simplemente hemos cambiado el orden de
las sentencias concurrentes
este circuito se corresponde con un
multiplexor y en el siguiente tutorial
aprenderemos diferentes maneras de
escribirlos
esto es todo por este tutorial si
quieres más información tienes
disponibles estos libros como ya hemos
indicado
gracias por ver el vídeo un saludo
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