Die Logikoperationen von VHDL

In der Schaltungselektronik gibt es nur zwei Zustände „Wahr oder „Falsch“. Die einfachste Schaltung ist eine Batterie mit einer Lampe. Sind beide Kabel an der Batterie mit der Lampe verbunden so ist der Stromkreis geschlossen und die Lampe brennt.

Diesen Zustand kann man Wahr nennen. Maschinen kennen nun die Bedeutung von Wahr oder Falsch im Grunde genommen nicht. Aus diesem Grund verwendet man die Zahlen Null und Eins. Eins bedeutet die Schaltung bzw. der Stromkreis ist geschlossen.

Also ist jede Operation die eine Schaltung durchführt, nicht weiter als eine Geniale Verknüpfung von 1en und 0en.

Es gibt 4 Logikverknüpfungen um die 1en und 0en zu verknüpfen.

1. Die Konjunktion „UND“

Die Konjunktion steht für UND. Das heißt um am Ende das Ergebnis 1 (Wahr) zu erhalten, müssen alle Teile ebenfalls 1 sein.

Bsp.

a1^a2 = a1 und a2 =a1*a2=a1a2

Die Wahrheitstabelle für eine Konjunktion sieht folgendermaßen aus.

Fazit: Bei einer UND-Verknüpfung ist das Ergebnis nur dann eine 1 wenn alle Teile eine 1 sind.

1. Distribution „ODER“

Die Distribution steht für ein Oder. Das heißt entweder ist das eine oder das andere Element eine 1 um auf das Ergebnis einer 1 zu gelangen.

Bsp. a1 oder a2 = a1 + a2

Die Wahrheitstabelle für eine Distribution sieht folgendermaßen aus.

Fazit: Bei einer Oder-Verknüpfung ist das Ergebnis auch dann eine 1 wenn nur einer der Elemente eine 1 ist.

1. Negation

Eine Negation ist einfach die umkehr eines Elementes.

Bsp. a1 = negiertes a1

a1= 0 => a1 quer = 1

1. Don´t Care

Don´t Care heißt soviel wie „Schei.. drauf“. Das Don´t Care wird bei zusammenfassenden Wahrheitstabellen verwendet. Häufig sind mehr als 2 Elemente verknüpft dabei kommt es vor das die 1 und 0 der Elemente nicht mehr wichtig sind für die Wahrheit des Ergebnisses.

Bsp. a1 und a2 (quer) oder a3 = y oder anders geschrieben a1*a2(quer)+a3 = y

Die Wahrheitstabelle für eine komplexe Logikschaltung sieht folgendermaßen aus.

Achtung: Die Spalte a2 ist ja Negiert, also müsst Ihr die Spalte die Werte immer gegenteilig lesen. Bsp.

Die Anzahl der Möglichkeiten die man ausprobieren muss entspricht 2 Hoch der Anzahl der freien Variabeln.

Bsp. Hier haben wir 3 Variabeln/ Elemente, also a1, a2 und a3. Somit folgt das man 2 hoch drei unterschiedliche Kombinationen bilden kann. Also 2*2*2=8. Diese 8 Zeilen sehen wir oben. Wenn Ihr die Aufstellung macht ist die Reigenfolge total Egal. Ich fange aber gerne damit an die 1er von rechts beginnend, nach links weiter zu schicken. Also zuerst 000, dann 001 und dann 010 und so weiter.

Signale, Typen und Vektoren in VHDL

Grundlage ist die VHDL-Schaltung die auf dem Folgenden Bild zu sehen ist.

Die VHDL-Schaltung besteht aus 3 Elementen, genannt Blöcke. Aus einem Zähler, einem Multiplexer und einem Decoder.

Diese Elemente sind untereinander mit Signalen verbunden. Dir ist es hoffentlich bereits ersichtlich, dass es sich bei dieser Darstellung um ein Blockdiagramm handelt.

Das soll dazu dienen das zu bearbeitende Problem auf mehrere kleine Teilprobleme zu verteilen.

Die VHDL-Schaltung soll einen Zählerstand von 0-9 oder eine physische Zahleneingabe von 0-9, der Schalter S0, S1, S2 und S3 in Abhängigkeit von einem besonderen Wahlschalter SELECT auf eine Siebensegmentanzeige (Eine Anzeige mit der alten Zahlendarstellung von bis zu max. 7 Teilstrichen). Diese Siebensegmentanzeige kann zusätzlich über einen Schalter ON aktiviert oder deaktiviert werden.

Mit den Tasten C und R kann dieser Zähler auf Null gestellt werden oder hochgezählt werden.

Dieser Aufbau eignet sicher sehr gut für einen späteren Entwurf in VHDL,

weil in VHDL das Programmieren prinzipiell auch in Blöcken, die untereinander mit den entsprechenden Signalen verbunden sind, erfolgt.

Konventionen in VHDL

Es folgen einige wichtige Regeln für VHDL, die genaueren Erklärungen erfolgen etwas später.

Namensregeln in VHDL

Für sämtlich folgende Ausführungen und den eigenen VHDL-Entwurf gilt stets.

• VHDL unterscheidet nicht zwischen Groß- und Kleinschreibung
• Es muss mit einem Buchstaben in VHDL begonnen werden
• Es dürfen keine Schlüsselwörter in VHDL verwendet werden

Da du nicht alle VHDL-Schlüsselwörter kennst, solltest du vorab einen VHDL-Editor verwenden, welcher die VHDL-Schlüsselwörter Hervorhebt.

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entity Multiplexer is             -- Dieser Block behandelt einen 2_zu_1 Multiplexer

port

(

S: in bit; -- Steuereingang zur Signalauswahl

A, B: in bit; -- Dateneingänge

Y: out bit -- Datenausgang

);

end;