VHDL編程 教學課程

上門編程教學課程內容

課程簡介

本課程專為初學者與工程實務人員設計，三小時內快速掌握 VHDL（VHSIC Hardware Description Language） 的語法基礎與數位電路設計邏輯。

VHDL 是用於描述與模擬數位硬體的硬體描述語言（HDL），可應用於 FPGA / ASIC 設計、數位邏輯開發、控制電路設計與系統建模。
本課程以「理論概念 + 實作練習」為核心，帶領學員理解從電路邏輯設計到語法描述的過程，並進行範例模擬。課程內容包含基本架構語法、流程設計方式、控制邏輯與模擬驗證，幫助學員能撰寫可運行的 VHDL 模組程式。

 

適合對象：

• 電機 / 電子 / 資訊工程相關科系學生

• FPGA / ASIC 初學者與設計工程師

• 想學習數位電路行為描述與模擬分析的工程人員

• 對硬體架構與邏輯控制設計有興趣的開發者

學習成果：

• 理解 VHDL 的架構、語法結構與開發流程

• 掌握 Entity / Architecture 架構的運作方式

• 能撰寫基本的組合邏輯與時序邏輯程式

• 了解模擬與合成（Simulation & Synthesis）的概念

• 能應用在 FPGA 專案開發與測試模擬環境中

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課程時長

3 小時（180 分鐘）
理論講解與實作練習比例約 4 : 6

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課程大綱

第一部份：VHDL 概論與設計架構（30 分鐘）

• VHDL 的起源與 IEEE 標準（IEEE 1076）

• VHDL 在數位系統中的角色與用途

• 硬體描述語言（HDL）與程式語言的差別

• 設計層級：Behavioral、RTL、Structural

• 開發工具簡介（Vivado、ModelSim、Quartus、GHDL）

• 實作：建立第一個 VHDL 專案並輸出訊號波形

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第二部份：基本語法與程式結構（40 分鐘）

• VHDL 檔案結構：Library、Entity、Architecture

• Entity 宣告（輸入輸出介面）

• Architecture 撰寫與流程語句（process、begin、end）

• 資料型別（std_logic、bit、integer、std_logic_vector）

• 註解、縮排與標準函式庫（IEEE.STD_LOGIC_1164）

• 實作練習：輸入訊號 → 簡易運算 → LED 輸出程式

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第三部份：流程控制與組合邏輯設計（40 分鐘）

• 條件式控制（if、elsif、case 語句）

• 邏輯運算符號（and、or、not、xor）

• 組合邏輯設計：真值表、譜線與解碼器

• 信號（signal）與變數（variable）的應用差異

• 實作範例：4 位元加法器與七段顯示解碼程式設計

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第四部份：時序邏輯與模擬測試（40 分鐘）

• 時脈信號（Clock）與觸發邏輯（DFF、JK Flip-Flop）

• 使用 process 定義同步邏輯與非同步重置

• State Machine（FSM）設計方式：Moore / Mealy 模型

• Testbench 建構與模擬驗證流程

• 實作範例：簡易秒錶計數器與狀態轉移模擬圖

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第五部份：綜合應用與延伸方向（30 分鐘）

• 簡易專案實例：交通燈控制器（分階段設計與模擬驗證）

• FPGA 實作流程（編譯、配置、下載）

• RTL Viewer 與硬體合成架構概觀

• 常見錯誤除錯技巧與模擬診斷方法

• 延伸學習方向：SystemVerilog／VHDL-AMS／FPGA 高階設計流程

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課程特色

• 三小時快速入門 VHDL，兼顧理論與硬體實作觀點。

• 實例導向教學，從邏輯設計至模擬流程完整體驗。

• 強化數位邏輯概念，培養邏輯思考與電路抽象能力。

• 適合初學者、工程師及學術研究應用。