⭐⭐⭐⭐⭐ VHDL Codes for Digital Systems

VHDL Code Repository: Explore a collection of high-quality VHDL (VHSIC Hardware Description Language) designs for digital circuits. Our repository offers a diverse range of well-documented, modular, and efficient VHDL code snippets, modules, and projects. Whether you're a beginner or an experienced digital designer, discover reusable code components, tutorials, and examples to accelerate your FPGA (Field-Programmable Gate Array) and digital circuit development. Join our community and contribute to advancing VHDL programming expertise.

⭐ When using this resource, please cite the original publication:
- Montesdeoca, G., Asanza, V., Estrada, R., Valeriano, I., Muneeb, M.A. (2023). Softprocessor RISCV-EC for Edge Computing Applications. In: Barolli, L. (eds) Innovative Mobile and Internet Services in Ubiquitous Computing . IMIS 2023. Lecture Notes on Data Engineering and Communications Technologies, vol 177. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-35836-4_23

➡️ #DigitalSystems #DigitalElectronic #DigitalCircuits #HDL #VHDL #FPGA #MSI #FPGA

Contenido

En este repositorio puedes encontrar códigos de bloques de Mediana Escala de Integración (MSI) en VHDL para utilizar en tus diseños digitales. Además, te recomiendo revisar el README, ya que contiene enlaces a videos y ejercicios resueltos que te serán muy útiles. Las secciones resumen todo lo referentes a los Sistemas Digitales y te serán utiles para las materias de Sistemas Digitales 1, Sistemas Digitales2, Fundamentos de Electricidad y Sistemas Digitales. Esto se detalla a continuación:

Sistemas Digitales 1: Desde la sección 1 (Puertas lógicas y Circuitos Combinatoriales) hasta la sección 4 (Maquinas Secuenciales Sincrónicas).
Sistemas Digitales 2: Desde la sección 4 (Maquinas Secuenciales Sincrónicas) hasta la sección 8 (Arquitectura de Microprocesadores).
Fundamentos de Electricidad y Sistemas Digitales: Sección 1 (Puertas lógicas y Circuitos Combinatoriales).

Algunas de las aplicaciones que hacen uso de los codigos VHDL de este repositorio son los siguientes:

Sort Application: FPGA based Co2 Monitor.
Ordering Application: Maximum to minimum ordering values.
Search Applications: Maximum number finder and repetition.
Performance Applications, paper: Performance Comparison of Database Server based on SoC FPGA and ARM Processor.

1. Puertas lógicas y Circuitos Combinatoriales

Video 1 (Nate Gentile): Sistema BINARIO y Puertas Lógicas.
Video 2: Introducción a los Sistemas Digitales.
Video 3: Ejercicios resueltos de Sistemas Digitales.
Video 4 (Felipe Machado): Electrónica digital con circuitos integrados básicos (1) - Encender un led con el 74HC04.
Video 5 (Felipe Machado): Montar circuitos en placa de inserción (Breadboard o Protoboard).
Ejercicios propuestos: Comversión de base, Suma-Multiplicación-División en diferentes bases, Complemento a2.
Ejercicios resueltos 1: Conversión de base, Complemento a2, BCD, Algebra de Boole y Circuitos combinatoriales.
Ejercicios resueltos 2: Conversión de base, ca2, Codigo BCD-Gray-XS3.
Ejercicios resueltos 3: Conversión de base, Codigo BCD-Gray-XS3.
Ejercicios resueltos 4: Circuito combinatorial y Mapas de Karnaugh.
Ejercicios resueltos 5: Circuito combinatorial y Mapas de Karnaugh.
Ejercicios resueltos 6: Circuito combinatorial y Mapas de Karnaugh.
Ejercicios resueltos 7: Circuito combinatorial.
Ejercicios resueltos 8: Circuito combinatorial, mapas de karnaugh, circuitos digitales y conversiones.
Práctica: Análisis de Circuitos Combinatoriales.

2. Programación en VHDL

Video 1, Post 1: Uso de Lenguaje de descripción de hardware VHDL para la programación de un Sistema Digital concurrente.
Video 2, Post 2: Uso de Lenguaje de descripción de hardware VHDL para la programación de un Sistema Digital secuencial.
Video 3 (Felipe Machado): Diseño estructural en VHDL.
Video 4 (Felipe Machado): Diseño VHDL 1: Puertas lógicas.
Video 5 (Felipe Machado): Diseño VHDL 2: Multiplexor (1/2).
Video 6 (Felipe Machado): Diseño VHDL 2: Multiplexor (2/2).
Video 7 (Felipe Machado): Diseño VHDL 4: Reglas de diseño combinacional.
Ejercicios resueltos 1: Circuito combinatorial, Algebra de Boole y VHDL.
Ejercicios resueltos 2: Circuito combinatorial y VHDL.
Ejercicios resueltos 3: Circuito combinatorial y VHDL.
Ejercicios resueltos 4: Circuito combinatorial y VHDL.
Ejercicios resueltos 5: Circuito combinatorial y VHDL.
Ejercicios resueltos 6: Circuito combinatorial y VHDL.
Práctica: Circuito combinatorial y VHDL.

3. Circuitos de Mediana Escala de Integración (MSI)

Video 1 (Felipe Machado): Decodificador de 2 a 4 - Circuitos combinacionales.
Video 2 (Felipe Machado): Decodificador de 3 a 8 usando decodificadores de 2 a 4 - Circuitos combinacionales.
Video 3 (Felipe Machado): Multiplexor de 2 entradas - Circuitos combinacionales.
Video 4 (Felipe Machado): Multiplexor de 4 entradas - Circuitos combinacionales.
Video 5 (Felipe Machado): Circuitos combinacionales. Reglas de diseño.
Video 6 (Felipe Machado): Decodificador de binario de 2 bits a display de 7 segmentos - Circuitos combinacionales.
Video 7 Simulador Digital (Felipe Machado): Tutorial simulador Digital (p1): decodificador binario 2 bits a 7 segmentos con puertas lógicas.
Video 8 Simulador Digital (Felipe Machado): Tutorial simulador Digital (p2): decodificador binario 2 bits a 7 segmentos con serie 74.
Video 9 Ejercicio (Felipe Machado): Ejercicio ascensor (1/2) - circuitos combinacionales.
Video 10 Ejercicio (Felipe Machado): Ejercicio ascensor (2/2) - Simulador Digital - Circuitos combinacionales.
Ejercicios resueltos 1: Mux y Flip-Flop.
Ejercicios resueltos 2: Mux y Decoder.
Ejercicios resueltos 3: Sistemas Digitales basado en MSI y VHDL.
Ejercicios resueltos 4: Sistemas Digitales basado en MSI y VHDL.
Ejercicios resueltos 5: Sistemas Digitales basado en MSI.
Ejercicios resueltos 6: Sistemas Digitales basado en MSI.
Ejercicios resueltos 7: Sistemas Digitales basado en MSI y VHDL.
Práctica: Simulación de bloques MSI en Quartus.

4. Maquinas Secuenciales Sincrónicas (MSS)

Video 1: Diseño y conversión de Flip-Flips (FF).
Video 2: Conversión y aplicaciones de los Flip-Flips (FF).
Video 3: Explicación y Simulación del Registro Universal 74194.
Video 4: Simulación de la una MSS para carga de datos secuenciales.
Video 5 (Felipe Machado): Biestable S-R asíncrono (1/3) - Circuitos secuenciales.
Video 6 (Felipe Machado): Biestable S-R asíncrono (2/3): Cronograma - Circuitos secuenciales.
Video 7 (Felipe Machado): Biestable S-R asíncrono (3/3): Puertas NAND - Circuitos secuenciales.
Video 8 (Felipe Machado): Biestable T - Circuitos secuenciales.
Video 9 (Felipe Machado): Conversión entre biestables - Circuitos secuenciales.
Video 10 (Felipe Machado): Contador hexadecimal ascendente - Contadores síncronos.
Video 11 (Felipe Machado): Simulador Digital: contador hexadecimal ascendente.
Video 12 (Felipe Machado): Contador BCD ascendente - Contadores síncronos.
Video 13 (Felipe Machado): Simulador Digital: contador BCD ascendente.
Video 14 (Felipe Machado): Cronómetro: contadores en cascada - Contadores síncronos.
Video 15 (Felipe Machado): Simulador Digital: cronómetro con contadores 74x160.
Video 16 (Felipe Machado): Ejercicio: Biestable T con carga de datos síncrona - Circuitos secuenciales.
Post: Pasos para implementar una MSS.
Ejercicios resueltos 1: Flip-Flop.
Ejercicios resueltos 2: Flip-Flop.
Ejercicios resueltos 3: Flip-Flop con VHDL.
Ejercicios resueltos 4: Flip-Flop con VHDL.
Ejercicios resueltos 5: Flip-Flop con VHDL.
Ejercicios resueltos 6: Registro Univeral 74194.
Ejercicios resueltos 7: Flip-Flop y Registro Univeral 74194.
Ejercicios propuestos 1: Implementación de una MSS basado en expresión booleana y circuito combinatorial.
Ejercicios propuestos 2: Implementación de una MSS basado en Mapas de Karnaugh.
Ejercicios propuestos 3: Implementación de una MSS basado en Mapas de Karnaugh.
Ejercicios propuestos 4: Implementación de una MSS con decoders y multiplexores.
Ejercicios propuestos 5: Las mejores implementaciones de una MSS basado en Mapas de Karnaugh, VHDL, expresión booleana, circuito combinatorial, diagrama de tiempo, diagrama de estados y diagrama ASM.
Ejercicios resueltos 8: Implementación de una MSS basado en Mapas de Karnaugh.
Ejercicios resueltos 9: Implementación de MSS dado el diagrama de tiempo de estado siguiente y decodificador de salidas.
Ejercicios resueltos 10: Implementación de MSS dado el diagrama de tiempo de estado siguiente y decodificador de salidas.
Ejercicios resueltos 11: Implementación de MSS con FF y decodificadores, Registro Univeral y VHDL.
Ejercicios resueltos 12: Conversión de Flip-Flop, Registro Universal 74194, Contadores.
Ejercicios resueltos 13: MSS con VHDL, ASM, Registro Universal 74194, Flip-Flop.
Repositorio: VHDL de una MSS para carga de datos secuenciales.

5. Memorias EPROM y ROM

Video 1: Diseño de una MSS usando memoria ROM.
Ejercicios resueltos 1: Implementación de una MSS usando la EPROM M2732A para obtener diagrama de estados.
Ejercicios resueltos 2: Programación VHDL de una MSS e implementación usando la EPROM M2732A.
Ejercicios resueltos 3: Implementación de una MSS usando la EPROM M2732A para obtener diagrama de estados y VHDL.

6. Dieño Formal de Sistemas Digitales (SD)

Video 1: Introducción al diseño formal de SD (MSI + MSS)
Post: Pasos para el diseño formal un Sistema Digital.
Repositorio: Ordenamiento de Registros.
Ejercicios resueltos 1: Busqueda de los valores máximo y mínimo almacenados en 3 registros.
Ejercicios resueltos 2: Multiplicador de dos números de n bits.

7. Aplicaciones con memorias RAM

Video 1: Extracción de Características Post-Adquisición de Datos Temporales.
Repositorio 1: Ordenamiento de valores de una RAM de Mayor a Menor.
Repositorio 2: Busqueda del valor que más se repite en una RAM.
Ejercicios propuestos 1: Las mejores aplicaciones con memorias RAM tal como algoritmos de busqueda, operaciones entre conjuntos, comunicación serial, matrices, operaciones digitales, aplicaciones.
Ejercicios propuestos 2: Determinación de la mejor trayectoria para un drone, basado en datos almacenados en RAM.
Ejercicios resueltos 1: Busqueda de los valores máximo y mínimo almacenados en una memoria RAM.
Ejercicios resueltos 2: Busqueda de los valores máximo y mínimo almacenados en una memoria RAM en VHDL.
Ejercicios resueltos 3: Busqueda del valor que más se repite en una RAM.
Ejercicios resueltos 4: Ordenamientos de valores almacenados en memoria RAM de mayor a menor.
Ejercicios resueltos 5: Extracción de características de señales EEG almacenadas en RAM.
Ejercicios resueltos 6: Extracción de Características de datos temporales almacenados en memoria RAM.
Ejercicios resueltos 7: Calculo del perímetro de un polígono y Clasificación de vocales mayúsculas.
Ejercicios resueltos 8: Calculo de frecuencia de una señal periódica almacenada en RAM.
Ejercicios resueltos 9: Clasificador de features almacenados en RAM desde programación en VHDL.

8. Arquitectura de Microprocesadores

Video 1: Comparación entre Microcontroladores, Mmicroprocesadores, SoCs y FPGA.
Video 2: Fundamentos de Microprocesadores y Sistemas Embebidos.
Video 3: Arquitectura de un Microprocesador Genérico.
Video 4: Arquitectura de un Microprocesador Genérico v2.
Video 5: Simulación de un Microprocesador Genérico.
Video 6 mlinaje: Arquitectura 8086: Introducción (1/3).
Video 7 mlinaje: Arquitectura 8086: Introducción (2/3): Bus Interface Unit.
Video 8 mlinaje: Arquitectura 8086: Introducción (3/3): Execution Unit.
Ejercicios resueltos 1: Arquietectura fija MSS + ALU para para determinar el valor máximo y mínimo almacenado en RAM.
Ejercicios resueltos 2: Arquietectura fija MSS + ALU para para determinar las repeticiones del valor más alto en RAM.
Ejercicios resueltos 3: Arquietectura fija MSS + ALU para para ingresar y determinar el valor máximo y mínimo almacenado en RAM.
Ejercicios resueltos 4: Microprocesador Genérico y su aplicación en un sistema distribuido.
Ejercicios resueltos 5: Programación en lenguaje C.
Repositorio: Arquitectura de un Microprocesador Genérico en VHDL.

9. Optional: RISC-V (ISA) de hardware libre

Video 1 RISC-V ISA (Felipe Machado): RISC-V ISA 1: Introducción al conjunto de instrucciones.
Video 2 RISC-V ISA (Felipe Machado): RISC-V ISA 2: Instrucciones tipo R (1/2).
Video 3 RISC-V ISA (Felipe Machado): RISC-V ISA 3: Instrucciones tipo R (2/2).
Video 4 RISC-V ISA (Felipe Machado): RISC-V ISA 4: Instrucciones tipo I - Operaciones con constantes.
Video 5 RISC-V ISA (Felipe Machado): RISC-V ISA 5: Instrucciones de carga y almacenamiento.
Video 6 RISC-V ISA (Felipe Machado): RISC-V ISA 6: Instrucciones de control y programa almacenado en memoria.
Video 1 RISC-V (Felipe Machado): RISC-V diseño básico 1: Operaciones entre registros.
Video 2 RISC-V (Felipe Machado): RISC-V diseño básico 2: Operaciones con constantes.
Video 3 RISC-V (Felipe Machado): RISC-V diseño básico 3: Instrucción de carga desde memoria.
Video 4 RISC-V (Felipe Machado): RISC-V diseño básico 4: Instrucción de almacenamiento en memoria.
Video 5 RISC-V (Felipe Machado): RISC-V diseño básico 5: Memoria de programa y contador de programa.
Video 6 RISC-V (Felipe Machado): RISC-V diseño básico 6: Instrucciones de control (branches).
Example 1 RISC-V Architecture (Semi-core).
Example 2 RISC-V Architecture.
Video 1 RISC-V (Obijuan): Arquitectura de Ordenadores RISC-V. Práctica 1-Sesion-1-Video-01 (1/53)
Video 2 RISC-V (Obijuan): Arquitectura de Ordenadores RISC-V. Práctica 1-Sesion-1-Video-02 (2/53)
Video 3 RISC-V (Obijuan): Arquitectura de Ordenadores RISC-V. Práctica 1-Sesion-2-Video-01 (3/53)
Video 4 RISC-V (Obijuan): Arquitectura de Ordenadores RISC-V. Práctica 1-Sesion-2-Video-02 (4/53)
Video 5 RISC-V (Obijuan): Arquitectura de Ordenadores RISC-V. Práctica 1-Sesion-2-Video-05 (5/53)
Video 6 RISC-V (Obijuan): Arquitectura de Ordenadores RISC-V. Práctica 1-Sesion-2-Video-04 (6/53)

10. Optional: The ARM Memory Management Unit (MMU)

Video 1 Virtual Memory (David Black-Schaffer): Introduction.
Video 2 Virtual Memory (David Black-Schaffer): Three problems with Memory.
Video 3 Virtual Memory (David Black-Schaffer): What is Virtual Memory?.
Video 4 Virtual Memory (David Black-Schaffer): How Does Virtual Memory Work?.
Video 5 Virtual Memory (David Black-Schaffer): Page Tables.
Video 6 Virtual Memory (David Black-Schaffer): Address Translation.
Video 7 Virtual Memory (David Black-Schaffer): Address Translation Example Walkthrough.
Video 8 Virtual Memory (David Black-Schaffer): Page Faults.
Video 9 Virtual Memory (David Black-Schaffer): Memory Protection.
Video 10 Virtual Memory (David Black-Schaffer): Making Virtual Memory Fast.
Video 11 Virtual Memory (David Black-Schaffer): TLB Example.
Video 12 Virtual Memory (David Black-Schaffer): Multi-level Page Tables.
Video 13 Virtual Memory (David Black-Schaffer): TLBs and Caches.
Video 14 Virtual Memory (David Black-Schaffer): Summary.

Temas de proyectos

Sistemas Digitales 1: Proyectos basados en MSS.
Sistemas Digitales 2: Proyectos basados en memorias RAM v1.
Sistemas Digitales 2: Proyectos basados en memorias RAM v2.

Ejemplos de proyectos

Ejemplo 1: Access control system (1).
Ejemplo 2: Access control system (2).
Ejemplo 3: Temperature Conditioner.
Ejemplo 4: Billing system for telephone booths.
Ejemplo 5: Serial communication receiver.
Ejemplo 6: Numeric Sequence Counter.
Ejemplo 7: Consecutive 1's Counter.
Ejemplo 8: Multiplying 3x4 matrix by 4x3 matrix.
Ejemplo 9: Sum of Products Karnaugh Map.
Ejemplo 10: communication and checksum validation.
Ejemplo 11: set operations.
Ejemplo 12: Number Sequence Detector.
Ejemplo 13: Efficient Number Sequence Detector.
Ejemplo 14: Determinant of a matrix.

Future work (Xilinx and RISC-V)

Video 1 Software ISE (Felipe Machado): simulacion Xilinx ISE 14.7 con VHDL.
Video 2 Software ISE (Felipe Machado): Simulacion Xilinx Vivado v2015.2 con VHDL.
Video 3 Software ISE (Felipe Machado): Encontrar los ficheros VHDL en Vivado 2015.2.
Video 4 Software ISE (Felipe Machado): Simulación con Vivado 2016.4: Cómo encontrar errores de sintaxis VHDL.

Información adicional

Drive con Presentaciones, ejemplos resueltos y videos

Related work (FPGA applications)

Paper 1: Electrooculography Signals Classification for FPGA-based Human-Computer Interaction
Paper 2: Analysis of Sorting Algorithms Using a WSN and Environmental Pollution Data based on FPGA
Paper 3: Performance Comparison of Database Server based on SoC FPGA and ARM Processor
Paper 4: FPGA Based Meteorological Monitoring Station
Paper 5: Monitoring of system memory usage embedded in FPGA
Paper 6: Behavioral Signal Processing with Machine Learning Based on FPGA
Paper 7: Implementation of a Classification System of EEG Signals Based on FPGA
http://blog.espol.edu.ec/sistemasdigitalesfiec

Repository technical specifications

IDE: Quartus Prime 17.0.0 Build 595 04/25/2017 SJ Standard Edition
DEVICE: FPGA Cyclone V SE 5CSEBA6U23I7
Hardware TERASIC: DE10NANO, DE10STANDARD

About

Summary.

Keynote

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git clone https://github.com/vasanza/MSI-VHDL.git

Switched to Branch

git branch -a
git checkout NameBranch

New Branch

git checkout -b NameBranch

Push

git pull origin NameBranch
git status
git add .
git status
git commit -m "message"
git push origin NameBrach

Name		Name	Last commit message	Last commit date
Latest commit History 328 Commits
PWM		PWM
ROM		ROM
SERVO		SERVO
UART		UART
ALU.vhd		ALU.vhd
Accum.vhd		Accum.vhd
Add.vhd		Add.vhd
Add1.vhd		Add1.vhd
Add4.vhd		Add4.vhd
AddBCD.vhd		AddBCD.vhd
AsubtractB.vhd		AsubtractB.vhd
Buffer_3s.vhd		Buffer_3s.vhd
CLOCK_DIV_10_MHz.vhd		CLOCK_DIV_10_MHz.vhd
Cnt.vhd		Cnt.vhd
Cnt_Ld.vhd		Cnt_Ld.vhd
Cnt_RingV2.vhd		Cnt_RingV2.vhd
Cnt_down.vhd		Cnt_down.vhd
Cnt_ring.vhd		Cnt_ring.vhd
Comparador_3in.vhd		Comparador_3in.vhd
Comparator.vhd		Comparator.vhd
Deco3to8.vhd		Deco3to8.vhd
Deco3to8_not.vhd		Deco3to8_not.vhd
DecoBCD_7seg.vhd		DecoBCD_7seg.vhd
DecoBCD_Bin_3Dig.vhd		DecoBCD_Bin_3Dig.vhd
DecoBin_BCD.vhd		DecoBin_BCD.vhd
DecoDecimal_BCD.vhd		DecoDecimal_BCD.vhd
Deco_bcd7s.vhd		Deco_bcd7s.vhd
Divider.vhd		Divider.vhd
FFd.vhd		FFd.vhd
FFjk.vhd		FFjk.vhd
FFsd.vhd		FFsd.vhd
FFsr.vhd		FFsr.vhd
FFt.vhd		FFt.vhd
Gate_and.vhd		Gate_and.vhd
Gate_not.vhd		Gate_not.vhd
Gate_or.vhd		Gate_or.vhd
Gate_xnor.vhd		Gate_xnor.vhd
Gate_xor.vhd		Gate_xor.vhd
Gray.vhd		Gray.vhd
MKD2V.vhd		MKD2V.vhd
MSS.vhd		MSS.vhd
MSS_sl.vhd		MSS_sl.vhd
Mux2a1.vhd		Mux2a1.vhd
Mux4a1.vhd		Mux4a1.vhd
Mux8a1.vhd		Mux8a1.vhd
Package_library.vhd		Package_library.vhd
Product.vhd		Product.vhd
ProductV2.vhd		ProductV2.vhd
RAM.vhd		RAM.vhd
README.md		README.md
Rand_8bits.vhd		Rand_8bits.vhd
Rand_v2.vhd		Rand_v2.vhd
Reg.vhd		Reg.vhd
Reg_4bits.vhd		Reg_4bits.vhd
Reg_LR.vhd		Reg_LR.vhd
Reg_RL.vhd		Reg_RL.vhd
Reg_Univ.vhd		Reg_Univ.vhd
SRAM.vhd		SRAM.vhd
SRAMv2.vhd		SRAMv2.vhd
Structural.vhd		Structural.vhd
Subtract1.vhd		Subtract1.vhd

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2. Programación en VHDL

3. Circuitos de Mediana Escala de Integración (MSI)

4. Maquinas Secuenciales Sincrónicas (MSS)

5. Memorias EPROM y ROM

6. Dieño Formal de Sistemas Digitales (SD)

7. Aplicaciones con memorias RAM

8. Arquitectura de Microprocesadores

9. Optional: RISC-V (ISA) de hardware libre

10. Optional: The ARM Memory Management Unit (MMU)

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