Verilog HDL数字系统设计原理实例及仿真第1章

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数字系统设计与veriloghdl课后答案

数字系统设计与veriloghdl课后答案【篇一：数字逻辑与数字系统设计习题参考答案】>第1章习题解答1.3 (1)86(2)219(3)106.25(4)0.6875 (4)0.1011.4 (1)101111(2)1001000(3)100001l.111.5 (1)(117)10=(165)8=(1110101)2=(75)16(2)(3452)10=(6574)8=(110101111100)2=(d7c)16(3)(23768.6875)10=(56330.54)8=(101110011011000.1011)2=(5cd 8.b)16 (4)(0.625)10=(0.5)8=(0.101)2=(0.a)16 1.6(1)(117)8=(1001111)2=(79)10(2)(7456)8=(111100101110)2=(3886)10(3)(23765.64)8=(10 0111 1111 0101.1101)2=(10229.8125)10(4)(0.746)8=(0.11111)2=(0.96875)10 1.7 (1)(9a)16=(10011010)2=(154)10(2) (3cf6)16=(11110011110110)2=(15606)10(3) (7ffe.6)16=(111111*********.011)2=(32766.375)10 (4)(0.c4)16=(0.110001)2=(0.765625)10 1-8(1)(125)10=(000100100101)8421bcd(2)(7342)10=(0111001101000010)8421bcd(3)(2018.49)10=(0010000000011000.01001001)8421bcd(4)(0.785)10=(0.011110000101)8421bcd1.9(1)(106)10=(1101010)2 原码=反码=补码=01101010 (2)(-98)10=(-1100010)2原码=11100010反码=10011101 补码=11100011(3)(-123)10=(-1111011)2 原码=11111011反码=10000101 补码=11111011(4)(-0.8125)10=(-0.1101)2 原码=1.1101000反码=1.0010111 补码=1.00110001.10(1)(104)10=(1101000)2 [1101000]补=01101000(-97)10=(-1100001)2 [-1100001]补=1001111101101000 + 10011111 0000011110000011 + 01001111 11010010[104-97]补=01101000+10011111=00000111, 104-97=(00000111)2=7 (2) (-125)10=(-1111101)2(79)10=(01001111)2[-1111101]补=10000011 [01001111]补=0100111101111000 [-125+79]补=10000011+01001111=11010010，-125+79=(-0101110)2=-46 (3) (120)10=(1111000)2[01111000]补=01111000(-67)10=(-1000011)2[-1000011]补=10111101[120-67]补=10000011+01001111=00110101，-125+79=(00110101)2=53 (4) (-87)10=(-1010111)2[-1010111]补=10101001(12)10=(1100)2[1100]补=00001100[-87+12]补=10101001+00001100=10110101，-125+79=(-1001011)2=-75+ 10111101 0011010110101001+ 00001100 10110101第2章习题解答2.3 解：根据逻辑图可直接写出逻辑表达式：(a) f=ab?bc；(b)f=abbcac解：设3个输入变量分别为a、b、c，输出为f，按题意，其中有奇数个为1，则输出f＝1，因此可写出其逻辑表达式为f=abc?abc?abc?abc。

Verilog HDL数字设计实训教程第1章 Verilog HDL数字设计实训基础

图1-2 按键电路连接图和管脚对应图
1.1 实训平台
4个LED灯:
图1-3 LED电路连接图和管脚对应图
1.1 实训平台
2个数码管:
图1-4 数码管电路连接图和管脚对应图
1块液晶:
1.1 实训平台
图1-5 液晶电路连接图和管脚对应图
1个UART:
1.1 实训平台
图1-6 UART电路连接图和管脚对应图
if(p==N-1) begin p=0; clk_p=~clk_p; end else p=p+1; end always @(negedge clk) begin
if(q==N-1) q=0; else q=q+1;
if(p==(N-1)/2) clk_q=~clk_q; end assign clk_N=clk_p^clk_q; endmodule
图1-39 设置USB硬件端口
QuartusII设计流程
5．引脚锁定和硬件验证
图1-40 下载界面
QuartusII设计流程
5．引脚锁定和硬件验证
图1-41 选择下载文件
QuartusII设计流程
5．引脚锁定和硬件验证
图1-42 led灯闪烁的效果
1.3 分频器设计
分频器电路是非常有用的一种电路，分频的方法很多，最常见的是利用加法计数器对时钟信号进行分频。
begin if(p==N/2-1) begin p=0; clk_N=~clk_N; end else p=p+1;
end endmodule
图1-44 任意偶数分频仿真波形
1.3 分频器设计
【例1-5】可设置参数的任意整数分频器：占空比可变。 module divf_parameter(rst,clk,en,clkout); input rst,clk,en; output clkout; integer temp; //最大值为2的32次方 parameter N=7,M=3; //N为分频系数,M/N为占空比 always @(posedge clk)

Verilog HDL数字设计教程(贺敬凯)第1章

路网表。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
波形图输入方法则是将待设计的电路看成是一个黑盒子，
只需告诉EDA工具该黑盒子电路的输入和输出时序波形图，
EDA工具就可以完成黑盒子电路的设计。原理图输入方法是一种类似于传统电子设计方法的原理图编辑输入方式，即在EDA软件的图形编辑界面上绘制能完成特定功能的电路原理图。原理图由逻辑器件(符号)和连接
理图和信号的连接表，如果是一个大的系统，将是一大摞图
纸，以后系统若出现问题，查找、修改起来都很麻烦。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
上述过程是从底层开始，或在已有的功能模块的基础上来搭建高层次的模块直至整个系统的。因此这种传统的电子系统的设计过程是一种自底向上(Bottom-Up)的设计，设计过程必须从存在的基本单元模块出发，基本单元模块必须是已经设计成熟的标准单元模块或其他项目已开发好的单元模块。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
本书所有设计最终的实现目标主要定位于FPGA，因此下
面重点介绍FPGA的开发流程。FPGA的EDA开发流程如图1-3
所示。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
图1-3 FPGA的EDA开发流程
第1章 Verilog HDL数字设计综述
从图1-3可以看出，FPGA的开发流程与图1-2所示的用 EDA工具设计数字系统的流程基本相同，都需要设计输入、功能仿真、逻辑综合、布局布线(适配)、时序仿真、物理实现等几个步骤。下面将分别介绍主要设计模块的功能特点。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
1. 设计输入在EDA软件平台上开发FPGA/CPLD时，首先要将电路系统以一定的表达方式输入计算机。通常，EDA工具的设计输入可分为以下两种类型：

verilog hdl应用程序设计实例精讲

verilog hdl应用程序设计实例精讲网上现在有很多关于verilog hdl应用程序设计的资料，但是并没有一个很系统和全面的教程来帮助初学者快速入门。

本文就verilog hdl应用程序设计实例进行了精讲，从基本概念到应用实例一步一步地回答了初学者的问题，帮助大家理解verilog hdl的设计和应用。

一、verilog hdl的基本概念Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于描述数字系统，包括逻辑电路、集成电路等等。

它既可以进行仿真验证，也可以直接生成硬件电路。

简单来说，verilog hdl就是一种用来描述数字系统的语言。

1.1 模块与实例化在verilog hdl中，模块是最基本的设计单元，每个模块包含一个或多个端口和内部逻辑电路。

模块可以包含其他模块，这被称为实例化。

实例化可以理解为创建一个模块的实例，并根据实例进行连接。

1.2 端口和内部信号模块的端口是与其他模块或外部电路连接的接口，可以是输入、输出或双向。

内部信号是模块内部产生和使用的信号，只在模块内部可见。

1.3 组合逻辑与时序逻辑组合逻辑是指只有输入信号改变时才会改变输出信号的逻辑电路，而时序逻辑是指输出信号的改变还受到时钟信号的控制。

在verilog hdl中，可以使用逻辑门、逻辑运算符和条件语句来实现组合逻辑和时序逻辑。

二、verilog hdl应用程序设计实例接下来，我们通过一些实例来展示verilog hdl的应用程序设计。

2.1 4位全加器我们首先来实现一个4位全加器。

全加器是用来实现两个二进制数的加法的电路，它能够实现两个输入和一个进位的相加操作，输出结果和进位。

在verilog hdl 中，可以使用逻辑运算符和条件语句来实现全加器。

2.2 4位加法器我们可以使用四个全加器来实现一个4位加法器。

加法器是用来实现两个二进制数的加法的电路，它能够实现多位的相加操作，输出结果和进位。

2.3 4位计数器计数器是一种能够实现计数功能的电路，它能够根据时钟信号进行计数，并在达到一定数值时输出特定信号。

verilog数字系统设计教程

verilog数字系统设计教程Verilog数字系统设计教程作者：XXX引言：数字系统设计是现代电子工程中非常重要的一部分。

Verilog作为一种硬件描述语言，提供了一种方便且专业的方法来设计和描述数字系统。

本教程旨在为初学者提供关于Verilog数字系统设计的详细介绍和指导。

1. Verilog简介Verilog作为一种硬件描述语言，用于描述数字系统的功能、结构和时序行为。

它类似于C语言，但更专注于硬件级别。

Verilog可以用于设计各种数字系统，例如处理器、嵌入式系统、通信设备等。

2. Verilog基本语法2.1 模块定义Verilog的基本单位是模块。

模块是数字系统的基本组成部分，可以看作是一个独立的功能单元。

模块可以包含输入、输出、内部信号以及其它子模块等。

2.2 信号声明在Verilog中，可以声明各种类型的信号，包括输入信号、输出信号和内部信号等。

信号声明定义了信号的类型、宽度和方向。

3. Verilog建模3.1 组合逻辑建模组合逻辑是数字系统中最基本的部分。

Verilog提供了各种组合逻辑建模的方法，包括逻辑运算、选择结构和多路复用器等。

3.2 时序逻辑建模时序逻辑是数字系统中需要考虑时序关系的部分。

Verilog提供了时序逻辑建模的方法，包括触发器、计数器和时序控制等。

4. Verilog仿真4.1 仿真器介绍仿真器是用于验证数字系统设计的工具。

Verilog可以与各种仿真器配合使用，用于验证设计的正确性和性能。

4.2 仿真流程仿真流程包括编写测试平台和测试用例、编译和仿真等步骤。

本节将介绍基本的仿真流程和相关技巧。

5. Verilog综合5.1 综合概述综合是将Verilog代码转换为逻辑门级描述的过程。

综合器通过将Verilog代码映射到实际的硬件库中，生成能够实现指定功能的逻辑电路。

5.2 综合流程综合流程包括综合前的优化和综合本身两个阶段。

本节将介绍综合的基本流程和主要考虑因素。

第1章 Verilog HDL入门简介

第1章 Verilog HDL入门简介
Verilog HDL数字系统设计及仿真
数字电路的回忆—七进制计数器
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢状态转换图
➢卡诺图
2
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢ Q3* 的卡诺图
➢状态方程：
Q3* Q3Q2 ' Q3 'Q2Q1
3
Verilog HDL数字系统设计及仿真
8
采用Verilog HDL代码
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢计数器模块
➢JK触发器模块
module
module JK_FF(J,K,CLK,Q,Qn);
Counter(Q3,Q2,Q1,C,CLK); input J,K;
output Q3,Q2,Q1,C;
input CLK;
input CLK;
output Q,Qn;
wire J1,K2,J3;
wire G3_n,G4_n,G5_n,G6_n,G7_n,G8_n;
nand G7(G7_n,Qn,J,CLK);
JK_FF JK1(Q1,Q1n,J1,1,CLK);nand G8(G8_n,CLK,K,Q);
JK_FF JK2(Q2, ,Q1,K2,CLK); nand G5(G5_n,G8_n,G6_n);
nand G1(Q,G3_n,Qn);
or or1(K2,Q1,Q3);
nand G2(Qn,Q,G4_n);
endmodule
not G9(CLK_n,CLK);
endmodule
9
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢更简洁的代码
module Counter(Q,CLK,RESET);

VerilogHDL第一讲绪论

1. 能形式化地抽象表示电路的行为和结构 2. 支持逻辑设计中层次与范围地描述 3. 可借用高级语言地精巧结构来简化电路行为和结构;具有电路仿真与验证机制以保证设计的正确性 4. 支持电路描述由高层到低层的综合转换 5. 硬件描述和实现工艺无关 6. 便于文档管理 7. 易于理解和设计重用——这点很重要啊
1.2VHDL介绍介绍
VHDL的英文全写是:VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit)Hardware Descriptiong Language.翻译成中文就是超高速集成电路硬件描述语言.因此它的应用主要是应用在数字电路的设计中. 目前,它在中国的应用多数是用在 FPGA/CPLD/EPLD的设计中.当然在一些实力较为雄厚的单位,它也被用来设计 ASIC.
VHDL诞生于1982年. 在1987年底,VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言 .VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言.最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言 .但是,由于它在一定程度上满足了当时的设计需求,于是他在1987年成为ANSI/IEEE的标准(IEEE 1987 ANSI/IEEE IEEE STD 1076-1987). 1993年更进一步修订,变得更加完备,成为 ANSI/IEEE的ANSI/IEEE STD 1076-1993标准. 目前,大多数的CAD厂商出品的EDA软件都兼容了这种标准.
1.6用硬件描述语言设计复杂数字用硬件描述语言设计复杂数字电路的优点
以前的数字逻辑电路及系统的规模的比较小而且简单, 用电路原理图输入法基本足够了.但是一般工程师需要手工布线,需要熟悉器件的内部结构和外部引线特点,才能达到设计要求,这个工作量和设计周期都不是我们能想象的.现在设计要求的时间和周期都很短, 用原理图这个方法显然就不符合实际了. Verilog设计法与传统的电路原理图输入法的比较:一个是设计周期明显变短,另外硬件描述语言和工艺是无关的,这个就大大减小了工作量.和硬件相关的一些约束,对芯片的一些要求都可以交给EDA工具去做, 大大的加快了设计速度,减少了工程师的工作量,从而提高了设计的××(不知道怎么描述了).

数字系统设计与veriloghdl课后答案

精品课件Verilog HDL数字设计教程-第1章 Verilog HDL数字设计综述

第1章 Verilog HDL数字设计综述
▪ 1.1 电子系统设计技术的发展 ▪ 1.2 数字系统典型设计流程 ▪ 1.3 HDL语言的发展、特点与应用 ▪ 1.4 Quartus II概述 ▪ 1.5 硬件描述语言的发展趋势 ▪ 1.6 小结
1.1 电子系统设计技术的发展图1-1 理想的自顶向设计流程
1.2 数字系统典型设计流程
1.设计输入 2.综合 3.布线布局（适配） 4.仿真 5.下载和硬件测试
1.3 HDL语言的发展、特点与应用
常见的2种HDL语言： 1.Verilog HDL 2.VHDL
1.3 HDL语言的发展、特点与应用
系统级算法级寄存器传输级逻辑门级开关电路级
System Verilog
VHDL Verilog
VITAL
图 1-4 Verilog HDL与VHDL建模能力的比较
1.4 Quartus II概述
图形或 HDL编辑
Analysis & Synthesis （分析与综合）
设计输入
综合或编译
Filter （适配器）
Assembler （编程文件汇编）
Timing Analyzer （时序分析器）
作业
▪ P12 T1、2、3、4
每一种知识都需要努力，都需要付出，感谢支持！
知识就是力量，感谢支持！
一一一一谢谢大家！！
1.2 数字系统典型设计流程
电路图设计文件
HDL 设计文件
电路功能仿真
Байду номын сангаас
N
Y
正确?
综合
HDL 功能仿真
N 正确?
Y
确定实现电路的库
与实现逻辑的物理器件有关的工艺技术文件

基于Verilog HDL的数字系统设计入门教程(CPLD篇)——第一天(V1.1)

【线路人生】手把手系列入门教程基于 VerilogHDL 的数字系统设计入门教程（CPLD 篇）第一天 Version1.1 Copyright 线路人生|CircuitryLife 基于 VerilogHDL 的数字系统设计入门教程(CPLD 篇)——第一天版本修订记录 Version 1.0 1.1 Author zhiyuh zhiyuh Data 2009‐7‐22 2009‐7‐28 Description Firstdraft. 修改几处因分离 CPLD 和 FPGA 教程遗留下的几处错误。

~2~线路人生|Circuitry基于 VerilogHDL 的数字系统设计入门教程(CPLD 篇)——第一天目录1. 2. 3. 4. 简介...........................................................................................................................................4 实验环境 ..................................................................................................................................4 . CPLDA 开发流程和软件 QuartusII 介绍.................................................................................4 原理讲解 ..................................................................................................................................7 . 4.1 LED 原理 .......................................................................................................................7 . 4.2 实验扩展板上的 LED 原理图.......................................................................................8 4.3 硬件连接方法...............................................................................................................9 4.4 引脚对应关系.............................................................................................................10 点亮 LED 实验.........................................................................................................................10 5.1 实验要求.....................................................................................................................10 5.2 实验目标.....................................................................................................................10 5.3 原理分析.....................................................................................................................11 5.4 实验代码.....................................................................................................................11 5.5 QuartusII 集成开发环境............................................................................................11 5.6 实验步骤.....................................................................................................................14 5.7 总结和作业.................................................................................................................31 后记.........................................................................................................................................31 其它信息 ................................................................................................................................31 .5.6. 7. ~3~线路人生|Circuitry基于 VerilogHDL 的数字系统设计入门教程(CPLD 篇)——第一天1. 简介（1）本教程的目的是为了帮助大家进行实战演练，熟悉软硬件的相关知识，而不是为了讲解 VerilogHDL 语言。

第1章 Verilog HDL入门

Verilog HDL 是硬件描述语言的一种，它是目前应用最广泛的一种硬件描述语言，用于数字系统的设计。设计者用它进行数字逻辑系统的仿真模拟、时序分析、逻辑综合。
1.2.2 Verilog HDL的发展历史
1980`s
Verilog-XL 诞生
Verilog IEEE 1364-2005……
2001 Verilog EEE1364-2001 标准公开发表
1989 Cadence 公司购买 Verilog HDL的版权
1999 模拟和数字都适用的 Verilog 标准公开发表
1990 Verilog HDL 公开发表
1995 Verilog IEEE1364 标准公开发表
1990有关Verilog HDL的全部权利都移交给OVI(Open Verilog International)组织
1.3复杂数字系统的设计方法
1.3.1 什么是复杂数字逻辑系统
• 嵌入式微处理机系统 • 数字信号处理系统 • 高速并行计算逻辑 • 高速通信协议电路 • 高速编码/解码、加密/解密电路 • 复杂的多功能智能接口 • 门逻辑总数超过几万门达到几百甚至达几千万门的数
字系统
1.3.2 传统的设计方法
1.4 典型设计流程
Top-Down 设计思想 Top-Down 设计思想
系统级设计
模块A
模块B
模块C
模块 A11
模块 B2
模块 B3
模块 C1
模块 C2
用EDA设计数字系统的典型流程
设计要求电路图设计电路功能仿真 HDL设计 HDL功能仿真逻辑综合、时序验证工艺文件优化、布局布线布线后门级仿真
采用Verilog HDL输入法时，由于 Verilog HDL的标准化，可以很容易把完成的设计进行移植到不同厂家的不同芯片。采用Verilog HDL输入法最大的优点是其与工艺无关性。

verilog hdl数字集成电路设计与原理(一)

verilog hdl数字集成电路设计与原理(一)Verilog HDL数字集成电路设计与原理1. 引言•Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于描述数字集成电路的行为和结构。

•本文将从基础开始，详细介绍Verilog HDL的设计与原理。

2. Verilog HDL基础知识•Verilog HDL是一种高级硬件描述语言，它允许我们使用模块化的方式来描述数字集成电路。

•通过Verilog HDL，我们可以描述电路的输入、输出以及内部逻辑。

•Verilog HDL使用模块化的形式，将电路划分为多个模块，每个模块负责完成特定的功能。

3. Verilog HDL模块•在Verilog HDL中，一个模块可以包含多个输入端口和输出端口。

•输入端口用于接收外部信号，输出端口用于输出内部计算结果。

•通过模块之间的互连，可以构建出复杂的电路结构。

4. Verilog HDL信号•在Verilog HDL中，信号是电路中的基本元素，可以是任何数据类型。

•信号可以通过赋值语句进行操作，例如逻辑运算、赋值操作等。

•信号的值可以在时钟的上升沿或下降沿进行更新。

5. Verilog HDL运算符•Verilog HDL提供了各种运算符，用于实现数字集成电路的运算功能。

•运算符包括逻辑运算符、位运算符、算术运算符等。

•运算符的选择和使用需要根据电路的需求进行灵活调整。

6. Verilog HDL过程•在Verilog HDL中，过程用于描述电路的行为和时序逻辑。

•过程包括组合逻辑过程和时序逻辑过程。

•组合逻辑过程是对输入进行组合运算得到输出，时序逻辑过程则需要考虑时钟和状态的变化。

7. Verilog HDL测试与调试•在实际设计中，测试与调试是非常重要的环节。

•可以通过自动生成测试向量、仿真、波形查看等方式进行测试与调试。

•通过不断优化和调试，可以确保电路设计的正确性和可靠性。

8. 总结•Verilog HDL是数字集成电路设计与原理中的重要工具和技术。

Verilog HDL数字系统设计及实践

读书笔记
中规中矩的verilog书，该有的都有。个人感觉前面章节都比较好理解，最后一章有点难，适合新手阅读。新手看它就像活在梦里，初期代码风格似乎有变化，但是之后稳定了，也容易明白了。
目录分析
1.2模块和端口
1.1一个简单的例子—— 4位全加器
的设计
1.3层次化设计思想
1.4 Testbench的概念
9.3 include 9.4 timescale
本章小结
9.5预编译处理实例
思考与练习
0 1
10.1阻塞语句与非阻塞语句
0 2
10.2敏感变量的不完备性
0 3
10.3锁存器的产生与危害
0 4
10.4组合逻辑反馈
0 6
10.6优先级与并行编码
0 5
10.5 for 循环
10.7多路控制分支结构
Verilog HDL数字系统设计及实践
读书笔记模板
01 思维导图
03 读书笔记 05 作者介绍
目录
02 内容摘要 04 目录分析 06 精彩摘录
思维导图
关键字分析思维导图
设计
内容
逻辑
层次化
建模
小结
实例
数字
行为
共章设计
形式
设计
语句
时间
描述
行为
时序
器
内容摘要
本书介绍硬件描述语言Verilog HDL及电路设计方法，共11章，主要内容包括：Verilog HDL层次化设计、 Verilog HDL基本语法、Verilog HDL行为描述、组合逻辑建模、行为级仿真模型建模、各层次Verilog HDL描述形式与电路建模、任务和函数、编译预处理、Verilog HDL设计与综合中的陷阱、异步设计与同步设计的时序分析。

Verilog HDL 数字系统设计及实践第1章 Verilog层次化设计

1.3 Testbench的概念
tb_fadder i_A i_B i_Cin i_A o_S i_B i_Cin fadder_4 o_Cout $monitor 显示
图1.6 tb_fadder结构
而从系统函数$monitor中得到的仿真结果如下： 0 A: 0 B: 0 Cin:0 , sum: 0 , carry:0 20 A:15 B: 0 Cin:0 , sum:15 , carry:0 40 A:15 B: 1 Cin:0 , sum: 0 , carry:1 60 A:14 B: 1 Cin:0 , sum:15 , carry:0 80 A:14 B: 1 Cin:1 , sum: 0 , carry:1
1.2 模块和端口
module 模块名 ( input [位宽-1：0] 端口名1，端口名2； output [位宽-1：0] 端口3； inout [位宽-1：0] 端口名4； ); 利用ANSI C风格，可以一次性的完成模块名和端口的定义，使得代码更为紧凑，减少了出错的几率，因此推荐使用这种风格进行端口定义。本书中给出的所有例子都采用ANSI C风格来定义端口。
1.1 一个简单的例子——四位全加器的设计
fadder_1 u_fadder_1_3 ( .i_A(i_A[2]), .i_B(i_B[2]), .i_Cin(Cout_2), .o_S(o_S[2]), .o_Cout(Cout_3) ); fadder_1 u_fadder_1_4 ( .i_A(i_A[3]), .i_B(i_B[3]), .i_Cin(Cout_3), .o_S(o_S[3]), .o_Cout(o_Cout) ); endmodule
图1.6 tb_fadder结构而从系统函数$monitor中得到的仿真结果如下： 0 A: 0 B: 0 Cin:0 , sum: 0 , carry:0 20 A:15 B: 0 Cin:0 , sum:15 , carry:0 40 A:15 B: 1 Cin:0 , sum: 0 , carry:1 60 A:14 B: 1 Cin:0 , sum:15 , carry:0 80 A:14 B: 1 Cin:1 , sum: 0 , carry:1

VerilogHDL数字系统设计教程

本次课主要内容
1，组合逻辑、时序逻辑的Verilog语言描述
2，锁存器与 D触发器及其Verilog语言描述
3，设计实例讲解
2020/6/24
本次课主要内容
1，组合逻辑、时序逻辑的Verilog语言描述
2，锁存器与 D触发器及其Verilog语言描述
3，Verilog设计电路实例讲解
2020/6/24
CLK
D触发器符号
D触发器电路图
说明：复位信号rst为高电平时复位，输出Q为0；在复位信号变为低电平后不工作后，红色标示的或非门对数据输入端D而言，等效于反相器,如下
页2020/6/24
CMOS工艺下D触发器的电路结构(cont.)

CLK
. .CLK
QM
T3
CLK CLK T4
.
2020/6/24
时m序od逻ule辑DFF电(clk路, rs的t, da,ql)w; ays过程块实现
input clk, rst ,d; output q; reg q; always @( posedge clk)
if (rst) q <= 1'b0;
else q <= d;
endmodule
2020/6/24
锁存器与D触发器
问题：锁存器与D触发器的区别？答案要点：从触发方式和电路结构两方面说明。
2020/6/24
Verilog语法下的锁存器与D触发器
module LATCHorDFF (q, data, enable); input clk,data, enable; output q; reg q;
always @( enable or data) if (enable) q <= data; // enable为低电平的情况

使用VerilogHDL进行数字逻辑设计、综合、仿真的步骤及工具软件使用简要说明[指南]

使用V erilog HDL进行数字逻辑设计、综合、仿真的步骤及工具软件使用简要说明综合工具使用synplify pro 7.0仿真工具使用modelsim 5.5e (几个菜单排列与5.6有不同，文中有介绍)布局布线工具及时序仿真模型生成使用maxplusII 10.0一．写在开干之前1．涉及到的文件a．源程序(*.v)用户编写的用于描述所需电路的module (可能有多个文件，多个module相互调用)如果用于综合，则源程序内用于描述的V erilog语言必须是可综合风格的。

否则将只能做功能仿真（前仿真），而不能做综合后的仿真和时序仿真（后仿真）。

b．综合后的V erilog HDL 模型(网表) (*.vm)用综合工具synplify对a 进行综合后生成的电路的V erilog HDL 描述。

由synplify自动生成（必须在Implementation Option —Implementation results选项中选中write mapped verilog netlist后才会生成vm文件）。

此文件用于作综合后的仿真c．布局布线后生成的时序仿真模型(网表) (*.vo)文件使用maxplusII对设计进行布局布线之后，生成的带有布局布线及具体器件延迟特性等参数的电路模型的V erilog HDL描述。

要让maxplusII生成vo文件，必须在maxplusII的compile interface中选中verilog netlist writer。

此文件用于作时序仿真(后仿真)d．测试文件(*.v或*.tf)用户编写的V erilog HDL源程序。

用于测试源程序(a,b,c)中所描述电路。

在测试文件中调用被测试的module，生成被测点路所需的输入信号。

所用V erilog HDL语句不需要是可以综合的，只需语法正确。

如果被测试的模型为a，则对应的仿真为前仿真（功能仿真）如果被测试的模型为b, 则对应的仿真为综合后仿真如果被测试的模型为c, 则对应的仿真为后仿真2．强烈建议a．在写用于综合的源程序时，一个源程序文件里只写一个moduleb．源程序文件名与其内所描述的module名相同（如module myadder 文件名myadder.v）c．为了方便管理文件，为每一个设计都单独创建一个目录，目录内创建source, test子目录分别用于存放源程序（用于综合的）和测试文件。

数字系统设计与Verilog_HDL(第4版)[王金明]第1章

称为下载。
通常将对基于EEPROM工艺的非易失结构PLD器件
的下载称为编程（Program），将基于SRAM工艺
结构的PLD器件的下载称为配置（Configure）。
1.4 常用的EDA软件工具集成的 FPGA/CPLD开发工具逻辑综合器仿真工具其他设计工具
集成的FPGA/CPLD开发工具
的逻辑小块放到器件内部逻辑资源的具体位置，并使
它们易于连线；布线则是利用器件的布线资源完成各
功能块之间和反馈信号之间的连接。
仿真（Simulation）
仿真是对所设计电路的功能的验证功能仿真（Function Simulation）时序仿真（Timing Simulation）
编程配置
把适配后生成的编程文件装入到PLD器件中的过程
EDA（Electronic Design Automation）就是以计算机为工作平台，以EDA软件工具为开发环境，以PLD器件或者ASIC专用集成电路为目标器件设计实现电路系统的一种技术。 1．电子CAD（Computer Aided Design）
2．电子CAE（Computer Aided Engineering）
综合器是能自动实现上述转换的软件工具，是能将原理图
或HDL语言描述的电路功能转化为具体电路网表的工具
软件编译器和硬件综合器区别
C、ASM... 程序软件程序编译器
COMPILER
（a）软件语言设计目标流程硬件描述语言综合器
CPU指令/数据代码： 010010 100010 1100
VHDL/VERILOG. 程序
现代EDA技术的特征
（1）采用硬件描述语言（HDL）进行设计（2）逻辑综合与优化（3）开放性和标准化（4）更完备的库（Library）

第1章绪论-Verilog HDL数字系统设计入门与应用实例-王忠礼-清华大学出版社

图1-2 可编程逻辑器件设计流程
（IP）和技术服务，在世界范围内为客户提供高质量的可编程解决方案。Altera公司提供的开发 CPLD/FPGA的集成化设计环境Quartus II，简单易学易用，其可视化、集成化设计环境等优点为大家公认，从设计输入、仿真、编译、综合、布局布线和下载都可以使用这个集成环境来完成。而且Quartus II软件还提供了可编程片上系统（SOPC）设计的一个综合开发环境，包括以下内容：系统级设计，嵌入式软件开发，可编程逻辑器件设计。
SOPC Builder配合QuartusII，可以ilder是QuartusII与Matlab的接口，利用IP核在Matlab中快速完成数字信号处理的仿真和最终FPGA实现。
Altera的主流FPGA产品分为三大类：一是低成本FPGA，面向中低端应用，如Cyclone系列；二是高性能FPGA，面向高端应用，如Stratix系列；三是主要用于对成本和功耗敏感的收发器以及嵌入式应用，如ArriaII系列。

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图1.2 自上而下(Top-Do： (1) 这是一种模块化的设计方法； (2) 由于高层设计同器件无关，可以完全独立于目标器件的结构，因此在设计的最初阶段，设计人员可以不受芯片结构的约束，集中精力对产品进行最适应市场需求的设计，从而避免了传统设计方法中的再设计风险，缩短了产品的上市周期； (3) 由于系统采用硬件描述语言进行设计，可以完全独立于目标器件的结构，因此设计易于在各种集成电路工艺或可编程器件之间移植； (4) 多个设计者可同时进行设计； (5) 具有强大的系统建模、电路仿真功能；
9
设计周期长
设计周期短
1.1.3 EDA的开发过程基于EDA的电子设计流程如图1.3所示。
图1.3 EDA工程设计流程
1．文本编辑/原理图编辑输入与修改 2．逻辑综合和优化 3．行为仿真 4．目标器件的布线/适配 5．功能仿真和时序仿真 6．目标器件的编程/下载 7．硬件仿真与测试
1.2 可编程器件
1.1.2 EDA与传统电子设计方法的比较随着EDA技术的不断发展，其设计方法也发生着显著的
变化，已经从传统的自下而上的设计方法转变成自上而下的设计方法。传统的电子设计方法是自下而上(Bottom-Up)的，如图1.1所示，是基于电路板的设计。
图1.1 传统的电子设计方法
这种设计方法以固定功能元件为基础，然后根据这些器件进行模块逻辑设计，完成各个模块后进行连接，最后形成系统。这种手工设计方法的缺点如下：
EDA技术使设计者的工作可以仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现，这是电子设计技术的一个巨大进步。另一方面，在现代高新电子产品的设计和生产中，微电子技术和现代电子设计技术是相互促进、相互推动又相互制约的两个环节，前者代表了硬件电路物理层在广度和深度上的发展，后者则反映了现代先进的电子理论、电子技术、仿真技术、设计工艺和设计技术与最新的计算机软件技术有机的融合和升华。
(6) 开发技术已经标准化、规范化，IP核具有可利用性； (7) 适用于高效率、大规模系统设计的自上而下的设计方案； (8) 全方位地利用计算机自动设计、仿真和测试技术； (9) 对设计者的硬件知识和硬件经验要求低； (10) 高速性能好； (11) 纯硬件系统具有高可靠性。 EDA设计方法与传统电子设计方法的比较见表1.1。
1.2.1 可编程逻辑器件概述随着数字电路的普及，传统的定制数字集成电路器件已
满足不了应用的需求，可编程逻辑器件(PLD)应运而生，并逐渐地成为主流产品。PLD与传统定制器件的主要区别是它的可编程性，它的逻辑功能是由用户设计的，并且一般都可重复编程和擦除，即PLD是能够为客户提供范围广泛的多种逻辑能力、特性、速度和电压特性的标准成品部件，而且此类器件的功能可在任何时间修改，从而实现多种不同的功能。对于可编程逻辑器件，设计人员可利用价格低廉的软件工具快速开发、仿真和测试其设计。
(5) 设计实现周期长、灵活性差、耗时耗力、效率低下。
这种设计流程就是典型的自上而下(Top-Down)的设计方法，如图1.2所示。自上而下的设计方法将数字系统的整体逐步分解为各个子系统和模块，若子系统规模较大，则还需要将子系统进一步分解为更小的子系统和模块，层层分解，直至整个系统中各个子系统关系合理，并便于逻辑电路级的设计和实现为止。自上而下的设计可逐层描述，逐层仿真，直至满足系统指标。
1.1.1 EDA技术的发展 1．EDA技术的分类电子设计自动化(EDA)技术是一门迅速发展的电子设计
技术，涉及面很广。一般从认识上可以将EDA技术分成狭义 EDA技术和广义EDA技术。
2．EDA技术涉及的内容 1) 大规模可编程逻辑器件 2) 硬件描述语言 3) EDA软件开发工具 4) 实验开发系统
表 1.1 EDA 设计方法与传统电子设计方法的比较
传统的电子设计方法
EDA 设计方法
1
自下而上
自上而下
2
手动设计
自动设计
3
硬、软件分离
打破硬、软件屏障
4
原理图方式设计
原理图、VHDL 语言等多种设计方式
5
系统功能固定
系统功能易变
6
不易仿真
易仿真
7
难测试、修改
易测试、修改
8
模块难移植共享
设计工作标准化，模块可移植共享
EDA技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术、IC版图设计技术、ASIC测试和封装技术、FPGA/CPLD编程下载技术、自动测试技术等；在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、计算机辅助工程(CAE)技术以及多种计算机语言设计的概念；而在现代电子学方面则容纳了更多的内容，如电子线路设计理论、数字信号处理技术、数字系统建模和优化技术等。因此，EDA技术为现代电子理论和设计的表达与实现提供了可能，是现代电子设计的核心。
第1章概述
1.1 EDA技术简介 1.2 可编程器件 1.3 Verilog HDL简介
1.1 EDA技术简介
现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动化(EDA，Electronic Design Automation)技术。所谓 EDA技术，就是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言(HDL，Hardware Description Language)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地进行逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。
(1) 设计主要依赖于设计人员的经验，复杂电路的设计、调试十分困难。
(2) 设计依赖已有的通用元器件，同时，如果某一过程存在错误，则查找和修改十分不便。
(3) 对于集成电路设计而言，设计实现过程与具体生产工艺直接相关，因此可移植性差。
(4) 设计后期的仿真不易实现，只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实测。
1.2.2 PLD的发展历史根据可编程逻辑器件(PLD)发展时期的不同特点，可将其

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