Verilog数字系统设计-课程设计报告
数字系统设计与Verilog HDL实验报告(五)
《数字系统设计与Verilog HDL》实验报告（五）班级: 自动1003班**: **学号: ********实验五、自动售饮料机系统设计一、实验目的1、了解及掌握状态机的基本构成用法；二、通过ModelSim软件编写程序, 用状态机可以编程设计简单的自动控制系统。
三、实验内容四、设计一个自动售饮料机。
假定每瓶饮料售价为2.5元, 可使用两种硬币, 即5角和1元, 机器有找零功能。
五、机器设计有2个投币孔, 可用2个按键来代替。
还设有2个输出孔, 分别输出饮料和找零, 提示用户取走饮料和零钱。
六、实验步骤及源程序新建工程及文件, 分别添加设计程序及测试程序, 进行编译及纠错, 编译通过后运行程序仿真进行调试得出结果。
设计模块:module sell(yi_yuan,wu_jiao, get,half_out,sell_out,reset,clk);parameter idle=0, half=1, one=2,two=3,three=4;input yi_yuan,wu_jiao,reset,clk;output get,half_out,sell_out;reg get,half_out,sell_out;reg[2:0] s;always @(posedge clk)beginif(reset)beginsell_out=0; get=0; half_out=0; s=idle;endelsecase(s)idle: beginsell_out=0; get=0; half_out=0;if(wu_jiao) s=half;else if(yi_yuan)s=one;endhalf: beginif(wu_jiao) s=one;else if(yi_yuan)s=two;endone: beginif(wu_jiao) s=two;else if(yi_yuan)s=three;endtwo: beginif(wu_jiao) s=three;else if(yi_yuan)beginsell_out=1;get=1; s=idle;endendthree: beginif(wu_jiao)beginsell_out=1; get=1; s=idle;endelse if(yi_yuan)beginsell_out=1;get=1;half_out=1; s=idle;endenddefault:beginsell_out=0; get=0; half_out=0; s=idle; endendcaseendendmodule测试模块:`timescale 1ns/1nsmodule sell_top;reg yi_yuan,wu_jiao,reset,CLK;wire get,half_out,sell_out;always #50 CLK=~CLK;initialbeginCLK =0; reset=1;#100 reset=0;yi_yuan=0;wu_jiao=0;endalways@(posedge CLK)beginwu_jiao={$random}%2;#50 wu_jiao=0;endalways@(posedge CLK)beginif(!wu_jiao)yi_yuan=1;#50 yi_yuan=0;endsell m(.yi_yuan(yi_yuan),.wu_jiao(wu_jiao), .get(get),.half_out(half_out),.sell_out(sell_out),.reset(reset),.clk(CLK));endmodule七、实验结果八、实验心得体会由于老师在实验前已经很详细的为我们讲解了这次实验的要点和要注意的问题, 所以这次实验我们完成的还是很成功的。
Verilog数字系统设计教程第二版课程设计
Verilog数字系统设计教程第二版课程设计前言Verilog语言作为一种硬件描述语言被广泛应用于数字电子电路设计中，在数字系统设计教育中占有重要地位。
本课程设计主要介绍基于Verilog语言的数字电子系统设计方法。
任务描述在本次课程设计中，需要实现一个可编程时钟模块。
该时钟模块可以通过调整一个参数来改变其时钟频率。
同时，还需要设计一个测试框架，验证时钟模块的正确性。
设计思路时钟模块设计1.首先，定义一个计数器，用于计时。
2.然后，通过调整计数器的上限值，即可调整时钟的频率。
例如，当计数器的上限值为100时，时钟频率为100Hz，当上限值为1000时，时钟频率变为1000Hz。
3.最后，根据计数器的状态来控制时钟信号输出。
测试框架设计1.定义一个测试模块，包含时钟模块和测试信号模块。
2.给时钟模块和测试信号模块分别设定输入输出端口。
3.在测试框架中，将时钟信号和测试信号连接，生成期望的输出信号。
4.利用仿真工具对测试框架进行模拟，验证时钟模块的正确性。
代码实现时钟模块代码module clock_gen(input wire clk,// 时钟输入input wire rst,// 复位输入input wire[7:0] freq,// 时钟频率控制参数output reg tick // 时钟输出);reg[7:0] cnt;always@(posedge clk,posedge rst)begin if(rst)begincnt <=8'd0;tick <=1'b0;endelse begincnt <= cnt +1'b1;if(cnt == freq)begincnt <=8'd0;tick <=~tick;endendendendmodule测试框架代码module clock_test;reg clk;reg rst;wire tick;reg[7:0] freq;wire expected_output;clock_gen clock(.clk(clk), .rst(rst), .freq(freq), .tick(tick));initial beginclk =1'b0;rst =1'b1;freq =8'd1;#10 rst =1'b0;endalways#1 clk =~clk;always@(*)begincase(freq)8'd10: expected_output =1'b0;8'd5: expected_output = tick;8'd2: expected_output =~tick;default: expected_output =1'b0;endcaseendinitial begin#20 freq =8'd5;#100 freq =8'd2;#100 freq =8'd10;#20$stop;endendmodule实验结果使用iverilog工具将时钟模块和测试框架进行综合并进行模拟，得到如下仿真结果。
大学verilog的课程设计
大学verilog的课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解Verilog硬件描述语言的基本概念、语法结构及设计流程；2. 学会使用Verilog编写简单的数字电路模块，如逻辑门、触发器、计数器等；3. 掌握Verilog中的模块化设计方法，能够对复杂电路进行模块划分和层次化设计；4. 了解数字电路仿真与测试的基本原理，能够使用Verilog进行功能仿真和时序分析。
技能目标：1. 能够运用所学知识，独立完成简单数字电路的Verilog代码编写；2. 培养学生具备分析和解决数字电路设计过程中遇到的问题的能力；3. 提高学生的团队协作能力，通过小组合作完成复杂电路的设计与验证；4. 培养学生运用Verilog进行实际工程项目的初步能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对数字电路设计及Verilog语言的兴趣，培养其主动学习的习惯；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践，勇于探索，不断创新的思维品质；3. 增强学生的团队合作意识，学会尊重他人意见，善于沟通与交流；4. 提高学生的工程素养，使其认识到数字电路设计在实际工程中的应用价值，为未来从事相关工作奠定基础。
二、教学内容本章节教学内容主要围绕Verilog硬件描述语言的基本概念、语法、设计方法及仿真测试技术展开。
具体安排如下：1. Verilog基础知识：- Verilog语言概述与基本概念- 数据类型与运算符- 顺序语句与并行语句- 循环语句与分支语句2. 数字电路设计与实现：- 逻辑门电路设计- 触发器与寄存器设计- 计数器与状态机设计- 模块化设计方法3. 仿真与测试技术：- 仿真原理与测试方法- 功能仿真与时序分析- 常用仿真工具介绍- 测试平台的搭建与使用4. 实践项目与案例分析：- 简单数字电路设计实例- 复杂数字电路设计实例- 小组项目：数字系统设计- 案例分析：实际工程项目应用教学内容根据教材章节进行安排，保证学生能够循序渐进地掌握Verilog语言及其在数字电路设计中的应用。
Verilog数字系统设计教程课程设计
Verilog数字系统设计教程课程设计
项目背景与概述
数字系统设计是计算机科学和电子工程中一个重要的领域。
Verilog是一种在
数字系统设计中广泛使用的硬件描述语言。
本课程设计旨在向学生介绍Verilog的基础知识和应用技巧，在实践中培养学生的硬件设计思维和实验能力。
本课程设计将包括以下主要内容：
•Verilog语言基础
•数字逻辑设计案例分析
•FPGA芯片设计与调试
•Verilog仿真与验证
•高级Verilog主题：状态机、计数器、时序逻辑等
通过本课程设计，学生将获得以下知识和技能：
•掌握Verilog语言基础，了解硬件描述语言在数字系统设计中的应用；
•学会如何使用Verilog进行数字逻辑设计和FPGA芯片编程；
•能够独立完成数字系统设计项目，并进行仿真和验证；
•具备一定的硬件设计思维和实验能力。
教学方法和步骤
本课程设计采用项目驱动的学习方法，将以小组为单位，通过实际数字系统设
计项目来掌握Verilog语言及数字电路设计基本技能。
课程设计步骤如下：
1。
Verilog数字系统设计教程第三版课程设计
Verilog数字系统设计教程第三版课程设计介绍Verilog是一种充满活力的硬件描述语言（HDL），是数字系统设计中广泛使用的一种语言。
随着数字系统设计中应用越来越广泛，Verilog已经成为了数字系统设计工程师必须掌握的一门技能。
本文档主要介绍了Verilog数字系统设计教程第三版课程设计。
课程目标本课程通过Verilog数字系统设计教程第三版中的案例来帮助学生了解数字系统设计的基本概念和技能。
本课程的目标是：1.理解数字系统设计的基本概念和原理2.掌握Verilog语言的基本语法和使用方法3.能够使用Verilog设计数字系统4.能够对数字系统进行仿真和验证课程设计课程内容本课程根据Verilog数字系统设计教程第三版的案例，分为以下几个部分：1.Verilog的基本语法和使用方法2.设计单周期处理器并进行仿真和验证3.设计带缓存的单周期处理器并进行仿真和验证4.设计多周期处理器并进行仿真和验证课程安排本课程采用实践与理论相结合的方式进行教学。
具体安排如下：1.周一：上课讲解Verilog的基本语法和使用方法2.周二：自主学习并完成单周期处理器实验3.周三：上课讲解带缓存的单周期处理器的设计方法4.周四：自主学习并完成带缓存的单周期处理器实验5.周五：上课讲解多周期处理器的设计方法6.周六：自主学习并完成多周期处理器实验7.周日：讨论和总结实验结果课程评估本课程的评估分为两部分：1.实验报告：每个实验需要学生撰写实验报告，包括设计思路、Verilog代码、仿真结果等。
2.期末考试：期末考试主要考查学生对Verilog的掌握程度和对数字系统设计的理解程度。
总结本文档介绍了Verilog数字系统设计教程第三版课程设计的目标、内容、安排和评估。
本课程旨在帮助学生在数字系统设计中掌握基本概念和技能，并掌握Verilog的基本使用方法。
通过本课程的学习，学生将能够设计数字系统并进行仿真和验证。
Verilog课程设计报告文档
Verilog课程设计简单卷机器设计摘要：卷积码是一种非常有前途的编码方法。
分组码的实现是将编码信息分组单独进行编码，因此无论是在编码还是译码的过程中不同码组之间的码元无关。
卷积码和分组码的根本区别在于，它不是把信息序列分组后再进行单独编码，而是由连续输入的信息序列得到连续输出的已编码序列。
在卷积码中，其编码器将k个信息码元编为n个码元时，这n个码元不仅与当前段的k个信息有关，而且与前面的（m －1）段信息有关（m为编码的约束长度）。
同样，在卷积码译码过程中，不仅从此时刻收到的码组中提取译码信息，而且还要利用以前或以后各时刻收到的码组中提取有关信息。
而且卷积码的纠错能力随约束长度的增加而增强，差错率则随着约束长度增加而呈指数下降。
卷积码(n,k,m) 主要用来纠正随机错误，它的码元与前后码元有一定的约束关系，编码复杂度可用编码约束长度m*n来表示。
一般地，最小距离d表明了卷积码在连续m段以内的距离特性，该码可以在m个连续码流内纠正(d-1)/2个错误。
卷积码的纠错能力不仅与约束长度有关，还与采用的译码方式有关。
关键字：Verilog HLD 、卷积码一、设计要求（1）学习和掌握高速计算逻辑状态机的控制基本方法；（2）了解计算逻辑与存储器和AD模块的接口设计技术基础；（3）进一步掌握数据总线在模块设计中的应用和控制；（4）熟悉用工程概念来编写较完整的测试模块，做到接近真实的完整测试。
三、设计原理卷积器是数字信号处理系统中常用的部件。
它对模拟输入信号实时采样，得到数字信号序列。
然后对数字信号进行卷积运算，再将卷积结果存入RAM中。
对模拟信号的采样由A/D转换器来完成，而卷积过程由卷积器来实现。
为了设计卷积器，首先要设计RAM和A/D转换器的Verilog HDL模型。
在电子工业发达的国家，可以通过商业渠道得到非常准确的外围器件的虚拟模型。
如果没有外围器件的虚拟模型，就需要仔细地阅读和分析RAM和A/D转换器的器件说明书，来自行编写。
数字系统设计与VerilogHDL第三版课程设计
数字系统设计与VerilogHDL第三版课程设计一、课程设计背景数字系统设计与VerilogHDL第三版是一本经典的数字电路教材，深入浅出地介绍了数字系统设计理论和Verilog语言的基础知识。
本次课程设计旨在通过对该教材的学习和实践，提高学生数字电路设计和Verilog编程的能力，培养其解决实际问题的能力。
二、课程设计目标本次课程设计的目标包括：1.熟悉数字系统设计基本理论；2.掌握数字系统设计中常用的元器件和接口；3.熟悉VerilogHDL编程语言；4.掌握VerilogHDL的语法和数据类型；5.能够使用VerilogHDL设计数字电路；6.能够使用FPGA开发板进行数字系统设计；7.能够完成一定的数字系统设计实践。
三、课程设计内容本次课程设计主要包括以下内容：1. 数字系统设计基础理论本部分内容主要介绍数字系统设计的基本理论，包括数字逻辑门电路和布尔代数、组合逻辑电路和时序逻辑电路、状态机以及数字系统的基本设计流程等。
2. VerilogHDL编程基础本部分内容主要介绍VerilogHDL编程语言的基础知识，包括VerilogHDL的数据类型、运算符、模块和端口以及常用的VerilogHDL语句等。
3. VerilogHDL应用实践本部分内容主要通过案例实践，介绍如何使用VerilogHDL进行数字电路设计，包括基础逻辑门电路、复杂逻辑电路、时序逻辑电路和状态机的设计。
4. FPGA开发板应用实践本部分内容主要介绍FPGA开发板的基本概念以及如何使用FPGA开发板进行数字系统设计，包括如何使用Xilinx Vivado软件进行FPGA设计、FPGA的时序设计等。
5. 数字系统设计实践本部分内容主要为学生提供数字系统设计实践的机会，让学生根据自己的兴趣和需求，设计并实现一个数字系统。
四、课程设计过程本次课程设计分为以下步骤：1.学习数字系统设计和VerilogHDL编程基础知识；2.结合教材和案例实践，设计并实现数字电路；3.使用FPGA开发板进行数字系统设计实践；4.完成数字系统设计实践，撰写课程设计报告。
verilog仿真课程设计
verilog仿真课程设计一、教学目标本课程的教学目标旨在让学生掌握Verilog仿真基本原理和方法，具备使用Verilog进行数字电路设计和仿真的能力。
知识目标：使学生了解Verilog语言的基本语法、数据类型、运算符、表达式以及常用的建模方法。
技能目标：培养学生运用Verilog进行数字电路设计、仿真和测试的能力，能够独立完成简单的数字系统设计。
情感态度价值观目标：培养学生对电子信息科学的兴趣，提高学生创新实践能力，培养学生团队合作精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括Verilog语言的基本语法、数据类型、运算符、表达式、建模方法以及数字电路的设计与仿真。
1.Verilog语言基本语法：介绍Verilog模块的结构、参数、端口以及语句的书写规范。
2.数据类型和运算符：讲解Verilog中的基础数据类型、复合数据类型以及常用运算符。
3.表达式：讲解Verilog中的算术表达式、关系表达式和逻辑表达式。
4.建模方法：介绍Verilog中的线网建模、模块实例化以及参数传递。
5.数字电路设计与仿真：以实例形式讲解如何使用Verilog进行组合逻辑电路、时序逻辑电路以及复杂数字系统的设计与仿真。
三、教学方法为提高教学效果，本课程将采用讲授法、案例分析法、实验法等多种教学方法相结合。
1.讲授法：通过讲解Verilog语言的基本语法、数据类型、运算符、表达式以及建模方法，使学生掌握理论知识。
2.案例分析法：通过分析实际案例，让学生了解Verilog在数字电路设计与仿真中的应用。
3.实验法：安排实验课程，让学生动手实践，巩固所学知识，提高实际操作能力。
四、教学资源为实现教学目标，我们将为学生提供丰富的教学资源，包括教材、参考书、多媒体资料以及实验设备。
1.教材：选用权威、实用的Verilog教材，为学生提供系统性的理论知识学习。
2.参考书：推荐学生阅读相关Verilog参考书籍，拓展知识面。
3.多媒体资料：制作精美的PPT课件，为学生提供直观的学习体验。
数字系统设计与VerilogHDL课程设计
数字系统设计与VerilogHDL课程设计一、课程设计背景数字系统设计和VerilogHDL是计算机科学与技术专业中比较重要的课程之一。
在该课程中，学生将学习到数字系统的设计和实现过程，以及VerilogHDL语言的应用和编写。
本课程设计旨在让学生通过实践，巩固并深化所学知识，提高其实际运用能力，并帮助学生更好地理解数字系统设计和VerilogHDL的重要性。
二、课程设计目标与要求1. 课程设计目标本课程设计主要目标是让学生了解数字系统设计和VerilogHDL的工作原理和实现方法，并通过实践进行巩固，提高学生的动手能力，为日后从事该领域的工作做好充分的准备。
2. 课程设计要求本课程设计要求学生能够在充分理解了数字系统设计和VerilogHDL的基本原理和方法后，进行硬件电路图、程序代码的设计和仿真。
同时，学生需要自主完成以下任务：1.学习数字系统设计和VerilogHDL的基本知识。
2.设计并仿真一个简单的多功能数字系统，包括至少一个输入和一个输出设备，以及多个存储器（SRAM、DRAM、ROM等都可以）。
3.使用VerilogHDL语言设计实现一个几位数的计算器。
4.完成个人或小组课程设计报告，包括设计过程中的心得、体会等内容。
三、课程设计流程1. 学习数字系统设计和VerilogHDL的基本知识数字系统设计和VerilogHDL的基本知识包括数字系统的基本概念、数字信号处理、电路设计和VerilogHDL的基本语法和程序设计方法等。
学生可以通过阅读相关教材和参考资料来学习这些知识。
2. 设计多功能数字系统在完成学习后，学生可以开始设计自己的多功能数字系统。
该系统应该包括输入、输出、存储器等组件，并应该考虑到系统的稳定性、处理速度、数据存储和传输等方面的问题。
设计的过程中还需注意电路连接、时序控制、设计优化等方面，确保数字系统的高效功能和性能。
3. 设计计算器在完成多功能数字系统的设计后，学生可以进一步使用VerilogHDL语言，编写程序设计一个几位数的计算器。
数字系统设计_实验报告
一、实验目的1. 熟悉数字系统设计的基本流程和方法；2. 掌握数字系统硬件描述语言（如Verilog）的基本语法和设计方法；3. 培养动手实践能力，提高数字系统设计水平；4. 了解数字系统设计中常用模块的功能和实现方法。
二、实验内容1. 数字系统硬件描述语言（Verilog）编程2. 数字系统模块设计3. 数字系统仿真与调试三、实验步骤1. 设计数字系统模块（1）分析数字系统功能需求，确定模块功能；（2）根据模块功能，设计模块的输入输出端口和内部结构；（3）使用Verilog语言编写模块代码。
2. 编写顶层模块（1）根据数字系统功能需求，设计顶层模块的输入输出端口和内部结构；（2）将已设计的模块实例化，连接各模块端口；（3）编写顶层模块代码。
3. 仿真与调试（1）使用仿真工具（如ModelSim）对顶层模块进行仿真；（2）观察仿真波形，分析模块功能是否满足设计要求；（3）根据仿真结果，对模块代码进行修改和优化；（4）重复步骤（2）和（3），直至模块功能满足设计要求。
四、实验结果与分析1. 数字系统模块设计（1）设计了一个4位加法器模块，包括两个4位输入端口、一个4位输出端口和两个进位输出端口；（2）设计了一个2位乘法器模块，包括两个2位输入端口和一个4位输出端口；（3）设计了一个8位存储器模块，包括一个8位输入端口、一个8位输出端口和一个地址输入端口。
2. 顶层模块设计（1）根据功能需求，设计了一个包含加法器、乘法器和存储器的数字系统顶层模块；（2）将已设计的模块实例化，连接各模块端口；（3）编写顶层模块代码。
3. 仿真与调试（1）使用ModelSim对顶层模块进行仿真；（2）观察仿真波形，发现加法器和乘法器功能正常，但存储器模块存在错误；（3）分析存储器模块代码，发现地址输入端口的逻辑关系错误；（4）修改存储器模块代码，重新进行仿真，验证模块功能正确。
五、实验总结1. 通过本次实验，掌握了数字系统设计的基本流程和方法；2. 学会了使用Verilog语言进行数字系统模块设计；3. 培养了动手实践能力，提高了数字系统设计水平；4. 了解数字系统设计中常用模块的功能和实现方法。
数字系统设计与VerilogHDL第四版课程设计
数字系统设计与VerilogHDL第四版课程设计1. 概述数字系统设计与VerilogHDL第四版是数字系统设计方面的经典教材，本课程设计以此为指导，通过对数字系统的设计和VerilogHDL的学习，加深学生对数字系统的认知和理解，掌握一定的数字系统设计和VerilogHDL的编程能力。
2. 课程设计内容课程设计的主要内容是数字系统设计和VerilogHDL，其中包括以下几个方面：2.1 数字系统设计数字系统设计是计算机科学和电气工程领域中的核心课程，其原理、方法和技术在广泛的领域中得到了应用。
本次课程设计主要针对数字系统的设计理论进行研究和应用，包括数字系统的基本概念、数字系统的设计方法、数字系统的实现等。
2.2 VerilogHDLVerilogHDL是一种硬件描述语言，常用于数字电路的设计和验证。
本次课程设计的另一个重点是学习VerilogHDL的语法和规则，掌握VerilogHDL的基本编程能力，能够使用VerilogHDL设计并实现数字电路的各种功能。
2.3 课程设计任务针对课程设计的内容，我们将学生分为若干个小组，每个小组设计一个数字电路，并使用VerilogHDL对其进行描述和实现。
课程设计具体包括以下任务：•确定数字电路设计的主题和功能•设计数字电路的逻辑模型和信号流图•使用VerilogHDL实现数字电路的各个部分•对设计的数字电路进行仿真和测试•优化数字电路的性能和可靠性3. 课程设计评价本次课程设计的评价主要考虑以下几个方面：3.1 设计方案的创新性和实用性设计方案的创新性和实用性是评价设计方案的重要指标。
学生们要根据实际需求和现有技术，提出有价值的设计方案，并且能够实现。
3.2 VerilogHDL的使用情况VerilogHDL的使用情况是评价学生的编程能力的主要指标。
学生们需要掌握VerilogHDL的基本语法和规则，熟练地运用VerilogHDL进行编程实现。
3.3 数字电路的性能和可靠性数字电路的性能和可靠性是评价设计方案的另一个重要指标。
veriloghdl课程设计
veriloghdl课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解Verilog HDL的基本语法和结构，掌握数字电路设计的基本原理；2. 学会使用Verilog HDL进行简单的数字电路设计和仿真；3. 掌握Verilog HDL中的模块化设计方法，能够阅读和分析中等难度的Verilog代码；4. 了解FPGA的基本原理，能够将Verilog HDL代码在FPGA开发板上实现硬件编程。
技能目标：1. 能够运用Verilog HDL编写基本的组合逻辑和时序逻辑电路；2. 独立完成简单的数字信号处理系统的设计、仿真和硬件测试；3. 掌握使用Verilog HDL进行代码调试和优化的基本技巧；4. 培养学生的团队合作能力和问题解决能力，能够在项目中进行有效的沟通与协作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字电路设计的兴趣，激发学生的创新意识和探索精神；2. 培养学生严谨、细致的学习态度，树立良好的工程伦理观念；3. 增强学生的国家意识，认识到我国在集成电路领域的发展现状和重要性，激发学生的爱国情怀；4. 引导学生树立正确的价值观，认识到科技进步对国家和社会发展的贡献。
本课程针对高年级学生，以项目为导向，注重理论与实践相结合。
在教学过程中，教师需关注学生的学习特点，充分调动学生的主观能动性，培养学生的实际操作能力和创新能力。
课程目标旨在使学生能够掌握Verilog HDL的基本知识和技能，为今后在集成电路设计和开发领域的发展奠定基础。
通过本课程的学习，学生将能够独立完成数字电路的设计和实现，为我国集成电路产业的发展贡献自己的力量。
二、教学内容1. Verilog HDL基础语法：包括数据类型、运算符、赋值语句、控制结构等，对应教材第一章内容；2. 数字电路设计原理：介绍组合逻辑电路和时序逻辑电路设计方法，对应教材第二章内容；3. Verilog HDL模块化设计：学习模块定义、端口声明、模块调用等，对应教材第三章内容；4. 常用数字电路设计实例：分析并实践触发器、计数器、状态机等设计，对应教材第四章内容；5. 仿真与调试技巧：掌握ModelSim仿真工具的使用，学习代码调试和优化方法，对应教材第五章内容；6. FPGA硬件编程：了解FPGA基本原理，学习将Verilog HDL代码烧写到FPGA开发板，对应教材第六章内容；7. 项目实践：分组进行项目设计，包括数字信号处理系统、通信系统等，综合运用所学知识，对应教材第七章内容。
FPGAverilog课程设计报告
FPGA verilog课程设计报告一、教学目标本课程旨在通过FPGA Verilog的学习，让学生掌握数字电路设计的基本原理和方法，学会使用Verilog硬件描述语言进行数字电路设计和仿真。
具体目标如下：1.理解FPGA的基本原理和结构。
2.掌握Verilog语言的基本语法和编程技巧。
3.熟悉数字电路的设计方法和流程。
4.能够使用Verilog语言编写简单的数字电路模块。
5.能够进行FPGA的配置和编程。
6.能够使用FPGA开发工具进行数字电路的仿真和测试。
情感态度价值观目标：1.培养学生的创新意识和团队合作精神。
2.增强学生对新技术的敏感性和学习兴趣。
3.培养学生对工程实践的热爱和责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括FPGA的基本原理和结构、Verilog语言的基本语法和编程技巧、数字电路的设计方法和流程。
具体安排如下：第1-2课时：FPGA的基本原理和结构1.FPGA的定义和发展历程。
2.FPGA的内部结构和组成。
3.FPGA的配置和编程方法。
第3-4课时：Verilog语言的基本语法和编程技巧1.Verilog语言的基本数据类型和操作符。
2.Verilog语言的逻辑表达式和语句。
3.Verilog语言的模块结构和参数传递。
第5-6课时：数字电路的设计方法和流程1.数字电路的设计原则和技巧。
2.数字电路的设计流程和步骤。
3.数字电路的仿真和测试方法。
三、教学方法本课程采用讲授法、案例分析法和实验法相结合的教学方法。
1.讲授法：通过讲解和演示，让学生掌握FPGA和Verilog的基本知识和技巧。
2.案例分析法：通过分析具体的数字电路设计案例，让学生熟悉设计方法和流程。
3.实验法：通过动手实验，让学生亲手配置FPGA、编写Verilog代码并进行仿真测试，提高学生的实际操作能力。
四、教学资源1.教材：《FPGA Verilog设计与实践》。
2.参考书：《数字电路与FPGA设计入门》、《Verilog HDL入门与提高》。
verilog课程设计实验报告
verilog课程设计实验报告一、教学目标本课程旨在通过Verilog硬件描述语言的学习，让学生掌握数字电路设计的自动化工具，理解并实践硬件描述语言在数字系统设计中的应用。
通过本课程的学习，学生应达到以下目标：1.知识目标：–理解Verilog的基本语法和结构。
–掌握Verilog中的模块化设计方法。
–学习常用的Verilog描述技巧，包括逻辑门级建模、行为级建模和结构级建模。
2.技能目标：–能够运用Verilog语言进行简单的数字电路设计。
–学会使用至少一种Verilog仿真工具进行电路功能验证。
–能够阅读和理解Verilog代码，进行简单的代码优化。
3.情感态度价值观目标：–培养学生的团队合作意识，在实验报告中能够体现分工合作的精神。
–培养学生的问题解决能力，鼓励学生在遇到问题时积极寻找解决方案。
–培养学生对新技术的好奇心和学习兴趣，激发他们对电子工程领域的热爱。
二、教学内容依据教学目标，本课程的教学内容将围绕Verilog语言的基础知识、实践应用和项目设计展开。
教学大纲安排如下：1.第一部分：Verilog基础知识（2周）–介绍Verilog的背景和基本概念。
–详细讲解Verilog的数据类型、运算符和语句。
2.第二部分：模块化设计（2周）–讲解模块的定义和封装。
–实践模块的端口声明和模块实例化。
3.第三部分：数字电路的Verilog描述（2周）–通过实例教学，掌握逻辑门、触发器等基本组件的Verilog建模。
–学习组合逻辑和时序逻辑的设计方法。
4.第四部分：仿真与测试（1周）–学习使用仿真工具进行电路功能验证。
–理解并实践测试台（testbench）的编写。
5.第五部分：项目设计（3周）–小组合作完成一个较为复杂的数字系统设计项目。
–包括系统模块的划分、编码、仿真和测试。
三、教学方法为了提高学生的学习效果，将采用多种教学方法相结合的方式进行授课：1.讲授法：用于讲解Verilog的基本概念和语法。
verilog数字课程设计
verilog数字课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解Verilog硬件描述语言的基本概念，掌握数字电路设计的基本原理。
2. 学会使用Verilog语言进行基本的数字电路模块设计，如逻辑门、组合逻辑电路和时序逻辑电路等。
3. 掌握Verilog语言中的测试平台编写，能够对设计的电路进行功能验证。
技能目标：1. 能够运用Verilog语言进行简单的数字系统设计，并能够进行模块化设计。
2. 培养学生通过Verilog语言解决实际数字电路问题的能力，提高编程技巧。
3. 学会使用相关EDA工具，如ModelSim进行仿真测试，验证设计电路的正确性。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字电路设计的兴趣，激发学习热情，增强实践操作能力。
2. 培养学生的团队合作意识，学会在团队中分工合作，共同解决问题。
3. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的真实性，养成良好的学术道德。
本课程针对高年级学生，考虑其已具备一定的电子技术和编程基础，课程性质为实践性、应用性。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养其创新意识和实践能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际数字电路设计中，为未来从事电子技术领域工作打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容紧密围绕课程目标，涵盖以下方面：1. Verilog语言基础：包括数据类型、运算符、控制语句等基本概念，对应教材第二章内容。
2. 数字电路设计原理：介绍逻辑门、组合逻辑电路及时序逻辑电路设计原理，对应教材第三章内容。
3. Verilog模块化设计：学习如何进行模块化设计，掌握模块的调用和接口设计，对应教材第四章内容。
4. 测试平台与功能验证：教授如何编写测试平台，进行功能验证，对应教材第五章内容。
5. 仿真工具使用：学习ModelSim等仿真工具的使用，对设计电路进行仿真测试，对应教材第六章内容。
具体教学安排如下：1. 2课时：Verilog语言基础，使学生掌握基本语法和编程规范。
verlog课程设计
verlog课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解Verilog硬件描述语言的基本概念，掌握其语法结构和编程规范；2. 学会使用Verilog设计简单的数字电路，如逻辑门、组合逻辑电路和时序逻辑电路；3. 掌握Verilog模块化设计方法，能够阅读和分析复杂的Verilog代码。
技能目标：1. 能够运用Verilog语言编写简单的数字电路程序，实现基本功能；2. 能够使用仿真工具对Verilog设计的电路进行测试和验证，分析并解决常见问题；3. 培养学生的团队合作能力，学会与他人共同分析和设计复杂的数字系统。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字电路设计和Verilog编程的兴趣，激发学生的学习热情；2. 培养学生严谨、细致的学习态度，养成良好的编程习惯；3. 引导学生认识到数字电路在现代科技中的重要作用，增强学生的社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为电子信息类专业的基础课程，旨在让学生掌握Verilog硬件描述语言，为后续学习数字电路设计、FPGA开发等课程打下基础。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础，了解数字电路的基本原理，但Verilog编程经验较少。
教学要求：结合学生特点和课程性质，采用理论教学与实践操作相结合的方式，注重培养学生的实际操作能力和团队协作能力。
通过本课程的学习，使学生能够独立设计和实现简单的数字电路。
二、教学内容1. Verilog基础知识- Verilog语言概述：发展历程、应用领域和优势- 编程环境搭建：安装与配置Verilog开发工具- 数据类型与运算符：基本数据类型、运算符及其优先级2. 基本语法结构- 模块定义与端口声明：模块结构、端口定义- 常量与变量：定义和使用方法- 控制语句：顺序执行、分支、循环等控制结构3. 数字电路设计- 逻辑门设计：与、或、非、异或等基本逻辑门- 组合逻辑电路设计：编码器、译码器、多路选择器等- 时序逻辑电路设计：触发器、计数器、寄存器等4. 模块化设计方法- 模块化设计理念：模块划分、接口定义- 调用与实例化：模块调用、参数传递- 仿真与调试：测试代码编写、波形分析5. 实践项目- 设计简单的数字电路：如加减法器、比较器等- 分析并优化已有的Verilog代码：提高代码质量与性能- 团队合作项目：共同设计与实现一个复杂的数字系统教学内容安排与进度：本课程共分为10个教学单元，每个单元涵盖上述教学内容的一部分。
asic与verilog数字系统设计课程设计
ASIC与Verilog数字系统设计课程设计一、课程设计需求分析数字系统设计是计算机科学与技术专业的重要学科之一，是计算机基本原理和数字电路的重要组成部分。
ASIC和Verilog分别是数字系统设计的硬件语言和软件语言，二者都有其独特的优势。
本次课程设计的目的是让学生通过实际项目的操作，深入了解ASIC和Verilog的原理和使用方法，提高他们的实践能力和创新能力。
二、课程设计方案1. 课程设计内容本课程设计涉及ASIC和Verilog两个方向的实验，具体内容如下：•实验一：ASIC设计实验，根据要求，设计一个具有特定功能的芯片，学习ASIC设计流程和方法；•实验二：Verilog设计实验，使用Verilog语言，设计一个基于FPGA 的数字逻辑电路；2. 课程设计要求•要求学生对ASIC和Verilog软硬件语言有一定了解；•要求学生具备基本的数字电路设计能力；•要求学生能够熟练运用一款模拟器或仿真软件，进行ASIC和Verilog仿真实验；•要求学生负责自己的全部课程设计并撰写实验报告。
3. 课程设计评分要点•设计的芯片和电路功能是否按照要求实现；•ASIC和Verilog仿真实验是否成功、结果是否准确，并对结果进行详细分析和说明；•实验报告的撰写质量、报告的结构是否合理、文字表述是否清晰。
三、课程设计实施方案1. 实验设备和环境•一台具有ASIC设计功能的PC机；•一台FPGA开发板；•ModelSim仿真软件和Quartus软件。
2. 实验操作流程实验一：ASIC设计实验•确定芯片设计的功能和需求，并进行仿真验证；•进行芯片的逻辑设计，然后进行电路布局、布线和出版；•调试芯片并进行仿真试验，检验芯片功能是否正确。
实验二：Verilog设计实验•确定数字逻辑电路的功能和需求，进行仿真验证；•使用Verilog HDL进行电路设计，并进行综合和工艺映射；•在FPGA上实现设计的电路，并进行仿真试验，检验功能是否正确。
Verilog HDL高级数字设计实验报告
Verilog HDL高级数字设计实验报告题目：“俄罗斯方块”FPGA实现实验目的通过此次项目，完成以下目的：1）熟悉Xilinx FPGA的架构及开发流程2）设计一个功能完整的系统，掌握FSM + Datapath的设计方法。
实验内容1.项目介绍本项目主要在FPGA上实现了一个经典小游戏“俄罗斯方块”。
本项目基本解决方案是，使用Xilinx Zynq系列开发板ZedBoard作为平台，实现主控模块，通过VGA接口来控制屏幕进行显示。
2.系统框架整个系统由四部分组成，按键输入处理模块、控制模块、数据路径模块以及VGA显示接口模块。
整个系统的结构如下图所示：图1：系统框图下面分别对四个模块进行介绍：1）按键输入处理模块按键处理模块的主要功能是对输入系统的up，down，left，right四个控制信号进行消抖处理，并对其进行上升沿检测。
消抖模块采用上课所提出的结构，采用了一个4位的移位寄存器，先将输入信号延迟4个时钟周期，再对其以一个较低的时钟频率进行采用。
消抖模块的结构如下图所示：图2：消抖模块结构示意图为了简化控制系统，在本系统的设计过程中，不考虑长时间按键产生连按效果。
因而，需要对按键进行上升沿检测。
上升沿检测的基本实现方案是加入一组寄存器，对前一个的按键信号进行暂存，将暂存的值与当前值进行比较，当上一个值为0而当前值为1时，即认为其检测到了一个上升沿。
2）控制模块控制模块采用FSM的方式进行控制。
在控制模块中，定义了10个状态：S_idle：上电复位后进入的空状态，当start信号为1时进入S_new状态S_new：用于产生新的俄罗斯方块。
S_hold：保持状态。
在这个状态中进行计时，当时间到达一定间隔时，转到S_down 状态；或者等待输入信号（up，down，left，right）时，转到S_down（按键为down）或者S_move（up，left，right）状态。
S_down：判断当前俄罗斯块能否下移一格。
Verilog数字系统设计_课程设计报告_图文.
Verilog HDL 数字系统设计课程设计课题:RISC_CPU设计与验证第一章:RISC_CPU概述 (51.1课题的由来和设计环境介绍 (5 1.2什么是CPU (5第二章:RISC_CPU结构 (62.1 RISC_CPU整体结构 (62.2 时钟发生器 (72.2.1 时钟发生器的介绍 (72.2.2 时钟发生器symbol (82.2.3 时钟发生器RTL (82.2.4 时钟发生器源代码 (82.2.5 时钟发生器测试代码 (92.2.6 时钟发生器仿真波形 (10 2.3指令寄存器 (102.3.1 指令寄存器介绍 (102.3.2 指令寄存器symbol (112.3.3 指令寄存器RTL (112.3.4 指令寄存器源代码 (11 2.3.5 指令寄存器测试代码 (12 2.3.6指令寄存器仿真波形 (13 2.4 累加器 (132.4.1 累加器介绍 (132.4.2 累加器symbol (132.4.3 累加器RTL (142.4.4 累加器源代码 (142.4.5 累加器仿真代码 (142.4.6 累加器仿真波形 (152.5 算术运算器 (152.5.1 算术运算器介绍 (152.5.2 算术运算器symbol (16 2.5.3 算术运算器RTL (17 2.5.4 算术运算器源代码 (18 2.5.5 算术元算器测试代码 (19 2.5.6 算术运算器仿真波形 (20 2.6数据控制器 (202.6.1 数据控制器介绍 (202.6.2 数据控制器smybol (20 2.6.3 数据控制器RTL (21 2.6.4 数据控制器源代码 (21 2.6.5 数据控制器测试代码 (22 2.6.6 数据控制器仿真波形 (22 2.7 地址多路器 (222.7.1地址多路器介绍 (222.7.2 地址多路器smybol (23 2.7.3 地址多路器RTL (23 2.7.5 地址多路器测试代码 (23 2.7.6 地址多路器仿真波形 (24 2.8程序计数器 (242.8.1 程序计数器介绍 (242.8.2 程序计数器symbol (25 2.8.3 程序计数器RTL (25 2.8.4 程序计数器源代码 (25 2.8.5 程序计数器测试代码 (26 2.8.6 程序计数器仿真波形 (26 2.9 状态控制器 (272.9.1 状态控制器介器 (272.9.2 状态控制器smybol (272.9.3 状态控制器RTL (272.9.4 状态控制器源代码 (272.9.5 状态控制器测试代码 (28 2.9.6 状态控制器仿真波形 (29 2.10状态机 (292.10.1状态机的介绍 (292.10.2 状态机symbol (302.10.3 状态机RTL (302.10.4状态机源代码 (312.10.5 状态机测试代码 (352.10.6 状态机仿真波形 (362.11 CPU内核模块的整合 (36 2.11.1 CPU内核原理图 (362.11.2 CPU内核smybol (37第三章:CPU外围模块的设计 (37 3.1 地址译码器 (373.1.1 地址译码器介绍 (373.1.2 地址译码器smybol (373.1.3 地址译码器RTL (383.1.4 地址译码器源代码 (383.1.5 地址译码器测试代码 (383.1.6 地址译码器仿真波形 (393.2 RAM (393.2.1 RAM的介绍 (393.2.2 RAM smybol (393.2.3 RAM RTL (403.2.4 RAM 源代码 (403.2.5 RAM 测试代码 (403.2.6 RAM 仿真波形 (423.3 ROM (423.3.1 ROM的介绍 (423.3.3 ROM的高阻化处理 (423.4 I/O模块 (433.4.1 I/O模块源代码 (433.4.2 I/O模块smybol (443.5 CPU外围模块连接电路原理图 (443.6 烧录到FPGA上 (45第四章:CPU功能验证 (454.1 CPU寻址方式和指令系统 (454.2 HLT指令验证 (464.3 SKZ指令验证 (464.4 ADD指令验证 (474.5 AND指令验证 (474.6 LDA、STO、JMP指令验证 (47第五章:总结 (48参考文献: (48第一章:RISC_CPU概述1.1课题的由来和设计环境介绍在本设计课程中,我们通过自己动脑筋,设计出CPU的软核和固核。
1002班verilog课程设计报告模板
HUBEI NORMAL UNIVERSITY Verilog课程设计verilog Curriculum Design*******的设计摘要：*****************关键词：FPGA；V erilog HDL；Quartus Ⅱ************1.设计要求与思路1.1设计要求(1)(2)(3)(4)1.2设计思路（设计思路，附有状态转移图，图表格式按照下面的格式，状态机需要该状态机下面的解释部分，所有图表无特殊说明需自己绘制）图2 全部状态转移示意图（所有类似表头的格式按照这个）S1: M2=1,M1=X,M0=X A绿B红。
S2: M2=1,M1=X,M0=X A黄B红S3: M2=1,M1=X,M0=X, A左转B红S4: M2=1,M1=X,M0=X, A黄B红S5: M2=1,M1=X,M0=X, A红B绿S6: M2=1,M1=X,M0=X, A红B黄S7: M2=1,M1=X,M0=X, A红B左转S8: M2=1,M1=X,M0=X, A红B黄S9: M2=0,M1=0,M0=0, A长绿B长红S10: M2=0,M1=0,M0=1, A长左转B长红S11: M2=0,M1=1,M0=0, A长红B长绿S12: M2=0,M1=1,M0=1, A长红B长左转1.3系统设计框图（简要介绍系统的流程并附上系统设计框图）图3 系统设计示意图2.详细模块设计 2.1****模块设计（简要介绍，附该模块io 管脚图）2.2***模块设计（简要介绍，附该模块io 管脚图） 2.3***模块设计（简要介绍，附该模块io 管脚图）(模块的标号个数，视自己的模块设计个数而定)2.4.顶层文件设计（简要介绍，附quartus RTL 级的整体的原理图）图4交通灯的顶层文件原理图3.功能仿真与测试（利用modelsim 仿真测试，测试该模块的各功能，分别附仿真时序图）图5 QUARTUS Ⅱ仿真结果示意图（一）4.采用的CPLD 器件的型号：（********可使用默认的器件，也可根据资源的利用选择）5.片内各种资源的使用情况:（附quartus 或者Leonardo 综合后的综合报告。
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Verilog HDL数字系统设计课程设计课题:RISC_CPU设计与验证第一章:RISC_CPU概述(51.1课题的由来和设计环境介绍(5 1.2什么是CPU (5第二章:RISC_CPU结构(62.1 RISC_CPU整体结构(62.2 时钟发生器(72.2.1 时钟发生器的介绍(72.2.2 时钟发生器symbol(82.2.3 时钟发生器RTL(82.2.4 时钟发生器源代码(82.2.5 时钟发生器测试代码(92.2.6 时钟发生器仿真波形(10 2.3指令寄存器(102.3.1 指令寄存器介绍(102.3.2 指令寄存器symbol(112.3.3 指令寄存器RTL(112.3.4 指令寄存器源代码(11 2.3.5 指令寄存器测试代码(122.3.6指令寄存器仿真波形(13 2.4 累加器(132.4.1 累加器介绍(132.4.2 累加器symbol(132.4.3 累加器RTL(142.4.4 累加器源代码(142.4.5 累加器仿真代码(142.4.6 累加器仿真波形(152.5 算术运算器(152.5.1 算术运算器介绍(152.5.2 算术运算器symbol(162.5.3 算术运算器RTL(172.5.4 算术运算器源代码(182.5.5 算术元算器测试代码(192.5.6 算术运算器仿真波形(20 2.6数据控制器(202.6.1 数据控制器介绍(202.6.2 数据控制器smybol(20 2.6.3 数据控制器RTL(212.6.4 数据控制器源代码(21 2.6.5 数据控制器测试代码(222.6.6 数据控制器仿真波形(22 2.7 地址多路器(222.7.1地址多路器介绍(222.7.2 地址多路器smybol(232.7.3 地址多路器RTL(232.7.5 地址多路器测试代码(232.7.6 地址多路器仿真波形(24 2.8程序计数器(242.8.1 程序计数器介绍(242.8.2 程序计数器symbol(25 2.8.3 程序计数器RTL(252.8.4 程序计数器源代码(25 2.8.5 程序计数器测试代码(262.8.6 程序计数器仿真波形(26 2.9 状态控制器(272.9.1 状态控制器介器(272.9.2 状态控制器smybol(272.9.3 状态控制器RTL(272.9.4 状态控制器源代码(272.9.5 状态控制器测试代码(282.9.6 状态控制器仿真波形(29 2.10状态机(292.10.1状态机的介绍(292.10.2 状态机symbol(302.10.3 状态机RTL(302.10.4状态机源代码(312.10.5 状态机测试代码(352.10.6 状态机仿真波形(362.11 CPU内核模块的整合(362.11.1 CPU内核原理图(362.11.2 CPU内核smybol (37第三章:CPU外围模块的设计(37 3.1 地址译码器(373.1.1 地址译码器介绍(373.1.2 地址译码器smybol(373.1.3 地址译码器RTL(383.1.4 地址译码器源代码(383.1.5 地址译码器测试代码(383.1.6 地址译码器仿真波形(393.2 RAM (393.2.1 RAM的介绍(393.2.2 RAM smybol(393.2.3 RAM RTL(403.2.4 RAM 源代码(403.2.5 RAM 测试代码(403.2.6 RAM 仿真波形(423.3 ROM (423.3.1 ROM的介绍(423.3.3 ROM的高阻化处理(423.4 I/O模块(433.4.1 I/O模块源代码(433.4.2 I/O模块smybol(443.5 CPU外围模块连接电路原理图(443.6 烧录到FPGA上(45第四章:CPU功能验证(454.1 CPU寻址方式和指令系统(454.2 HLT指令验证(464.3 SKZ指令验证(464.4 ADD指令验证(474.5 AND指令验证(474.6 LDA、STO、JMP指令验证(47第五章:总结(48参考文献: (48第一章:RISC_CPU概述1.1课题的由来和设计环境介绍在本设计课程中,我们通过自己动脑筋,设计出CPU的软核和固核。
这个CPU是一个简化的专门为教学目的而设计的RISC_CPU。
在设计中我们不但关心CPU 总体设计的合理性,而且还使得构成这个RISC_CPU的每一个模块不仅是可仿真的也都可以综合成门级网表。
因而从物理意义上说,这也是一个能真正通过具体电路结构而实现的CPU。
为了能在这个虚拟的CPU上运行较为复杂的程序并进行仿真, 我们把寻址空间规定为8K(即13位地址线字节。
下面我们就一步一步地来设计这样一个CPU,并进行RTL仿真、经过综合、布局布线后,再次进行一次仿真,从中我们可以体会到这种设计方法的潜力。
次课程设计中的VerilogHDL程序都为我们学习目的而编写的,全部程序在C ADENCE公司的NC-V erilog环境、Synopsys VCS、Mentor公司的M odelSim6.1 等环境下用Verilog语言进行了仿真。
同时我们分别用Synplify、Altera Quartus II等工具,针对不同的FPGA进行了综合。
顺利地通过RTL级仿真、综合后门级逻辑网表仿真以及布线后的门级结构电路模型仿真。
这个CPU模型只是一个教学模型,设计也不一定很合理,只是从原理上说明了简单的RISC_CPU是如何构成的。
本次课程设计的内容是想达到以下四个目的:1学习RISC CPU 的基本结构和原理;2了解V erilog HDL仿真和综合工具的潜力;2展示V erilog设计方法对软/硬件联合设计和验证的意义;3学习并掌握一些常用的V erilog语法和验证方法。
作者也希望本章的内容能引起对CPU和复杂数字逻辑系统设计有兴趣的电子工程师们的注意,加入我国集成电路的设计队伍,提高我国电子产品的档次。
1.2什么是CPUCPU即中央处理单元的英文缩写,它是计算机的核心部件。
计算机进行信息处理可分为两个步骤:1.将数据和程序(即指令序列输入到计算机的存储器中。
2.从第一条指令的地址起开始执行该程序,得到所需结果,结束运行。
CPU的作用是协调并控制计算机的各个部件执行程序,使其有条不紊地进行。
因此它必须具有以下基本功能:●取指令:当程序已在存储器中时,首先根据程序入口地址取出一条程序,为此要发出指令地址及控制信号。
●分析指令:即指令译码。
是对当前取得的指令进行分析,指出它要求什么操作,并产生相应的操作命令。
●执行指令:根据分析指令时产生的操作命令形成相应的操作控制信号序列,通过运算器,存储器及输入/输出设备的执行,实现每条指令的功能,其中包括对运算结果的处理以及下条指令地址的形成。
将其功能进一步细化,可概括如下:●能对指令进行译码并执行规定的动作;●可以进行算术和逻辑运算;●能与存储器,外设交换数据;●提供整个系统所需要的控制;尽管各种CPU的性能指标和结构细节各不相同,但它们所能完成的基本功能相同。
由功能分析,可知任何一种CPU内部结构至少应包含下面这些部件:●算术逻辑运算部件(ALU,●累加器,●程序计数器,●指令寄存器,译码器,●时序和控制部件。
RISC即精简指令集计算机(Reduced Instruction SetComputer的缩写。
它是一种八十年代出现的CPU,与一般的CPU相比不仅只是简化了指令系统,而且是通过简化指令系统使计算机的结构更加简单合理,从而提高了运算速度。
从实现的途径看,RISC_CPU与一般的CPU的不同处在于:它的时序控制信号形成部件是用硬布线逻辑实现的而不是采用微程序控制的方式。
所谓硬布线逻辑也就是用触发器和逻辑门直接连线所构成的状态机和组合逻辑,故产生控制序列的速度比用微程序控制方式快得多,因为这样做省去了读取微指令的时间。
RISC_CPU也包括上述这些部件,下面就详细介绍一个简化的用于教学目的的RISC_CPU的可综合V erilogHDL模型的设计和仿真过程。
第二章:RISC_CPU结构2.1 RISC_CPU整体结构RISC_CPU是一个复杂的数字逻辑电路,但是它的基本部件的逻辑并不复杂。
我们可把它分成八个基本部件来考虑:1时钟发生器2指令寄存器3累加器4算术逻辑运算单元5数据控制器6状态控制器7程序计数器8地址多路器9状态机各部件的相互连接关系见图17.1。
其中时钟发生器利用外来时钟信号进行分频生成一系列时钟信号,送往其他部件用作时钟信号。
各部件之间的相互操作关系则由状态控制器来控制。
各部件的具体结构和逻辑关系在下面的小节里逐一进行介绍。
2.2 时钟发生器2.2.1 时钟发生器的介绍时钟发生器CLK_GEN利用外来时钟信号clk来生成一系列时钟和控制信号:clk、fetch、alu_ena送往CPU的其他部件。
其中fetch是控制信号,clk的八分频信号,当fetch高电平时,使clk能触发CPU控制器开始执行一条指令,同时fetch信号还将控制地址多路器输出指令地址和数据地址。
clk信号用作指令寄存器、累加器、状态控制器的时钟信号。
alu_ena则用于控制算术逻辑运算单元的操作。
由于在时钟发生器的设计中采用了同步状态机的设计方法,不但使clk_gen模块的源程序可以被各种综合器综合,也使得由其生成的fetch、alu_ena在同步性能上有明显的提高,为整个系统的性能提高打下了良好的基础。
2.2.2 时钟发生器symbol2.2.3 时钟发生器RTL2.2.4 时钟发生器源代码`timescale1ns/1nsmodule CLK_GEN(clk,reset,fetch,alu_ena,clk1;input clk; input reset;output fetch,alu_ena,clk1;reg fetch,alu_ena;reg [7:0] state;assign clk1=clk;parameters1=8'b00000001,s2=8'b00000010,s3=8'b00000100,s4=8'b00001000,s5=8'b00010000,s6=8'b00100000,s7=8'b01000000,s8=8'b10000000,idle=8'b00000000;always @(posedge clk or negedge resetif(~resetbeginfetch<=0;alu_ena<=0;state<=idle;endelsebegincase(states1:begin alu_ena<=1;state<=s2;end s2:begin alu_ena<=0;state<=s3;end s3:begin fetch<=1;state<=s4;ends4:begin state<=s5;ends5:begin state<=s6;ends6:begin state<=s7;ends7:begin fetch<=0;state<=s8;ends8:begin state<=s1;endidle:state<=s1;default:state<=idle;endcaseendendmodule2.2.5 时钟发生器测试代码`timescale1ns/1nsmodule TB(;reg clk;reg reset;wire fetch;wire alu_ena;wire clk1;CLK_GEN u1(.clk(clk,.reset(reset,.fetch(fetch,.alu_ena(alu_ena,.clk1(clk1; initialbeginclk<=0;reset<=0;endalwaysbegin#50 clk<=~clk;#400 reset<=1;endendmodule2.2.6 时钟发生器仿真波形2.3指令寄存器2.3.1 指令寄存器介绍指令寄存器,顾名思义,指令寄存器用于寄存指令。