Verilog-HDL数字集成电路设计原理与应用-作者-蔡觉平-第4章PPT课件
Verilog HDL数字集成电路设计原理与应用 作者 蔡觉平_ 第1章
HDL语言发展至今，产生了很多种对于数字集成电路 的描述性设计语言，并成功地应用于设计的各个阶段(建模、 仿真、验证和综合等)。20世纪80年代至今，已出现了上百 种硬件描述语言，它们对设计自动化起到了极大的促进和 推动作用，主要有Gateway Design Automation公司提出的 Verilog HDL、美国国防部高级研究计划局(DARPA)设计的 VHDL、美国国防部RPASSP(Rapid Prototyping of Application Specification Signal Processing)计划提出的基于 18 面向对象的OO VHDL(Object Oriented VHDL)、美国杜克 大学的DE VHDL(Duke Extended VHDL)
第1章 Verilog HDL数字集成电路 设计方法概述
➢1.1 数字集成电路的发展和设计方法的演变
➢ 1.2 硬件描述语言
➢1.3 Verilog HDL的发展和国际标准
➢1.4 Verilog HDL和VHDL
➢1.5 Verilog HDL在数字集成电路设计中的优点
➢1.6 功能模块的可重用性
20世纪80年代(第二次变革时期)是标准工艺加工线 (Foundry)公司与IC设计公司共同发展的阶段，主流产品是 MPU、微控制器(Micro Control Unit，MCU)及专用 IC(Application-Specific IC，ASIC)。这时，Foundry和IC设 计公司相结合的方式开始成为集成电路产业发展的新模式。 这一时期，IC产业开始进入以客户为导向的阶段。首先， 标准化功能的IC已难以满足整机客户对系统成本、可靠性 等的要求；其次，由于小尺寸加工技术的进步，软件的硬 9 件化已成为可能，超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated，VLSI)开始成为主流芯片；
基于VerilogHDL的通信系统设计第4章简单逻辑电路实现.ppt
在数据结构中，线性结构主要有线性表、栈和队列。FIFO （先进先出）队列是一种常见的内存单元，其特点是：写入操 作在队列的一端，而读出操作要在队列的另一端进行。
基于Verilog HDL的通信系统设计
4-4 本章小结
本章通过对一些简单的组合逻辑电路和时序逻辑电路的介绍， 使读者对简单数字电路实现有了一定的认识，为后续章节复杂数 字逻辑电路的设计打下了基础。本章的例子具有一定的参考价值， 可以直接引用到其它数字系统设计中，读者应该从本章的范例中 体会数字电路的描述方法，熟悉简单的数字电路的实现原理。
4-2-5 串并转换电路
在数字元通信系统中常常需要将串行数据流转化成并行数据流 或将并行数据流转化成串行数据流来处理，常常需要串并或并串电 路完成以上转换过程。串并转换电路就主要用于将多位串行输入数 据转换为一路并行输出数据，它的实现方式有很多种，可以采用移 位寄存器或采用状态机来实现串并转换功能。
基于Verilog HDL的通信系统设计
4-1-5 全加器
全加器与半加器的区别是：全加器有三个输入埠，其中， 有两个输入埠和半加器相同，唯一不同的是增加了低位二进制 数相加输出到本位的进位信号。全加器可以通过真值表化简获 得输入信号和输出信号的逻辑表达式，利用基本门电路实现； 可以通过半加器的级联方式实现，本例采用半加器的级联实现 全加器的功能。
基于Verilog HDL的通信系统设计
4-2-4 计数器
在数字系统中，计数器不但可以统计输入脉冲个数，进行计时 和计数，而且还可以实现信号分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序 列等，其应用极其广泛。一般计数器包含：同步计数器、异步计数 器、加法减法计数器以及可逆计数器等。一般的时序逻辑很容易实 现计数功能。
Verilog HDL语言PPT课件
end
else //read continue
if(ph+ 8'b00000001 ==pe) // empty
begin
wr<=0;rd<=0;state<=stop;busy<=0;full<=0;
end
else // not empty
begin
wr<=0;rd<=1;state<=read;busy<=1;
同步清零？
第4页/共234页
例3：分频器的设计
module
nfrequency( rst, clk, q );
input rst, clk;
output [3:0] q;
reg [3:0] q;
always @( posedge clk or negedge rst )
if (!rst)
q<=0;
end
第21页/共234页
read:
begin
ph<=ph+ 8'b00000001;
if(fifo_rd==0) //end of read
begin
wr<=0;rd<=0;state<=stop;busy<=0;full<=0;
if(ph+ 8'b00000001 ==pe) empty <=1; else empty<=0;
reg[1:0] state; reg[7:0] fifo_out,data; reg wr,rd,empty,full,busy; //fifo write , read ,empty , full reg[7:0]pe,ph; //fifo point:P_end,P_head parameter write=1,read=2,stop=0;
精品课件-Verilog HDL数字设计教程-第4章 Verilog HDL常用电路设计
end
4.2 常用时序逻辑电路设计
1 D触发器和锁存器 2 寄存器 3 移位寄存器 4计数器 5分频器 6程序存储器 ROM 7数据存储器 RAM
4.2 常用时序逻辑电路设计
D触发器和锁存器
【例4-12】 一位D触发器
input0:'bz; endmodule
input3[7..0] input2[7..0] input1[7..0] input0[7..0]
2' h1 --
A[1..0] B[1..0]
OUT
EQUAL
Equal2
2' h2 --
A[1..0] B[1..0]
OUT
EQUAL
Equal3
2' h3 --
Equal0
2' h0 --
A[1..0] B[1..0]
OUT
out~[15..8]
out=(enable==2'b01)?
EQUAL
Equal1
IO_BUF (TRI)
out~[23..16]
out[7..0]
input2:'bz, out=(enable==2'b10)?
input1:'bz, out=(enable==2'b11)?
if(enable==1) dataout=datain; else dataout='bz;
【例4-8】N位4通道的三态总线三驱态动总器线 module tri_bus(input3,input2,input1,input0,enable,out);
第4章VerilogHDL基本语法课件
•最常用的两种事件是电平触发和边沿触发。电平触发是指 当某个信号的电平发生变化时，执行always指定的内容； 边沿触发是指当某个信号的上升沿或下降沿到来时，执行 always指定的内容。 •电平触发的写法是在“@”后面直接写触发信号的名称； 边沿触发的写法是在“@”后面写“posedge 信号名”或者 “negedge 信号名”，posedge代表信号的上升沿， negedge则代表信号的下降沿。
数字电路系统的设计者通过这种语言
a可以从上层到下层，从抽象到具体，逐层次地描述自 己的设计思想， b用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统， C然后利用模块组合经由自动综合工具转换到门级电路 网表， d再用自动布局布线工具把网表转换为具体电路进行布 局布线后， e下载到专用集成电路（ASIC）或现场可编程逻辑器件。
准的制定使得Verilog语言在综合、仿真、验证及IP重用等方面有很 大幅度的提高。
• Verilog HDL 是System Verilog语言的基础。SystemVerilog结合了来自 Verilog、VHDL、C++的概念，它将硬件描述语言（HDL）与现代的高 层级验证语言结合了起来。System Verilog加入了一些C++的元素。
通常用来描述组合逻辑 。
assign声明语句很简单，只需要写一个“assign” (赋 值)，后面再加一个方程式即可。
• 例如 ：assign s＝a & b & c; • 该语句描述了一个三输入的与门，这是一个组合逻
蔡觉平老师西电VerilogHDL上机大作业硬件描述语言_微电子学院
《Verilog HDL数字集成电路设计原理与应用》上机作业******* 班级：******* 学号：*******姓名：verilog HDL描述与仿真。
题目1：数字集成电路的设计和仿真软件；（1）学习使用Modelsim要求：中的例子；2）练习教材7.2.1 （（3）掌握设计代码和测试代码的编写；（4）掌握测试仿真流程；Modelsim软件的波形验证方式。
（5）掌握解答：语句块的区别，并写出下面信号语句块和begin-endfork-join：题目2 简述对应的程序代码AB500ns40201030解答：（1）begin-end语句块和fork-join语句块的区别：1、执行顺序：begin-end语句块按照语句顺序执行，fork-join语句块所有语句均在同一时刻执行；2、语句前面延迟时间的意义：begin-end语句块为相对于前一条语句执行结束的时间，fork-join语句块为相对于并行语句块启动的时间；3、起始时间：begin-end语句块为首句开始执行的时间，fork-join语句块为转入并行语句块的时间；4、结束时间：begin-end语句块为最后一条语句执行结束的时间，fork-join 语句块为执行时间最长的那条语句执行结束的时间；5、行为描述的意义：begin-end语句块为电路中的数据在时钟及控制信号的作用下，沿数据通道中各级寄存器之间的传送过程。
fork-join语句块为电路上电后，各电路模块同时开始工作的过程。
（2）程序代码：Begin-end语句：module initial_tb1；reg A,B;initialbeginA=0;B=1;#10 A=1;B=0;#10 B=1;#10 A=0;#10 B=0;#10 A=1;B=1;endendmoduleFrk-join语句：module wave_tb2;reg A,B;parameter T=10;initialforkA=0;B=1;#T A=1;B=0;#(2*T) B=1;#(3*T) A=0;#(4*T) B=0;#(5*T) A=1;B=1;joinendmodule3. 分别用阻塞和非阻塞赋值语句描述如下图所示移位寄存器的电路图。
Verilog_HDL设计初步PPT课件
4.1 组合电路的Verilog HDL描述
2. 全加器顶层文件设计
20
4.1 组合电路的Verilog HDL描述
2. 全加器顶层文件设计
Verilog中元件例化语句的结构比较简单，一般格式如下： <模块元件名>: <例化元件名> （ .例化元件端口（例化元件外接端口名）,...）;
21
4.1 组合电路的Verilog HDL描述
A=1’b0; B=1’b1; C[3:0]=4’b1100; D[3:0]=4’b1011; E[5:0]=6’b010110;
7
4.1 组合电路的Verilog HDL描述
4.1.2 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述2 2．等式操作符
A=4’b1011; B=4’b0010; C=4’b0z10; D=4’b0z10;
3. 8位加法器描述
22
4.1 组合电路的Verilog HDL描述
3. 8位加法器描述
23
4.2 时序电路的Verilog HDL描述
4.2.1 边沿触发型D触发器及其Verilog描述
24
4.2 时序电路的Verilog HDL描述
4.2.1 边沿触发型D触发器及其Verilog描述
25
4.2 时序电路的Verilog HDL描述
wire tmp1,tmp2; assign Y = tmp1 ^ tmp2;
5．注释符号
10
4.1 组合电路的Verilog HDL描述
4.1.3 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述3
11
4.1 组合电路的Verilog HDL描述
4.1.3 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述3
第4章 Verilog设计初步 数字系统设计与Verilog HDL (第4版)教学课件
qout[0]<=~qout[WIDTH-1];
end
end
endmodule
Synplify Pro新建项目对话框
Synplify Pro新建文件对话框
Implementation Option对话框
约翰逊计数器综合后的RTL级原理图
约翰逊计数器综合后的门级原理图 （MAX7000器件）
begin
if(~reset) begin q<=1'b0;qn<=1'b1; end //异步清0，低电平有效
else if(~set) begin q<=1'b1;qn<=1'b0; end
//异步置1，低电平有效
else
begin q<=d;qn<=~d; end
end
endmodule
4.4 Verilog基本时序电路设计
begin if(~reset) begin q<=1'b0;qn<=1'b1;end
//同步清0，低电平有效 else if(~set) begin q<=1'b1;qn<=1'b0;end //同步置1，低电平有效 else begin q<=d; qn<=~d; end
end endmodule
【例4.11】 带异步清0/异步置1（低电平有效）的D触发器
module dff_asyn(q,qn,d,clk,set,reset);
input d,clk,set,reset; output reg q,qn;
always @(posedge clk or negedge set or negedge reset)
《Verilog HDL数字系统设计——原理、实例及仿真》课件第6章
7
endtask always @ (code or a or b) begin case(code) 2'b00: my_and (a,b,c);
2'b01: c=a|b; 2'b10: c=a-b; 2'b11: c=a+b; endcase end endmodule
/*调用任务 my_and，注意端口列表的顺序应与 任务定义中的一致，这里的 a、b、c 分别对应 任务定义中的 a、b、out*/
endtask
//执行任务工作相应的语句
第6章 任务、函数及其他
5
6.1.2 任务的调用
任务调用的语法格式如下：
<任务名> (端口1，端口2，…，端口n); 例如：
my_task(v,w,x,y,z); 任务调用变量(v,w,x,y,z)和任务定义时的I/O变量(a, b, c, d, e)的顺序是一一对应的。当任务启动时，由v、w和x传入的变 量赋给了a、b和c，而当任务完成后的输出又通过c、d和e赋 给了x、y和z。
第6章 任务、函数及其他
6
【例6.2】 定义一个完成两个操作数按位与操作的任务， 然后在后面的算术逻辑单元的描述中调用该任务完成与操作。
module alutask(code,a,b,c); input[1:0] code; input[3:0] a,b; output[4:0] c; reg[4:0] c; task my_and;
input[3:0] a,b; output[4:0] out; integer i;
begin fo r(i= 3; i>=0; i= i-1) out[i]=a[i]&b[i];
end
蔡觉平老师西电Verilog-HDL上机大作业(硬件描述语言)-微电子学院
《Verilog HDL数字集成电路设计原理和使用》上机作业班级：*******学号：*******姓名：******* 题目1：数字集成电路的verilog HDL描述和仿真。
要求：（1）学习使用Modelsim设计和仿真软件；（2）练习教材7.2.1中的例子；（3）掌握设计代码和测试代码的编写；（4）掌握测试仿真流程；（5）掌握Modelsim软件的波形验证方式。
解答：题目2：简述begin-end语句块和fork-join语句块的区别，并写出下面信号对应的程序代码AB解答：（1）begin-end语句块和fork-join语句块的区别：1、执行顺序：begin-end语句块按照语句顺序执行，fork-join语句块所有语句均在同一时刻执行；2、语句前面延迟时间的意义：begin-end语句块为相对于前一条语句执行结束的时间，fork-join语句块为相对于并行语句块启动的时间；3、起始时间：begin-end语句块为首句开始执行的时间，fork-join语句块为转入并行语句块的时间；4、结束时间：begin-end语句块为最后一条语句执行结束的时间，fork-join语句块为执行时间最长的那条语句执行结束的时间；5、行为描述的意义：begin-end语句块为电路中的数据在时钟及控制信号的作用下，沿数据通道中各级寄存器之间的传送过程。
fork-join语句块为电路上电后，各电路模块同时开始工作的过程。
（2）程序代码：Begin-end语句：module initial_tb1；reg A,B;initialbeginA=0;B=1;#10 A=1;B=0;#10 B=1;#10 A=0;#10 B=0;#10 A=1;B=1;endendmoduleFrk-join语句：module wave_tb2;reg A,B;parameter T=10;initialforkA=0;B=1;#T A=1;B=0;#(2*T) B=1;#(3*T) A=0;#(4*T) B=0;#(5*T) A=1;B=1;joinendmodule题目3. 分别用阻塞和非阻塞赋值语句描述如下图所示移位寄存器的电路图。
《EDA技术与Verilog HDL》PPT第3版 第4章 FPGA硬件实现
图4-59 测频时序控制电路
实验与设计
实验4-4 应用宏模块设计数字频率计
图4-60 测频时序控制电路工作波形
实验与设计
实验4-4 应用宏模块设计数字频率计
图4-61 频率计顶层电路原理图
实验与设计
实验4-4 应用宏模块设计数字频率计
图4-62 频率计工作时序波形
4.8 安装Quartus II 13.1说明
图4-45 安装QuartusII 13.1设计文件界面，点击右侧安装按钮
4.8 安装Quartus II 13.1说明
图4-46 设定QuartusII 13.1设计文件安装路径
4.8 安装Quartus II 13.1说明
图4-47 选择安装软件。注意不要漏了ModelSim-Altera Starter Edition
图4-3 利用New Project Wizard创建工程CNT10 ⑵ 将设计文件加入工程中。
4.1 代码编辑输入和系统编译
4.1.2 创建工程 ⑶ 选择目标芯片。
图4-4 选择目标器件EP4CE55F23C8
4.1 代码编辑输入和系统编译
4.1.2 创建工程 ⑷ 工具设置。
图4-5 设计与验证工具软件选择
（3）原理图文件存盘。
图4-30 完成设计并将半加器封装成一个元件，以便在更高层设计中调用
4.4 电路原理图设计流程
4.4.1 设计一个半加器
（4）创建原理图文件为顶层设计的工程。
（5）绘制半加器原理图。
（6）仿真测试半加器。
4.4 电路原理图设计流程
4.4.2 完成全加器顶层设计
图4-31 在f_adder工程下加入半加器原件
Verilog HDL数字集成电路设计原理与应用 作者 蔡觉平 第3章
计数字电路更类似于使用一些高级语言(如C语言)进行编程，
17 而且Verilog HDL行为级建模的语法结构与C语言也非常相 似。Verilog HDL提供了许多行为级建模语法结构，为设计 者的使用提供了很大的灵活性。
行为描述常常用于复杂数字逻辑系统的顶层设计中，
也就是通过行为建模把一个复杂的系统分解成可操作的若
2. 隐式连续赋值语句
隐式连续赋值语句的语法格式如下：
<net_declaration><drive_strength ><range>#<delay><name>= assignment expression；
这种格式的连续赋值语句把连线型变量的说明语句以
及对该连线型变量进行连续赋值的语句结合到同一条语句 内。利用它可以在对连线型变量进行类型说明的同时实现 连续赋值。 6
(5) 连续赋值语句中的延时具有硬件电路中惯性延时的
特性，任何小于其延时的信号变化脉冲都将被滤除掉，不
会出现在输出端口上。
16
3.2 行为级建模
Verilog HDL支持设计者从电路外部行为的角度对其进
行描述，因此行为级建模是从一个层次很高的抽象角度来
表示电路的。其目标不是对电路的具体硬件结构进行说明， 它是为了综合以及仿真的目的而进行的。在这个层次上设
第3章 Verilog HDL程序设 计语句和描述方式
3.1 数据流建模 3.2 行为级建模
3.3 结构化建模
1 本章小结
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1. 显式连续赋值语句
verilog hdl数字集成电路设计与原理
verilog hdl数字集成电路设计与原理 数字集成电路是现代电子技术中的重要组成部分，其设计与原理对于电子工程师来说至关重要。
本文将以Verilog HDL为工具，介绍数字集成电路的设计与原理。
一、数字集成电路的概述 数字集成电路是由稳定的电气或电子器件组成的，能够执行数字逻辑操作的电路。
它们以二进制表示，通过与、或、非等逻辑门实现简单或复杂的数字逻辑功能。
数字集成电路的设计与原理是研究数字逻辑电路的基础，是实现数字系统的关键。
二、Verilog HDL的介绍 Verilog HDL是硬件描述语言（Hardware Description Language ）的一种，广泛应用于数字电路设计领域。
它不仅可以用于描述数字电路的结构和功能，还可以用于验证和仿真电路的行为。
Verilog HDL 为数字集成电路设计与原理提供了一种高效的工具和方法。
三、数字集成电路的设计步骤 1. 确定需求：在进行数字集成电路的设计之前，首先要明确电路的需求和功能。
例如，设计一个加法器电路，需要明确输入和输出的位数，以及所需的运算规则。
2. 设计逻辑功能：根据电路的需求和功能，使用Verilog HDL描述电路的逻辑功能。
例如，使用逻辑门和寄存器等基本组件，以及运算、比较和控制逻辑来实现增加和溢出处理。
3. 进行仿真：使用Verilog HDL工具进行电路的仿真，验证设计的正确性。
通过使用测试输入数据，观察输出是否符合预期结果。
如果有错误或问题，需要进行调试和修改。
4. 进行综合：将Verilog HDL代码综合为门级电路。
综合工具会将Verilog HDL描述的逻辑电路转化为实际的门级电路，包括各种逻辑门、寄存器和其他组件。
5. 进行布局布线：将综合后的电路进行物理设计，包括电路的布局和布线。
布局布线工具将综合后的门级电路映射到实际器件上，并进行连线等工作，以满足电路的时序和功耗要求。
6. 进行验证：验证设计的正确性和性能。
第四章 Verilog基本语法(一)PPT教学课件
2020/12/11
玉溪师范学院
参数
➢ 参数是一个常量。用parameter定义一个标识符来代表 一个常量。参数经常用于定义时延和变量的宽度。
格式: parameter param1 = const_expr1,
param2 = const_expr2,
…,
paramN = const_exprN;
assign #XOR_DELAY S=A^B；
assign #AND_DELAY C=A&B；
endmodule
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TOP HA
2020/12/11
玉溪师范学院
参数值的模块引用
module TOP3(NewA,NewB,NewS,NewC); input NewA, NewB; output NewS,NewC; HA #(5,2) Ha1 (NewA, NewB, NewS, NewC);ut
selb
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2020/12/11
玉溪师范学院
reg型
寄存器是数据存储单元的抽象 reg型数据常用来表示always块内的指定信号，常代表触
发器 reg型数据用initial或者always块中指定信号 reg型数据的缺省值是x。可以被赋正值或者负值。当它作
为一个表达式中的操作数时候，作为无符号数。 reg数据类型定义格式为
2.0 ； -0.1等
科学记数法，例如：
235.1e2 等于23510.0
234_12e2
等于2341200.0
实数小数通过四舍五入被隐式地转换为最相近的整数。例如：
42.446， 42.45 转换为整数42
92.5, 92.699 转换为整数93
－5.62 转换为整数－6
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教程_硬件描述语言_课件_PPT
例化元件名
门元件例化
注1：元件例化即是调用Verilog HDL提供的元件； 注2：元件例化包括门元件例化和模块元件例化； 注3：每个实例元件的名字必须唯一！以避免与其 它调用元件的实例相混淆。 注4：例化元件名也可以省略！
模块元件例化
15
3.2 Verilog HDL基本结构
第3章
硬件描述语言Verilog HDL
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 引言 Verilog HDL基本结构 数据类型及常量、变量 运算符及表达式 语句 赋值语句和块语句 条件语句
3.8 循环语句 3.9 结构说明语句 3.10 编译预处理语句 3.11 语句的顺序执行与并行执行 3.12 不同抽象级别的Verilog HDL模型 3.13 设计技巧
4
3.1 引言 三、不同层次的Verilog HDL抽象
Verilog HDL模型可以是实际电路的不同级别的抽象。 抽象级别可分为五级：
系统级(system level): 用高级语言结构（如case语句）
实现的设计模块外部性能的模型；
算法级(algorithmic level): 用高级语言结构实现的设
程序书写格式自由，一行可以写几个语句，一个语句也可以分多 行写。
除了endmodule语句、begin_end语句和fork_join语句外，每个语 句和数据定义的最后必须有分号。 可用/*.....*/和//...对程序的任何部分作注释。加上必要的注释，以 增强程序的可读性和可维护性。
13
例化元件名
子模块
返回逻辑 功能定义
module mytri(out,in,enable); output out; input in, enable; assign out = enable? in:‘bz; / * 如果enable为1，则out = in，否则为高阻态 * / endmodule
VerilogHDL数字集成电路设计原理与应用教学课件ppt作者蔡觉平_第2章
第2章 Verilog HDL基础知识2.1 Verilog HDL的语言要素2.2 数据类型2.3 运算符2.4 模块本章小结12 Verilog HDL 语法来源于C 语言基本语法，其基本词法约定与C 语言类似。
程序的语言要素也称为词法，是由符号、数据类型、运算符和表达式构成的，其中符号包括空白符、注释符、标识符和转义标识符、关键字、数值等。
2.1 Verilog HDL 的语言要素2.1.1 空白符 空白符包括空格符(\b)、制表符(\t)、换行符和换页符。
空白符使代码看起来结构清晰，阅读起来更方便。
在编译和综合时，空白符被忽略。
Verilog HDL程序可以不分行，也可以加入空白符采用多行编写。
3 例2.1-1空白符使用示例。
initial begin a = 3'b100; b = 3'b010; end 相当于： initial begin a = 3'b100; b = 3'b010; end452.1.2 注释符 Verilog HDL语言中允许插入注释，标明程序代码功能、修改、版本等信息，以增强程序的可阅读性和帮助管理文档。
Verilog HDL中有两种形式的注释。
(1) 单行注释：单行注释以“//”开始，Verilog HDL忽略从此处到行尾的内容。
(2) 多行注释：多行注释以“/*”开始，到“*/”结束，Verilog HDL忽略其中的注释内容。
需要注意的是，多行注释不允许嵌套，但是单行注释可以嵌套在多行注释中。
例2.1-2 注释符使用示例。
单行注释： assign a=b & c; //单行注释 多行注释： assign a[3:0]=b[3:0]&c[3:0;]; /*注释行1 注释行2 */ 非法多行注释：/*注释内容 /*多行注释嵌套多行注释*/ 注释内容*/ 合法多行注释：/*注释内容 //多行注释嵌套单行注释*/672.1.3 标识符和转义标识符 在Verilog HDL中，标识符(Identifier)被用来命名信号名、模块名、参数名等，它可以是任意一组字母、数字、$符号和_(下划线)符号的组合。
Verilog HDL数字集成电路设计原理与应用(第二版)(蔡觉平) (4)
本章通过数字电路中基本逻辑电路的Verilog HDL程序设计 进行讲述，要求读者掌握基本逻辑电路的可综合性设计，为 具有特定功能的复杂电路的设计打下基础。
组合电路的设计需要从以下几个方面考虑：首先，所 用的逻辑器件数目最少，器件的种类最少，且器件之间的连 线最简单，这样的电路称为“最小化”电路。其次，为了满 足速度要求，应使级数尽量少，以减少门电路的延迟；电路 的功耗应尽可能地小，工作时稳定可靠。
组合逻辑电路的描述方式有四种：真值表、逻辑代数、 结构描述、抽象描述。采用Verilog HDL进行组合逻辑电路 设计主要采用的就是这几种方式。下面结合具体的实例简单 介绍达四种描述方式。 20
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例4.1-1 用Verilog HDL语言设计模256(8 bit)计数 器。
(a) 可综合程序描述方式： module counter (count,clk,reset); output count; input clk,reset; reg [7:0] count; reg out; always @(posedge clk) 7
wire [1:0] sum; reg OUT; assign sum=A+B+C; always @(sum)
if (sum>1) else
endmodule
OUT=1; OUT=0;
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可以看到，以上4种Verilog HDL描述方式都可以对表决 电路进行设计。这里应该指出的是，Verilog HDL程序是对 逻辑电路功能的描述性设计，并非最终得到的电路。EDA综 合工具可以将Verilog HDL程序综合成物理电路形式，通过 电路优化，从而得到符合设计要求的最简化电路。采用 Synplify软件对上面4种方法中任一种方法设计的Verilog HDL程序进行综合(采用Altera公司的Stratix Ⅱ器件)，可 以得到相同的最简化电路，如图4.2-4所示。
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在数字集成电路设计过程中，设计者使用Verilog HDL 硬件描述语言进行关键性步骤的开发和设计。其基本过程 是，首先使用Verilog HDL对硬件电路进行描述性设计，利 3 用EDA综合工具将其综合成一个物理电路，然后进行功能 验证、定时验证和故障覆盖验证。
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input [3:0] data;
input [1:0] sel;
Verilog HDL和VHDL等硬件描述语言对电路的设计 是将基本的最小数字电路单元(如门单元、寄存器、存储器 等)通过连接方式，构成具有特定功能的硬件电路。在数字 集成电路中，这种最小的单元是工艺厂商提供的设计标准 库或定制单元；在FPGA中，这种最小的单元是芯片内部 已经布局的基本逻辑单元。设计人员通过描述性语言调用 和组合这些基本单元实现特定的功能，其基本的电路是灵 活的。
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例4.1-1 用Verilog HDL语言设计模256(8 bit)计数器。 (a) 可综合程序描述方式： module counter (count,clk,reset); output count; input clk,reset; reg [7:0] count; reg out; always @(posedge clk) 8
reg [7:0] count; reg out; integer i; always @(posedge clk,reset) begin if (!reset) count<=0; else for (i=0;i<=255;i=i+1) 10
count<=count+1; end endmodule Verilog HDL的电路描述方式具有多样性，这也决定了 电路设计的多样性。例4.1-2是对一个多路选择器的设计， 程序(a)采用的是真值表的形式，程序(b)采用的是逻辑表达 式的形式，程序(c)采用的是基本逻辑单元的结构性描述形 式。
assign w3=sel[1]&(~sel[0])&data[2]; assign w4=sel[1]&sel[0]&data[3]; assign out=w1|w2|w3|w4; endmodule (c) 采用结构性描述的代码： module MUX (out,data,sel); output out;
与计算机软件所采用的高级程序语言(C语言)类似， Verilog HDL是一种高级程序设计语言，程序编写较简单， 设计效率很高。然而，它们面向的对象和设计思想却完全 不同。
软件高级程序语句是对通用型处理器(如CPU)的编程， 主要是在固定硬件体系结构下的软件化程序设计。处理器 的体系结构和功能决定了可以用于编程的固定指令集，设 计人员的工作是调用这些指令，在固化的体系结构下实现 4 特定的功能。
if (!reset) count<=0; else if (count==8'b11111111) count<=0;
else count<=count+1; endmodule (b) 常见的错误描述方式： module counter (count,clk,reset); output count; input reset,clk; 9
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Verilog HDL给设计者提供了几种描述电路的方法。 设计者可以使用结构性描述方式把逻辑单元互连在一起进 行电路设计，也可以采用抽象性描述方式对大规模复杂电 路进行设计，如对有限状态机、数字滤波器、总线和接口 电路的描述等。
由于硬件电路的设计目标是最终产生的电路，因此 Verilog HDL程序设计的正确性需要通过对综合后电路的正 确性进行验证来实现。逻辑上相同的电路在物理电路中的 6 形式却有可能完全不同。对于Verilog HDL程序设计而言， 数字电路的描述性设计具有一定的设计模式，这与C语言 等高级软件程序设计是不同的。
第4章 Verilog HDL数字逻辑电 路设计方法
➢ 4.1 Verilog HDL语言的设计 思想和可综合特性
➢ 4.2 组合电路的设计
➢ 4.3 时序电路的设计
➢ 4.4 有限同步状态机
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➢ 本章小结
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例4.1-1是对模256(8 bit)计数器的两种描述。程序(a) 是通常的Verilog HDL语言对计数器的描述方式，通过改变 计数器状态寄存器组的位宽和进位条件，可以实现对不同 计数器的硬件电路设计。程序(b)是初学者经常出现的一种 错误描述方式，刚开始编写Verilog HDL程序时经常会套用 C语言等高级程序设计的模式，这样往往得不到目标数字 电路的功能。
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例4.1-2 用Verilog HDL设计数字多路选择器。 (a) 采用真值表形式的代码： module MUX (out,data,sel); output out; input [3:0] data; input [1:0] sel; reg out; always @(data or sel) 12
case (sel) 2'b00 : out<=data[0]; 2'b01 : out<=data[1];
2'b10 : out<=data[2]; 2'b11 : out<=data[3]; endcase endmodule
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(b) 采用逻辑表达式形式的代码： module MUX (out,data,sel); output out; input [3:0] data; input [1:0] sel; wire w1,w2,w3,w4; assign w1=(~sel[1])&(~sel[0])&data[0]; assign w2=(~sel[1])&sel[0]&data[1]; 14