数字系统设计与VerilogHDL (12)[15页]
数字设计中的Verilog HDL语言基础
数字设计中的Verilog HDL语言基础Verilog HDL语言是数字设计中非常重要的一门编程语言，它被广泛应用于集成电路设计和硬件描述语言。
在数字设计中，Verilog HDL语言被用来描述硬件的行为和结构，使得工程师能够通过编写代码来设计和实现各种数字电路。
Verilog HDL语言具有如下几个基础要素：1. 模块(Module)：Verilog HDL语言中的最基本构建单元就是模块，一个模块可以包含端口、输入、输出、内部信号和行为描述等部分。
模块用来描述数字电路中的一个功能模块或组件，它是实现数字电路的基础。
2. 信号(Signal)：信号是Verilog HDL语言中用来传递信息的基本元素，它可以是输入信号、输出信号或者中间信号。
信号可以是数字类型、整数类型、浮点数类型等，通过信号的传输和逻辑操作来描述整个数字电路的行为。
3. 端口(Port)：端口是模块与外部环境进行通信的接口，它可以是输入端口、输出端口或者双向端口。
端口定义了模块和其他模块或顶层模块之间的信号传输规则，是数字电路的输入输出通道。
4. 运算符(Operator)：Verilog HDL语言中包含了各种运算符，用来对信号进行逻辑运算、算术运算和比较运算等操作。
常见的运算符包括与(&)、或(|)、非(!)、加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)、取余(%)等，通过运算符的使用能够实现数字电路中的各种功能。
5. 时钟(Clock)：时钟信号在数字设计中起到非常重要的作用，它用来同步数字电路中的各个组件，确保它们按照时序进行正确的操作。
时钟信号通常是周期性的信号，在数字电路中广泛用于触发、同步和控制各个模块的工作。
通过学习Verilog HDL语言的基础知识，可以帮助我们更好地理解数字设计中的原理和技术，进而能够设计和实现各种复杂的数字电路。
掌握Verilog HDL语言的基础概念和语法规则，是每一位数字设计工程师必备的技能之一。
精品课件-Verilog HDL数字系统设计-Verilog HDL数字系统设计-第1章
编程器件的基础上进一步发展的产物，它是作为ASIC领域中的 一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服 了原有可编程器件门电路有限的缺点。
第1章 概 述
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如前所述，FPGA是由存放在片内的RAM来设置其工作状态的， 因此工作时需要对片内RAM进行编程。用户可根据不同的配置模 式，采用不同的编程方式。FPGA有如下几种配置模式：
第1章 概 述
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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
第1章 概 述
2
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。
6．目标器件的编程/下载 7．硬件仿真与测试
第1章 概 述
18
1.2 可 编 程 器 件
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。
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)
数字系统设计与Verilog HDL
数字系统设计与Verilog HDL（复习）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）3．EDA（Electronic Design Automation）EDA技术及其发展p2EDA技术的应用范畴1.3 数字系统设计的流程基于FPGA/CPLD的数字系统设计流程1. 原理图输入(Schematic diagrams )2、硬件描述语言 (HDL文本输入)设计输入硬件描述语言与软件编程语言有本质的区别综合（Synthesis）将较高层次的设计描述自动转化为较低层次描述的过程◆行为综合：从算法表示、行为描述转换到寄存器传输级（RTL）◆逻辑综合：RTL级描述转换到逻辑门级（包括触发器）◆版图综合或结构综合：从逻辑门表示转换到版图表示，或转换到PLD器件的配置网表表示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适配适配器也称为结构综合器，它的功能是将由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件中，并产生最终的可下载文件对CPLD器件而言，产生熔丝图文件，即JEDEC文件；对FPGA器件则产生Bitstream 位流数据文件p8仿真（Simulation）功能仿真（Function Simulation）时序仿真（Timing Simulation）仿真是对所设计电路的功能的验证p9编程（Program）把适配后生成的编程文件装入到PLD器件中的过程，或称为下载。
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）。
VerilogHDL数字系统设计技巧精品PPT课件
output o_clk； input i_clk； input rst_n； parameter N = N_even; // 设置偶数倍分频 parameter M = ?; // M="N/2-1" // bit_of_N: N_even的二进制位宽 reg [(bit_of_N - 1):0] cnt; // 计数器单元 reg o_clk；
cnt <= cnt + 1'b1; end end
恰恰分频：任意整数和小数分频的Verilog实现
// 生成上升沿时钟 // 0~(N/2-1) ↑ -> 1; (N/2)~(N-1) ↑ -> 0 always @ (posedge i_clk, negedge rst_n) begin
if (!rst_n) o_clk <= 0;
偶数分频器的实现非常简单，通过计数器计数 就完全可以实现。 如进行N倍偶数分频，就可以通过由待分频的 时钟触发计数器计数。 当计数器从0计数到N/2-1时，输出时钟进行翻 转，并给计数器一个复位信号，以使下一个时 钟从零开始计数。 以此循环，就可以实现任意的偶数分频。
恰恰分频：任意整数和小数分频的Verilog实现
恰恰分频：任意整数和小数分频的Verilog实现
always@(negedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin cnt2<=0; end else if(cnt2==2'b10) begin cnt2<=0; end else begin cnt2<=cnt2+1; end end
数字系统设计初识Verilog HDL
（1）内置门级元件（逻辑门）
not and nand or nor xor xnor。(表8.1、8.2)
（2）内置开关级元件（三极管及储存节点等）
cmos nmos pmos。
（3）用户自己定义的模块。
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门元件的调用
门元件调用格式：
门元件名字 <例化的门名字> （<端口列表>）
普通的门的端口列表顺序为： （输出，输入1，输入2，输入3，….）； 例如： module AND_G2
input
A F B
(A,B,F)
A,B;
output F;
and G2(F,A,B);
endmodule
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module rs_latch (y, yb, r, s); output y, yb; input r, s; nor n1( y, r, yb); nor n2( yb, s, y); endmodule
input A, B, Cin ; output Sum, Cout; reg Sum,Cout; reg T1,T2,T3; always @(A or B or Cin) begin Sum=(A^B)^Cin; T1=A&Cin; T2=B&Cin; T3=A&B; Cout=(T1| T2|T3); end endmodule //输入端口定义 //输出端口定义
endmodule
结果：具有低电平有效使能端的2-4译码器，输出为低电平有效。
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总结：
用assign 连续赋值语句来描述一个组合逻辑电
路，关键是找出输出与输入之间的逻辑关系，写出
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。
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习 题 12
12.1 设计一个基于直接数字式频率合成器（DDS）结构的数字 相移信号发生器。 12.2 用Verilog设计并实现一个31阶的FIR滤波器。 12.3 用Verilog设计并实现一个64点的FFT运算模块。 12.4 某通信接收机的同步信号为巴克码1110010。设计一个检 测器，其输入为串行码x，当检测到巴克码时，输出检测结果y ＝1。 12.5 用FPGA实现步进电机的驱动和细分控制，首先实现用 FPGA对步进电动机转角进行细分控制，然后实现对步进电动机 的匀加速和匀减速控制。
HC-SR04超声波测距模块实物
HC-SR04超声波测距模块工作时序图
超声波测距的实际显示效果
12.3 整数开方运算
用8位拨码开关输入待开方的整数（数的范围0～255）， 采用3个数码管显示该数（十进制显示），余下5个数码管 显示开方结果（其中，整数部分1位，小数部分4位）。
开方算法的下载验证
第12章 Verilog设计实例
12.1 脉宽调制与步进电机驱动 12.2 超声波测距 12.3 整数开方运算 12.4 频率测量 12.5 Cordic算法及其实现 12.6 用XADC实现模数转换
12.1 脉宽调制与步进电机驱动
PWM信号波形图
用PWM驱动蜂鸣器
用M驱动步进电机
12.2 超声波测距
12.4 频 率 测 量
本例对被测频率划分为1 MHz以上、1 kHz到1 MHz以及1 kHz 以下3个频段，频率测量结果以十进制形式显示在数码管上。 显示的数值与标准函数发生器产生的频率值基本对应。
12.5 Cordic算法及其实现
Cordic算法原理
Cordic算法演示如图所示，角度值由8个拨码开关输入，按下RESET按键 显示其cos值，按下S2键可切换显示其sin值。用8个数码管显示结果，第1 个数码管显示正负（A表示正，F表示负），后7个数码管显示数值结果。 图中输入角度值为111100，即60°，其cos值显示为正的0.500001。
12.6 用XADC实现模数转换
XADC结构框图
本例采集片上温度传感器、片上电压传感器（VCCINT）和4路外部模拟 电压输入，6路信号通过3位拨码开关选择，并将采集的数据用数码管显 示。数码管最左一位表示采集通道，第0道是片上温度传感器，右边5个 数码管显示数据，如图所示显示当前片上温度为33.116°。