数字电子技术基础实验

《数字电子技术基础实验》实验报告学院：学号：姓名：专业：实验时间：实验地点：2016 年12 月Figure 5.51 n位移位寄存器一、实验目的及要求编写testbench 验证Figure 5.51源代码功能，实现n位移位寄存器。

了解并熟悉移位寄存器的工作原理功能；熟悉n位移位寄存器的逻辑功能。

所需功能：实现所需功能需要R，Clock，L，w，Q，5个变量，其中参数n 设为缺省值16，以定义触发器的个数。

当时钟信号Clock从0变为1时刻，正边沿触发器做出响应：当L=0时，对输出结果Q进行向右移位，将w的值赋给Q的最高位，实现移位；当L=1时，将输入R的值寄存在Q中；所需EDA工具及要求：Modelsim：1、在Modelsim中建立工程，编写Figure 5.51 模块的源码；2、编写Figure 5.51 的测试模块源码，对Figure 5.51 进行仿真、测试，观察仿真波形图并进行分析等；Synplify Pro：1、使用Synplify Pro对Figure 5.51 进行综合，得到RTL View、Technology View、综合报表等，进行观察、分析等；二、实验内容与步骤1、在Modelsim中建立工程，编写Figure 5.51 模块的源码；本题实现的是一个n位移位寄存器，触发器对时钟信号Clock敏感，为正边沿敏感型。

L实现对Q的控制，若L=1，则将R寄存到Q中；若L=0，则对Q向右移位。

如下图是一个4位移位寄存器图表说明了该四位移位寄存器的移位过程module shiftn (R, L, w, Clock, Q);parameter n = 16;input [n-1:0] R;input L, w, Clock;output reg [n-1:0] Q;integer k;always @(posedge Clock)if (L)Q <= R;elsebeginfor (k = 0; k < n-1; k = k+1)Q[k] <= Q[k+1];Q[n-1] <= w;endendmodule这是可用于表示任意位宽的移位寄存器的代码，其中参数n设为缺省值16，以定义触发器的个数。

R和Q的位宽用n定义，描述移位操作的else 分支语句用for循环语句实现，可适用于由任意多个触发器组成的移位操作。

2、编写Figure 5.51 的测试模块源码，对Figure 5.51 进行仿真、测试，观察仿真波形图并进行分析等；`timescale 1ns/1nsmodule shiftn_tb;parameter n = 16;reg [n-1:0] R;reg L, w, Clock;wire [n-1:0] Q;integer i;initialbeginL=1'b0;Clock=1'b0;w=1'b0;R=16'b0;endalways #5 Clock = ~Clock;always #10 L=~L;always #20 w=~w;alwaysfor(i=0;i<16*16*16*16;i=i+1)begin#2 R=R+1;endinitial#1000000000 $stop;shiftn e1(R, L, w, Clock, Q);endmodule这是可用于表示任意位宽的移位寄存器的测试模块源码。

将变量R，Clock，L，w初始化为零，采用for循环语句对变量进行改变，R和Q的位宽依然用n定义。

3、使用Synplify Pro对XXX进行综合，得到RTL View、Technology View、综合报表等，进行观察、分析等；（建议用Altera Cyclone II EP2C20器件）4、使用QuatusII进行RTL Simulation、Gate Level Simulation操作，进行测试、观察仿真波形图并进行分析等。

三、实验结果与数据处理1.仿真图初始时，R=0,Clock=0,L=0,w=0;当Clock由0变1且L=0的时刻，Q向右移位；Clock由1变0以及保持不变时，不论L为何值，Q不变；当当Clock由0变1且L=1的时刻，Q=R；2.RTL View图中参数n设为缺省值16，以定义触发器的个数。

若L=1，当触发器在时钟正沿时，Q=R;若L=0，当触发器在时钟正沿时，将Q向右移一位，将w赋给最高位。

通过观察RTL View视图，结合源码，可见在源码中always语句判断时钟信号，用if-else语句判断左移还是右移，for语句进行移位操作，w和R一起可以看作是17位的数，解决了移位时最高位的问题，结合RTL View图从图中元器件来分析我们的源码基本需要这些器件来实现。

3.Technology View四、分析与讨论1.在仿真时有时会出现以下错误：# Error opening D:/code test/figure5.51 - tb.v# Path name 'D:/code test/figure5.51 - tb.v' doesn't exist.以及：# Error: invalid command name "::.main_pane.dataflow.interior.cs.body.pw.df.c"# Error: invalid command name "::.main_pane.dataflow.interior.cs.body.pw.df.c"# Error: invalid command name "::.main_pane.dataflow.interior.cs.body.pw.df.c"# Error: invalid command name "::.main_pane.dataflow.interior.cs.body.pw.df.c"2.Verilog源代码中不能有中文符号，尤其是中文空格，因为这一点不容易发现而导致一直编译不过。

Figure 5.53 有并行载入端的4位递增计数器一、实验目的及要求编写testbench 验证Figure 5.53源代码功能，实现有并行载入端的4位递增计数器。

目的：了解并熟悉递增计数器的工作原理熟悉4位递增计数器的逻辑功能所需功能：实现所需功能需要R，Resetn，Clock，L，E，Q，5个变量。

计数器中的触发器在Resetn从0变为1时刻，将计数器异步复位，否则当时钟信号Clock从0变为1时刻，正边沿触发器做出响应：当L=1时，计数器中的触发器从输入R并行加载数据，否则当E=1时，计数器递增计数；所需EDA工具及要求：Modelsim：1、在Modelsim中建立工程，编写Figure 5.53模块的源码；2、编写Figure 5.53的测试模块源码，对Figure 5.53进行仿真、测试，观察仿真波形图并进行分析等；Synplify Pro：1、使用Synplify Pro对Figure 5.53进行综合，得到RTL View、TechnologyView、综合报表等，进行观察、分析等；二、实验内容与步骤1、在Modelsim中建立工程，编写Figure 5.53模块的源码；本题实现的是一个有并行载入端的4位递增计数器，触发器对时钟信号Clock敏感，为正边沿敏感型；对异步复位信号Resetn敏感，为负边沿敏感型，当Resetn=0时，Q=0。

L，E实现对Q的控制，若L=1，则将R寄存到Q中；若L=0，则在使能输入E的控制下计数器递增计数。

下图是一个包含使能和清零功能的递增计数器。

module upcount (R, Resetn, Clock, E, L, Q);input [3:0] R;input Resetn, Clock, E, L;output reg [3:0] Q;always @(negedge Resetn, posedge Clock)if (!Resetn)Q <= 0;else if (L)Q <= R;else if (E)Q <= Q + 1;endmodule这段代码描述了一个递增计数器。

该计数器除了复位输入端之外，还有一个并行加载输入端，并行数据由输入向量R提供。

第一个if语句与所示代码一样实现异步复位；else if分支语句说明，如果L=1，则计数器的触发器在时钟正沿时从输入R并行加载数据；如果L=0，则在使能输入E的控制下计数器递增计数。

2、编写Figure 5.53的测试模块源码，对Figure 5.53进行仿真、测试，观察仿真波形图并进行分析等；`timescale 1ns/1nsmodule upcount_tb;reg [3:0] R;reg Resetn, Clock, E, L;wire [3:0] Q;integer i;initialbeginResetn=1'b0;Clock=1'b0;E=1'b0;L=1'b0;R=4'b0;endalways #5 Clock=~Clock;always #10 Resetn=~Resetn;always #20 L=~L;always #40 E=~E;alwaysfor(i=0;i<16;i=i+1)begin#2 R=R+1;endinitial#100000 $stop;upcount e(R, Resetn, Clock, E, L, Q);endmodule3、使用Synplify Pro对XXX进行综合，得到RTL View、Technology View、综合报表等，进行观察、分析等；（建议用Altera Cyclone II EP2C20器件）4、使用QuatusII进行RTL Simulation、Gate Level Simulation操作，进行测试、观察仿真波形图并进行分析等。

三、实验结果与数据处理1.仿真图初始时，R=0,Clock=0,L=0,E=0,Resetn=0;当Clock由0变为1时，Resetn=0，故Q不变；当Clock再次由0变为1时，此时Resetn=1，L=1，故Q=R；当Clock又一次由0变为1时，此时Resetn=1，L=0，E=1故Q=Q+1；当Clock又一次由0变为1时，此时Resetn=1，L=0，E=0故Q不变；当Resetn由1变为0时，不论其他量如何变化，Q=0；2.RTL View当Resetn=0时，Q=0；当Resetn=1且L=1时，计数器的触发器在时钟正沿时从输入R并行加载数据，Q=R；当Resetn=1且L=0，E=1时，计数器的触发器在时钟正沿时递增计数。