Verilog HDL设计初步
verilog hdl程序设计与实践
verilog hdl程序设计与实践
本书为VerilogHDL程序设计的入门教材，旨在帮助读者了解Verilog HDL的基础知识，掌握Verilog HDL的编写方法和使用技巧，以及实践中可能遇到的问题和解决方法。
本书主要包括以下内容：
1. Verilog HDL的基础知识：介绍Verilog HDL的语法、数据
类型、模块化设计等基础概念，为后续的学习和实践打下基础。
2. Verilog HDL的编写方法：详细讲解Verilog HDL的编写方法，包括模块的定义、端口的定义、内部信号的定义和使用等，以及如何利用Verilog HDL实现时序逻辑和组合逻辑。
3. Verilog HDL的使用技巧：介绍如何利用Verilog HDL实现
各种数字电路，包括门电路、时序电路、存储器等，同时讲解如何利用仿真工具进行验证和调试。
4. Verilog HDL的实践案例：通过多个实例，包括计数器、移
位寄存器、加法器等，帮助读者掌握Verilog HDL的应用技巧和实践经验。
本书适合电子信息工程、计算机科学与技术等相关专业的本科生、研究生及工程师学习和参考，也可作为相关课程的教材。
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EDA技术实用教程-VerilogHDL版第四版课程设计
EDA技术实用教程-VerilogHDL版第四版课程设计一、背景介绍EDA技术（Electronic Design Automation）是指电子设计自动化技术，它是电子设计工程师在工作中必不可少的技术。
EDA技术让电子设计工程师能够更快、更准确和更高效地创建电子原型和系统级设计。
EDA技术的应用包括了芯片设计、数字信号处理、嵌入式系统和PCB设计等。
在EDA技术的发展历程中，Verilog HDL成为了实际应用中最为普及、最为有效的HDL语言。
二、课程设计目标本次课程设计的目标是通过实际案例，帮助学生掌握Verilog HDL设计方法、EDA设计流程以及EDA工具的应用，最终形成独立设计能力和技术素养。
同时，通过课程设计，提高学生综合能力，包括解决问题的能力、分析问题的能力等。
三、课程设计内容和步骤1.课程设计第一阶段：确定设计目标及功能需求在这一阶段，学生需要做的是梳理出设计要求及功能需求，包括指定设计的模块、所完成的功能、输入输出的端口要求，以及需要达到的功能性能等。
2.课程设计第二阶段：Verilog HDL设计在这一阶段，学生需要学习Verilog HDL语言，包括基础语法、模块框架、变量、运算符、组合逻辑和时序逻辑、宏定义以及模块连接等。
学生需要根据课程设计要求，选择合适的Verilog HDL代码实现方式，进行模块组件的设计。
3.课程设计第三阶段：仿真验证在这一阶段，学生需要学习EDA工具，包括ModelSim等较为流行的仿真工具的使用，运用所学工具对设计的模块组件进行仿真和测试，以验证和调试设计的正确性。
4.课程设计第四阶段：芯片布局设计、综合与验证在这一阶段，学生需要学习EDA工具，如Synopsys等较为流行的工具的应用，进行芯片综合、硬件描述语言优化、延时优化以及布局等操作，以完成设计的验证。
四、设计案例以下为一个简单的数字电路设计案例，学生可以根据这个案例进行课程设计实践。
Verilog HDL设计基础
硬核提供设计阶段最终阶段产品：掩模。以经过 完全的布局布线的网表形式提供，这种硬核既 具有可预见性，同时还可以针对特定工艺或购 买商进行功耗和尺寸上的优化。尽管硬核由于 缺乏灵活性而可移植性差，但由于无须提供寄 存器转移级(RTL)文件，因而更易于实现IP保护。
固核则是软核和硬核的折衷。大多数应用于FPGA 的IP内核均为软核，软核有助于用户调节参数并增 强可复用性。软核通常以加密形式提供，这样实际 的 RTL对用户是不可见的，但布局和布线灵活。 在这些加密的软核中，如果对内核进行了参数化， 那么用户就可通过头文件或图形用户接口(GUI)方 便地对参数进行操作。对于那些对时序要求严格的 内核(如PCI接口内核)，可预布线特定信号或分配 特定的布线资源，以满足时序要求。这些内核可归 类为固核，由于内核是预先设计的代码模块，因此 这有可能影响包含该内核的整体设计。由于内核的 建立(setup)、保持时间和握手信号都可能是固定 的，因此其它电路的设计时都必须考虑与该内核进 行正确地接口。如果内核具有固定布局或部分固定 的布局，那么这还将影响其它电路的布局。
Verilog主要有三类(class)数据类型： net （线网） : 表示器件之间的物理连接 register （寄存器） ：表示抽象存储元件 parameters(参数) : 运行时的常数(run-time constants)
Verilog HDL模块的结构
• 信号类型说明： 举例
reg cout; //定义信号cout的数据类型为reg型
Verilog HDL模块的结构
• 逻辑功能描述：是模块中最核心的部分。有多种
方法可在模块中描述和定义逻辑功能。还可用 调用函数（function）和任务(task)来描述逻辑 功能。下面定义逻辑功能的几种基本方法。
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。
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入门基础之时序状态机的设计
时序状态机的设计入门与提高计算机及具有存储器或按照所存储信息执行一系列操作的其他数字系统统称为“时序状态机”，其电路可以通过时序逻辑进行建模。
时序状态机的性能与组合逻辑不同，因为时序状态机的输出不仅仅取决于当前的输入值，而且取决于历史的输入值。
时序状态机被广泛应用于需要指定顺序操作的应用中。
所有的时序状态机都具有如图的通用反馈结构，在这种结构中时序状态机的下一状态是由当前状态和当前输入一起形成的：时序状态机可以按是否受一个公共的时钟控制（钟控）分为同步状态机和异步状态机；根据状态数目是否有限分为有限状态机和无限状态机。
此处只讨论有限状态机。
有限状态机的（FSM）分类有限状态机有米利（Mealy）机和摩尔（Moore）机：米利（Mealy）机：米利（Mealy）机的下一状态和输出都取决于当前状态和当前输入。
摩尔（Moore）机：摩尔（Moore）机的下一状态取决于当前状态和当前输入，而输出仅仅取决于当前状态。
有限状态机常用的描述、开发方法有限状态机可以借助时序图、状态表、状态图以及ASM图进行系统的描述与设计。
•时序图可以用于说明系统中及系统与周围环境的接口中信号的有效输入与状态转移之间的关系。
•状态表与状态转移表以表格的形式表示在当前状态和输入的各种组合下状态机的下一状态和输出•状态转移图（STG）是一种有向图，图中带有标记的节点或顶点与时序状态机的状态一一对应。
当系统处于弧线起点的状态时，用有向边或弧线表示在输入信号的作用下可能发生的状态转移。
米利机STG的顶点用状态进行标记，状态转移图的有向边有下面两种标记方法：（1）用能够导致状态向指定的下一状态转移的输入信号来标记（2）在当前状态下，用输入信号的输出来进行标记摩尔机的状态转移图与米利机相类似，但它的输出是由各状态的顶点来表示的，而不是在弧线上表示•算法状态机（ASM）图是时序状态机功能的一种抽象，是模拟其行为特性的关键工具。
它类似于软件流程图，但显示的是计算流程图（如寄存器操作）的时间顺序，以及在状态机输入影响下发生的时序步骤。
VerilogHDL入门教程
VerilogHDL入门教程第一部分：Verilog HDL概述（约200字）Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于描述和建模数字电路和系统。
它是一种被广泛使用的硬件设计语言，特别适合用于逻辑设计和验证。
Verilog HDL提供了一种形式化的方式来表示数字电路和系统的行为和结构，使得工程师可以更轻松地进行硬件设计和验证。
第二部分：Verilog HDL基础（约400字）在Verilog HDL中，最基本的组成单元是模块。
模块是Verilog HDL中的一个独立的、可重用的单元，可以由其他模块实例化和连接。
每个模块由端口（输入和输出）和内部功能（如逻辑代码和信号声明）组成。
module and_gate(input a, input b, output y);assign y = a & b;endmodule这个模块表示一个与门，它有两个输入a和b，一个输出y。
使用assign语句，我们将输出y连接到输入a和b的逻辑与操作。
第三部分：Verilog HDL高级特性（约400字）除了基本的模块和连接之外，Verilog HDL还提供了一些高级特性，用于更复杂的电路建模和验证。
一种特殊的构造是always块。
always块用于描述模块内的行为，基于一个条件或时钟信号的变化。
例如，下面是一个使用always块的模块示例：module counter(input clk, input enable, output reg count);if (enable)count = count + 1;endendmodule这个模块表示一个简单的计数器，在时钟上升沿时根据enable信号增加计数器的值。
Verilog HDL还支持层次化的建模，允许将模块层次化地组织起来，以便更好地管理和复用代码。
层次化建模通过使用模块的层次命名和连接来实现。
例如，我们可以将上面的计数器模块实例化为另一个模块，如下所示：module top_module(input clk, input enable, output reg count);countercounter_inst(.clk(clk), .enable(enable), .count(count));endmodule这个模块实例化了上面定义的计数器模块，并将其内部信号和端口连接到外部接口。
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。
EDA技术与Verilog_HDL(潘松)第四章课后习题答案
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0110 Nhomakorabea0
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module f_suber(x,y,sub_in,diffr,sub_out); //一个二进制全减器顶层设计进行了阐述 output diffr,sub_out; input x,y,sub_in; wire e,d,f; h_suber u1(x,y,e,d); // h_suber u2(.x(e),.diff(diffr),.y(sub_in),.s_out(f));// or2a u3(.a(d),.b(f),.c(sub_out)); endmodule
reg [2:0]A ;
wire[7:0]Y ; reg G1 ,G2 ,G3;
decoder3_8 DUT ( G1 ,Y ,G2 ,A ,G3 );
initial begin $monitor($time,"A=%d,G1=%b,G2=%b, G3=%b,Y= %d\n",A, G1, G2, G3, Y); end
习
module MUXK (a1, a2, a3, s0, s1, outy); input a1, a2, a3, s0, s1; output outy; wire outy; wire tmp;
题
4-6 图4-26所示的是双2选1多路选择器构成的电路MUXK。对于其中MUX21A，当s=0 和s=1时，分别有y=a和y=b。试在一个模块结构中用两个过程来表达此电路。 答：参考实验1
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
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Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢ Q3* 的卡诺图
➢状态方程：
Q3* Q3Q2 ' Q3 'Q2Q1
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Verilog HDL数字系统设计及仿真
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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
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Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢更简洁的代码
module Counter(Q,CLK,RESET);
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4-8 给出一个4选1多路选择器的Verilog描述。此器件与图4-1类似，但选通控制 端有4个输入：S0、S1、S2、S3。当且仅当S0=0时：Y=A；S1=0时：Y=B； S2=0时：Y=C；S3=0时：Y=D。
习
题
4-9 把例4-21改成一异步清0，同步时钟使能和异步数据加载型8位二进 制加法计数器。图4-27 含2选1多路选择器的模块
4-3 阻塞赋值和非阻塞赋值有何区别？
4-4 举例说明，为什么使用条件叙述不完整的条件句能导致产生时序模块的综合 结果？
4-5 用Verilog设计一个3-8译码器，要求分别用case语句和if_else语句。比较这 两种方式。
4-6 图4-27所示的是双2选1多路 选择器构成的电路MUXK。对于其 中MUX21A，当s=0和s=1时， 分别有y=a和y=b。试在一个模块 结构中用两个过程来表达此电路。
Verilog HDL设计初步
组合电路
4.1.1 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述1
4.1.1 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述1
4.1.1 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述1
4.1.1 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述1
4.1.2 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述2
4.1.2 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述2 1．按位逻辑操作符
A=1 ’b 0; B=1 ’b 1; E[5:0]=6’b010110;
C [3:0]=4 ’b 110 0;
D [3 :0 ]=4 ’b10 11 ;
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;
5．注释符号
4.1.3 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述3
4.1.3 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述3 1．if_else条件语句
if (S) Y = A; else Y = B;
if (S) 1b0; end
4.2.5 含异步清0的锁存器及其Verilog描述
4.2.6 Verilog的时钟过程描述注意点
4.2.6 Verilog的时钟过程描述注意点
4.2.7 异步时序电路
4.2.7 异步时序电路
4.3.1 4位二进制加法计数器及其Verilog描述
4.3.1 4位二进制加法计数器及其Verilog描述
<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）,...）;
3. 8位加法器描述
3. 8位加法器描述
时序电路
4.2.1 边沿触发型D触发器及其Verilog描述
4.2.1 边沿触发型D触发器及其Verilog描述
4.2.2 电平触发型锁存器及其Verilog描述
4.2.2 电平触发型锁存器及其Verilog描述
习
题
4-7 给出1位全减器的VHDL描述。要求： （1）首先设计1位半减器，然后用例化语句将它们连接起来，图4-28中h_suber 是半减器，diff是输出差，s_out是借位输出，sub_in是借位输入。 （2）根据图4-28设计1位全减器。 （3）以1位全减器为基本硬件，构成串行借位的8位减法器，要求用例化语句来 完成此项设计。
1. 半加器描述
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述
1. 半加器描述
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述
1. 半加器描述
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述
1. 半加器描述
2. 全加器顶层文件设计
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：
2．过程赋值语句 （1）阻塞式赋值。 （2）非阻塞式赋值。 “=”
3．数据表示方式
4.1.4 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述4
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述
1. 半加器描述
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述
1. 半加器描述
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述
习
4-11 根据图4-29，写出顶层文件 MX3256.v的Verilog HDL设计文件。
题
4-12 用Verilog设计一个功能类似74LS160的计数器。 4-13 给出含有异步清零和计数使能的16位二进制加减可控计 数器的Verilog HDL描述。
4-14 分别给出以下6个RTL图的Verilog描述，注意其中的D触发器和锁存器的表 述。
4.1.2 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述2 3．assign连续赋值语句 assign 目标变量名 = 驱动表达式; assign DOUT = a & b; assign DOUT = a & b | c ; assign DOUT = e & f | d ;
4.1.2 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述2 4．wire定义网线型变量 wire 变量名1，变量名2，. . . ; wire [msb:lsb] 变量名1，变量名2，. . . ; wire [7:0] a ； wire Y = tmp1 ^ tmp2; wire tmp1,tmp2; assign Y = tmp1 ^ tmp2;
4.3.1 4位二进制加法计数器及其Verilog描述
4.3.2 功能更全面的计数器设计
4.3.2 功能更全面的计数器设计
4.3.2 功能更全面的计数器设计
习
题
4-1 举例说明，Verilog HDL的操作符中，哪些操作符的运算结果总是一位的。 4-2 wire型变量与reg型变量有什么本质区别，它们可用于什么类型语句中？
4.2.3 含异步清0和时钟使能结构的D触发器及其Verilog描述
4.2.3 含异步清0和时钟使能结构的D触发器及其Verilog描述
4.2.4 含同步清0结构的D触发器及其Verilog描述
4.2.4 含同步清0结构的D触发器及其Verilog描述
4.2.5 含异步清0的锁存器及其Verilog描述
4-10 分频方法有多种，最简单的是二分频和偶数分频甚至奇数分频，这 用触发器或指定计数模的计数器即可办到。但对于现场实现指定分频比 或小数分频率的分频电路的设计就不是很简单了。 试对习题4-9的设计稍作修改，将其进位输出COUT与异步加载控制 LOAD连在一起，构成一个自动加载型16位二进制数计数器，也即一个 16位可控的分频器，给出其Verilog表述，并说明工作原理。设输入频率 fi=4MHz，输出频率fo=516.5±1Hz（允许误差±0.1Hz）， 16位加载数值=？。