第四章VerilogHDL设计初步电子教案
VerilogHDL与FPGA设计基础_授课教案0709
西安邮电大学课程教案课程名称：VerilogHDL与FPGA设计基础授课教师：**授课教师所在学院：电子工程学院授课班级：电路1201~02授课学期：2014-2015-01学期一、基本信息二、课程大纲《VerilogHDL与FPGA设计基础》课程教学大纲The fundamental of FPGA Design with Verilog HDL课程编号：DZ140340适用专业：集成电路设计与系统集成先修课程：数字电路，电路分析学分数：4总学时数：64 实验（上机）学时：24考核方式：考试执笔者：李哲编写日期：2014年7月7日一、课程性质和任务本课程是集成电路设计与系统集成专业的一门院定选修专业基础课程。
学生通过本课程学习之后应当熟悉Verilog HDL语言的基本语法和语义、自顶向下的设计方法学、能用Verilog HDL语言在不同的抽象层次上描述数字电路、掌握用Verilog HDL实现数字电路仿真的方法；同时能够应用Verilog HDL语言进行基于FPGA的电路设计。
一方面可以使学生掌握一种适合产品样机和小批量生产的理想手段，另一方面也为进一步学习专用集成电路芯片设计打下了良好基础。
通过本课程的学习可以使学生掌握1）自顶向下的全正向设计思想；2）可编程逻辑器件的基本知识和相关软件的使用方法；3）FPGA电路设计的方法和技巧。
基本具备中小规模可编程逻辑器件的设计开发能力。
二、课程教学内容和要求本课程系统的介绍用VerilogHDL设计和验证数字硬件电路，重点讨论综合VerilogHDL子集在设计数字电路中的应用，讨论FPGA现场可编程阵列器件的结构、特点和相应的集成环境的使用以及目前工业界最常用的仿真工具Modelsim 的使用。
重点讲授基于FPGA的数字电路设计流程中的基本概念、所采用的步骤和应该遵循的原则，包括模块划分原则、可综合VerilogHDL编码风格、验证程序的编写方法和静态时序分析等。
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数字设计与综合(第二版) 第四章课后习题答案
1．模块的基本组成部分有哪些？哪几个部分必须出现？答：模块的基本组成部分包括：关键字module ，模块名、端口列表、端口声明和可选的参数声明，模块内部还有5个基本组成部分是：变量声明、数据流语句、低层模块实例、行为语句块以及任务和函数。
在模块的所有组成部分中，只有module 、模块名和endmodule 必须出现，其他部分都是可选的，用户可以根据设计的需要随意选用。
2．一个不与外部环境交互的模块是否有端口？模块定义中是否有端口列表？答：严格意义上讲，一个模块如果与外界没有任何交互，那么自然是不需要有而且是不可能有端口的。
在没有端口的情况下，端口列表自然也是不存在的。
3．一个4位并行移位寄存器的I/O 引脚如下图所示。
写出模块shift_reg 的定义，只需写出端口列表和端口定义，不必写出模块的内部结构。
答：模块代码如下：module shift_reg(clock,reg_in,reg_out);input clock;input [3:0] reg_in;output [3:0] reg_out;//********XXXXXXX**************endmodule4．定义一个顶层模块stimulus ，在其中声明reg 变量REG_IN （4位）和CLK （1位）以及wire变量REG_OUT （4位）。
在其中调用（实例引用）模块shift_reg ，实例名为sr1，使用顺序端口连接。
答：模块代码如下module stimulus();reg CLOCK;reg [3:0] REG_IN;wire [3:0] REG_OUT;//*******connect in order************shift_reg sr1(CLOCK,REG_IN,REG_OUT);endmodulereg_in [3:0] clockreg_out [3:0]32Verilog HDL数字设计与综合（第二版）5．将上题的端口连接方法改为命名连接。
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);
VerilogHDL语言基础学习教案课件
o双目运算符(binaryoperator)：带两个操作数。 三目运算符(ternaryoperator)：带三个操作数。
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格式： assign 连线型变量名=赋值表达式； 持续赋值语句是并发执行的，每条持续赋值语句对应着独 立的逻辑电路，它们的执行顺序与其在描述中的顺序无关。
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4．3．模块的行为描述方式
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wire型数据
用 来 表 示用 assign 语 句 赋 值 的 组 合 逻辑 信 号 。 Verilog HDL模块输入输出端口信号类型说明缺省时，自动定义为wire 型。
wire型变量可以用作任何表达时的输入，也可用作assign 语句、元件调用语句和模块调用语句的输出。
4.1 什么是Verilog HDL？
Verilog HDL 是 目 前 应 用 最 为 广 泛 的 硬 件 描 述 语 言 。 Verilog HDL可以用来进行各种层次的逻辑设计，也可以进行 数字系统的逻辑综合，仿真验证和时序分析等。
Verilog HDL适合算法级，寄存器级，逻辑级，开关级、 系统级和版图级等各个层次的设计和描述。
通过一个例子认识Verilog HDL的3种建模方式，图中电路 实现的功能是，当sel=0时，out＝a；当sel＝1时，out=b。
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hdl的课程设计
hdl的课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握HDL（硬件描述语言）的基本语法、编写方法和应用技巧。
通过本课程的学习，学生将能够熟练使用HDL进行数字电路的设计和仿真，提高他们在电子工程领域的实际操作能力。
具体来说，知识目标包括：1.理解HDL的基本概念和特点。
2.掌握HDL的基本语法和编写规则。
3.了解HDL在数字电路设计中的应用。
技能目标包括：1.能够独立编写HDL代码，实现简单的数字电路功能。
2.能够使用HDL进行电路仿真，验证电路的正确性。
3.能够分析HDL代码的性能，进行优化和改进。
情感态度价值观目标包括：1.培养学生对电子工程的兴趣和热情。
2.培养学生团队合作精神和自主学习能力。
3.培养学生对新技术的敏感性和创新意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括HDL的基本语法、编写方法和应用技巧。
具体安排如下：第1-2章：HDL的基本概念和特点，介绍HDL的发展历程、基本语法和编写规则。
第3-4章：HDL的基本数据类型和运算符，讲解HDL中的基本数据类型、运算符及其使用方法。
第5-6章：HDL的控制语句和函数，介绍HDL中的条件语句、循环语句、函数和过程等控制语句的使用。
第7-8章：HDL的模块化和层次化设计，讲解如何使用模块化和层次化设计方法进行数字电路的设计。
第9-10章：HDL的仿真和测试，介绍HDL仿真工具的使用方法，以及如何进行电路的测试和验证。
第11-12章：HDL在实际项目中的应用，分析HDL在实际项目中的应用案例，提高学生的实际操作能力。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，包括：1.讲授法：教师讲解HDL的基本概念、语法和编写规则，引导学生理解和掌握相关知识。
2.案例分析法：分析实际项目中的应用案例，让学生了解HDL在实际工作中的应用。
3.实验法：安排实验室实践环节，让学生动手编写HDL代码，进行电路仿真和测试。
4.讨论法：学生进行分组讨论，分享学习心得和经验，提高团队合作精神和自主学习能力。
第四章Verilog HDL设计初步课件
<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
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’b0; B=1’b1; C[3:0]=4’b1100; D[3:0]=4’b1011; E[5:0]=6’b010110;
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) Y=A; else begin Y=B; Z=C; Q=1b0; end
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
4.3.1 4位二进制加法计数器及其Verilog描述
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。
天津大学Verilog HDL课件第4章
条件操作符
根据条件表达式的值选择表达式： cond_expr? expr1:expr2
wire [0:2] Student=Marks>18?Grade_A:Grade_B;
always #5 Ctr=(Ctr!=25) ? (Ctr+1):5; //不加触发条件，无限执行，计数器
连接和复制
例： Bar=-4‟d12/4; Tab=-4‟d12/4; Bar=-12/4; Tab=-12/4; Bar=4-6; Tab=4-6; Bar=-2+(-4); Tab=-2+(-4);
//61,111101 //1073741821 // 61,111101 //-3 //62,111110 //-2 //58,111010 //-6,111010
1.将小表达式合并形成大表达式： {expr1, expr2,…,exprN} wire [7:0] Dbus; wire [11:0] Abus;
assign Dbus[7:4]={Dbus[0], Dbus[1], Dbus[2], Dbus[3]}; assign Dbus={Dbus[3:0],Dbus[7:4]};//高四低四交换
移位操作符
<< >> reg [0:7] Qreg; Qreg=4‟b0111; Qreg>>2; //8‟b00000001 用移位实现指数运算2NumBits： 32‟b1<<NumBits //左移1位相当于乘以2 实现2-4解码器：
wire [0:3] Decodeout=4‟b1<<address[0:1]
按位逻辑操作符
&, |, ~,^,~^或^~ 对输入操作数的对应位按位操作，并产生向 量结果，真值表
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
26
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
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4.2.4 含同步清0结构的D触发器及其Verilog描述
2020/8/16
4.2.5 含异步清0的锁存器及其Verilog描述
2020/8/16
4.2.5 含异步清0的锁存器及其Verilog描述
2020/8/16
4.2.6 Verilog的时钟过程描述注意点
2020/8/16
4.1.2 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述2
2020/8/16
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’b0; B=1’b1; C[3:0]=4’b1100; D[3:0]=4’b1011; E[5:0]=6’b010110;
2020/8/16
1．if_else条件语句
if (S) Y = A; else Y = B;
if (S) Y=A; else begin Y=B; Z=C; Q=1b0; end
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
2020/8/16
4.1.4 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述4
4.2.6 Verilog的时钟过程描述注意点
2020/8/16
4.2.7 异步时序电路
2020/8/16
4.2.7 异步时序电路
2020/8/16
4.3.1 4位二进制加法计数器及其Verilog描述
2020/8/16
4.3.1 4位二进制加法计数器及其Verilog描述
2020/8/16
2020/8/16
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述 1. 半加器描述
2020/8/16
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述 1. 半加器描述
2020/8/16
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述 1. 半加器描述
2020/8/16
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述 1. 半加器描述
assign DOUT = a & b | c ; assign DOUT = e & f | d ;
2020/8/16
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，. . . ;
Verilog HDL 设计初步
2020/8/16
组合电路
4.1.1 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述1
2020/8/16
4.1.1 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述1
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4.1.1 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述1
2020/8/16
2020/8/16
4.2.2 电平触发型锁存器及其Verilog描述
2020/8/16
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
2020/8/16
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
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4.2.4 含同步清0结构的D触发器及其Verilog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;
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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;
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？
4-3 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。
2020/8/16
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述 1. 半加器描述
2020/8/16
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述 1. 半加器描述
2020/8/16
2. 全加器顶层文件设计
2020/8/16
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）,...）;
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3. 8位加法器描述
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3. 8位加法器描述
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时序电路
4.2.1 边沿触发型D触发器及其Verilog描述
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4.2.1 边沿触发型D触发器及其Verilog描述
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4.2.2 电平触发型锁存器及其Verilog描述
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。
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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。
wire [7:0] a ； wire Y = tmp1 ^ tmp2;
wire tmp1,tmp2; assign Y = tmp1 ^ tmp2;
5．注释符号
2020/8/16
4.1.3 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述3
2020/8/16
4.1.3 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述3
4.3.1 4位二进制加法计数器及其Verilog描述
2020/8/16
4.3.2 功能更全面的计数器设计
2020/8/16
4.3.2 功能更全面的计数器设计
2020/8/16
4.3.2 功能更全面的计数器设计
2020/8/16
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。