数字逻辑基础与Verilog硬件描述语言课程设计
数字电路课程设计指导书_2010级
数字逻辑电路课程设计2012.2.13~2012.2.17南京师范大学计算机学院2011．12《数字逻辑电路》课程设计指导书一、课程设计目的课程设计作为数字逻辑电路课程体系的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。
按照本学科教学培养计划要求，在学完专业基础课电路与电子技术和数字逻辑电路课程后，应进行课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型数字系统的方法，独立完成调试过程，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。
通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。
二、课程设计内容与要求1．教学基本要求要求学生独立完成选题设计，掌握数字系统设计方法；完成系统的组装配及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，并写出课程设计报告。
教师应事先准备好课程设计任务书、指导学生查阅有关资料，安排适当的时间进行答疑，帮助学生解决课程设计过程中的问题。
2．能力培养要求2.1．通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。
2.2．通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、组装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
2.3．掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。
2.4. 综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务（可自拟创新课题）。
2.5 培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
三、课程设计报告的基本格式课程设计报告要给出结构框图，对总体设计思想进行阐述，井给出每个单元逻辑电路且论述其工作原理，文字说明部分要求内容完整，言简意赅，书写工整。
电路图规范、逻辑关系正确，表达完整清楚。
其基本内容与要求如下：1．总体设计思想。
根据功能要求确定整个电路的组成以及各单元电路完成的功能。
vhdl硬件描述语言与数字逻辑电路设计
vhdl硬件描述语言与数字逻辑电路设计数字逻辑电路设计是一种将数字信号进行处理和控制的技术。
数字电路由元器件（比如集合在一起的门、触发器、逻辑块、寄存器等）构成，这些元件的行为由原理图和逻辑方程式表示。
数字电路的设计主要是为了控制、处理和传输数字信号，具有可控制性、自动化程度较高和灵活性强的特点。
VHDL与数字逻辑电路设计是密切相关的，VHDL既可以用来描述数字电路的结构，也可以用来推导数字电路的行为。
在数字逻辑电路设计中，VHDL语言可以帮助工程师实现电路的功能和特性，简化设计过程，并提高设计的灵活性和可靠性。
VHDL是一种硬件描述语言，可以用来描述数字逻辑电路中的各种元件、信号和功能。
VHDL主要包括以下几个方面的内容：1. 实体（entity）：实体用来描述数字电路的外部结构和功能，类似于模块的概念。
一个实体声明了电路的输入输出端口，并定义了电路的功能和行为。
2. 体系结构（architecture）：体系结构用来描述实体的内部结构和功能，包括内部信号、寄存器、逻辑块等。
一个体系结构定义了实体的具体实现方式，包括各个元件之间的连接和控制。
3. 信号（signal）：信号用来表示数字电路中的各种输入输出信号，包括时钟信号、数据信号、控制信号、状态信号等。
VHDL语言中的信号可以用来描述电路中的各种逻辑关系和行为。
4. 过程（process）：过程用来描述电路中的各种行为和动作，比如数据传输、逻辑运算、状态转换等。
VHDL中的过程可以用来描述数字电路中的各种逻辑操作和控制。
5. 组合逻辑（combinational logic）：组合逻辑用来描述电路中的各种逻辑运算和逻辑关系，包括与门、或门、非门、异或门等。
组合逻辑表示了电路中的直接逻辑关系和信号转换。
6. 时序逻辑（sequential logic）：时序逻辑用来描述电路中的各种时钟触发、状态转换、寄存器等。
时序逻辑表示了电路中的时钟控制、状态转换和时序问题。
verilog教程
verilog教程Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于描述数字系统的行为和结构。
它是一种流行的HDL，广泛用于硬件设计和验证领域。
本教程将介绍Verilog的基本概念和语法，以帮助初学者入门。
一、Verilog的基本概念1.1 什么是VerilogVerilog是一种描述数字系统的语言，它可以用来描述硬件电路、验证设计的正确性以及进行电路仿真。
1.2 Verilog的应用领域Verilog广泛应用于硬件设计和验证领域，包括用于开发ASIC（应用特定集成电路）、FPGA（现场可编程门阵列）以及其他数字系统的设计。
1.3 Verilog的版本Verilog有多个版本，包括Verilog-1995、Verilog-2001以及最新的Verilog-2005、这些版本之间有一些语法和功能上的差异。
二、Verilog的语法结构2.1模块和端口在Verilog中，所有的电路描述都是由模块（module）组成的。
模块是电路的基本组成单元，可以看作是一个黑盒子，它接受一些输入，产生一些输出。
2.2信号声明在Verilog中，我们需要声明所有的输入和输出信号。
可以使用`input`和`output`关键字来声明这些信号。
2.3电路实现Verilog允许使用多种语句和结构来描述电路的行为和结构。
这些语句包括顺序语句、条件语句、循环语句以及层次结构。
2.4实例化模块在一个模块中，我们可以实例化其他的模块。
这样可以将一个大的电路拆分成多个小的模块，方便编写和测试。
三、Verilog的仿真和验证3.1静态验证Verilog语言本身提供了很多语法和语义层面的验证功能，对于语法和类型错误会有相应的提示。
3.2激励设计在进行电路验证时，我们需要为输入信号提供激励。
Verilog提供了一种称为`testbench`的特殊模块，用于生成输入信号并将其应用到待验证的电路中。
3.3波形仿真在Verilog中，我们可以使用仿真器来模拟电路的行为，并生成波形图来验证电路是否按预期工作。
数字逻辑电路与系统设计课件
用于计数和控制时序，常用于实现定时器和分频器。
移位器
用于二进制数据的移位操作，常用于数据格式化和数据传输。
顺序脉冲发生器
用于产生一定规律的顺序脉冲信号，常用于控制电路的工作流程。
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数字系统设计
数字系统概述
数字系统的基本概念
数字系统是指使用离散的二进制数字信号进行信息处理的系统。它主要由逻辑 门电路、触发器、寄存器、加法器等基本元件组成，具有精度高、稳定性好、 易于大规模集成等优点。
实现逻辑功能
根据状态转换图，实现相应的 逻辑功能。
确定设计目标
明确设计时序逻辑电路的目的 和要求，如实现特定的功能、 达到一定的性能指标等。
设计状态转换图
根据设计要求，设计状态转换 图，确定状态和输出。
验证设计
通过仿真或实验验证设计的正 确性和可行性。
常用时序逻辑电路
寄存器
用于存储二进制数据，常用于数据传输和数据处理。
集成化和智能化技术的发展，为数字 系统的设计带来了新的机遇和挑战。
数字系统的智能化是当前的一个重要 趋势，它使得数字系统能够具有更强 的自适应性、智能性和灵活性。
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分析输入和输出信号的逻辑关系，确定电路的功 能。
真值表和逻辑表达式
通过列出所有输入组合和对应的输出值，得到真 值表，并根据真值表推导出逻辑表达式。
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逻辑功能描述
根据逻辑表达式或真值表，描述组合逻辑电路的 逻辑功能。
组合逻辑电路的设计
明确设计要求：确定输入和 输出信号，以及电路要实现 的功能。
根据功能要求，逐一确定每 个输入组合对应的输出值。
自底向上的设计方法
本科专业认证《数字电路与逻辑设计A》课程教学大纲
《数字电路与逻辑设计A》课程教学大纲（Digital Circuits and Digital DesignA）编写单位：计算机与通信工程学院计算机科学与技术系编写时间：2021年7月《数字电路与逻辑设计A》课程教学大纲一、基本信息课程名称：数字电路与逻辑设计A英文名称：Digital Circuits and Digital Design A课程类别：专业教育课程课程性质：必修课课程编码：0809000146学分：4总学时：64 其中，讲授64学时，实验0学时，上机0学时，实训0学时适用专业：计算机科学与技术先修课程与知识储备：高等数学、大学物理后继课程：计算机组成原理、嵌入式系统二、课程简介《数字电路与逻辑设计A》是计算机科学与技术专业学生的一门必修专业基础课程，是该专业学生学习有关“电”的重要工程基础类课程。
本课程首先学习电路的基本规律、定理以及电路的分析方法。
然后学习模拟电子电路的基本原理及分析设计方法，包括半导体器件、放大电路、集成运算放大器等相关知识。
最后学习数字逻辑电路的基本原理、基本分析方法和基本设计方法，掌握数字集成电路的使用，了解可编程逻辑器件原理和数字电路EDA设计概念，为后续专业课程的学习打下基础。
三、教学目标1、课程思政教学目标：集成电路产业的重要性、国内外差距现状、国内优势领域、创新意识培养、家国情怀和责任意识、严肃认真的科学作风。
2、课程教学总目标：通过本课程的教学，使学生掌握电路的基本理论知识和基本分析方法，以及模拟电路和数字电路的相关理论、分析和设计方法，培养学生的科学思维能力和理论联系实际解决问题的能力。
3、课程目标与学生能力和素质培养的关系：课程思政目标有利于培养学生的爱国意识、专业素养和良好的工作作风；课程教学目标有利于培养学生对计算机科学与技术中涉及到的模拟电路和数字电路问题进行分析和设计的能力。
4、毕业要求—课程目标关系（OBE结果导向）表1 毕业要求-课程目标关系表注：表中“H（高）、M（中）、L（弱）”表示课程与各项毕业要求的关联度。
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）。
Verilog HDL语言
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5. 等式操作符（Equality operators）
等值操作符包括：
==（等于）、！=（不等于）、===（全等）、 ！==（不全等）4种。
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2. 信号类型声明
变量类型声明用来说明设计电路的功能描述中，所用的信号 的数据类型以及函数声明。
变量的数据类型主要有连线（wire）、寄存器（reg）、整型 （integer）、实型（real）和时间（time）等类型。
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3. 功能描述
功能描述是Verilog HDL程序设计中最主要的部分，用 来描述设计模块的内部结构和模块端口间的逻辑关系，在电 路上相当于器件的内部电路结构。
① 首字符不能是数字。
② 字符数不能多于1024个。 ③ 大小写字母是不同的。
④ 不要与关键字同名。
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4.2.6 操作符
操作符也称为运算符，是Verilog HDL预定义的函数名 字，这些函数对被操作的对象（即操作数）进行规定的运算， 得到一个结果。
操作符通常由1～3个字符组成，例如，“+”表示加操作， “==”（两个=字符）表示逻辑等操作，“===”（3个=字符） 表示全等操作。有些操作符的操作数只有1个，称为单目操作； 有些操作符的操作数有2个，称为双目操作；有些操作符的操 作数有3个，称为三目操作。
字符串是用双引号括起来的可打印字符序列，它必须包含在同 一行中。例如，
“ABC”， “A BOY.” ，“A”， “1234” 都是字符串。
Verilg硬件描述语言及应用
input in,enable; output out; assign out = enable? in:’bz; endmodule
硬件描述语言及应用
第二章、 Verilog语法的基本概念
2.2 Verilg用于模块的测试
见动画。
硬件描述语言及应用
硬件描述语言及应用
第一章、 Verilog的基本知识
1.4、 Verilog应用情况和适用的设计 • Verilog适用于系统级、算法级、寄存器传输级、门级、 电路开关级设计。器件级除外。 • ASIC 和FPGA设计师可用它来编写可综合的代码。 • 描述系统的结构，做高层次的仿真。 • 验证工程师编写各种层次的测试模块对具体电路设计工 程师所设计的模块进行全面细致的验证。 • 库模型的设计：可以用于描述ASIC 和FPGA的基本单 元（Cell）部件，也可以描述复杂的宏单元（Macro Cell）。
a b sl out
硬件描述语言及应用
第二章、 Verilog语法的基本概念 2.1、Verilog模块的基本概念
1）数据流建模。 采用连续赋值语句，模拟数据流动的现象叫数据流建模。
硬件描述语言及应用
第二章、 Verilog语法的基本概念
数据流建模
module muxtwo (out, a, b, sl); input a,b,sl; output out; assign ns1= ~sl； assign sela= a & nsl； assign selb= b & sl； assign out = sela | selb； endmodule
硬件描述语言及应用
Verilog HDL 公开发表 Verilog IEEE1364-2001
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数字逻辑基础与Verilog硬件描述语言课程设计
一、课程设计内容
本次课程设计主要分为两部分：数字逻辑基础和Verilog硬件描述语言。
1.数字逻辑基础
数字逻辑是数字电路设计和计算机系统设计的基础，本次课程设计中将学习数字逻辑的基础知识，包括：
•逻辑门的基本知识
•布尔代数与逻辑函数的转化
•组合逻辑与时序逻辑
•各类触发器、寄存器等时序电路的设计和实现
2.Verilog硬件描述语言
Verilog是一种硬件描述语言，已经成为数字电路设计和计算机系统设计的标准语言之一。
在本次课程设计中，将学习Verilog语言的基本语法和常见应用，包括：
•Verilog语言的基本结构与语法规则
•模块的设计与实现
•基本的时序电路的实现
•常见集成电路的设计与仿真
二、课程设计步骤
1.数字逻辑基础部分
1.1 逻辑门电路的设计与实现
首先，我们需要研究逻辑门电路的设计与实现。
在此过程中，我们需要应用所
学知识，设计出与逻辑功能相应的逻辑门电路并进行仿真。
举例来说，可以先从最基本的逻辑函数与逻辑门出发，以实现与、或、非等逻
辑运算为例，通过布尔代数的转换，将逻辑函数转化为逻辑门电路的实现。
在手动设计电路的同时，也可以使用Verilog语言进行电路的描述。
1.2 时序电路的设计与实现
时序电路设计是数字电路设计的重要组成部分，本次课程设计中需要设计各种
常见的时序电路，例如触发器、寄存器等。
在设计时序电路时，需要对于电路的功能与逻辑进行分析、设计和真值表绘制，通过布尔代数的转换将逻辑函数转化为逻辑门电路的设计和实现。
2.Verilog硬件描述语言部分
2.1 Verilog语言的基本语法学习
作为硬件描述语言，Verilog具有可读性强、描述硬件系统方便等特点，并且
所需的时钟频率与软件系统的运行是相互独立的。
在学习Verilog语言的基本语法时，需要研究模块的定义、端口及其连接方式、基本数据类型等。
2.2 Verilog的模块设计与实现
模块是Verilog中设计的基本单元，在本次课程设计中，需要对模块的设计与
实现进行研究，学习模块的定义方法、端口的连接方法以及不同模块之间的调用方式，并进行仿真验证。
2.3 集成电路的设计与仿真
在实际应用中，Verilog已经广泛应用于各类集成电路的设计与仿真。
在本次课程设计中，需要研究集成电路的设计与仿真流程，学习如何通过Verilog语言实现常见集成电路的设计以及相关验证工作。
三、课程设计总结
本课程设计主要包括数字逻辑基础与Verilog硬件描述语言两部分内容，通过对于逻辑门电路的设计与实现、时序电路的设计与实现，以及Verilog语言的基本语法学习、模块的设计与实现、集成电路的设计与仿真等环节的学习，让学生对数字电路设计和计算机系统设计有更为深入的理解，并能够熟练运用相关工具进行设计、仿真、验证等相关工作。