用verilog实现串并转换程序

以下是一个简单的串并转换程序的Verilog代码示例：

module serial_to_parallel(input clk, input reset, input serial_in, output reg [7:0] parallel_out);

  reg [7:0] shift_reg;

  always @(posedge clk) begin
    if (reset) begin
      shift_reg <= 8'b0;
      parallel_out <= 8'b0;
    end else begin
      shift_reg <= {shift_reg[6:0], serial_in};
      parallel_out <= shift_reg;
    end
  end

endmodule

这个模块有四个输入输出端口：

- `clk`：时钟输入
- `reset`：复位输入
- `serial_in`：串行输入
- `parallel_out`：并行输出

在时钟上升沿时，输入的 `serial_in` 数据从右向左移入一个 8 位移位寄存器 `shift_reg`。同时， `parallel_out` 输出并行数据等于 `shift_reg` 中存储的 8 位数据。

当 `reset` 信号为高电平时，所有寄存器都被清零，输出数据为 0。

相关问题

分别编写一个并-串转换程序p2s和一个串-并转换程序s2p，编写testbench将并行数据通过并-串转换程序转换成串行数据，再通过串并转换程序转换成并行数据，用modelsim仿真验证程序的正确性。

在VHDL或Verilog等硬件描述语言中，编写并-串（Parallel to Serial, P2S）和串-并（Serial to Parallel, S2P）转换器通常涉及到同步移位寄存器的设计。这里是一个简化版的伪代码示例：

**并-串转换器 (P2S):**

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

entity p2s is
    Port (
        clk : in STD_LOGIC; -- 时钟信号
        din : in std_logic_vector(7 downto 0); -- 并行输入数据
        dout : out std_logic; -- 串行输出数据
        empty : out std_logic -- 输出空闲标志
    );
end p2s;

architecture Behavioral of p2s is
begin
    process(clk)
    begin
        if rising_edge(clk) then
            ifdin /= din(Signal-Length - 1 downto 0) then
                dout <= din(0);
                empty <= '0';
            else
                empty <= '1';
            end if;
        end if;
    end process;
end Behavioral;

**串-并转换器 (S2P):**

entity s2p is
    Port (
        clk : in STD_LOGIC; -- 时钟信号
        din : in std_logic; -- 串行输入数据
        dout : out std_logic_vector(7 downto 0); -- 并行输出数据
        empty : in std_logic -- 输入空闲标志
    );
end s2p;

architecture Behavioral of s2p is
    signal data_reg : std_logic_vector(7 downto 0) := (others => 'Z'); -- 移位寄存器
begin
    process(clk, empty)
    begin
        if rising_edge(clk) and empty = '0' then
            data_reg <= data_reg(signed(din));
        end if;
        
        dout <= data_reg;
    end process;
end Behavioral;

**TestBench:**

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

entity tb_p2s_s2p is
end tb_p2s_s2p;

architecture TB of tb_p2s_s2p is
component p2s is ... end component;
component s2p is ... end component;

signal clk : std_logic := '0'; -- 时钟信号
signal din, dout_s2p, expected_dout_p2s : std_logic_vector(7 downto 0); -- 数据信号

begin
    U1: p2s port map (clk => clk, din => din, dout => dout_s2p, empty => empty_out);
    U2: s2p port map (clk => clk, din => dout_s2p, dout => expected_dout_p2s, empty => empty_in);

    -- 测试用例
    for i in 0 to 127 loop
        din <= std_logic_vector(i);
        wait for 1 ns; -- 模拟上升沿
        assert dout_s2p = expected_dout_p2s report "Error at position " & integer'image(i) severity error;
    end loop;

    -- 验证所有数据传输后，空闲标志应为高
    wait until rising_edge(clk) and empty_out = '1';
    wait;
end TB;

分别编写一个并-串转换程序par2ser和一个串-并转换程序ser2par，编写testbench将并行数据通过并-串转换程序转换成串行数据，再通过串并转换程序转换成并行数据，用modelsim仿真验证程序的正确性。

并-串转换（Parallel-to-Serial Conversion）和串-并转换（Serial-to-Parallel Conversion）是数字电路中常见的两种基本操作，它们通常用于数据的串行传输和接收。

1. 并-串转换器（par2ser）的工作原理是将并行输入的多位数据转换为单个串行输出。这通常通过一个移位寄存器和一个时钟信号来实现，每次时钟信号的上升沿将数据移位输出一位，直到所有数据位都串行输出完毕。

2. 串-并转换器（ser2par）的工作原理则相反，它将串行输入的数据转换为并行输出。这同样可以通过一个移位寄存器实现，但在每次时钟信号上升沿时，数据被移入寄存器，直到有足够的数据位被接收，然后这些位可以通过并行输出。

以下是一个简化的Verilog代码示例，展示了如何实现并-串转换器和串-并转换器。请注意，这只是一个示例，实际的程序可能需要根据具体要求进行调整。

module par2ser #(
    parameter DATA_WIDTH = 8  // 并行数据位宽
)(
    input clk,                // 时钟信号
    input rst,                // 复位信号
    input [DATA_WIDTH-1:0] par_data, // 并行数据输入
    input par_en,             // 并行数据使能信号
    output reg ser_data       // 串行数据输出
);

reg [DATA_WIDTH-1:0] shift_reg;

always @(posedge clk or posedge rst) begin
    if (rst) begin
        shift_reg <= 0;
        ser_data <= 0;
    end else if (par_en) begin
        shift_reg <= par_data;
        ser_data <= par_data[DATA_WIDTH-1];
    end else begin
        shift_reg <= shift_reg << 1;
        ser_data <= shift_reg[DATA_WIDTH-1];
    end
end

endmodule

module ser2par #(
    parameter DATA_WIDTH = 8  // 串行数据位宽
)(
    input clk,                // 时钟信号
    input rst,                // 复位信号
    input ser_data,           // 串行数据输入
    input ser_en,             // 串行数据使能信号
    output reg [DATA_WIDTH-1:0] par_data // 并行数据输出
);

reg [DATA_WIDTH-1:0] shift_reg;

always @(posedge clk or posedge rst) begin
    if (rst) begin
        shift_reg <= 0;
        par_data <= 0;
    end else if (ser_en) begin
        shift_reg <= {shift_reg[DATA_WIDTH-2:0], ser_data};
        if (DATA_WIDTH-1 == 0) begin
            par_data <= shift_reg;
        end
    end
end

endmodule

为了测试这两个模块，我们需要编写一个testbench来模拟时钟信号、复位信号、并行和串行输入数据以及使能信号，并观察输出是否正确。以下是一个简化的testbench示例：

module testbench;

reg clk;
reg rst;
reg [7:0] par_data_in;
reg par_en;
reg ser_data_in;
reg ser_en;

wire ser_data_out;
wire [7:0] par_data_out;

// 实例化并-串转换器
par2ser par2ser_inst (
    .clk(clk),
    .rst(rst),
    .par_data(par_data_in),
    .par_en(par_en),
    .ser_data(ser_data_out)
);

// 实例化串-并转换器
ser2par ser2par_inst (
    .clk(clk),
    .rst(rst),
    .ser_data(ser_data_in),
    .ser_en(ser_en),
    .par_data(par_data_out)
);

initial begin
    clk = 0;
    forever #5 clk = ~clk; // 创建一个简单的时钟信号，周期为10个时间单位
end

initial begin
    // 初始化信号
    rst = 1;
    par_data_in = 0;
    par_en = 0;
    ser_data_in = 0;
    ser_en = 0;
    
    // 释放复位
    #10 rst = 0;
    
    // 模拟并行数据输入和使能信号
    #20 par_data_in = 8'b10101010;
    par_en = 1;
    #10 par_en = 0;
    
    // 模拟串行数据输入和使能信号
    #30 ser_data_in = 1'b1;
    ser_en = 1;
    #10 ser_data_in = 1'b0;
    #10 ser_data_in = 1'b1;
    #10 ser_data_in = 1'b0;
    #10 ser_data_in = 1'b1;
    #10 ser_data_in = 1'b0;
    #10 ser_data_in = 1'b1;
    #10 ser_data_in = 1'b0;
    #10 ser_en = 0;
    
    // 结束仿真
    #20 $finish;
end

endmodule

在实际的ModelSim仿真中，您需要查看波形来验证并-串转换器和串-并转换器的功能是否正确。需要检查的波形包括并行输入数据、串行输出数据以及并行输出数据等信号。