"电子科技大学的数字逻辑综合实验,实验4主要关注Verilog时序逻辑设计,涉及74x74边沿D触发器、74x194通用移位寄存器、74x163同步计数器以及LFSR计数器的设计与仿真,最终在FPGA开发板上进行实际调试。实验目标是理解和掌握这些基本逻辑器件的工作原理,并通过Verilog语言实现其功能。"
实验内容详细展开如下:
1. **74x74边沿D触发器**:该触发器是一种基本的时序逻辑元件,其特性是在时钟边沿(通常为上升沿)捕获数据D,并在下一个时钟周期保持该数据。在Verilog中,可以使用always块和非阻塞赋值(<=)来描述这种行为。例如,当时钟上升沿到来时,输出Q将更新为输入D的值。
2. **74x194通用移位寄存器**:这种寄存器允许数据在多个存储单元之间左移或右移。在Verilog中,可以通过控制输入S1和S0的电平来实现不同的移位操作。同时,CLK_D用于控制时钟,CLR_L_D用于清零,而输入ABCD则存储数据。使用缓冲器确保时钟信号的稳定传输。
3. **3位LFSR计数器**:线性反馈移位寄存器是一种常见的伪随机数生成器,基于移位寄存器的特定反馈连接。在3位LFSR中,输出QA接高位Q2,输出QC接低位Q0,输入ABCD固定为1000,确保生成的最大序列长度。LFSR的Verilog实现会涉及移位操作和反馈逻辑,通常包括一个异或门和选择门。
4. **74x163同步计数器**:这是一款4位同步计数器,可以在时钟脉冲下顺序计数。它支持多种计数模式,如增计数和减计数。在100MHz的系统时钟下,通过7片74x163和额外的逻辑门,可以生成1Hz的数字信号,即每秒钟只有一个时钟脉冲。这涉及到计数器的级联和分频概念。
5. **Verilog设计和仿真**:ISE软件被用来编写Verilog代码,对上述逻辑器件的功能进行建模和仿真验证。仿真可以检查设计的正确性,确保在实际硬件中运行前满足预期行为。
6. **FPGA开发板调试**:设计经过验证后,通过FPGA开发板进行实际硬件调试。这一步骤验证了Verilog代码在真实硬件环境下的表现,确保设计的功能正确性和可靠性。
通过这个实验,学生不仅可以深化对数字逻辑设计的理解,还能熟练掌握Verilog语言,以及FPGA设计流程,包括设计、仿真、实现和硬件验证。此外,实验还强调了逻辑门、触发器、计数器等基础元件的使用,以及如何利用这些元件构建复杂的数字系统。