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第十章.设计练习进阶
266
设计练习进阶
前言:
在前面九章学习的基础上, 通过本章十个阶段的练习,一定能逐步掌握 Verilog HDL 设计的
要点。我们可以先理解样板模块中每一条语句的作用,然后对样板模块进行综合前和综合后
仿真,再独立完成每一阶段规定的练习。当十个阶段的练习做完后,便可以开始设计一些简
单的逻辑电路和系统。很快我们就能过渡到设计相当复杂的数字逻辑系统。当然,复杂的数
字逻辑系统的设计和验证,不但需要系统结构的知识和经验的积累,还需要了解更多的语法
现象和掌握高级的 Verilog HDL 系统任务,以及与 C 语言模块接口的方法(即 PLI),这些已
超出的本书的范围。有兴趣的同学可以阅读 Verilog 语法参考资料和有关文献,自己学习,
我们将在下一本书中介绍 Verilog 较高级的用法。
练习一.简单的组合逻辑设计
目的: 掌握基本组合逻辑电路的实现方法。
这是一个可综合的数据比较器,很容易看出它的功能是比较数据 a 与数据 b,如果两个
数据相同,则给出结果 1,否则给出结果 0。在 Verilog HDL 中,描述组合逻辑时常使用 assign
结构。注意 equal=(a==b)?1:0,这是一种在组合逻辑实现分支判断时常使用的格式。
模块源代码:
//--------------- compare.v -----------------
module compare(equal,a,b);
input a,b;
output equal;
assign equal=(a==b)?1:0; //a 等于 b 时,equal 输出为 1;a 不等于 b 时,
//equal 输出为 0。
endmodule
测试模块用于检测模块设计得正确与否,它给出模块的输入信号,观察模块的内部信号
和输出信号,如果发现结果与预期的有所偏差,则要对设计模块进行修改。
测试模块源代码:
`timescale 1ns/1ns //定义时间单位。
`include "./compare.v" //包含模块文件。
在有的仿真调试环境中并不需要此语句。
//
而需要从调试环境的菜单中键入有关模块文件的路径和名称
module comparetest;
reg a,b;
wire equal;
initial //initial 常用于仿真时信号的给出。

第十章.设计练习进阶
267
begin
a=0;
b=0;
#100 a=0; b=1;
#100 a=1; b=1;
#100 a=1; b=0;
#100 $stop; //系统任务,暂停仿真以便观察仿真波形。
end
compare compare1(.equal(equal),.a(a),.b(b)); //调用模块。
endmodule
仿真波形(部分):
练习:
设计一个字节(8 位)比较器
。
要求:比较两个字节的大小,如 a[7:0]大于 b[7:0]输出高电平,否则输出低电平,改写测试
模型,使其能进行比较全面的测试 。
练习二. 简单时序逻辑电路的设计
目的:掌握基本时序逻辑电路的实现。
在 Verilog HDL 中,相对于组合逻辑电路,时序逻辑电路也有规定的表述方式。在可综
合的 Verilog HDL 模型,我们通常使用 always 块和 @(posedge clk)或 @(negedge clk)的结
构来表述时序逻辑。下面是一个 1/2 分频器的可综合模型。
// half_clk.v:
module half_clk(reset,clk_in,clk_out);
input clk_in,reset;
output clk_out;
reg clk_out;
always @(posedge clk_in)

第十章.设计练习进阶
268
begin
if(!reset) clk_out=0;
else clk_out=~clk_out;
end
endmodule
在 always 块中,被赋值的信号都必须定义为 reg 型,这是由时序逻辑电路的特点所决定的。
对于 reg 型数据,如果未对它进行赋值,仿真工具会认为它是不定态。为了能正确地观察到
仿真结果,在可综合风格的模块中我们通常定义一个复位信号 reset,当 reset 为低电平时,
对电路中的寄存器进行复位。
测试模块的源代码:
//------------------- clk_Top.v -----------------------------
`timescale 1ns/100ps
`define clk_cycle 50
module clk_Top.v
reg clk,reset;
wire clk_out;
always #`clk_cycle clk = ~clk;
initial
begin
clk = 0;
reset = 1;
#100 reset = 0;
#100 reset = 1;
#10000 $stop;
end
half_clk half_clk(.reset(reset),.clk_in(clk),.clk_out(clk_out));
endmodule
仿真波形:

第十章.设计练习进阶
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练习:依然作 clk_in 的二分频 clk_out,要求输出与上例的输出正好反相。编写测试模块,
给出仿真波形。
练习三. 利用条件语句实现较复杂的时序逻辑电路
目的:掌握条件语句在 Verilog HDL 中的使用。
与常用的高级程序语言一样,为了描述较为复杂的时序关系,Verilog HDL 提供了条件语
句供分支判断时使用。在可综合风格的 Verilog HDL 模型中常用的条件语句有 if…else 和
case…endcase 两种结构,用法和 C 程序语言中类似。两者相较,if…else 用于不很复杂的
分支关系,实际编写可综合风格的模块、特别是用状态机构成的模块时,更常用的是
case…endcase 风格的代码。这一节我们给的是有关 if…else 的范例,有关 case…endcase
结构的代码已后会经常用到。
下面给出的范例也是一个可综合风格的分频器,是将 10M 的时钟分频为 500K 的时钟。基
本原理与 1/2 分频器是一样的,但是需要定义一个计数器,以便准确获得 1/20 分频
模块源代码:
// --------------- fdivision.v -----------------------------
module fdivision(RESET,F10M,F500K);
input F10M,RESET;
output F500K;
reg F500K;
reg [7:0]j;
always @(posedge F10M)
if(!RESET) //低电平复位。
begin
F500K <= 0;
j <= 0;
end
else
begin
if(j==19) //对计数器进行判断,以确定 F500K 信号是否反转。
begin
j <= 0;
F500K <= ~F500K;
end
else
j <= j+1;
end
endmodule

第十章.设计练习进阶
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测试模块源代码:
//--------------- fdivision_Top.v ------------------------
`timescale 1ns/100ps
`define clk_cycle 50
module division_Top;
reg F10M_clk,RESET;
wire F500K_clk;
always #`clk_cycle F10M_clk
=
~ F10M_clk;
initial
begin
RESET=1;
F10M=0;
#100 RESET=0;
#100 RESET=1;
#10000 $stop;
end
fdivision fdivision (.RESET(RESET),.F10M(F10M_clk),.F500K(F500K_clk));
endmodule
仿真波形:
练习:利用 10M 的时钟,设计一个单周期形状如下的周期波形。
练习四. 设计时序逻辑时采用阻塞赋值与非阻塞赋值的区别
10μs 20μs
20μs
0
T
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