1、Verilog能够在多个层级对数字系统进行描述：系统级（System Level）、算法级(Algorithm Level)、寄存器传输级(RTL Register Transfer Level)、门级(Gate Level)、开关级(Switch Level)
1、VerilogHDL的三种方式来描述逻辑电路:结构（Structural）描述、行为（Behavioural）描述、数据流（Data Flow）描述
3.多输入门：and，nand，or，nor，xor，xnor
多输出门：buf，not
4. 三态门元件的调用格式：
调用门元件的格式为：门元件名字 <例化的门名字>（<端口列表>）
对于三态门，则按如下顺序列出输入输出端口：（输出，输入，使能控制端）；
比如：bufif1 mytri1(out,in,enable); //高电平使能的三态门
2、在Verilog程序中可通过如下方式描述电路的结构：
1、调用Verilog内置门元件（门级结构描述）
2、调用开关级元件（晶体管级结构描述）
3、用户自定义元件UDP（也在门级）
4、多层次结构的电路设计中，不同模块间的调用。
3、Verilog支持哪几种描述方式，各有什么特点？
答：结构（Structural）描述，行为（Behavioural）描述，数据流（Data Flow）描述。结构描述是调用电路元件（比如逻辑门，甚至晶体管）来构建电路，行为描述则是通过描述电路的行为特性来设计电路，也可以采用上述方式的混合来描述设计，数据流描述方式主要使用持续赋值语句，多用于描述组合逻辑电路。
4、有限状态机可以认为是组合逻辑和寄存器逻辑的特殊组合，他一般包括组合逻辑和寄存器逻辑两个部分，寄存器用于存储状态，组合逻辑用于状态译码和产生输出信号。
4、摩尔型和米里型区别
答：摩尔型状态机的输出只是当前状态的函数，米里型状态机的输出则是当前状态和当前输入的函数。米里型状态机的输出是在输入变化后立即变化的，不依赖时钟信号的同步，摩尔型状态机的输入发生变化时还需要等待时钟的到来，必须等状态发生变化时才导致输出的变化，因此比米里型状态机要多等待一个时钟周期。
UDP：用户自定义元件
FSM:有限状态机
LUT：查找表
CS：当前状态
OL：输出逻辑
NS：下一个状态
5、常用的编码方式：顺序编码、格雷编码、约翰逊编码、一位热码编码。
一位热码编码：一位热码编码是采用n位（或n个触发器）来编码具有n个状态的状态机。比如，对于state0，state1，state2，state3四个状态可用码字1000,0100,0010,0001,来代表。如果有A,B,C,D,E,F共6个状态需要编码，若用顺序编码只需3位即可实现，但用一位热码则需6位，分别为000001,000010,000100,001000,010000,100000。为16个状态编码，顺序编码和格雷编码需4位，约翰逊编码需8位，一位热码需16位。
9.综合器支持的Verilog
6、流水线操作为什么可以使整个系统的最高工作频率得到成倍提高？
答：使用流水线技术，即在长延时的逻辑功能块中插入触发器，使复杂的逻辑操作分步完成，减小每个部分的延时，从而使系统的运行频率得以提高。
7、always和initial的区别
答：在Verilog语言中，过程语句包括always和initial。always过程反复执行其中的块语句，而initial过程中的语句块只执行一次。always过程可综合，initial语句只能用于仿真。
8、阻塞赋值与非阻塞赋值区别
答：（1）当用“always”块来描述组合逻辑时，既可以用阻塞赋值，也可以采用非阻塞赋值，应尽量使用阻塞赋值。
（2）对时序逻辑描述和建模，使用非阻塞赋值方式。
（3）为锁存器（Latch）建模，应使用非阻塞赋值。
（4）若在同一个“always”过程块中既为组合逻辑建模，又为时序逻辑建模，最好使用非阻塞赋值方式。
（5）在一个“always”过程块中，最好不要混合使用阻塞赋值和非阻塞赋值，虽然同时使用这两种赋值方式在综合时并不一定会出错，但对同一个变量不能既进行阻塞赋值，又进行非阻塞赋值，这样在综合时会报错。
（6）不能在两个个或两个以上的“always”过程块中对同一个变量赋值，这样会引发冲突，在综合时会报错。
（7）仿真时使用$strobe显示非阻塞赋值的变量。
9、三种延时的区分及表示方法
答：延时包括门延时、assign赋值延时和连线延时等。
门延时是从门输入端发生变化到输出端发生变化的延迟时间；
assign赋值延时指等号右端某个值发生变化到等号左端发生相应变化的延迟时间；
连线延时则体现了信号在连线上的传输延时。
如果没有定义时延值，缺省时延为0。
延时的表示方法
延时的表示方法有下面几种：
# delaytime
# (d1,d2)
# (d1,d2,d3)
# delaytime表示延迟时间为delaytime，d1表示上升延迟，d2表示下降延迟，d3则表示转换到高阻态z的延迟，这些延迟的具体时间由时间定义语句'timescale确定。
时延定义了右边表达式操作数变化与赋值给左边表达式之间的持续时间。如果没有定义时延值，缺省时延为0。
串并行块的特点
串行块begin-end：串行块内的语句顺序执行。在仿真时，串行块中的每条语句前面的延时都是相对于前一条语句执行结束的相对时间。
并行块fork-join：并行块中的语句是同时执行的。仿真时，并行块中的每条语句前面的延时都是相对于该并行块的起始执行时间。
17.D触发器（判断是什么描述方式：行为？结构？数据流？根据数据流描述画综合电路图）结构：门元件调用行为：always 数据流：assign
18.多层次结构电路设计（D触发器——T触发器（模块例化的方法））
需注意端口信号的对应关系。位置关联法，信号名关联法。
例：module reg8（qout，in，clk，clear）；//reg8的模块声明
reg8 u1（accout，sum，clk，clear）；//位置关联
Reg8 u2（.qpot（accout），.clear（clear），.in(sum),.clk(clk));//信号名关联10、激励波形的描述
`timescale 1ns/1ns
module test1;
rega,b,c;
initial
begin a=0;b=1;c=0;
#100 c=1;
#100 a=1;b=0;
#100 a=0;
#100 c=0;
#100 $stop;
end
initial $monitor($time,,,"a=%d b=%d c=%d",a,b,c); //显示
endmodule
运行结果为：
#0 a=0 b=1 c=0
#100 a=0 b=1 c=1
# 200 a=1 b=0 c=1
# 300 a=0 b=0 c=1
# 400 a=0 b=0 c=0
15.“101”序列检测器的Verilog描述（CS,NS,OL各用一个过程描述）module fsm1_seq101(clk,clr,x,z);
inputclk,clr,x; output reg z; reg[1:0] state,next_state; parameter S0=2'b00,S1=2'b01,S2=2'b11,S3=2'b10;
/*状态编码，采用格雷（Gray）编码方式*/
always @(posedgeclk or posedgeclr) /*该过程定义当前状态*/ begin if(clr) state<=S0; //异步复位，s0为起始状态else state<=next_state;
end
always @(state or x) /*该过程定义次态*/
begin
case (state)
S0:begin if(x) next_state<=S1;
else next_state<=S0; end
S1:begin if(x) next_state<=S1;
else next_state<=S2; end
S2:begin
if(x) next_state<=S3;
elsenext_state<=S0; end
S3:begin if(x) next_state<=S1;
else next_state<=S2; end
default: next_state<=S0;
/*default语句*/
endcase
end
always @(state) /*该过程产生输出逻辑*/
begin case(state)
S3: z=1'b1;
default:z=1'b0;
endcase
end
endmodule
“101”序列检测器（单过程描述）
module fsm4_seq101(clk,clr,x,z);
inputclk,clr,x; output reg z; reg[1:0] state;
parameter S0=2'b00,S1=2'b01,S2=2'b11,S3=2'b10;
/*状态编码，采用格雷（Gray）编码方式*/
always @(posedgeclk or posedgeclr)
begin if(clr) state<=S0; //异步复位，s0为起始状态else case(state)
S0:begin if(x) begin state<=S1; z=1'b0;end
else begin state<=S0; z=1'b0;end
end
S1:begin if(x) begin state<=S1; z=1'b0;end
else begin state<=S2; z=1'b0;end
end
S2:begin if(x) begin state<=S3; z=1'b0;end
else begin state<=S0; z=1'b0;end
end
S3:begin if(x) begin state<=S1; z=1'b1;end
else begin state<=S2; z=1'b1;end
end
default:begin state<=S0; z=1'b0;end /*default语句*/ endcase
end
endmodule
硬件描述语言及器件实验指导书 电子科学与技术专业组
第1章实验一用硬件描述语言的方法设计一个三输入与门电 路 一、实验目的 1、掌握MAX+plusII的使用方法。 2、掌握VHDL语言程序的基本结构。 2、掌握使用硬件描述语言设计数字电路的方法和步骤。 3、掌握用硬件描述语言设计三输入与门电路的方法。 二、实验器材 1.台式计算机1台。 2.可编程逻辑逻辑器件实验软件1套。 3.下载电缆一套。 4.示波器一台。 三、实验说明 1．台式计算机用于向可编程逻辑逻辑器件实验软件提供编程、仿真、下载的平台，供用户使用。 2．可编程逻辑逻辑器件实验软件向原理图的设计提供平台，并将调试好的原理图下载到可编程逻辑逻辑器件中。 3．下载电缆是可编程逻辑器件软件和可编程逻辑逻辑器件之间的接口电缆，为了便于区别，用不同颜色导线区分下载电缆的电源、地和信号，一般用红色导线接电源，用黑色导线接地。 4．示波器用于观察可编程逻辑器件执行程序时输出信号的变化。 四、实验内容与要求 用硬件描述语言的方法设计一个三输入与门电路，要求： （1）根据三输入与门的逻辑表达式，在构造体中直接使用并行赋值语句实现，并进行仿真;
（2）根据三输入与门的真值表，在构造体中使用进程语句实现，并进行仿真; 五、实验步骤（下面七个的实验的软件的使用具体步骤跟本次试验一样不再详述） 1.打开新建菜单选择“textedtiorfile”,这个文件是写程序编程用的。 2.程序写完后点“保存”，注意（1）保存的格式是.vhd，（2）保存的地址不能是桌面和硬盘的根目录,否则在后面的编程将出现错误。
3.在file→projectset→projecttocurrentfile，这步是将文件设置在工程里，能够正常编译和下载。
组合逻辑电路实验（一）实验报告 一．实验名称：3-8译码器设计 二．实验目的 1.掌握ISE 开发工具的使用，掌握FPGA 开发的基本步骤； 2.掌握组合逻辑电路设计的一般方法； 3.掌握程序下载方法，了解UCF 文件的格式； 4.初步了解开发板资源，掌握开发板使用方法。重点了解滑动开关和LED 显示灯的使用方法。 三．实验内容 1.用VHDL 实现3-8译码器模块 译码器电路如图2-1所示。其功能如表2-1所示。试用VHDL 实现该译码器，并在开发板上进行检验。 表2-1 译码器功能表 EN A B C Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 1 X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 3-8 译码器 A B C EN Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 图2-1 3-8译码器
0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 2.将程序下载到FPGA并进行检验 （1）资源使用要求：用滑动开关SW3~SW1作为输入A，B，C；滑动开关SW0控制EN；8个LED灯表示8个输出。 （2）检验方法：当SW0处于ON（EN=1）位置时，所有LED灯灭；当SW0处于OFF（EN=0），反映当前输入的译码输出在LED灯上显示，即当输入为000（滑动开关SW3-SW1处于OFF状态），LED0亮，其它灯灭，等等。 四．实验步骤 1.启动ISE，新建工程文件，编写3-8译码器的VHDL模块； 2.新建UCF文件，输入位置约束； 3.完成综合、实现，生成下载文件； 4.连接开发板USB下载线，开启开发板电源； 5.下载到FPGA； 6.拨动开关，验证结果是否正确。 五．主要vhdl代码 architecture Behavioral of coder_38 is --3-8译码器行为级描述signal x:STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); begin x <= A&B&C;
《硬件描述语言》上机作业西电微电子 \
第一题：用Verilog语言的结构描述和行为描述分别设计下面的电路。 A[0] Array B[0] A[1] B[1] A[2] B[2] 结构描述： 电路设计： module hw1(A,B,Y); input[2:0] A,B; output Y; wire w1,w2,w3; xor U1(w1,A[0],B[0]); xor U2(w2,A[1],B[1]); xor U3(w3,A[2],B[2]); nor U4(Y,w1,w2,w3); endmodule 仿真测试： module test_hw1; reg[2:0] A,B; wire Y; hw1 U1(A,B,Y); initial begin A=3'b000;B=3'b000; #50 A=3'b000;B=3'b000; #50 A=3'b111;B=3'b111; #50 A=3'b000;B=3'b110;
#50 A=3'b111;B=3'b000; #50 A=3'b110;B=3'b110; #50 A=3'b011;B=3'b010; #50 A=3'b001;B=3'b011; #50 A=3'b111;B=3'b010; #50 $stop; end initial $monitor($time,"\tA=%d\tB=%d\tY=%d",A,B,Y); Endmodule 行为描述： 电路设计： module hw2(A,B,Y); input[2:0] A,B; output Y; wire Y; assign Y=~((A[0]^B[0])||(A[1]^B[1])||(A[2]^B[2])); endmodule 仿真测试：
实验3 基于硬件描述语言的电路设计 一、实验目的 1 、了解可编程数字系统设计的流程； 2 、掌握Quartus II 软件的使用方法； 3 、掌握采用硬件描述语言设计数字系统的方法和流程。 二、实验设备 1、计算机：Quartus II 软件 2、Altera DE0 三、实验内容 要求1：学习并掌握硬件描述语言（VHDL或Verilog HDL）；熟悉门电路的逻辑功能，并用硬件描述语言实现门电路的设计。参考“参考内容1”中给出的与门源程序，编写一个异或门逻辑电路。 1）用QuartusII波形仿真验证； 2）下载到DE0开发板验证。 要求2：熟悉中规模器件译码器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。参考“参考内容2”中给出的将8421BCD码转换成0-9的七段码译码器源程序，编写一个将二进制码转换成0-F 的七段码译码器。 1）用QuartusII波形仿真验证； 2）下载到DE0开发板，利用开发板上的数码管验证。 要求3：熟悉时序电路计数器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。参考“参考内容3”中给出的四位二进制加减计数器的源程序，编写一个计数器。 1）用QuartusII波形仿真验证； 2）下载到DE0开发板验证。 要求4：熟悉分频电路的逻辑功能，并用硬件描述语言实现其设计。参考“参考内容4”中给出的50M分频器的源程序，编写一个能实现占空比50%的5M和50M分频器即两个输出，输出信号频率分别为10Hz和1Hz。 1）下载到DE0开发板验证。（提示：利用DE0板上已有的50M晶振作为输入信号，通过开发板上两个的LED灯观察输出信号）。电路框图如下： 四、实验结果 1、用硬件描述语言（VHDL 或Verilog HDL）实现一个异或门电路。 VHDL源程序： Library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;
专科《硬件描述语言和数字系统设计》 一、（共36题,共150分） 1. reg类型的数组通常用于描述存储器，reg [15: 0] MEM [0:1023];定义存储器字的位数为（2分） A.1024 B.16 C.16384 D.1040 .标准答案：B 2. 下列关于同步有限状态机的描述错误的是（）（2分） A.状态变化只能发生在同一个时钟跳变沿； B.状态是否变化要根据输入信号，只要输入条件满足，就会立刻转入到下一个状态。 C.在时钟上升沿，根据输入信号的变化，确定电路状态 D.利用同步状态机可以设计出极其复杂灵活的数字逻辑电路系统 .标准答案：B 3. 关于如下描述，正确的说法是( ) （2分） A.这种描述是错误的 B.该电路不可综合 C.该电路不可综合，但生成的不是纯组合逻辑 D.以上说法都不对 .标准答案：D 4. 下列关于流水线的描述错误的是( ) （2分） A.流水线设计就是将组合逻辑系统地分割，并在各个部分（分级）之间插入寄存器，并暂存中间数据的方法； B.设计流水线目的是提高数据吞吐率 C.流水线缩短了在一个时钟周期内给的那个信号必须通过的通路长度，从而可以提高时钟频率 D.增加流水线长度可以节省更多延迟，流水线越长，首次延迟越大，系统频率就会降低。 .标准答案：D 5. 以下关于Top-Down的设计方法不正确的描述是( ) （2分） A.Top-Down的设计方法首先从系统设计入手； B.Top-Down设计中的系统总体仿真与所选工艺有关 C.Top-Down的设计方法从顶层进行功能划分和结构设计 D.自顶向下的设计方法可以早期发现结构上的错误 .标准答案：B 6. 在verilog中，下列哪些操作一定是单bit？（）（2分） A.== B.^ C.> D.&& .标准答案：A,B,C,D 7. 下面哪些是verilog的关键字（）（2分） A.input B.assign C.write D.module .标准答案：A,B,D 8. 全球主要的FPGA厂家有（）（2分） A.Xilinx B.Altera C.Broadcom https://www.doczj.com/doc/c214785600.html,ttice .标准答案：A,B,D 9. 大规模数字逻辑设计原则，正确的说法有（）（2分） A.异步设计原则 B.组合时序电路分开原则 C.面向RTL的原则 D.先电路后代码的原则 .标准答案：B,C 10. 下面有关SRAM,DRAM的叙述，正确的有（）（2分） A.DRAM存储单元的结构比SRAM简单 B.DRAM比SRAM成本高 C.DRAM比SRAM速度快 D.DRAM要刷新，SRAM不刷新 .标准答案：A,D 11. 阻塞赋值与非阻塞赋值的差别及其各自的使用环境。（10分）标准答案：非阻塞（non-blocking)赋值语句(b
《Verilog HDL 数字集成电路设计原理与应用》上机作业 班级：******* 学号：******* 姓名：******* 题目1：数字集成电路的verilog HDL 描述与仿真。 要求：（1）学习使用Modelsim 设计和仿真软件； （2）练习教材7.2.1中的例子； （3）掌握设计代码和测试代码的编写； （4）掌握测试仿真流程； （5）掌握Modelsim 软件的波形验证方式。 解答： 题目2： 简述begin-end 语句块和fork-join 语句块的区别，并写出下面信号对应的程序代码 A B
解答： （1）begin-end语句块和fork-join语句块的区别： 1、执行顺序：begin-end语句块按照语句顺序执行，fork-join语句块所有语句均在同一时刻执行； 2、语句前面延迟时间的意义：begin-end语句块为相对于前一条语句执行结束的时间，fork-join语句块为相对于并行语句块启动的时间； 3、起始时间：begin-end语句块为首句开始执行的时间，fork-join语句块为转入并行语句块的时间； 4、结束时间：begin-end语句块为最后一条语句执行结束的时间，fork-join语句块为执行时间最长的那条语句执行结束的时间； 5、行为描述的意义：begin-end语句块为电路中的数据在时钟及控制信号的作用下，沿数据通道中各级寄存器之间的传送过程。fork-join语句块为电路上电后，各电路模块同时开始工作的过程。 （2）程序代码： Begin-end语句： module initial_tb1； reg A,B; initial begin A=0;B=1; #10 A=1;B=0; #10 B=1; #10 A=0; #10 B=0; #10 A=1;B=1; end endmodule Frk-join语句： module wave_tb2; reg A,B; parameter T=10; initial fork A=0;B=1; #T A=1;B=0; #(2*T) B=1; #(3*T) A=0; #(4*T) B=0; #(5*T) A=1;B=1; join endmodule
硬件描述语言语言设计实例 1、8-3编码器 module encode_verilog ( a ,b ); input [7:0] a ; //编码器输入 wire [7:0] a ; output [2:0] b ; //编码器输出 reg [2:0] b; always @ ( a ) begin case ( a ) //编码器某一输入端口为高电平输出相应的3位二进制数 8'b0000_0001 : b<=3'b000; //0 8'b0000_0010 : b<=3'b001; //1 8'b0000_0100 : b<=3'b010; //2 8'b0000_1000 : b<=3'b011; //3 8'b0001_0000 : b<=3'b100; //4 8'b0010_0000 : b<=3'b101; //5 8'b0100_0000 : b<=3'b110; //6 8'b1000_0000 : b<=3'b111; //7 default : b<= 3'b000; //其他情况编码器输出3’b000 endcase end endmodule 2、8-3优先编码器 module p_encode_verilog ( A ,I ,GS ,EO ,EI ); //编码器以低为有效 input [7:0] I ; //编码器输入 wire [7:0] I ; input EI ; //输入使能，EI=0时，编码器正常工作 wire EI ; output [2:0] A ; //编码器输出 reg [2:0] A ; output GS ; //优先编码器工作状态标志，编码器的八个输入端有信号输入时，GS=0 reg GS ; output EO ; //输出使能， reg EO ; always @ ( I or EI ) if ( EI ) //使用if、else if表明条件的优先级顺序 begin A <= 3'b111; GS <= 1; EO <= 1; end else if ( I[7] == 0 ) begin A <= 3'b000;
课程名称：FPGA与硬件描述语言 课程编码：7002301 课程学分：2学分 课程学时：32学时 适应专业：电子信息工程、电子信息工程（理工科实验班） 《FPGA与硬件描述语言》 FPGA and Hardware Describing Language 教学大纲 一、课程性质与任务 性质：本课程的授课对象为电子信息工程专业二年级本科生，课程属性为专业基础必修课，该课程讲授FPGA基本原理及结构，先进的硬件描述语言（VHDL语言），FPGA设计与应用等知识。 任务：通过对（VHDL）硬件描述语言，FPGA设计等知识的学习，掌握硬件描述语言，FPGA设计的基本知识。培养学生动手能力以及解决实际问题的能力。理解VHDL语言，学会FPGA设计方法等。 二、课程教学基本内容及要求 第一章绪论VHDL的数据和表达式 （一）教学基本要求： 掌握：VHDL程序的特点，VHDL的数据，VHDL的表达式。 了解：FPGA基本原理及结构。 （二）教学基本内容： 绪论：FPGA基本原理及结构 第一章VHDL的数据和表达式 1.1 VHDL程序的特点 1.2 VHDL程序的基本结构 1.3 VHDL的数据 1.4 VHDL的表达式 第二章VHDL的顺序描述语句 （一）教学基本要求： 掌握：信号赋值语句和变量赋值语句，if语句，case语句，null语句。 理解：loop语句。 （二）教学基本内容：
第二章VHDL的顺序描述语句 2.1信号赋值语句和变量赋值语句 2.2 if语句 2.3 case语句 2.4 loop语句 2.5 null语句 第三章VHDL的并行描述语句 （一）教学基本要求： 掌握：进程语句，并发信号赋值语句，元件例化语句。 理解：条件信号赋值语句，选择信号赋值语句。 了解：生成语句。 （二）教学基本内容： 第三章VHDL的并行描述语句 3.1进程语句 3.2并发信号赋值语句 3.3条件信号赋值语句 3.4选择信号赋值语句 3.5元件例化语句 3.6生成语句 第四章VHDL的时钟信号描述方法 （一）教学基本要求： 掌握：时钟的VHDL描述方法，时序电路中复位信号的VHDL描述方法。（二）教学基本内容： 第四章VHDL的时钟信号描述方法 4.1时钟信号的VHDL描述方法 4.2时序电路中复位信号的VHDL描述方法 第五章VHDL的有限状态机的设计 （一）教学基本要求： 掌握：有限状态机的基本概念及应用。 理解：一个Moore型有限状态机的设计实例 （二）教学基本内容： 第五章VHDL的有限状态机的设计 5.1 有限状态机的基本概念 5.2一个Moore型有限状态机的设计实例
2008/2009 学年第一学期末考试试题答案及评分标准 （B卷） 硬件描述语言及器件 使用班级：06060241/06060242 一、填空题（30分,每空格1分） 1、试举出两种可编程逻辑器件 CPLD 、 FPGA 。 2、VHDL程序的基本结构至少应包括实体、结构体两部分和对 库的引用声明。 3、1_Digital标识符合法吗？否， \12 @ +\ 呢？合法。 4、在VHDL的常用对象中，信号、变量可以被多次赋予不同的值， 常量只能在定义时赋值。 5、实体的端口模式用来说明数据、信号通过该端口的传输方向，端口模式有 in 、 Out 、 inout 、 buffer 。 6、VHDL语言中std_logic类型取值‘Z’表示高阻，取值‘X’表示不确定。 7、整型对象的范围约束通常用 range 关键词，位矢量用 downto/to 关键词。 8、位类型的初始化采用（字符/字符串）字符、位矢量用字符串。 9、进程必须位于结构体内部，变量必须定义于进程/包/子程序内部。 10、并置运算符 & 的功能是把多个位或位向量合并为一个位向量。 11、进程执行的机制是敏感信号发生跳变。 12、判断CLK信号上升沿到达的语句是 if clk’event and clk = ‘1’ then . 13、 IF 语句各条件间具有不同的优先级。
14、任何时序电路都以时钟为驱动信号，时序电路只是在时钟信号的边沿到来时， 其状态才发生改变。 15、 Moore 状态机输出只依赖于器件的当前状态，与输入信号无关。 二、判断对错并改正（12分，每小题3分） 1、CONSTANT T2：std_logic <= ’0’; （错）改正：把<= 换为:= 。 2、若某变量被定义为数值型变量，未赋初始值时默认值为‘0’。 （错）改正：把‘0’的单引号去掉。 3、在结构体中定义一个全局变量（V ARIABLES），可以在所有进程中使用。 （错）改正：“变量（V ARIABLES）”改为“信号”。 4、语句 type wr is (wr0,wr1,wr2,wr3,wr4,wr5); 定义了一个状态机变量wr， 可以直接对wr赋值。 （错）改正：语句 type wr is (wr0,wr1,wr2,wr3,wr4,wr5); 定义了一个状态机类型wr，需要定义一个该类型的对象，才可以对该对象赋值。 三、简答（8分，每小题4分） 1、简述如何利用计数器精确控制时序。 ?只要知道晶振频率f，即可知道周期T＝1/f； ?使用一个计数器，可以通过计数值n，精确知道当计数值为n时消耗的时间t＝nT； ?上例中以n为控制条件，可以控制其它信号在某时刻变高，某时刻变低，从而产生精 确时序； 例如：
硬件描述语言实验附录 姓名：xxx 学号：xxx 指导教师：xxx 目录 硬件描述语言实验附录 (1) 实验1.三输入与门电路实验 (2) 实验2. 三—八译码器实验 (3) 实验3. D触发器实验 (4) 实验4. 分频器实验 (5) 实验5. 状态机实验 (8)
实验1.三输入与门电路实验 --三输入与门电路threeinput --姓名：王定 --学号：1306034248 --中北大学 LIBRARY IEEE; --调用库 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;--库文件 -------------------------------------------------------------- ENTITY threeinput IS --定义实体名，其名称必须与VHDL文本文件名称相同PORT( A: IN STD_LOGIC; --输入端口，时钟输入 B: IN STD_LOGIC; --输入端口，个位写入使能 C: IN STD_LOGIC; --输入端口，十位写入使能 CO: OUT STD_LOGIC); --输出端口，溢出标志 END ENTITY threeinput; --结束端口定义 -------------------------------------------------------------- ARCHITECTURE RTL OF threeinput IS--定义结构体 BEGIN PROCESS(A,B,C) IS --开始，必须带上 BEGIN CO<=A AND B AND C ; END PROCESS; END ARCHITECTURE RTL; --结束结构体 表1. 三输入与门电路VHDL实验代码 图1. 三输入与门电路仿真波形图，A,B,C输入，CO输出
《硬件描述语言与FPGA技术》 实验指导书 西北工业大学 2012/10/10
目录 实验一简单的组合逻辑设计 (3) 实验二简单分频时序逻辑电路的设计 (6) 实验三利用条件语句实现计数分频时序电路 (9) 实验四阻塞赋值与非阻塞赋值的区别 (12) 实验五用always块实现较复杂的组合逻辑电路 (16) 实验六在Verilog中使用函数 (20) 实验七在Verilog HDL中使用任务（task） (23) 实验八利用有限状态机进行时序逻辑的设计 (27) 实验九利用状态机实现比较复杂的接口设计 (32) 练习十利用SRAM设计一个FIFO (39)
实验一简单的组合逻辑设计 一、实验目的 1. 学习Quartus和ModSim两种EDA工具的使用方法； 2．掌握基本组合逻辑电路的实现方法； 3．初步了解两种基本组合逻辑电路的生成方法； 4．学习测试模块的编写； 5．通过综合和布局布线了解不同层次仿真的物理意义。 二、实验内容 本次实验采用Verilog HDL语言设计一个可综合的数据比较器，其功能是比较数据a与数据b的结果，如果两个数据相同，则输出结果1，否则给出结果0；并写出测试模型，使其进行比较全面的测试。 三、实验仪器、设备 预装了开发工具ModelSimSE、synplify的PC机。 四、实验原理 1.组合逻辑电路是指在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合而与 电路以前状态无关，而与其他时间的状态无关。其逻辑函数如下： Li=f（A1，A2，A3……An） (i=1，2，3…m) 其中，A1~An为输入变量，Li为输出变量。 2.组合逻辑电路的特点归纳如下： ① 输入、输出之间没有返馈延迟通道； ② 电路中无记忆单元。 3.组合逻辑设计示例：可综合的数据比较器。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。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);
1.assign always initial区别 always过程反复执行其中的块语句，而initial过程语句只执行一次。 assign声明用于描述组合逻辑。在always语句中，“=”表示阻塞赋值，<=表示非阻塞赋值 Assign语句应该在always语句外部使用，而且是并行计算值。在组合逻辑中使用阻塞式赋值，而在时序逻辑中需要使用非阻塞式赋值。initial语句在模拟开始时执行体内的语句， 2.触发器,锁存器,寄存器区别 触发器：包括锁存器和寄存器。锁存器：电平触发的存储单元，在有效电平时间里可以多次改变数据.优点是占触发器资源少，缺点是容易产生毛刺。在FPGA中用的很少，因为FPGA中触发器的资源非常丰富。寄存器：边沿触发的存储单元，在上升或下降沿数据变化，一个周期里只能变化一次。 3.测试程序的作用: 测试程序是用于测试其他待测试模块的硬件描述语言模块。此程序包含了向待测试模块提供输入的语句，已测试是否产生了理想的正确输出。输入和期待的输出模式成为测试向量。 4时序图定义: 答：时序图是显示了缓冲器的一个输入改变和随后输出的改变所产生的延迟的图，她描绘了输入改变时缓冲器电路的瞬间响应。 5.两种时序电路，(怎么样判断同步时序电路) 同步时序电路：如果一个由多个元件连接构成电路是同步时序电路，需满足：每一个电路元件是寄存器或组合电路,至少有一个电路元件是寄存器 所有寄存器接收同一个时钟信号,每一个环路至少包含一个寄存器 非同步时序电路称为异步电路。 6.什么是组合电路（组合电路的判断条件），什么是时序电路 答：组合电路的输出仅仅取决输入的值。时序电路的输出取决于当前的输入值和之前的输入值。组合电路没有记忆，时序电路是有记忆的。 如果一个电路由互相连接的电路组件构成，在满足以下条件时，它就是组合电路。 一，每一个电路组件本身都是组合电路 二，每一个电路节点或者是一个电路的输入，或者仅仅连接到一个电路组件的一个输出端口。 三，电路不能包含回路：进过电路的每条路径最多只能经过每个电路一次。 7.MIPS体系结构设计的四个准备/指令格式设计原则4条： 简单设计有助于规整化 加快常见功能 越小的设计越快 好的设计需要好的折中
VHDL大总结 一、填空题 1.两种标识符 短、扩展 2.4种基本数据类型 常量、变量、信号、文件 3.常量说明格式 constant 常数名: 数据类型：=表达式； 4.三种数据变换方法？ 函数转换、常数转换、类型标记 5.四种运算操作符？ 逻辑、关系、算术、并置 6.如何启动进程? (1).必须包含一个显示的敏感信号变量 (2).或者包含一个wait语句 7.五种基本结构？ 库(library)、包集合(package)、实体(entity)、结构体(architecture)、配置(configuration) 8.信号与变量代入？ (1).<= (2).:= 9.列举可编程逻辑器件? PROM→PLA→PAL→CPLD→FPGA→EPROM→EEPROM→GAL 10.数据类型 整数、位、位矢量、符号、布尔量、时间、错误等级、标准逻辑 11.四种端口模式？ IN—OUT—INOUT—BUFFER 12.三种子结构描述语句？BLOCK—PROCESS—SUBPROGRAMS
13.结构体三种描述方式 寄存器传输（RTL）--数据流、结构描述、行为描述14.标识符规则？ (1).不以数字靠头 (2).下划线不连续 (3).不与保留字重复 (4).下划线前后必须有英文字母或者数字 (5).最后一个不能使用下划线（连字符） 15.扩展标识符 \12@+\ 16.赋值？ (1).信号、变量可以多次赋值 (2).常量只能定义时赋值（进程内部，子函数内部）17.高阻、不定态？ 'Z'------------'X' 18.进程位置？ 结构体内部 19.变量位置? 进程内部---包内部----子程序内部 20.进程执行机制？ 敏感信号发生跳变 21.优先级？ if语句之间具有不同优先级 22.时序电路的去驱动信号？ 时钟 23.时序电路在何时发生变化？ 时钟信号的边沿 24.两种状态机？ (1).moore-----f(现状) (2).mealy-----f(现状，输入)
关于硬件描述语言【VHDL和Verilog】 随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计PLD/FPGA成为一种趋势。目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL。 究竟选择VHDL还是verilog HDL？ 这是一个初学者最常见的问题。其实两种语言的差别并不大，他们的描述能力也是类似的。掌握其中一种语言以后，可以通过短期的学习，较快的学会另一种语言。选择何种语言主要还是看人的使用习惯。如果您是集成电路(ASIC)设计人员，则必须首先掌握verilog，因为在IC设计领域，90％以上的公司都是采用verilog进行IC设计。对于PLD/FPGA设计者而言，两种语言可以自由选择。 学习HDL的几点重要提示 1.了解HDL的可综合性问题： HDL有两种用途：系统仿真和硬件实现。如果程序只用于仿真，那么几乎所有的语法和编程方法都可以使用。但如果我们的程序是用于硬件实现（例如：用于FPGA设计），那么我们就必须保证程序“可综合”（即程序的功能可以用硬件电路实现）。不可综合的HDL语句在软件综合时将被忽略或者报错。应当牢记一点：“所有的HDL描述都可以用于仿真，但不是所有的HDL描述都能用硬件实现。” 2. 用硬件电路设计思想来编写HDL： 学好HDL的关键是充分理解HDL语句和硬件电路的关系。编写HDL，就是在描述一个电路，写完一段程序以后，应当对生成的电路有一些大体上的了解，而不能用纯软件的设计思路来编写硬件描述语言。要做到这一点，需要多实践，多思考，多总结。 3.语法掌握贵在精，不在多： 30%的基本HDL语句就可以完成95%以上的电路设计，很多生僻的语句并不能被所有的综合软件所支持，在程序移植或者更换软件平台时，容易产生兼容性问题，
VerilogHDL硬件描述语言复习 一、 1. Verilog HDL 是在哪一年首次被I E E E标准化的？ 2. Verilog HDL支持哪三种基本描述方式？ 3. Verilog HDL 是由哪个公司最先开发的？ 4. Verilog HDL中的两类主要数据类型什么？ 5. U D P代表什么？ 6. 写出两个开关级基本门的名称。 7. 写出两个基本逻辑门的名称。 8. 在数据流描述方式中使用什么语句描述一个设计？ 9. 采用结构描述方式描述1位全加器。 10. i n i t i a l语句与always 语句的关键区别是什么？ 11. 采用数据流方式描述2 - 4译码器。 1 2. 找出下面连续赋值语句的错误。 assign Reset=#2 Sel^WriteBus; 二、 1. 下列标识符哪些合法，哪些非法？ C O u n T, 1_2 M a n y, \**1, R e a l?, \wait, Initial 2. 在Verilog HDL中是否有布尔类型？ 3. 如果线网类型变量说明后未赋值，其缺省值为多少？
4. Verilog HDL 允许没有显式说明的线网类型。如果是这样，怎样决定线网类型？ 5. 下面的说明错在哪里？ i n t e g e r [0:3] R i p p l e; 6. Verilog HDL有哪几大类数据类型？ 7.Verilog HDL有哪几种寄存器类型？ 三、 1. 假定长度为6 4个字的存储器, 每个字8位，编写Verilog 代码，按逆序交换存储器的内容。即 将第0个字与第6 3个字交换，第1个字与第6 2个字交换，依此类推。 2. 假定3 2位总线A d d re s s _ B u s, 编写一个表达式，计算从第11位到第2 0位的归约与非。 3. 假定一条总线C o n t ro l _ B u s [ 1 5 : 0 ]，编写赋值语句将总线分为两条总线：A b u s [ 0 : 9 ]和B b u s [ 6 : 1 ]。 4. 编写一个表达式，执行算术移位，将Qparity 中包含的8位有符号数算术移位。 5. 使用条件操作符, 编写赋值语句选择N e x t S t a t e 的值。如果C u rre n t S t a t e的值为R E S E T, 那么N e x t S t a t e的值为G O；如果C u rre n t S t a t e的值为G O，则N e x t S t a t e 的值为B U S Y；如果 C u rre n t S t a t e的值为B U S Y；则N e x t S t a t e的值为R E S E T。 6. 如何从标量变量A，B，C和D中产生总线B u s
第一部分：填空题 1.一般把EDA技术的发展分为CAD、CAE和EDA三个阶段，并向着ESDA方向发展。 2.EDA技术在应用设计领域主要包含哪四个方面的内容（1）HDL （2）PLD （3）EDA工具软件（4）EDA开发系统。 3．EDA技术的基本特征（1）自顶向下的设计方法；（2）采用硬件描述语言；（3）高层综合和优化；（4）并行工程；（5）开放性和标准化。 4．当前最流行的并成为IEEE标准的硬件描语言是V HDL和Verilog-HDL。 5．什么是PLD？ 答： PLD，Programmable-Logic-Device，即可编程逻辑器件。是一种具有内建结构、由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。 6．SPLD的基本结构框图是什么？ 7．一般CPLD器件至少包含可编程逻辑宏单元，可编程I/O单元和可编程内部连线3种基本结构。 一般FPGA器件至少包含可编程逻辑功能块/CLB、IOB/可编程I/O块和PI/可编程内部互连三类可编程资源。 8．用PROM完成半加器/全加器的示意图。 9．使用方框图示意出采用硬件描述语言设计硬件电路进行由上而下的设计的三个层次为： 10．可编程逻辑器件的发展趋势在哪5个方面（1）向更大规模、更高集成度的片上系统方向发展（2）向低电压、低功耗的绿色器件方向发展（3）向更高速可预测延时的方向发展（4）向在PLD内嵌入多种功能模块的方向发展（5）向模数混合可编程的方向发展11．目前，在PLD器件制造与生产领域的三大公司为Altera、Xilinx和Lattice 12．FPGA的发明者是Xilinx公司；ISP编程技术的发明者是Lattice公司。 13、目前常见的可编程逻辑器件的编程和配置工艺包括基于E2PROM/Flash技术、基于 SRAM查找表的编程单元和基于反熔丝编程单元。 14、基于EPROM、E2PROM和快闪存储（flash）器件的可编程器件，在系统断电后编程信 息不丢失 15、采用SRAM结构的的可编程器件，在系统断电后编程信息丢失 16、V erilog-HDL于1983年推出，是在C语言的基础上演化而来的。 于1995年正式采纳为IEEE标准，其代号为Verilog-HDL1634-1995。 17、一个基本的Verilog-HDL程序由模块构成。 18、一个完整的Verilog-HDL设计模块包括：模块关键字和模块名、端口列表、端口定义、 和功能描述4部分。
数字电子技术基础 实验报告 题目：实验四基于Quartus II的硬件描述语言电路 设计 小组成员： 小组成员：
一、实验四基于Quartus II的硬件描述语言电路设 计 一、实验目的 1)学习并掌握硬件描述语言VHDL；熟悉门电路的逻辑功能，并用硬件描述语 言实现门电路的设计。 2)熟悉中规模器件译码器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。 3)熟悉时序电路计数器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。 4)熟悉分频电路的逻辑功能，并用硬件描述语言实现其设计。 二、实验要求 要求1：参考“参考内容1”中给出的与门源程序，编写一个异或门逻辑电路。1）用QuartusII波形仿真验证；2）下载到DE0开发板验证。 要求2：参考“参考内容2”中给出的将8421BCD码转换成0-9的七段码译码器源程序，编写一个将二进制码转换成0-E的七段码译码器。1）用QuartusII波形仿真验证；2）下载到DE0开发板，利用开发板上的数码管验证。 要求3：参考“参考内容3”中给出的四位二进制计数器的源程序，编写一个计数器实现0-E计数。用QuartusII波形仿真验证； 要求4：参考“参考内容4”中给出的50M分频器的源程序，编写一个能实现占
空比50%的5M和50M分频器即两个输出，输出信号频率分别为10Hz和1Hz。下载到DE0开发板验证。（提示：利用DE0板上已有的50M晶振作为输入信号，通过开发板上两个的LED灯观察输出信号）。电路框图如下： 要求5：利用已经实现的VHDL模块文件，顶层文件采用原理图设计方法，实现0-E计数自动循环显示，频率1Hz和10Hz可以切换。（提示：如何将VHDL 模块文件在顶层原理图文件中引用，参考参考内容5） 三、实验设备 （1）电脑一台； （2）数字电路实验箱； （3）数据线一根。 四、实验原理 1.VHDL具有功能强大的语言结构，可以用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。它具有多层次的设计描述功能，层层细化，最后可直接生成电路级描述。VHDL支持同步电路、异步电路和随机电路的设计，这是其他硬件描述语言所不能比拟的。VHDL还支持各种设计方法，既支持自底向上的设计，又支持自顶向下的设计；既支持模块化设计，又支持层次化设计。
硬件描述语言期末复习整理 1、EDA：Electronic Design Automation 现代电子设计技术的核心是EDA（Electronic Design Automation）技术。 EDA技术就是依靠功能强大的电子计算机，在EDA工具软件平台上完成电子系统的设计工作。 2、20世纪90年代以来，微电子工艺有了惊人的发展，工艺水平已经达到了深亚微米级（通常把0.8－0.35um称为亚微米，0.25um及其以下称为深亚微米） 3、用EDA技术设计电路可以分为不同的技术环节，每一个环节中必须有对应的软件包或专用的EDA工具独立处理。 4、EDA工具大致可以分为设计输入编辑器、仿真器、HDL综合器、适配器（或布局布线器）以及下载器等5个模块。 一般的设计输入编辑器都支持图形输入和HDL文本输入 图形输入通常包括原理图输入、状态图输入和波形图输入三种常用方法。 5、在EDA技术中仿真的地位非常重要，行为模型的表达、电子系统的建模、逻辑电路的验证以及门级系统的测试，每一步都离不开仿真器的模拟检测。 在EDA发展的初期，快速地进行电路逻辑仿真是当时的核心问题，即使在现在，各个环节的仿真仍然是整个EDA设计流程中最重要、最耗时的一个步骤。因此，仿真器的仿真速度、仿真的准确性和易用性成为衡量仿真器的重要指标。 6、硬件描述语言诞生的初衷是用于设计逻辑电路的建模和仿真 HDL综合器是将硬件描述语言转化为硬件电路的重要工具。 7、HDL综合器的输出文件一般是网表文件，是一种用于电路设计数据交换和交流的工业标准化格式的文件，或是直接用硬件描述语言HDL表达的标准格式的网表文件，或是对应FPGA/CPLD器件厂商的网表文件。 8、电路网表（逻辑图）由元件名N、模型M、输入端信号PI、输出端信号PO四部分组成，是唯一确定电路连接关系的数据结构。即：E=（N，M，PI，PO） 9、常用的编程语言 C、Pascal、Fortran、Basic或汇编语言-算法研究 硬件描述语言-设计和制造硬件逻辑专用电路 10、实时系统不能采用通用计算机系统，自行设计非常轻便小巧的高速专用硬件系统来完成该任务。 11、FPGA-用高密度的FPGA（从几万门、几十万门到几百万门）来构成完成算法所需的电路系统是一种较好的办法。 FPGA是一种通用的器件，它的基本结构决定了对某一种特殊应用，性能不如专用的ASIC 电路。 专用集成电路-利用现成的微处理机IP核或根据某一特殊应用设计的微处理机核（也可以没有微处理机核），并结合专门设计的高速ASIC运算电路，能设计出性能价格比最高的理想数字信号处理系统。 12、传统的设计方法：查用器件手册；选用合适的微处理器和电路芯片；设计面包板和线路板；调试；定型；设计复杂的系统（几十万门以上）极其困难。 13、美国和中国台湾地区逻辑电路设计和制造厂家大都以Verilog HDL为主。 1、可编程逻辑器件（PLD）是一种能将数字系统实现在硬件电路上的设备，即能在现场规
中北大学 试题答案及评分标准 硬件描述语言及器件课程 （课程名称须与教学任务书相同） 20xx/20xx 学年第一学期 试题类别 A 拟题日期拟题教师 课程编号教师编号 使用班级 备注：试题答案要求按指定规格计算机打印，并将其文本与电子稿一并上交： ①校级考试课程交评估与考试中心命题科； ②院级考试课程交院教务科。
20xx/20xx 学年第一学期末考试试题答案及评分标准 （A卷） 硬件描述语言及器件 使用班级： xxxx 一、填空题（20分,每空格1分） 1、VHDL语言中标识符通常分为短标识符，扩展标识符两种。 2、VHDL对象包含常量，信号，变量，文件 4个基本数据类型。 3、VHDL语言中，数据类型常量说明的一般格式为： CONSTANT常数名：数据类型:＝表达式；。 4、VHDL中位矢量类型表达为 bit ，位向量类型表达为 bit_vector() 。 5、VHDL语言有类型标记法，函数转换法，常数转换法 3种不同类型的数据变换方法。 6、VHDL中，设D0为“1001”, D1为'0', D2为“0110”。D0 & D1的运算结果是“10010”，D0 & D2的运算结果是“10010110”。 7、VHDL语言中包括四种运算操作符，分别是逻辑运算符，算术运算符，关系运算符，和并置运算符。 8、为了启动进程，VHDL语言中必须包含一个显示的敏感信号量表或者包含一个wait语句。
二、判断对错并给出判断依据（20分，每小题5分，判断对错2分，给出正确判断依据3分） 1、进程之间的通信可以通过变量传递来实现。（×） 进程之间的通信需通过信号传递实现。 2、VHDL语言的高速性体现在其进程之内的带入语句都是并行执行的。（×） 进程之内的带入语句是顺序执行的。 3、语句y <= a when s=”00” else b when s=”01” else c when s=”10” else d; 中，s=”00”条件的优先级最高（√） 4、com1：u1 PORT MAP（a => n1，b => n2，c => m）；语句中采用了位置映射的信号端口映射方式。（×） 采用的是名称映射方式