verilog hdl程序设计与实践

VerilogHDL实验报告实验一Modelsim仿真软件的使用一、实验目的（1）熟悉Modelsim 软件（2）掌握Modelsim 软件的编译、仿真方法（3）熟练运用Modelsim 软件进行HDL 程序设计开发二、实验内容1、实验要求用Verilog HDL 程序实现一个异或门，Modelism仿真，观察效果。

2、步骤1、建立工程2、添加文件到工程3、编译文件4、查看编译后的设计单元5、将信号加入波形窗口6、运行仿真3、方法moduleyihuo (a,b,c);inputa,b;output c;assign c=a^b;endmodule测试程序：module t_yihuo;reg a,b; wire c;initial begin a=0; forever #20 a=~a; end initial begin b=0; forever #30 b=~b; endyihuou1(a,b,c);endmodule二、实验结果波形图：三、分析和心得通过这次的实验，我基本熟悉Modelsim软件，掌握了Modelsim软件的编译、仿真方法。

同时在编写程序的过程中，加深了我对课上所讲的HDL的语法的认识。

实验二简单组合电路设计一、实验目的（1）掌握基于Modelsim的数字电路设计方法（2）熟练掌握HDL 程序的不同实现方法二、实验内容1、实验要求设计一个三人表决器（高电平表示通过），实验内容如下：（1）三个人，一个主裁判，两个副裁判；（2）规则：只要主裁判同意，输出结果为通过；否则，按少数服从多数原则决定是否通过。

使用 Verilog HDL 程序实现上述实验内容，并使用modelsim 仿真。

2、方法module test(a,b,c,s);inputa,b,c;output s;assign s=c|(b&a);endmodulemodulet_test;rega,b,c;wire s;initialbegina=0;forever#10 a=~a;endinitialbeginb=0;forever #20 b=~b;endinitialbeginc=0;forever#40 c=~c;endtest u1(a,b,c,s);endmodule三、实验结果四、分析和心得通过本次实验，我掌握基于Modelsim的简单数字电路设计方法，且尝试了用不同方法实现功能，三人表决器可以通过testbench测试程序实现，也可以利用always模块实现，可见程序的设计思想是很重要的。

《数字系统设计与Verilog HDL》实验报告（五）班级: 自动1003班**: **学号: ********实验五、自动售饮料机系统设计一、实验目的1、了解及掌握状态机的基本构成用法；二、通过ModelSim软件编写程序, 用状态机可以编程设计简单的自动控制系统。

三、实验内容四、设计一个自动售饮料机。

假定每瓶饮料售价为2.5元, 可使用两种硬币, 即5角和1元, 机器有找零功能。

五、机器设计有2个投币孔, 可用2个按键来代替。

还设有2个输出孔, 分别输出饮料和找零, 提示用户取走饮料和零钱。

六、实验步骤及源程序新建工程及文件, 分别添加设计程序及测试程序, 进行编译及纠错, 编译通过后运行程序仿真进行调试得出结果。

设计模块:module sell(yi_yuan,wu_jiao, get,half_out,sell_out,reset,clk);parameter idle=0, half=1, one=2,two=3,three=4;input yi_yuan,wu_jiao,reset,clk;output get,half_out,sell_out;reg get,half_out,sell_out;reg[2:0] s;always @(posedge clk)beginif(reset)beginsell_out=0; get=0; half_out=0; s=idle;endelsecase(s)idle: beginsell_out=0; get=0; half_out=0;if(wu_jiao) s=half;else if(yi_yuan)s=one;endhalf: beginif(wu_jiao) s=one;else if(yi_yuan)s=two;endone: beginif(wu_jiao) s=two;else if(yi_yuan)s=three;endtwo: beginif(wu_jiao) s=three;else if(yi_yuan)beginsell_out=1;get=1; s=idle;endendthree: beginif(wu_jiao)beginsell_out=1; get=1; s=idle;endelse if(yi_yuan)beginsell_out=1;get=1;half_out=1; s=idle;endenddefault:beginsell_out=0; get=0; half_out=0; s=idle; endendcaseendendmodule测试模块:`timescale 1ns/1nsmodule sell_top;reg yi_yuan,wu_jiao,reset,CLK;wire get,half_out,sell_out;always #50 CLK=~CLK;initialbeginCLK =0; reset=1;#100 reset=0;yi_yuan=0;wu_jiao=0;endalways@(posedge CLK)beginwu_jiao={$random}%2;#50 wu_jiao=0;endalways@(posedge CLK)beginif(!wu_jiao)yi_yuan=1;#50 yi_yuan=0;endsell m(.yi_yuan(yi_yuan),.wu_jiao(wu_jiao), .get(get),.half_out(half_out),.sell_out(sell_out),.reset(reset),.clk(CLK));endmodule七、实验结果八、实验心得体会由于老师在实验前已经很详细的为我们讲解了这次实验的要点和要注意的问题, 所以这次实验我们完成的还是很成功的。

Verilog实验报告班级：学号：姓名：实验1 :用 Verilog HDL 程序实现直通线1 实验要求：(1) 编写一位直通线的 Veirlog HDL 程序.(2) 编写配套的测试基准.(3) 通过 QuartusII 编译下载到目标 FPGA器件中进行验证.(4) 建议用模式 52 试验程序：module wl(in,out);input in;output out;wire out;assign out=in;endmodule3 测试基准：`include “wl.v”module wl_tb;reg in_tb;wire out_tb;initialbeginin_tb =0;#100 in_tb =1;#130 in_tb =0;endendmodule4 仿真图形：实验2 ：用 Verilog HDL 程序实现一位四选一多路选择器1实验要求:(1) 编写一位四选一多路选择器的 Veirlog HDL 程序.(2) 编写配套的测试基准.(3) 通过 QuartusII 编译下载到目标 FPGA器件中进行验证.(4)建议用模式 52 试验程序：module mux4_to_1 (out,i0,i1,i2,i3,s1,s0);output out;input i0,i1,i2,i3;input s1, s0;reg out;always @ (s1 or s0 or i0 or i1 or i2 or i3)begincase ({s1, s0})2'b00: out=i0;2'b01: out=i1;2'b10: out=i2;2'b11: out=i3;default: out=1'bx;endcaseendendmodule3 测试基准：`include "mux4_to_1.v"module mux4_to_1_tb1;reg ain,bin,cin,din;reg[1:0] select;reg clock;wire outw;initialbeginain=0;bin=0;cin=0;din=0;select=2'b00;clock=0;endalways #50 clock=~clock;always @(posedge clock)begin#1 ain={$random} %2;#3 bin={$random} %2;#5 cin={$random} %2;#7 din={$random} %2;endalways #1000 select[0]=!select[0];always #2000 select[1]=!select[1];mux4_to_1 m(.out(outw),.i0(ain),.i1(bin),.i2(cin),.i3(din),.s1(select[1]),.s0(select[0])); endmodule4 仿真图形：实验3：用 Verilog HDL 程序实现十进制计数器1实验要求:(1) 编写十进制计数器的 Veirlog HDL 程序. 有清零端与进位端, 进位端出在输出为 9 时为高电平.(2) 编写配套的测试基准.(3) 通过 QuartusII 编译下载到目标 FPGA器件中进行验证.(4) 自行选择合适的模式2 实验程序：module counter_10c (Q, clock, clear, ov);output [3:0] Q;output ov;input clock, clear;reg [3:0] Q;reg ov;initial Q=4'b0000;always @ (posedge clear or negedge clock)beginif (clear)Q<=4'b0;else if (Q==8)beginQ<=Q+1;ov<=1'b1;endelse if (Q==9)beginQ<=4'b0000;ov<=1'b0;endelsebeginQ<=Q+1;ov<=1'b0;endendendmodule3 测试基准：`include"./counter_10c.v"module counter_10c_tb;wire[3:0] D_out;reg clk,clr;wire c_out;reg[3:0] temp;initialbeginclk=0;clr=0;#100 clr=1;#20 clr=0;endalways #20 clk=~clk;counter_10c m_1(.Q(D_out),.clear(clr),.clock(clk),.ov(c_out)); endmodule4 仿真波形：实验4 ：用 Verilog HDL 程序实现序列检测器1 实验要求:、(1) 编写序列检测器的 Veirlog HDL 程序. 检测串行输入的数据序列中是否有目标序列5'b10010, 检测到指定序列后, 用一个端口输出高电平表示.(2) 编写配套的测试基准.(3) 通过 QuartusII 编译下载到目标 FPGA器件中进行验证.(4) 自行选择合适的模式2试验程序：module e15d1_seqdet( x, z, clk, rst);input x,clk, rst;output z;reg [2:0] state;wire z;parameter IDLE = 3 'd0,A = 3'd1,B = 3'd2,C = 3'd3,D = 3'd4,E = 3'd5,F = 3'd6,G = 3'd7;assign z =(state==D && x==0)?1:0;always @(posedge clk or negedge rst)if(!rst)beginstate<=IDLE;endelsecasex(state)IDLE: if(x==1)state<=A;else state<=IDLE;A: if (x==0)state<=B;else state<=A;B: if (x==0)state<=C;else state<=F;C: if(x==1)state<=D;else state<=G;D: if(x==0)state<=E;else state<=A;E: if(x==0)state<=C;else state<=A;F: if(x==1)state<=A;else state<=B;G: if(x==1)state<=F;else state <=G;default: state<=IDLE;endcaseendmodule３测试基准：`include"e15d1_seqdet.v"`timescale 1ns/1ns`define halfperiod 20module e15d1_seqdet_tb;reg clk, rst;reg [23:0] data;wire z;reg x;initialbeginclk =0;rst =1;#2 rst =0;#30 rst =1;data= 20 'b1100_1001_0000_1001_0100;#(`halfperiod*1000) $stop;endalways #(`halfperiod) clk=~clk;always @ (posedge clk)begin#2 data={data[22:0],data[23]};x=data[23];ende15d1_seqdet m(.x(x),.z(z),.clk(clk),.rst(rst)); endmodule４仿真波形：。

Verilog HDL高级数字设计实验报告题目：“俄罗斯方块”FPGA实现实验目的通过此次项目，完成以下目的：1）熟悉Xilinx FPGA的架构及开发流程2）设计一个功能完整的系统，掌握FSM + Datapath的设计方法。

实验内容1.项目介绍本项目主要在FPGA上实现了一个经典小游戏“俄罗斯方块”。

本项目基本解决方案是，使用Xilinx Zynq系列开发板ZedBoard作为平台，实现主控模块，通过VGA接口来控制屏幕进行显示。

2.系统框架整个系统由四部分组成，按键输入处理模块、控制模块、数据路径模块以及VGA显示接口模块。

整个系统的结构如下图所示：图1：系统框图下面分别对四个模块进行介绍：1）按键输入处理模块按键处理模块的主要功能是对输入系统的up，down，left，right四个控制信号进行消抖处理，并对其进行上升沿检测。

消抖模块采用上课所提出的结构，采用了一个4位的移位寄存器，先将输入信号延迟4个时钟周期，再对其以一个较低的时钟频率进行采用。

消抖模块的结构如下图所示：图2：消抖模块结构示意图为了简化控制系统，在本系统的设计过程中，不考虑长时间按键产生连按效果。

因而，需要对按键进行上升沿检测。

上升沿检测的基本实现方案是加入一组寄存器，对前一个的按键信号进行暂存，将暂存的值与当前值进行比较，当上一个值为0而当前值为1时，即认为其检测到了一个上升沿。

2）控制模块控制模块采用FSM的方式进行控制。

在控制模块中，定义了10个状态：S_idle：上电复位后进入的空状态，当start信号为1时进入S_new状态S_new：用于产生新的俄罗斯方块。

S_hold：保持状态。

在这个状态中进行计时，当时间到达一定间隔时，转到S_down 状态；或者等待输入信号（up，down，left，right）时，转到S_down（按键为down）或者S_move（up，left，right）状态。

S_down：判断当前俄罗斯块能否下移一格。

verilog实验报告Verilog实验报告引言：Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于设计和模拟数字电路。

它是一种高级语言，能够描述电路的行为和结构，方便工程师进行数字电路设计和验证。

本实验报告将介绍我在学习Verilog过程中进行的实验内容和所获得的结果。

实验一：基本门电路设计在这个实验中，我使用Verilog设计了基本的逻辑门电路，包括与门、或门和非门。

通过使用Verilog的模块化设计，我能够轻松地创建和组合这些门电路，以实现更复杂的功能。

我首先创建了一个与门电路的模块，定义了输入和输出端口，并使用逻辑运算符和条件语句实现了与门的功能。

然后，我创建了一个测试模块，用于验证与门的正确性。

通过输入不同的组合，我能够验证与门的输出是否符合预期。

接下来，我按照同样的方法设计了或门和非门电路，并进行了相应的测试。

通过这个实验，我不仅学会了使用Verilog进行基本门电路的设计，还加深了对逻辑电路的理解。

实验二：时序电路设计在这个实验中，我学习了如何使用Verilog设计时序电路，例如寄存器和计数器。

时序电路是一种具有状态和时钟输入的电路，能够根据时钟信号的变化来改变其输出。

我首先设计了一个简单的寄存器模块，使用触发器和组合逻辑电路实现了数据的存储和传输功能。

然后，我创建了一个测试模块，用于验证寄存器的正确性。

通过输入不同的数据和时钟信号，我能够观察到寄存器的输出是否正确。

接下来，我设计了一个计数器模块，使用寄存器和加法电路实现了计数功能。

我还添加了一个复位输入，用于将计数器的值重置为初始状态。

通过测试模块，我能够验证计数器在不同的时钟周期内是否正确地进行计数。

通过这个实验，我不仅学会了使用Verilog设计时序电路，还加深了对触发器、寄存器和计数器的理解。

实验三：组合电路设计在这个实验中，我学习了如何使用Verilog设计组合电路，例如多路选择器和加法器。

组合电路是一种没有状态和时钟输入的电路，其输出只取决于当前的输入。

HDL实验报告专业电子科学与技术姓名学号指导老师1 实验一Modelsim仿真软件的使用1.1 实验目的(1)熟悉Modelsim 软件；(2)掌握Modelsim 软件的编译、仿真方法；(3)熟练运用Modelsim 软件进行HDL 程序设计开发。

1.2 实验步骤(1)学习使用Modelsim软件；(2)分析原理及功能；(3)用Verilog HDL编写程序；(4)编写测试程序进行仿真；(4)观察波形，分析仿真结果是否正确。

1.3 实验内容用Verilog HDL 程序实现一个异或门，Modelsim 仿真，观察效果。

1.4.1 程序module my_xor(ina,inb,out);input ina,inb;output out;assign out=ina^inb;endmodulemodule t_xor;reg ina,inb;wire out;initialbeginina=1'b0;forever #20 ina=~ina;endinitialbegininb=1'b0;forever #10 inb=~inb;endmy_xor tt(.ina(ina),.inb(inb),.out(out));endmodule2 实验二简单组合电路设计2.1 实验目的(1)掌握基于Modelsim 的数字电路设计方法；(2)熟练掌握HDL 程序的不同实现方法2.2 实验步骤(1)分析原理及功能；(2)根据原理用Verilog HDL编写程序；(3)编写测试程序进行仿真；(4)观察波形，分析仿真结果是否正确。

2.3 实验内容设计一个三人表决器(高电平表示通过) ，实验内容如下：(1)三个人，一个主裁判，两个副裁判；(2)规则：只要主裁判同意，输出结果为通过；否则，按少数服从多数原则决定是否通过。

使用Verilog HDL 程序实现上述实验内容，并使用modelsim 仿真(要求：至少使用两种方法实现上述实验内容和testbench)。

一、实验目的通过此设计的编程和下载运行，初步掌握Verilog HDL语言的always 块语句及基本编程结构。

二、实验过程（1）新建工程；通过“file”→“new project wizard…”菜单命令启动新项目向导，利用向导，建立一个新项目。

（2）输入设计程序在file菜单下，单击“new”命名，弹出对话框，选择Verilog HDL File 选项，建立Verilog HDL文件,输入下面程序：module liushuideng(ledout,clk);output[8:0]ledout;input clk;reg[8:0]ledout;reg[23:0]counter;initialledout=8'b11111111;always@(posedge clk)begincounter=counter+1;if(counter==24'b110000000000000000000000)beginledout=ledout<<1;if(ledout==8'b00000000)ledout=8'b11111111;counter=0;endendendmodule（3）指定管脚和设置不用引脚启动pin planner工具，弹出对话框，在“location”列，选择要分配的位置，为每个电路端子都分配适当的脚位。

在Assignments菜单下，单击Device…命令，进入Device & Pin Options对话框，在切换到Unused Pins页，在Reserved all unused pins栏目中，选择As input tri-stated，回到Setting对话框，单击“确定”。

（4）编译在processing菜单下，单击Start Compilation命令，开始编译项目，若编译成功，单击“确定”。

（5）仿真在file菜单下，单击“new”，弹出对话框，切换到other files页。

verilog hdl实验报告《Verilog HDL实验报告》Verilog HDL（硬件描述语言）是一种用于描述电子系统的硬件的语言，它被广泛应用于数字电路设计和硬件描述。

本实验报告将介绍Verilog HDL的基本概念和使用方法，并通过实验展示其在数字电路设计中的应用。

实验目的：1. 了解Verilog HDL的基本语法和结构2. 掌握Verilog HDL的模块化设计方法3. 熟悉Verilog HDL的仿真和综合工具的使用实验内容：1. Verilog HDL的基本语法和结构Verilog HDL是一种硬件描述语言，其语法和结构类似于C语言。

它包括模块定义、端口声明、信号赋值等基本元素。

在本实验中，我们将学习如何定义Verilog模块，并使用端口声明和信号赋值描述数字电路的行为。

2. Verilog HDL的模块化设计方法Verilog HDL支持模块化设计，可以将复杂的电路分解为多个模块，每个模块描述一个子电路的行为。

在本实验中，我们将学习如何设计和实现Verilog模块，并将多个模块组合成一个完整的数字电路。

3. Verilog HDL的仿真和综合工具的使用Verilog HDL可以通过仿真工具进行功能验证，也可以通过综合工具生成实际的硬件电路。

在本实验中，我们将使用Verilog仿真工具对设计的数字电路进行功能验证，并使用综合工具生成对应的硬件电路。

实验步骤：1. 学习Verilog HDL的基本语法和结构2. 设计一个简单的数字电路，并实现Verilog模块描述其行为3. 使用仿真工具对设计的数字电路进行功能验证4. 使用综合工具生成对应的硬件电路实验结果：通过本实验，我们学习了Verilog HDL的基本概念和使用方法，并成功设计和实现了一个简单的数字电路。

我们使用仿真工具对设计的数字电路进行了功能验证，并使用综合工具生成了对应的硬件电路。

实验结果表明，Verilog HDL在数字电路设计中具有重要的应用价值。

verilog hdl应用程序设计实例精讲网上现在有很多关于verilog hdl应用程序设计的资料，但是并没有一个很系统和全面的教程来帮助初学者快速入门。

本文就verilog hdl应用程序设计实例进行了精讲，从基本概念到应用实例一步一步地回答了初学者的问题，帮助大家理解verilog hdl的设计和应用。

一、verilog hdl的基本概念Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于描述数字系统，包括逻辑电路、集成电路等等。

它既可以进行仿真验证，也可以直接生成硬件电路。

简单来说，verilog hdl就是一种用来描述数字系统的语言。

1.1 模块与实例化在verilog hdl中，模块是最基本的设计单元，每个模块包含一个或多个端口和内部逻辑电路。

模块可以包含其他模块，这被称为实例化。

实例化可以理解为创建一个模块的实例，并根据实例进行连接。

1.2 端口和内部信号模块的端口是与其他模块或外部电路连接的接口，可以是输入、输出或双向。

内部信号是模块内部产生和使用的信号，只在模块内部可见。

1.3 组合逻辑与时序逻辑组合逻辑是指只有输入信号改变时才会改变输出信号的逻辑电路，而时序逻辑是指输出信号的改变还受到时钟信号的控制。

在verilog hdl中，可以使用逻辑门、逻辑运算符和条件语句来实现组合逻辑和时序逻辑。

二、verilog hdl应用程序设计实例接下来，我们通过一些实例来展示verilog hdl的应用程序设计。

2.1 4位全加器我们首先来实现一个4位全加器。

全加器是用来实现两个二进制数的加法的电路，它能够实现两个输入和一个进位的相加操作，输出结果和进位。

在verilog hdl 中，可以使用逻辑运算符和条件语句来实现全加器。

2.2 4位加法器我们可以使用四个全加器来实现一个4位加法器。

加法器是用来实现两个二进制数的加法的电路，它能够实现多位的相加操作，输出结果和进位。

2.3 4位计数器计数器是一种能够实现计数功能的电路，它能够根据时钟信号进行计数，并在达到一定数值时输出特定信号。

Verilog HDL程序设计一、实验目的：1．掌握Verilog HDL程序的设计方法2．熟悉Quartus_II 9.0的安装3．熟悉Quartus_II 9.0的使用二、实验工具：Quartus_II 9.0三、上机内容：本上机实验采用Verilog HDL描述一个基本的数字逻辑单元(数据选择器、加法器等)，在Quartus_II 9.0中进行仿真，并观察逻辑综合后得到的RTL图。

Verilog HDL是一种硬件描述语言（HDL: Hardware Discription Language），是一种以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言，用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式，还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。

模块是Verilog 的基本描述单位，用于描述某个设计的功能或结构及其与其他模块通信的外部端口。

一个设计的结构可使用开关级原语、门级原语和用户定义的原语方式描述; 设计的数据流行为使用连续赋值语句进行描述; 时序行为使用过程结构描述。

一个模块可以在另一个模块中调用。

模块的定义从关键字module开始，到关键字endmodule结束，每条Verilog HDL语句以“；”做为结束（块语句、编译向导、endmodule等少数除外）。

一个完整的Verilog模块由以下五个部分组成：1．模块定义行：module module_name (port_list);2．说明部分用于定义不同的项，例如模块描述中使用的寄存器和参数。

语句定义设计的功能和结构。

说明部分和语句可以散布在模块中的任何地方；但是变量、寄存器、线网和参数等的说明部分必须在使用前出现。

为了使模块描述清晰和具有良好的可读性, 最好将所有的说明部分放在语句前。

说明部分包括：寄存器，线网，参数：reg, wire, parameter端口类型说明行：input, output, inout函数、任务：function, task, 等3．描述体部分：这是一个模块最重要的部分，在这里描述模块的行为和功能，子模块的调用和连接，逻辑门的调用，用户自定义部件的调用，初始态赋值，always块，连续赋值语句等等。

veriloghdl课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解Verilog HDL的基本语法和结构，掌握数字电路设计的基本原理；2. 学会使用Verilog HDL进行简单的数字电路设计和仿真；3. 掌握Verilog HDL中的模块化设计方法，能够阅读和分析中等难度的Verilog代码；4. 了解FPGA的基本原理，能够将Verilog HDL代码在FPGA开发板上实现硬件编程。

技能目标：1. 能够运用Verilog HDL编写基本的组合逻辑和时序逻辑电路；2. 独立完成简单的数字信号处理系统的设计、仿真和硬件测试；3. 掌握使用Verilog HDL进行代码调试和优化的基本技巧；4. 培养学生的团队合作能力和问题解决能力，能够在项目中进行有效的沟通与协作。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字电路设计的兴趣，激发学生的创新意识和探索精神；2. 培养学生严谨、细致的学习态度，树立良好的工程伦理观念；3. 增强学生的国家意识，认识到我国在集成电路领域的发展现状和重要性，激发学生的爱国情怀；4. 引导学生树立正确的价值观，认识到科技进步对国家和社会发展的贡献。

本课程针对高年级学生，以项目为导向，注重理论与实践相结合。

在教学过程中，教师需关注学生的学习特点，充分调动学生的主观能动性，培养学生的实际操作能力和创新能力。

课程目标旨在使学生能够掌握Verilog HDL的基本知识和技能，为今后在集成电路设计和开发领域的发展奠定基础。

通过本课程的学习，学生将能够独立完成数字电路的设计和实现，为我国集成电路产业的发展贡献自己的力量。

二、教学内容1. Verilog HDL基础语法：包括数据类型、运算符、赋值语句、控制结构等，对应教材第一章内容；2. 数字电路设计原理：介绍组合逻辑电路和时序逻辑电路设计方法，对应教材第二章内容；3. Verilog HDL模块化设计：学习模块定义、端口声明、模块调用等，对应教材第三章内容；4. 常用数字电路设计实例：分析并实践触发器、计数器、状态机等设计，对应教材第四章内容；5. 仿真与调试技巧：掌握ModelSim仿真工具的使用，学习代码调试和优化方法，对应教材第五章内容；6. FPGA硬件编程：了解FPGA基本原理，学习将Verilog HDL代码烧写到FPGA开发板，对应教材第六章内容；7. 项目实践：分组进行项目设计，包括数字信号处理系统、通信系统等，综合运用所学知识，对应教材第七章内容。

verilog课程设计实验报告一、教学目标本课程旨在通过Verilog硬件描述语言的学习，让学生掌握数字电路设计的自动化工具，理解并实践硬件描述语言在数字系统设计中的应用。

通过本课程的学习，学生应达到以下目标：1.知识目标：–理解Verilog的基本语法和结构。

–掌握Verilog中的模块化设计方法。

–学习常用的Verilog描述技巧，包括逻辑门级建模、行为级建模和结构级建模。

2.技能目标：–能够运用Verilog语言进行简单的数字电路设计。

–学会使用至少一种Verilog仿真工具进行电路功能验证。

–能够阅读和理解Verilog代码，进行简单的代码优化。

3.情感态度价值观目标：–培养学生的团队合作意识，在实验报告中能够体现分工合作的精神。

–培养学生的问题解决能力，鼓励学生在遇到问题时积极寻找解决方案。

–培养学生对新技术的好奇心和学习兴趣，激发他们对电子工程领域的热爱。

二、教学内容依据教学目标，本课程的教学内容将围绕Verilog语言的基础知识、实践应用和项目设计展开。

教学大纲安排如下：1.第一部分：Verilog基础知识（2周）–介绍Verilog的背景和基本概念。

–详细讲解Verilog的数据类型、运算符和语句。

2.第二部分：模块化设计（2周）–讲解模块的定义和封装。

–实践模块的端口声明和模块实例化。

3.第三部分：数字电路的Verilog描述（2周）–通过实例教学，掌握逻辑门、触发器等基本组件的Verilog建模。

–学习组合逻辑和时序逻辑的设计方法。

4.第四部分：仿真与测试（1周）–学习使用仿真工具进行电路功能验证。

–理解并实践测试台（testbench）的编写。

5.第五部分：项目设计（3周）–小组合作完成一个较为复杂的数字系统设计项目。

–包括系统模块的划分、编码、仿真和测试。

三、教学方法为了提高学生的学习效果，将采用多种教学方法相结合的方式进行授课：1.讲授法：用于讲解Verilog的基本概念和语法。

可编程逻辑器件设计实验报告实验名称：第二部分：VerilogHDL基础实验实验目的：掌握Quartus II 软件的基本使用方法，完成基本时序电路设计实验时间： 2014 年 06 月 19 日地点： 803实验室学生姓名：学号：实验名称：简单D触发器实验一简单D触发器1、实验步骤（1）创建工程启动New Project Wizard，创建一个工程。

（2）创建文件选择菜单File—>New—>Verilog HDL File，创建一个Verilog HDL文件，在Verilog HDL文件中编写能够完成实验功能的Verilog HDL代码。

（3）编译工程选择菜单Processing —>Start Compilation，或者单击按钮。

（4）观察RTL视图选择菜单Tools—>Netlist Viewers—>RTL Viewer即可生成RTL视图。

（5）仿真1）.创建VWF文件选择菜单File—>New—>Vector Waveform File2）. 设定“End Time”选择菜单Edit File—> End Time，在弹出的对话框中将Time设置为20us。

3）.在VWF文件中输入信号节点选择菜单View—>Utility Windows—>Node Finder，在出现的对话框中将Filter框中设置为Pins：all，再单击List按钮，从端口列表中选择需要观察的并拖到波形编辑窗口中。

4）.编辑输入信号波形5）.观察仿真结果选择菜单Processing—>Start Simulation，或者单击按钮，观察输出波形。

2. VerilogHDL代码module _DFF (clk,d,q);input clk,d;output q;reg q;always@ (posedge clk)beginq<=d;endendmodule3. RTL 视图4.仿真波形实验二同步置数的D触发器1.实验步骤（1）创建工程启动New Project Wizard，创建一个工程。

《Verilog HDL程序设计与仿真实验报告》1、实验名称：Verilog HDL程序设计与仿真实验2、实验设计要求以及容：利用Verilog HDL语言和描述下列芯片的功能，编写激励测试程序并在Modelsim软件中仿真运行、记录相关波形。

芯片包括：CD4532、74X138、74HC4511、74HC151、74HC85、74HC283、74HC194、74LVC161。

3、实验软件：Modelsim软件。

4、芯片功能与真值表：输入输出CS E00 x x x x x x x x1 0 0 0 0 0 0 0 01 1 x x x x x x x1 0 1 x x x x x x1 0 0 1 x x x x x1 0 0 0 1 x x x x1 0 0 0 0 1 x x x1 0 0 0 0 0 1 x x1 0 0 0 0 0 0 1 x1 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 00 0 0 0 11 1 1 1 01 1 0 1 01 0 1 1 01 0 0 1 00 1 1 1 00 1 0 1 00 0 1 1 00 0 0 1 0输入输出x 1 xx x 11 x x1 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 0x x xx x xx x x0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 1 1 074HC4511：七段显示译码器：十进制或功能输入输出字形LE a b c d e f g0 1 2 3 4 5 6 7 8 9101112131415 01111111111111111111111111111111100 0 00 0 0 100 1 000 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 110 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 11 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 01 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0123456789熄灭熄灭熄灭熄灭熄灭熄灭灯测试x x 0 x x x x 1 1 1 1 1 1 1 8 灭灯x 0 1 x x x x 0 0 0 0 0 0 0 熄灭锁存 1 1 1 x x x x * *输入输出使能选择Y1 0 0 0 0 0 0 0 x x x0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 00 10 1 1 174HC85：4位数值比较器：74HC283：4位二进制全加器：输入输出功能清零控制信号时钟串行输入并行输入CR CP 右移左移LHHHHx xL LL HL HH Lxx↑↑↑x xx xL xH xx Lx x x xx x x xx x x xx x x xx x x xL L L LLHH H H LH H↑↑x Hx xx x x x74LVC161：4位二进制同步计数器：输入输出清零CR 预支PE使能C E P C E T时钟CP预支数据输入进位TCL H H H H xLHHHx xx xL xx LH Hx↑xx↑x x x xx x x xx x x xx x x xL L L L保持保持保持L##L#5、实验具体设计：CD4532-8位优先编码器：模块设计代码：module CD4532(EI,I,Y,GS,EO);//8位优先编码器input EI;input [7:0] I;output reg [2:0] Y;output reg GS,EO;always (EI,I)beginif(EI==0) begin Y=3'd0; GS=0; EO=0; endelse//当EI=1时，实现优先编码器的功能beginGS=1; EO=0;//当编码器输入信号有效时，设定GS、EO的输出值if(I[7]) Y=3'd7; else//根据I的高位情况对Y的输出进行控制if(I[6]) Y=3'd6; elseif(I[5]) Y=3'd5; elseif(I[4]) Y=3'd4; elseif(I[3]) Y=3'd3; elseif(I[2]) Y=3'd2; elseif(I[1]) Y=3'd1; elseif(I[0]) Y=3'd0;elsebegin Y=3'd0; GS=0; EO=1; end//当编码器输入信号无效时，设定GS、EO的输出值 endendendmodule对应testbench设计代码：`timescale 1ns/1ns //设定仿真时间间隔单位，之后的testbench中这句代码功能类似module CD4532_tb;reg [7:0] D_in;// 设定testbench输入数据类型为reg型 reg EI_in;wire [2:0] Q_result;// / 设定testbench输出数据类型为wire型wire GS_result,EO_result;initialbeginEI_in=0;//初始化相关数据的值D_in=8'b0000_0001;#80 EI_in=1;#80 $stop();//上一个语句执行完毕后的80个时间单位后仿真终止endalways #10 //每隔10个时间单位执行一次beginif(D_in==8'b1000_0000)D_in=8'b0000_0001;elseD_in=(D_in<<1);endCD4532 U1(.EI(EI_in),.I(D_in),.Y(Q_result),.GS(GS_result),.EO(EO_result)); endmodule74X138-3 线－8线译码器：模块设计代码：module _74X138(A,EN,Y);//3 线－8线译码器，输出为低电平有效input [2:0] A;input EN;//使能端output reg [7:0] Y;integer k;always (A,EN)beginY=8'b1111_1111;for(k=0;k<=7;k=k+1)beginif((EN==1)&&(A==k))Y[k]=0;//EN=1时根据输入的A进行译码elseY[k]=1;//使能无效时或输入无效endendendmodule对应testbench设计代码：`timescale 1ns/1nsmodule _74X138_tb;reg [2:0] A_in;reg EI_in;wire [7:0] Y_result;initialbeginEI_in=0;A_in=3'b000;#80 EI_in=1;#160 $stop();endalways #10beginif(A_in==3'b111)A_in=3'b000;elseA_in=A_in+1;end_74X138 U1(.A(A_in),.EN(EI_in),.Y(Y_result));endmodule74HC4511-七段显示译码器：模块设计代码：module _74HC4511(D,LE,BL,LT,a,b,c,d,e,f,g);//七段显示译码器input [3:0] D;//输入信号端口input LE,BL,LT;//控制信号output reg a,b,c,d,e,f,g;always(LE,BL,LT,D)beginif(LT==0) {a,b,c,d,e,f,g}=7'b111_1111;//显示器全亮else if(BL==0) {a,b,c,d,e,f,g}=7'b000_0000;//显示器全灭else if(LE==0) {a,b,c,d,e,f,g}={a,b,c,d,e,f,g};//显示器保持当前显示elsecase(D)//根据输入的8421BCD码进行译码4'd0: {a,b,c,d,e,f,g}=7'b111_1110;//04'd1: {a,b,c,d,e,f,g}=7'b011_0000;//14'd2: {a,b,c,d,e,f,g}=7'b110_1101;//24'd3: {a,b,c,d,e,f,g}=7'b111_1001;//34'd4: {a,b,c,d,e,f,g}=7'b011_0011;//44'd5: {a,b,c,d,e,f,g}=7'b101_1011;//54'd6: {a,b,c,d,e,f,g}=7'b001_1111;//64'd7: {a,b,c,d,e,f,g}=7'b111_0000;//74'd8: {a,b,c,d,e,f,g}=7'b111_1111;//84'd9: {a,b,c,d,e,f,g}=7'b111_1011;//9default:{a,b,c,d,e,f,g}=7'b000_0000;//非8421BCD码输入时，不译码 endcaseendendmodule对应testbench设计代码：`timescale 1ns/1nsmodule _74HC4511_tb;reg [3:0] D_in;reg LE_in,BL_in,LT_in;wire A,B,C,D,E,F,G;initialbegin//开始为全亮LE_in=1;//保持，低电平有效BL_in=1;//全灭，低电平有效LT_in=0;//全亮，低电平有效D_in=4'b0000;#100 begin LE_in=1; BL_in=0; LT_in=1; end//全灭#100 begin LE_in=1; BL_in=1; LT_in=1; end//正常显示 #100 begin LE_in=0; BL_in=1; LT_in=1; end//保持#100 $stop();endalways #10beginif(D_in==4'd9)D_in=4'b0000;elseD_in=D_in+1;end_74HC4511 U1(D_in,LE_in,BL_in,LT_in,A,B,C,D,E,F,G); endmodule74HC151-八选一数据选择器：模块设计代码：module _74HC151(S,D,E,Y0,Y1);//八选一数据选择器input [2:0] S;//控制信号input [7:0] D;//输入信号input E;//使能端output reg Y0,Y1;//Y0,Y1分别为同相和反相输出信号always(E,S,D)beginif(~E)begin Y0=0; Y1=1; end//不工作，输出默认信号elsebegincase(S)//根据控制信号选择不同通道的输入信号作为输出3'b000: begin Y0=D[0]; Y1=~Y0; end//03'b001: begin Y0=D[1]; Y1=~Y0; end//13'b010: begin Y0=D[2]; Y1=~Y0; end//23'b011: begin Y0=D[3]; Y1=~Y0; end//33'b100: begin Y0=D[4]; Y1=~Y0; end//43'b101: begin Y0=D[5]; Y1=~Y0; end//53'b110: begin Y0=D[6]; Y1=~Y0; end//63'b111: begin Y0=D[7]; Y1=~Y0; end//7default: begin Y0=0; Y1=~Y0; end//若控制信号不符合要求则输出默认信号endcaseendendendmodule对应testbench设计代码：`timescale 1ns/1nsmodule _74HC151_tb;reg [2:0] S_in;reg [7:0] D_in;reg E_in;wire Y0_result,Y1_result;initialbeginE_in=0;S_in=3'b000;D_in=8'b0010_0110;#80 E_in=1;#80 D_in=8'b1001_1110;#80 E_in=0;#80 $stop();endalways #10beginif(S_in==3'b111)S_in=3'b000;elseS_in=S_in+1;end_74HC151 U1(S_in,D_in,E_in,Y0_result,Y1_result);Endmodule74HC85-4位数值比较器：模块设计代码：module _74HC85(A,B,I0,I1,I2,Fab0,Fab1,Fab2);//4位数值比较器,以下均为高电平有效 input [3:0] A,B;//输入信号input I0,I1,I2;//低位比较结果,依次为低位A=B,A<B,A>Boutput reg Fab0,Fab1,Fab2;//输出信号Fab0,Fab1,Fab2依次为A=B,A<B,A>B.reg F000,F001,F002,F110,F111,F112,F220,F221,F222,F330,F331,F332;//中间节点，依次对应Ai=Bi,Ai<Bi,Ai>Bi.i为位数(0~3)always(A,B,I0,I1,I2)beginif(A[3]>B[3])//比较第4位begin F330=0; F331=0; F332=1; endelse if(A[3]<B[3])begin F330=0; F331=1; F332=0; endelsebegin F330=1; F331=0; F332=0; endif(A[2]>B[2])//比较第3位begin F220=0; F221=0; F222=1; endelse if(A[2]<B[2])begin F220=0; F221=1; F222=0; endelsebegin F220=1; F221=0; F222=0; endif(A[1]>B[1])//比较第2位begin F110=0; F111=0; F112=1; endelse if(A[1]<B[1])begin F110=0; F111=1; F112=0; endelsebegin F110=1; F111=0; F112=0; endif(A[0]>B[0])//比较第1位begin F000=0; F001=0; F002=1; endelse if(A[0]<B[0])begin F000=0; F001=1; F002=0; endelsebegin F000=1; F001=0; F002=0; end//输出结果如下if((F000&&F110&&F220&&F330)&&I0)//低位进位信号出错begin Fab2=0; Fab1=0; Fab0=1; endelse if((F000&&F110&&F220&&F330)&&(~I0&&I1&&I2))//低位进位信号出错begin Fab2=0; Fab1=0; Fab0=0; endelse if((F000&&F110&&F220&&F330)&&(~I0&&~I1&&~I2))//低位进位信号出错begin Fab2=1; Fab1=1; Fab0=0; endelse//低位进位信号正常beginFab2=F332||F330&&F222||F330&&F220&&F112||F330&&F220&&F110&&F002||F330&&F220&&F110&&F000&&I2;Fab1=F331||F330&&F221||F330&&F220&&F111||F330&&F220&&F110&&F001||F330&&F220&&F110&&F000&&I1;Fab0=F330&&F220&&F110&&F000&&I0;endendendmodule对应testbench设计代码：`timescale 1ns/1nsmodule _74HC85_tb;reg [3:0] A_in,B_in;reg I0_in,I1_in,I2_in;wire Fab0_result,Fab1_result,Fab2_result;initialbeginI0_in=0;I1_in=0;I2_in=0;A_in=4'b1010;B_in=4'b0111;#10 begin I0_in=1; I1_in=0; I2_in=0; end//低位A=B#10 begin I0_in=0; I1_in=1; I2_in=0; end//低位A<B#10 begin I0_in=0; I1_in=0; I2_in=1; end//低位A>B#10 begin I0_in=0; I1_in=0; I2_in=0; //低位归位A_in=4'b0100; B_in=4'b1001; end#10 begin I0_in=1; I1_in=0; I2_in=0; end//低位A=B#10 begin I0_in=0; I1_in=1; I2_in=0; end//低位A<B#10 begin I0_in=0; I1_in=0; I2_in=1; end//低位A>B#10 begin I0_in=0; I1_in=0; I2_in=0; //低位归位A_in=4'b0010; B_in=4'b0010; end#10 begin I0_in=1; I1_in=0; I2_in=0; end//低位A=B#10 begin I0_in=0; I1_in=1; I2_in=0; end//低位A<B#10 begin I0_in=0; I1_in=0; I2_in=1; end//低位A>B#10 $stop();end_74HC85 U1(A_in,B_in,I0_in,I1_in,I2_in,Fab0_result,Fab1_result,Fab2_result); endmodule74HC283-4位二进制全加器：模块设计代码：module _74HC283(A,B,Ci,Co,S);//4位二进制全加器input Ci;//低位进位信号input [3:0] A,B;//输入信号output reg [3:0] S;//输出结果output reg Co;//高位进位信号Co=C[3]reg [3:0] C,G,P;integer k;always(A,B,Ci)beginfor(k=0;k<4;k=k+1)beginG[k]=A[k]&&B[k];P[k]=A[k]&&~B[k]||~A[k]&&B[k];endC[0]=G[0]||P[0]&&Ci;C[1]=G[1]||P[1]&&C[0];C[2]=G[2]||P[2]&&C[1];C[3]=G[3]||P[3]&&C[2];S[0]=P[0]&&~Ci||~P[0]&&Ci;S[1]=P[1]&&~C[0]||~P[1]&&C[0];S[2]=P[2]&&~C[1]||~P[2]&&C[1];S[3]=P[3]&&~C[2]||~P[3]&&C[2];Co=C[3];endendmodule对应testbench设计代码：`timescale 1ns/1nsmodule _74HC283_tb;reg [3:0] A_in,B_in;reg Ci_in;//低位进位信号wire [3:0] S_out;//本位相加结果wire Co_out;//高位进位信号initialbeginCi_in=0;A_in=4'b1010;B_in=4'b0111;#10 begin A_in=4'b0011; B_in=4'b1111; end#10 begin A_in=4'b0101; B_in=4'b1001; end#10 begin A_in=4'b1111; B_in=4'b0010; end#10 $stop();endalways #5beginCi_in=~Ci_in;//循环改变低位进位信号end_74HC283 U1(A_in,B_in,Ci_in,Co_out,S_out);endmodule74HC194-4位双向移位寄存器：模块设计代码：module _74HC194(S0,S1,Dsl,Dsr,CP,CR,D,Q);//4位双向移位寄存器_P339 input S0,S1;//输入端口input Dsr,Dsl;//串行数据输入input CP,CR;//时钟和清零input [3:0] D;//并行数据输入output reg [3:0] Q;//输出结果always(posedge CP, negedge CR)beginif(~CR) Q<=4'b0000;//异步清零elsecase({S1,S0})2'b00:Q<=Q;//输出保持不变2'b01:Q<={Q[2:0],Dsr};//右移，低位移向高位2'b10:Q<={Dsl,Q[3:1]};//左移，高位移向低位2'b11:Q<=D;//并行置数endcaseendendmodule对应testbench设计代码：`timescale 1ns/1nsmodule _74HC194_tb;reg [3:0] D_in;//并行数据输入reg S0_in,S1_in;//控制信号输入端口reg Dsr_in,Dsl_in;//串行数据输入reg CP_in,CR_in;//时钟和清零，清零为低电平有效wire [3:0] Q_out;//输出结果initialbeginCP_in=1;CR_in=1;S0_in=1;S1_in=1;//开始先输入串行数据Dsr_in=0;Dsl_in=0;D_in=4'b0110;#243 CR_in=~CR_in;#20 $stop();endalways #5beginCP_in=~CP_in;//周期为10ns的时钟信号endalways #15//循环调整控制输入信号，周期60nsbegincase({S1_in,S0_in})2'b00:begin S1_in=0; S0_in=1; end2'b01:begin S1_in=1; S0_in=0; end2'b10:begin S1_in=1; S0_in=1; end2'b11:begin S1_in=0; S0_in=0; endendcaseendalways #10//循环调整串行数据输入信号，周期40nsbegincase({Dsr_in,Dsl_in})2'b00:begin Dsr_in=0; Dsl_in=1; end2'b01:begin Dsr_in=1; Dsl_in=0; end2'b10:begin Dsr_in=1; Dsl_in=1; end2'b11:begin Dsr_in=0; Dsl_in=0; endendcaseend_74HC194 U1(S0_in,S1_in,Dsl_in,Dsr_in,CP_in,CR_in,D_in,Q_out);endmodule74LVC161-4位二进制同步计数器：模块设计代码：module _74LVC161(CEP,CET,PE,CP,CR,D,TC,Q);//4位二进制同步计数器_P340 input CEP,CET,PE,CP,CR;//输入端口input [3:0] D;//并行数据输入output TC;//进位输出output reg [3:0] Q;//输出结果wire CE;assign CE=CEP&CET;//CE=1时计数器计数assign TC=CET&PE&(Q==4'b1111);//产生进位输出信号always(posedge CP, negedge CR)beginif(~CR) Q<=4'b0000;//异步清零else if(~PE) Q<=D;//PE=0,同步输入数据else if(CE)beginif((TC==1)&&(Q==4'b1111))Q<=4'b0000;//计数器计满后自动归零elseQ<=Q+1'b1;//加1计数endelse Q<=Q;//保持输出不变endendmodule对应testbench设计代码：`timescale 1ns/1nsmodule _74LVC161_tb;reg CEP_in,CET_in,PE_in,CP_in,CR_in;//输入端口reg [3:0] D_in;//并行数据输入wire TC_out;//进位输出wire [3:0] Q_out;//输出结果initialbeginCEP_in=0;CET_in=1;PE_in=0;CP_in=1;CR_in=1;D_in=4'b1101;#10 begin PE_in=1;D_in=4'b1001; end#20 begin CEP_in=1; CET_in=1; end#220 begin PE_in=0; end#23 CR_in=~CR_in;#20 $stop();endalways #5beginCP_in=~CP_in;//周期为10ns的时钟信号end_74LVC161 U1(CEP_in,CET_in,PE_in,CP_in,CR_in,D_in,TC_out,Q_out);endmodule6、输出仿真波形以及相关数据：CD4532-8位优先编码器:以下波形由上至下依次是：D_in, EI_in, Q_result, GS_result, EO_result;74X138-3 线－8线译码器:以下波形由上至下依次是：A_in, EI_in, Y_result;74HC4511-七段显示译码器:以下波形由上至下依次是：D_in, LE_in, LT_in, A, B, C, D, E, F, G;74HC151-八选一数据选择器:以下波形由上至下依次是：S_in, D_in, E_in, Y0_result, Y1_result;74HC85-4位数值比较器:以下波形由上至下依次是：A_in, B_in, I0_in, I1_in, I2_in, Fab0_result, Fab1_result, Fab2_result;74HC283-4位二进制全加器:以下波形由上至下依次是：A_in, B_in, S_out, Co_out;74HC194-4位双向移位寄存器:以下波形由上至下依次是：D_in, S0_in, S1_in,Dsr_in, Dsl_in, CP_in, CR_in, Q_out;74LVC161-4位二进制同步计数器:以下波形由上至下依次是：CEP_in, CET_in, PE_in, CP_in, CR_in, D_in, T_out, Q_out;7、仿真结果分析：仿真输出波形符合预期，与芯片的功能表描述的功能相符。