模可变计数器设计(Verilog语言)概览

verilog教程Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于描述数字系统的行为和结构。

它是一种流行的HDL，广泛用于硬件设计和验证领域。

本教程将介绍Verilog的基本概念和语法，以帮助初学者入门。

一、Verilog的基本概念1.1 什么是VerilogVerilog是一种描述数字系统的语言，它可以用来描述硬件电路、验证设计的正确性以及进行电路仿真。

1.2 Verilog的应用领域Verilog广泛应用于硬件设计和验证领域，包括用于开发ASIC（应用特定集成电路）、FPGA（现场可编程门阵列）以及其他数字系统的设计。

1.3 Verilog的版本Verilog有多个版本，包括Verilog-1995、Verilog-2001以及最新的Verilog-2005、这些版本之间有一些语法和功能上的差异。

二、Verilog的语法结构2.1模块和端口在Verilog中，所有的电路描述都是由模块（module）组成的。

模块是电路的基本组成单元，可以看作是一个黑盒子，它接受一些输入，产生一些输出。

2.2信号声明在Verilog中，我们需要声明所有的输入和输出信号。

可以使用`input`和`output`关键字来声明这些信号。

2.3电路实现Verilog允许使用多种语句和结构来描述电路的行为和结构。

这些语句包括顺序语句、条件语句、循环语句以及层次结构。

2.4实例化模块在一个模块中，我们可以实例化其他的模块。

这样可以将一个大的电路拆分成多个小的模块，方便编写和测试。

三、Verilog的仿真和验证3.1静态验证Verilog语言本身提供了很多语法和语义层面的验证功能，对于语法和类型错误会有相应的提示。

3.2激励设计在进行电路验证时，我们需要为输入信号提供激励。

Verilog提供了一种称为`testbench`的特殊模块，用于生成输入信号并将其应用到待验证的电路中。

3.3波形仿真在Verilog中，我们可以使用仿真器来模拟电路的行为，并生成波形图来验证电路是否按预期工作。

南昌大学实验报告学生姓名：柳宇航学号：6102113025专业班级：通信工程中兴131班实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：2015.10.22实验成绩：实验一模可变计数器的设计（一）实验要求完成设计、仿真、调试、下载、硬件测试等环节，在EDA实验装置上实现模可变计数器功能，具体要求如下：1、设置一个按键控制改变模值，按键按下时模为10-99之间（具体数值自行确定）的数，没按下时模为100-199之间（具体数值自行确定）的数；2、计数结果用三位数码管十进制显示。

（二）实验步骤1.选定M=0时，实现模值为17的计数；M=1时，实现模值为119的计数。

2.建立工作库文件夹，输入计数器的Verilog代码并存盘。

3.选目标器件CycloneII中的EP2C35F672C8并编译。

4.建立仿真波形文件，设置仿真结束时间和输入条件，进行波形仿真。

图1仿真波形的建立图2M=0时模17计数仿真M=0时,计数到16，灯亮M=1M=0复位M=1时,计数到118，灯亮图3M=1时模119计数仿真波形分析：当RST为高电平时，计数清零。

当RST为低电平，使能位EN为高电平时，开始计数：模控制位M为低电平时，则计数器记到16时归0后重新计数，实现模为17的计数功能；模控制位M为高电平时，则计数器记到118时归0后重新计数，实现模为119的计数功能。

当EN 为低电平时，暂停计数。

5.管脚分配clk PIN_C13en PIN_A5m PIN_B5rst PIN_A6sel[0]PIN_G18sel[1]PIN_G17sel[2]PIN_G16SG[0]PIN_F13SG[1]PIN_F14SG[2]PIN_F15SG[3]PIN_E15SG[4]PIN_F16SG[5]PIN_F17SG[6]PIN_E18SG[7]PIN_F18d[0]PIN_H106.下载测试。

下载到实验箱上测试，下推K7（M=0），可以从实验箱数码管观察到0～16模17计数。

计数器（1）：Verilog常⽤写法 计数器是⾮常基本的使⽤，没有计数器就⽆法处理时序。

我在学习时发现市⾯上有⼏种不同的计数器写法，⾮常有趣，在此记录下来：⼀、时序逻辑和组合逻辑彻底分开1.代码1//======================================================================2// --- 名称 : Count_13// --- 作者 : xianyu_FPGA4// --- ⽇期 : 2018-12-105// --- 描述 : 模10计数器，0到10循环累加6//======================================================================78module Count_19 (10input clk ,11input rst_n ,12output reg [ 3:0] cnt13 );1415//----------------------------------------------------------------------16//-- 组合电路17//----------------------------------------------------------------------18reg [ 3:0] cnt_n ;1920always @(*)begin21if(cnt == 4'd9)22 cnt_n = 4'd0;23else24 cnt_n = cnt + 1'b1;25end2627//----------------------------------------------------------------------28//-- 时序电路29//----------------------------------------------------------------------30always @(posedge clk or negedge rst_n)begin31if(!rst_n)32 cnt <= 4'b0;33else34 cnt <= cnt_n;35end3637endmodule3839/*40//----------------------------------------------------------------------41//-- 组合电路也可以这样写42//----------------------------------------------------------------------43wire [ 3:0] cnt_n ;4445assign cnt_n = (cnt==4'd9)? 4'd0 : cnt+1'b1;4647*/2.写法1的RTL视图3.写法2的RTL视图⼆、最常见的写法1.代码1//======================================================================2// --- 名称 : Count_23// --- 作者 : xianyu_FPGA4// --- ⽇期 : 2018-12-105// --- 描述 : 模10计数器，0到10循环累加6//======================================================================78module Count_29 (10input clk ,11input rst_n ,12output reg [ 3:0] cnt13 );1415always @(posedge clk or negedge rst_n)begin16if(!rst_n)17 cnt <= 4'd0;18else if(cnt==4'd9)19 cnt <= 4'd0;20else21 cnt <= cnt + 1'b1;22end23242526endmodule2.RTL视图三.代码⽚段写法1.代码1//====================================================================== 2// --- 名称 : Count_33// --- 作者 : xianyu_FPGA4// --- ⽇期 : 2018-12-105// --- 描述 : 模10计数器，0到10循环累加6//====================================================================== 78module Count_39//---------------------<端⼝声明>---------------------------------------10 (11input clk ,12input rst_n ,13output reg [ 3:0] cnt14 );15//---------------------<信号定义>---------------------------------------16wire add_cnt ;17wire end_cnt ;1819//----------------------------------------------------------------------20//-- 0-9计数21//----------------------------------------------------------------------22always @(posedge clk or negedge rst_n)begin23if(!rst_n)24 cnt <= 'd0;25else if(add_cnt)begin26if(end_cnt)27 cnt <= 'd0;28else29 cnt <= cnt + 1'b1;30end31else32 cnt <= cnt;33end3435assign add_cnt = 1;36assign end_cnt = add_cnt && cnt==10-1;3738394041endmodule2.RTL视图四、⾃减计数器（较少⽤到）1.代码1//====================================================================== 2// --- 名称 : Count_43// --- 作者 : xianyu_FPGA4// --- ⽇期 : 2018-12-195// --- 描述 : 模10⾃减计数器，10到0循环累减6//====================================================================== 78module Count_49//---------------------<端⼝声明>---------------------------------------10 (11input clk ,12input rst_n ,13output reg [ 3:0] cnt14 );15//---------------------<参数定义>---------------------------------------16parameter CNT_MAX = 10 ;1718//----------------------------------------------------------------------19//-- 10到0循环累减20//----------------------------------------------------------------------21always @(posedge clk or negedge rst_n)begin22if(!rst_n) begin23 cnt <= 0;24end25else if(cnt==0) begin26 cnt <= CNT_MAX;27end28else begin29 cnt <= cnt - 1;30end31end323334endmodule2.RTL视图3.仿真波形五、新学到的⼀种⾮常简洁的计数器 本以为计数器就是这样了，近来学习开源骚客《SDRAM那些事⼉》系列教程，⼜发现⼀种新的写法，对于特定功能的实现上⾮常简洁。

实验六Verilog设计分频器/计数器电路一、实验目的1进一步掌握最基本时序电路的实现方法；2学习分频器/计数器时序电路程序的编写方法；3进一步学习同步和异步时序电路程序的编写方法。

二、实验内容1、用Verilog设计一个10分频的分频器，要求输入为clock（上升沿有效），reset（低电平复位），输出clockout为5个clock周期的低电平，5个clock周期的高电平），文件命名为fenpinqi10.v。

2、用Verilog设计一异步清零的十进制加法计数器，要求输入为时钟端CLK（上升沿）和异步清除端CLR（高电平复位），输出为进位端C和4位计数输出端Q，文件命名为couter10.v。

3、用Verilog设计8位同步二进制加减法计数器，输入为时钟端CLK（上升沿有效）和异步清除端CLR（低电平有效），加减控制端UPDOWN，当UPDOWN为1时执行加法计数，为0时执行减法计数；输出为进位端C和8位计数输出端Q，文件命名为couter8.v。

4、用VERILOG设计一可变模数计数器，设计要求：令输入信号M1和M0控制计数模，当M1M0=00时为模18加法计数器；M1M0=01时为模4加法计数器；当M1M0=10时为模12加法计数器；M1M0=11时为模6加法计数器，输入clk上升沿有效，文件命名为mcout5.v。

5、VerilogHDL设计有时钟时能的两位十进制计数器，有时钟使能的两位十进制计数器的元件符号如图所示，CLK是时钟输入端，上升沿有效；ENA是时钟使能控制输入端，高电平有效，当ENA=1时，时钟CLK才能输入；CLR是复位输入端，高电平有效，异步清零；Q[3..0]是计数器低4位状态输出端，Q[7..0]是高4位状态输出端；COUT是进位输出端。

三、实验步骤：第一个实验：1、打开QuartusII，新建一个工程f_fenpinq10yjq2、新建一个Verilog HDL文件3、输入程序：module fenpinqi10(clk,reset,clkout);input clk,reset;output clkout;reg clkout;reg[2:0] cnt;always @(posedge clk , negedge reset)beginif(!reset)begin clkout<=0;cnt<=0;endelse if(cnt==4)begin cnt<=0;clkout<=~clkout;endelse cnt<=cnt+1;endendmodule4、设置顶层实体名(点settings>general >下拉选fenpinqi10)5、编译6、执行file>Create/Update>Create Symbol Files for Current Flie为VHDI设计文件生成原件符号7、建立波形文件8、导入引脚9、仿真结果如下：总结：仿真结果与实验一的题意相符，所以仿真正确。

数字电路与逻辑设计实训课程学习总结基于Verilog的多功能计数器设计与实现数字电路与逻辑设计是计算机科学与技术专业的一门重要课程，通过学习这门课程，我深入了解了数字电路与逻辑设计的基本原理和Verilog语言的应用。

在实践中，我通过设计与实现基于Verilog的多功能计数器，不仅巩固了理论知识，而且提高了自己的实践能力和问题解决能力。

首先，在学习数字电路与逻辑设计的过程中，我了解到数字电路是基于二进制运算的电子电路系统，其中包括了门电路、触发器、寄存器等基本组件。

通过对这些组件的学习和理解，我能够准确地分析和设计各种数字电路电子产品。

其次，我学习了Verilog语言的基本语法和使用方法。

Verilog是一种硬件描述语言，可以用来描述数字电路的结构和功能。

通过学习Verilog语言，我可以使用模块化和层次化的设计思路来实现复杂的数字电路功能。

在实践中，我选择了设计和实现一个多功能计数器作为我的项目。

该多功能计数器能够实现多种计数模式，并且能够通过外部输入信号进行控制。

在设计的过程中，我首先进行了功能需求的分析和设计，然后结合Verilog语言的特点，采用模块化设计的思路，将计数器分为了多个子模块，分别实现不同的功能。

最后，我进行了仿真和综合验证，确保设计的正确性和稳定性。

在实现的过程中，我遇到了一些困难和问题，但通过查阅资料和与同学的讨论，我逐渐解决了这些问题。

例如，在设计过程中，我遇到了一些时序逻辑的问题，通过调整时钟信号和状态转移的顺序，最终解决了这些问题。

另外，在测试和验证的过程中，我遇到了一些功能异常的情况，通过对代码的仔细分析和调试，最终找到了问题的源头并进行了修复。

通过这个实训项目，我不仅深入理解了数字电路与逻辑设计的原理，还提高了我的实践能力和问题解决能力。

我学会了如何使用Verilog语言来描述和实现数字电路，如何进行功能需求的分析和设计，如何进行仿真和综合验证。

这对于我今后的学习和工作都具有重要的意义。

Verilog数字时钟计数器电路设计一、引言Verilog是一种硬件描述语言，用于描述、设计和模拟数字电路。

数字时钟计数器电路是数字电子系统中常见的模块，用于产生时钟信号和计数功能。

本文将介绍如何使用Verilog语言设计数字时钟计数器电路。

二、电路功能数字时钟计数器电路的功能是产生一个稳定的时钟信号，并实现计数功能，用于驱动数字系统中的时序逻辑。

该电路通常包括时钟发生器和计数器两部分，时钟发生器用于产生稳定的时钟信号，而计数器用于对时钟信号进行计数。

三、Verilog语言简介Verilog是一种硬件描述语言，它可以用于描述数字电路的结构、行为和时序特性。

Verilog语言具有丰富的语法结构，包括模块、端口、信号、赋值语句、过程块等，可以描述数字电路中的各种逻辑和时序操作。

四、数字时钟计数器电路设计1. 模块定义我们需要使用Verilog语言定义数字时钟计数器的模块。

模块是Verilog语言中的最基本单元，用于描述数字电路的结构和行为。

以下是数字时钟计数器模块的定义：```verilogmodule clk_counter(input wire clk,input wire rst,output reg [3:0] count);```在上面的代码中，我们定义了一个名为`clk_counter`的模块，该模块包括一个时钟输入`clk`、一个复位输入`rst`和一个4位计数输出`count`。

2. 时钟发生器接下来，我们需要设计时钟发生器模块，用于产生稳定的时钟信号。

以下是时钟发生器模块的定义：```verilogmodule clk_generator(output reg clk);always #10 clk = ~clk;endmodule```在上面的代码中，我们定义了一个名为`clk_generator`的模块，该模块包括一个时钟输出`clk`。

通过`always`块和`#10`延时控制，我们实现了一个简单的时钟发生器，每10个时间单位翻转一次。

verilog数字系统设计教程Verilog数字系统设计教程作者：XXX引言：数字系统设计是现代电子工程中非常重要的一部分。

Verilog作为一种硬件描述语言，提供了一种方便且专业的方法来设计和描述数字系统。

本教程旨在为初学者提供关于Verilog数字系统设计的详细介绍和指导。

1. Verilog简介Verilog作为一种硬件描述语言，用于描述数字系统的功能、结构和时序行为。

它类似于C语言，但更专注于硬件级别。

Verilog可以用于设计各种数字系统，例如处理器、嵌入式系统、通信设备等。

2. Verilog基本语法2.1 模块定义Verilog的基本单位是模块。

模块是数字系统的基本组成部分，可以看作是一个独立的功能单元。

模块可以包含输入、输出、内部信号以及其它子模块等。

2.2 信号声明在Verilog中，可以声明各种类型的信号，包括输入信号、输出信号和内部信号等。

信号声明定义了信号的类型、宽度和方向。

3. Verilog建模3.1 组合逻辑建模组合逻辑是数字系统中最基本的部分。

Verilog提供了各种组合逻辑建模的方法，包括逻辑运算、选择结构和多路复用器等。

3.2 时序逻辑建模时序逻辑是数字系统中需要考虑时序关系的部分。

Verilog提供了时序逻辑建模的方法，包括触发器、计数器和时序控制等。

4. Verilog仿真4.1 仿真器介绍仿真器是用于验证数字系统设计的工具。

Verilog可以与各种仿真器配合使用，用于验证设计的正确性和性能。

4.2 仿真流程仿真流程包括编写测试平台和测试用例、编译和仿真等步骤。

本节将介绍基本的仿真流程和相关技巧。

5. Verilog综合5.1 综合概述综合是将Verilog代码转换为逻辑门级描述的过程。

综合器通过将Verilog代码映射到实际的硬件库中，生成能够实现指定功能的逻辑电路。

5.2 综合流程综合流程包括综合前的优化和综合本身两个阶段。

本节将介绍综合的基本流程和主要考虑因素。

基于Verilog 的任意模长可加减计数器设计一、设计要求计数器是一种在时钟的触发下，完成计数功能的时序逻辑电路，输出结果由输入时钟和计数器上一状态的计数共同决定。

本设计要求实现的计数器，具有以下功能：（1）要求实现计数器工作状态的控制；（2）要求实现计数器的异步清零功能；（3）要求实现计数器递增和递减的功能；（4）要求实现计数器的计数范围（模长）任意改变；二、设计思路计数器工作状态的控制，可以设计一个使能端，在外部时钟的触发下，只有当使能端信号有效（高电平），才启动计数器的计数功能（递增或递减），否则计数器输出结果不变。

计数器的异步清零功能，可以设计一个外部输入的清零端，在外部输入信号有效（低电平）的情况下，直接清零计数器，不用等待下一个外部时钟的触发，即计数器的清零是异步的。

计数器计数方向的控制，设计一个加减可控的信号端口，在时钟的触发、异步清零无效以及计数器使能端有效的情况下，该输入端为高电平则计数器完成递增功能，低电平则完成递减功能。

实现计数器的任意模长，即进入下一个计数周期，其计数的最大值可以发生变化。

设计一个4位（最大模长为16）的输入端口，可以在当前计数周期结束，即计数器产生一个溢出信号的同时，判断该端口输入的信号是否发生变化，通过相邻两个计数周期的端口数据作异或运算，结果为高电平则代表模长发生变化，即进入的下一个计数周期，其计数最大值要发生变化。

三、程序设计本次设计使用的是Quartus 11.0开发环境，该软件没有自带仿真功能（9.0版本以后都没自带），需要使用第三方的Modelsim软件，故本设计的程序包括计数器的Verilog设计以及仿真测试需要的testbench激励文件两部分。

计数器的Verilog设计：module Prj(clk,rst_input,en,add_sub,data_input,full,data_output);input clk; // 外部时钟input rst_input; // 外部清零（异步）input en; // 计数使能input add_sub; // 计数方向input [3:0] data_input; // 计数器模长输入output reg full; // 计完当前模长output [3:0] data_output; // 计数器输出reg [3:0] current_counter;// 当前计数值（输出）reg update_length_en; // 改变模长的使能信号// 当前计数周期与上个计数周期的模长输入reg [3:0] current_clk_data_input,last_clk_data_in put;reg [3:0] counter_length; // 下个计数周期的模长reg [1:0] k;always @(posedge clk,negedge rst_input) beginif(!rst_input) // 异步清零beginfull=0;current_counter=0;endelse if(en) // 计数使能beginif(add_sub) // 加法器beginif(current_counter<(counter_length-1))begincurrent_counter=current_counter+1;full=0;endelse// 加法器计数完产生full脉冲以触发// 判断下个计数周期的模长是否变化begincurrent_counter=0;full=1; //full输出endendelse // 减法器beginif(current_counter>0)begincurrent_counter=current_counter-1;full=0;endelse // 减法器计数完begincurrent_counter=counter_length-1;full=1;endendendend//驱动当前计数输出assign data_output=current_counter;initialbegink=1; // k=1 表示启动计数器的第一个计数周期endalways @(posedge full) // 加法器/减法器完成当前周期计数// 计完当前周期（即full有效）才更新beginlast_clk_data_input<=data_input; // 上个周期的模长current_clk_data_input=data_input;//当前周期的模长update_length_en<=last_clk_data_input^current_clk_data_input;// update_length_en为更新计数器模长的使能端,// 异或运算使能端为0代表模长变化 1不变k=k+1; // k的初值为1，k变化说明计数模长更改过了if(k==2'd3)k=2;endalways @(posedge clk)beginif(update_length_en) // 使能有效计数模长变化counter_length=current_clk_data_input;elsebeginif(k>=2)// 下个周期计数器模长不变（保持上次更改的）counter_length=last_clk_data_input;if(k==1)// 整个计数器系统，最初的模长（一次没更改过）counter_length=data_input;endendendmodule测试激励文件testbench：`timescale 1 ps/ 1 psmodule Prj_vlg_tst();reg add_sub;reg clk;reg [3:0] data_input;reg en;reg rst_input;wire [3:0] data_output;wire full;Prj i1 (.add_sub(add_sub),.clk(clk),.data_input(data_input),.data_output(data_output),.en(en),.full(full),.rst_input(rst_input));parameter clk_period=10; // 时钟周期initial // 初始化使能端、清零端和时钟信号beginen=1;rst_input=1;clk=1;#(46*clk_period) en=0;#(3*clk_period) en=1;#(4*clk_period) rst_input=0;#(2*clk_period) rst_input=1;endalways #(clk_period/2) clk=~clk;initialbegin// 计数器模长分别为6 4 5 3// 左边为上一模长持续的时钟个数data_input=4'b0110;#(22*clk_period) data_input=4'b0100;#(12*clk_period) data_input=4'b0101;#(12*clk_period) data_input=4'b0011;#(5*clk_period);endinitialbegin// 计数器计数方向的改变// 左边为递增递减持续的时钟个数add_sub=1;#(9*clk_period) add_sub=0;#(10*clk_period) add_sub=1;#(13*clk_period) add_sub=0;#(4*clk_period) add_sub=1;endendmodule四、仿真结果如图1所示，最开始计数器输入的模长data_input为6，在计数方向控制端add_sub为高电平的情况下，可以从0计数到5，在add_sub为低电平的情况下，可以实现计数器的递减；当计数器模长data_input变为4的时候，先计完当前周期的模长（0到5），才开始模长为4的计数（0到3）。