计算机科学与技术学院
目录
1数据通路实验 (1)
1.1实验目的 (1)
1.2实验内容及要求 (1)
1.3实验方案 (2)
1.4实验步骤 (2)
1.5故障及分析 (2)
1.6仿真与结果 (3)
1.7心得与体会 (4)
2FSM实验 (6)
2.1实验目的 (6)
2.2实验内容及要求 (6)
2.3实验方案 (7)
2.4实验步骤 (7)
2.5故障及分析 (8)
2.6仿真与结果 (8)
2.7心得与体会 (9)
3意见和建议 (11)
4附录 (13)
1 数据通路实验
1.1 实验目的
综合应用掌握的简单组合电路和时序电路的设计方法，完成一个简单的数据通路的设计。
1.2 实验内容及要求
1. 根据下图给出的数据通路（图中R0、R1和ACC是寄存器，+是加法器，其它则是多路选择器），完成相应的Verilog程序设计，图中数据线的宽度为8位，要求可以扩充至16位或者是32位；
2. 根据下图给出的数据通路（图中SUM和NEXT是寄存器，Memory是存储器，+是加法器，==0是比较器，其它则是多路选择器），完成相应的Verilog程序设
计，图中数据线的宽度为8位，要求可以扩充至16位或者是32位。
实验要求：程序必须自己编写，满足数据通路设计要求，综合结果正确。
1.3 实验方案
根据要求，先把选择器、加法器、寄存器、比较器和存储器分模块编写，在主模块中根据数据通路调用即可。题目中要求数据线宽度为8位，并且可以扩充至16位或32位，所以在前面定义WIDTH，利用parameter的参数传递功能来实现。
1.4 实验步骤
1.分模块编写代码（见附录）
2.运行综合Run Synthesis
3.综合成功后检查RTL Analysis中的电路图Schematic
1.5 故障及分析
刚开始跑出来很多线是断的，后来发现是引脚对应部分的代码没有写完整。后来加法器和ACC的参数顺序写错，导致接线与题给的不一致，发现问题后及时改
正了。
1.6 仿真与结果
Schematic图形如下：
第一个数据通路：
第二个数据通路：
由以上两图可得，成功完成了要求的数据通路的设计，满足了各基本器件的输入输出链接要求；改变数据线宽度后再检查电路图，发现数据线做出相应改变，完成该实验。
1.7 心得与体会
对数据通路的设计有了更好的理解，明白了数据通路的基本器件构成，熟悉了这些器件的功能和端口，掌握了Verilog完成基本运算器件的设计，完成了数据通路的设计。
2 FSM实验
2.1 实验目的
掌握用Verilog语言进行FSM设计、实现和仿真的方法。
2.2 实验内容及要求
5.1_1、用FSM实现一个mealy型序列检测器，对一位的串行输入序列中的“1”的数量进行检测。如果“1”的总数可以被3整除，输出“1”，否则输出“0”。
5.1_2、用FSM实现一个moore型序列检测器，对两位的串行输入序列进行检测。输入01,00时，输出0，输入11,00时，输出1，输入10,00时，输出反向。
5.1_3、用FSM实现一个计数器（采用存储器），对一位的输入进行计数。计数序列为：000,001,011，101,111，010。
5.2、用FSM实现一个序列识别器，该FSM的状态转移图如下所示，它能够对一位的串行输入序列中的“1”的数量进行检测。如果FSM发现输入“1”的总数可以被3整除时，输出“1”；否则，输出“0”。同时针对“010********”输入序列，写出相应的仿真程序并进行真波测试。
2.3 实验方案
先根据要求画出状态图，根据状态图编写程序，根据程序编写仿真程序，最后得出结果和结论。
2.4 实验步骤
5.1_1状态图：
in=1/1
in=0/0 in=0/0
5.1_2状态图：
out=0 out翻转out=1
5.1_3状态图：
1.根据以上状态图编写源程序（见附录）
2.运行综合Run Synthesis
3.综合正确后编写仿真程序
4.仿真，得到仿真波形，验证结果
2.5 故障及分析
无故障
2.6 仿真与结果
5.1_1：如图，1的个数是3的倍数时输出1
与预期一致
5.1_2：如图，输入01后再输入00，输出0；输入11后再输入00，输出1；输入10后再输入00，输出翻转：
与预期一致
5.1_3：如图，输出序列为000,001,011,101,111,010（重复）
与预期一致
5.2：如图，1的个数是3的倍数时输出1
与预期一致
2.7 心得与体会
这次实验通过FSM设计明白了设计的过程和步骤，首先要知道分为哪些状态，设计的是何种电路，如何选择用mealy还是moore型电路，状态转移要如何实现。知道了mealy型和moore型电路的区别：当要求输出对输入快速响应并希望电路简
单时选择mealy型，当要求时序输出稳定，能接受输出序列晚一个周期，即选择moore 型电路不增加电路复杂性时，选择moore型电路。
3 意见和建议
建议老师上课还是用中文PPT比较好，另外作业练习也用中文给出来，题目要求也尽量具体些，这样会减少我们学习的成本，更加有效的学习这门课。
4 附录
源程序：
4.1（第一个数据通路）
//主模块
module text4(S0,S1,S2,S3,Clk,reset,load,outR0,outR1,outACC,outS0,outS1,outS2,outS3,outA); parameter WIDTH=8; //位宽8位
input S0,S1,S2,S3,Clk,reset,load;
output [WIDTH-1:0] outR0,outR1,outACC,outS0,outS1,outS2,outS3,outA;
register #(8) R0(inR0,Clk,reset,load,outR0);
register #(8) R1(inR1,Clk,reset,load,outR1);
register #(8) ACC(inACC,Clk,reset,load,outACC);
mux #(8) S0(S0,inS00,inS01,outS0);
mux #(8) S1(S1,inS10,inS11,outS1);
mux #(8) S2(S2,inS20,inS21,outS2);
mux #(8) S3(S3,inS30,inS31,outS3);
add #(8) W1(inA0,inA1,outA);
assign inS00=outS3;
assign inS10=outS3;
assign inS01=outR0;
assign inS20=outR0;
assign inS11=outR1;
assign inS21=outR1;
assign inA0=outACC;
assign inS31=outACC;
assign inACC=outA;
assign inA1=outS2;
assign inS30=outS2;
assign inR1=outS1;
assign inR0=outS0; endmodule
//加法器模块
module add(A,B,C);
parameter WIDTH=8;
input [WIDTH-1:0] A, B; output [WIDTH-1:0] C;
wire [WIDTH:0] DA TA; assign DATA=A+B;
assign C=DATA[7:0]; endmodule
//寄存器模块
module register(D,Clk,reset,load,Q); parameter WIDTH=8;
input [WIDTH-1:0] D;
input Clk,reset,load;
output reg [WIDTH-1:0] Q; always @(posedge Clk)
if (reset)
begin
Q <= 8'b0;
end else if (load)
begin
Q <= D;
end
endmodule
//二路选择器模块
module mux(s,x,y,m);
parameter WIDTH=8;
input [WIDTH-1:0] x,y;
input s;
output [WIDTH-1:0] m;
assign m =(s?y:x);
endmodule
4.2（第二个数据通路）
//主模块
module
text2(SUM_SEL,NEXT_SEL,A_SEL,LD_SUM,LD_NEXT,NEXT_ZERO,outSUM_SEL,outNEXT_ SEL,outA_SEL,outSUM,outNEXT,outA1,outA2,outMEM);
parameter WIDTH=8;
input SUM_SEL,NEXT_SEL,A_SEL,LD_SUM,LD_NEXT;
wire [WIDTH-1:0]
inSUM_SEL00,inSUM_SEL01,outSUM_SEL,inNEXT_SEL00,inNEXT_SEL01,outNEXT_SEL;
output [WIDTH-1:0]
outSUM_SEL,outNEXT_SEL,outA_SEL,outSUM,outNEXT,outA1,outA2,outMEM;
output NEXT_ZERO;
mux #(WIDTH) SUM_SEL(SUM_SEL,inSUM_SEL00,inSUM_SEL01,outSUM_SEL);
mux #(WIDTH) NEXT_SEL(NEXT_SEL,inNEXT_SEL00,inNEXT_SEL01,outNEXT_SEL);
mux #(WIDTH) A_SEL(A_SEL,inA_SEL00,inA_SEL01,outA_SEL);
register #(WIDTH) SUM(inSUM,Clk,reset,LD_SUM,outSUM);
register #(WIDTH) NEXT(inNEXT,Clk,reset,LD_NEXT,outNEXT);
add #(WIDTH) A1(inA10,inA11,outA1);
add #(WIDTH) A2(inA20,inA21,outA2);
ROM #(WIDTH,WIDTH) MEM(outMEM,inMEM); COM #(WIDTH) COM(inCOM0,inCOM1,NEXT_ZERO); assign inA10=outSUM;
assign inA11=outMEM;
assign inNEXT_SEL00=outMEM;
assign inNEXT_SEL01=0;
assign inSUM_SEL00=outA1;
assign inSUM_SEL01=0;
assign inSUM=outSUM_SEL;
assign inNEXT=outNEXT_SEL;
assign inA20=outNEXT;
assign inA21=1;
assign inA_SEL00=outNEXT;
assign inA_SEL01=outA2;
assign inMEM=outA_SEL;
assign inCOM0=outNEXT_SEL;
assign inCOM1=0;
endmodule
module COM(a,b,out);
parameter WIDTH=8;
input [WIDTH-1:0] a,b;
output out;
reg out;
always @(a or b)
begin
if(a>b)
out=1;
else out=0;
end
endmodule
//存储器模块
module ROM(ROM_data, ROM_addr);
parameter data_WIDTH=8;
parameter addr_WIDTH=8;
output [addr_WIDTH-1:0] ROM_data;
input [addr_WIDTH-1:0] ROM_addr;
reg [addr_WIDTH-1:0] ROM [data_WIDTH-1:0]; // defining 4x2 ROM
assign ROM_data = ROM[ROM_addr]; // reading ROM content at the address ROM_addr initial $readmemb ("ROM_data.txt", ROM, 0, 3); // load ROM content from ROM_data.txt file endmodule
//寄存器模块
module register(D,Clk,reset,load,Q);
parameter WIDTH=8;
input [WIDTH-1:0] D;
input Clk,reset,load;
output reg [WIDTH-1:0] Q;
always @(posedge Clk)
if (reset)
begin
Q <= 8'b0;
end else if (load)
begin
Q <= D;
end
endmodule
//加法器模块
module add(A,B,C);
parameter WIDTH=8;
input [WIDTH-1:0] A, B;
output [WIDTH-1:0] C;
wire [WIDTH:0] DA TA;
assign DATA=A+B;
assign C=DATA[7:0];
endmodule
//二路选择器模块
module mux(s,x,y,m);
parameter WIDTH=8;
input [WIDTH-1:0] x,y;
input s;
output [WIDTH-1:0] m;
assign m =(s?y:x);
endmodule
5.1_1
module lab5_1_1(input clk, input reset, input ain, output reg yout, output reg [3:0] count);
reg [1:0] state, nextstate;
parameter S0=0, S1=1, S2=2, S3=3;
always @(posedge clk) // always block to update state
if (reset) begin
state <= S0;
count = 0;
end
<基于Verilog HDL显示译码器设计>实验报告 学生姓名： 班级学号： 指导老师：
<实验报告内容> 一、实验名称：基于Verilog HDL 显示译码器设计 二、实验学时：4学时 三、实验目的：进一步掌握QuartusII 软件逻辑电路设计环境及Verilog HDL 的基本语法，熟悉设计流程及思路。掌握显示译码器的工作原理及应用。（提示：本实验将涉及到verilog 的条件语句（如if …else, case ….end case, for ….等）、赋值语句（如assign 等）和二进制变量位宽的定义等内容，请大家实验前做好本部分预习和自学，可参考本课本第九章内容，也可自行查找有关Verilog 设计基础的相关内容，推荐参考书：北京航空航天出版社，夏宇闻编著 ）。通过对所设计逻辑电路功能仿真，分析所设计电路逻辑功能是否正确，掌握逻辑功能仿真的方法。 四、实验内容：基于verilog 的显示译码器逻辑设计及功能仿真 五、实验原理：（1）半导体发光二极管（LED ）数码显示器：半导体发光二极管数码显示器由7（或8）个LED 排成“日”字形，称为七段（或八段），封装成数码管，如错误！未找到引用源。所示。LED 数码管内部有共阴极和共阳极两种接法。如错误！未找到引用源。。 （2 ）常用显示译码器管脚功能（74LS148）：LCD —七段显示译码器：介绍常用的74LS148七段显示译码器， 图 3为74LS48 74LS48 (a ) 图 1 图 2 CC f g a b c d e BI 7123456
图 3 （3）74LS48的逻辑功能：如表1： 表1 其译码器输出（Ya～Yg）是高电平有效，适用于驱动共阴极LED数码管，显示的字形表中所示。因其译码器输出端的内部有上拉电阻（是2K的限流电阻），因此在与LED管连接时无需再外接限流电阻。 具体功能介绍及内部设计图，请自行上网查阅74LS48的DATASHEET。 六、实验步骤： 1.复习QuartusII软件逻辑电路设计环境及Verilog HDL的基本语法，熟悉设计流程及思路。 2.做好预习和自习，查找相关资料。 3.设计出文本输入并进行功能仿真。
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; endmodule module t_xor; reg ina,inb; wire out; initial begin ina=1'b0; forever #20 ina=~ina; end initial begin inb=1'b0; forever #10 inb=~inb; end my_xor tt(.ina(ina),.inb(inb),.out(out)); endmodule
2 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)。 2.4.1 程序 方法1： module voter(v0,v1,v2,y); input v0,v1,v2; output y; assign y=v0|(v1&v2); endmodule 方法2： module voter(v0,v1,v2,y); input v0,v1,v2; output reg y; always @(v0,v1,v2) begin if(v0) y=1;
一、2线-4线译码器 module counter4(q1,q0,ncr,cp); input cp,ncr; output q1,q0; reg q1,q0; always@(posedge cp or negedge ncr) begin if(~ncr){q1,q0}<=2'b00; else{q1,q0}<={q1,q0}+1'b1; end endmodule 二、4选1数据选择器 module selector4_1(i0,i1,i2,i3,a1,a0,y); input i0,i1,i2,i3,a1,a0; output y; reg y; always@(a1or a0) begin case({a1,a0}) 2'b00:y=i0; 2'b01:y=i1; 2'b10:y=i2; 2'b11:y=i3; default:y=0; 一、2线-4线译码器 module counter4(q1,q0,ncr,cp); input cp,ncr; output q1,q0; reg q1,q0; always@(posedge cp or negedge ncr) begin if(~ncr){q1,q0}<=2'b00; else{q1,q0}<={q1,q0}+1'b1; end endmodule 二、4选1数据选择器 module selector4_1(i0,i1,i2,i3,a1,a0,y); input i0,i1,i2,i3,a1,a0; output y; reg y; always@(a1or a0) begin case({a1,a0}) 2'b00:y=i0;
目录 实验一 (2) 实验二 (9) 实验三 (21) 实验四 (44)
实验一 实验目的：熟悉硬件开发流程，掌握Modelsim设计与仿真环境，学会简单组合逻辑电路、简单时序逻辑电路设计，不要求掌握综合和综合后仿真。 实验内容：必做实验：练习一、简单的组合逻辑设计 练习二、简单分频时序逻辑电路的设计 选做实验：选做一、练习一的练习题 选做二、7段数码管译码电路 练习一、简单的组合逻辑设计 描述一个可综合的数据比较器，比较数据a 、b的大小，若相同，则给出结果1，否则给出结果0。 实验代码： 模块源代码： module compare(equal,a,b); input a,b; output equal; assign equal=(a==b)?1:0; endmodule 测试模块源代码： `timescale 1ns/1ns `include "./compare.v" module t; reg a,b; wire equal; initial begin a=0; b=0; #100 a=0;b=1; #100 a=1;b=1;
#100 a=1;b=0; #100 a=0;b=0; #100 $stop; end compare m(.equal(equal),.a(a),.b(b)); endmodule 实验波形 练习二、简单分频时序逻辑电路的设计 用always块和@(posedge clk)或@(negedge clk)的结构表述一个1/2分频器的可综合模型，观察时序仿真结果。 实验代码： 模块源代码： module halfclk(reset,clkin,clkout); input clkin,reset; output clkout; reg clkout; always@(posedge clkin) begin if(!reset) clkout=0; else clkout=~clkout; end endmodule 测试模块源代码： `timescale 1ns/100ps `define clkcycle 50 module tt; reg clkin,reset; wire clkout;
电子电路设计数字部分实验报告 学院： 姓名：
实验一简单组合逻辑设计 实验内容 描述一个可综合的数据比较器，比较数据a 、b的大小，若相同，则给出结果1，否则给出结果0。 实验仿真结果 实验代码 主程序 module compare(equal,a,b); input[7:0] a,b; output equal; assign equal=(a>b)1:0; endmodule 测试程序
module t; reg[7:0] a,b; reg clock,k; wire equal; initial begin a=0; b=0; clock=0; k=0; end always #50 clock = ~clock; always @ (posedge clock) begin a[0]={$random}%2; a[1]={$random}%2; a[2]={$random}%2; a[3]={$random}%2; a[4]={$random}%2; a[5]={$random}%2; a[6]={$random}%2; a[7]={$random}%2; b[0]={$random}%2; b[1]={$random}%2; b[2]={$random}%2; b[3]={$random}%2; b[4]={$random}%2;
b[5]={$random}%2; b[6]={$random}%2; b[7]={$random}%2; end initial begin #100000 $stop;end compare m(.equal(equal),.a(a),.b(b)); endmodule 实验二简单分频时序逻辑电路的设计 实验内容 用always块和@(posedge clk)或@(negedge clk)的结构表述一个1/2分频器的可综合模型，观察时序仿真结果。 实验仿真结果
Verilog HDL数字系统设计 实验报告汇总 任课教师 实验者姓名 学号 实验指导教师
姓名学号 时间地点 实验题目阻塞赋值与非阻塞赋值的区别 一．实验目的与要求 (1)通过实验，掌握阻塞赋值与非阻塞赋值的概念与区别; (2)了解非阻塞赋值和阻塞赋值的不同使用场合; (3)学习测试模块的编写,综合和不同层次的仿真。 二．实验环境 仿真软件： modlsim6.2SE 三．实验内容 阻塞赋值与非阻塞赋值,在教材中已经了解了他们之间在语法上的区别以及综合后所得到的
电路结构上的区别。在always块中,阻塞赋值可以理解为赋值语句是并发执行的。时序逻辑设计中,通常都使用非阻塞赋值语句,而在实现组合逻辑的assign结构中,或者always快结构中都必须采用阻塞赋值语句。 四．系统框图 五．实验波形图 六．实验体会 (1)一开始使用modelsimSE6.2时候不知道建立工作区的方法。后面请教了毕老师才知道如何来建立工作区。 (2)编译时候错误看不懂，细心找才发现‘ ` 两个符号有区别 (3)波形找不到，后来发现时没有放大。 七．代码附录： 源代码：
// ---------- 模块源代码：---------------------- // ------------- blocking.v --------------- module blocking(clk,a,b,c); output [3:0] b,c; input [3:0] a; input clk; reg [3:0] b,c; always @(posedge clk) begin b = a; c = b; $display("Blocking: a = %d, b = %d, c = %d ",a,b,c); end endmodule //------------- non_blocking.v ------------------- module non_blocking(clk,a,b,c); output [3:0] b,c; input [3:0] a; input clk; reg [3:0] b,c; always @(posedge clk) begin b <= a; c <= b; $display("Non_Blocking: a = %d, b = %d, c = %d ",a,b,c); end endmodule 测试模块： // ---------- 测试模块源代码：-------------------------- //------------- compareTop.v -----------------------------
Verilog HDL语言基础知识 先来看两个Verilog HDL程序。 例一个8位全加器的Verilog HDL源代码 module adder8(cout,sum,ina,inb,cin); output[7:0] sum; output cout; input[7:0] ina,inb; input cin; @ assign {cout,sum}=ina+inb+cin; 模块的端口声明了模块的输人和输出口。其格式如下： module 模块名(口1，口2，口3，口4，……)； 2．模块内容 模块内容包括I/O说明，信号类型声明和功能定义。 (1) I/O说明的格式如下: ； 输人口: input端口名1，端口名2，……端口名N; 输出口: output端口名l，端口名2，……端口名N; I/O说明也可以写在端口声明语句里。其格式如下: module module_name(input portl，input port2，…output portl，output port2，…); (2)信号类型声明: 它是说明逻辑描述中所用信号的数据类型及函数声明。如 （ reg[7:0] out; 数字 (1)整数
在Verilog HDL中，整数型常量(即整常数)有以下4种进制表示形式: ◇二进制整数(b或B); ◇十进制整数(d或D); ◇十六进制整数(h或H); ◇八进制整数(o或O)。 ) 完整的数字表达式为: <位宽>'<进制> <数字>， 位宽为对应二迸制数的宽度，如: 8'b nets型变量wire nets型变量指输出始终根据输入的变化而更新其值的变量，它一般指的是硬件电路中的各种物理连接。Verilog HDL中提供了多种nets型变量，具体见表。 这里着重介绍wire型变量。wire是一种常用的nets型变量，wire型数据常用来表示assign语句赋值的组合逻辑信号。Verilog HDL模块中的输入/输出信号类型缺省时自动定义为wire型。Wire型信号可以用作任何方程式的输入，也可以用作assign语句和实例元件的输出,其取值为0,1,x,z。 wire型变量格式如下： & ⑴．定义宽度为1位的变量： wire 数据名1，数据名2，……数据名n； 例如：wire a,b; register型变量reg register型变量对应的是具有状态保持作用的电路元件，如触发器、寄存器等。register
V e r i l o g实验报告交通 灯 集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
V e r i l o g实验报告---第四次交通灯 班级：集电0802班 姓名：张鹏 学号： 04086057 序号： 16 一、规范 （1）具有开关功能：当reset=0时红绿灯关闭，使主支干道六个灯全灭； （2）具有四个功能：当reset=1且func=2’b00时，主干道和支路正常计数； 且func=2’b01时，支干道一直绿灯，主干道一直红灯； 且func=2’b10时，主干道一直绿灯，支干道一直红灯； 且func=2’b11时，主干道和支干道一直黄灯闪； （3）计数器频率：运行频率2Hz计数器； （4）信号灯种类：红、黄、绿； （5）信号灯计执行时间关系：主干道：绿灯常亮+绿灯闪+黄灯=支干道：红灯常亮； 此设计中： 主干道：绿灯常亮=57s,T绿灯闪=3s,T黄灯亮=3s 支干道：绿灯常亮=15s,T绿灯闪=3s,T黄灯亮=3s （6）信号灯到计时功能：信号灯预置后，开始执行2Hz计数器； （7）信号灯跳转功能：当各信号灯计时至T时在下一个时钟信号上升沿到来时自动转为下一状态； （8）信号灯各状态跳转关系：绿-黄-红-绿； 二、输入输出定义
状态转移图： 四、测试代码 module frequency_divider_small(reset,clk,out); eset(reset),.clk(clk),.func(func),.green(green),.red(red),.yellow(yellow)); always #10 clk=~clk; initial begin reset=0; clk=1; func=2'b00; #20 reset=1; #21000 func=2'b01; #10000 func=2'b10; #10000 func=2'b11; end endmodule 波形： 五、源代码 module frequency_divider(reset,clk,out);eset(reset),.clk(clk),.out(in));//调用分频模块 always @ (posedge clk or negedge reset) if(!reset) begin cnt<=7'd0; state<=3'd1; green<=2'b00; red<=2'b00; yellow<=2'b00; end else if(in)//分频器结果当主模块始能 if(func==2'b00)//选择不同功能控制开关 if(cnt==7'd0) case(state)//选择不同状态 3'd1:begin cnt<=greentime1<<1;
电子科技大学 实 验 报 告 一、实验室名称：虚拟仪器实验室 二、实验项目名称：交通灯设计实验 三、实验学时：4学时 四、实验原理
假设交通灯处于南北和东西两条大街的“十”字路口，如图1所示。用FPGA 开发板的LED 灯来模拟红、黄、绿3种颜色信号，并按一定顺序、时延来点亮LED ，如图2所示。图3给出了交通灯的状态转移图。设计使用频率为1Hz 的时钟来驱动电路（注1：仿真时采用1MHz 的时钟来驱动电路），则停留1个时钟可得到1S 的延时，类似停留3个时钟可得到3S 的延时，停留15个时钟可得到15S 的延时（注2：开发板工作时钟为50MHz ）。 北 南 西东 图1. 六个彩色LED 可以表示一组交通信号灯 图2. 交通灯状态 南北 东西 红 黄 绿 红 黄 绿 S0 1 0 0 0 0 1 S1 1 0 0 0 1 0 S2 1 0 0 1 0 0 S3 0 0 1 1 0 0 S4 0 1 0 1 0 0 S5 1 0 0 1 0 0
图3. 交通灯的状态转移图 顶层模块 时钟分频模块状态机跳转模块 图4. 交通灯的原理框图 五、实验目的 本实验是有限状态机的典型综合实验，掌握如何使用状态转移图来定义Mealy状态机和Moore状态机，熟悉利用HDL代码输入方式进行电路的设计和仿真的流程，掌握Verilog语言的基本语法。并通过一个交通灯的设计掌握利用EDA软件（Xilinx ISE 13.2）进行HDL代码输入方式的电子线路设计与仿真的详细流程。。 六、实验内容 在Xilinx ISE 13.2上完成交通灯设计，输入设计文件，生成二进制码流文件下载到FPGA开发板上进行验证。 七、实验器材（设备、元器件）
Verilog的综合与不可综合 综合说明编的代码可以对应出具体的电路，不可综合说明没有对应的电路结构。不可综合的代码编译通过，只能看到输出，不能实现电路，就是不能用来制作具体的芯片。 一、基本 Verilog中的变量有线网类型和寄存器类型。线网型变量综合成wire，而寄存器可能综合成WIRE，锁存器和触发器。 二：verilog语句结构到门级的映射 1、连续性赋值：assign 连续性赋值语句逻辑结构上就是将等式右边的驱动左边的结点。因些连续性赋值的目标结点总是综合成由组合逻辑驱动的结点。Assign语句中的延时综合时都将忽视。 2、过程性赋值： 过程性赋值只出现在always语句中。 阻塞赋值和非阻塞赋值就该赋值本身是没有区别的，只是对后面的语句有不同的影响。 建议设计组合逻辑电路时用阻塞赋值，设计时序电路时用非阻塞赋值。 过程性赋值的赋值对象有可能综合成wire,latch,和flip-flop，取决于具体状况。如，时钟控制下的非阻塞赋值综合成flip-flop。 过程性赋值语句中的任何延时在综合时都将忽略。 建议同一个变量单一地使用阻塞或者非阻塞赋值。 3、逻辑操作符： 逻辑操作符对应于硬件中已有的逻辑门 4、算术操作符： Verilog中将reg视为无符号数，而integer视为有符号数。因此，进行有符号操作时使用integer,使用无符号操作时使用reg。 5、进位： 通常会将进行运算操作的结果比原操作数扩展一位，用来存放进位或者借位。如： Wire [3:0] A,B; Wire [4:0] C; Assign C=A+B; C的最高位用来存放进位。 6、关系运算符： 关系运算符：<,>,<=,>= 和算术操作符一样，可以进行有符号和无符号运算，取决于数据类型是reg，net还是integer。
电子科技大学 实验报告 学生姓名：任彦璟学号：2015040101018 指导教师：吉家成米源王华 一、实验项目名称：Verilog时序逻辑设计 二、实验目的： 掌握边沿D触发器74x74、同步计数器74x163、4位通用移位寄存器74x194，的工作原理。 设计移位寄存器74x194设计3位最大序列长度线性反馈移位寄存器（LFSR：Linear Feedback Shift Register）计数器。 设计同步计数器74x163 。 三、实验内容： 1．设计边沿D触发器74x74。 2．设计通用移位寄存器74x194。 3．采用1片74x194和其它小规模逻辑门设计3位LFSR计数器。 4．设计4位同步计数器74x163。 四、实验原理： 74x74逻辑电路图
CLK_D CLR_L_D S1_L S1_H S0_L S0_H w1 w2 w3 w4 w5 w6 w7 w8 w9 w10 w11 w12 w13 w14 w15 w16 w17 w18 w19 w20 74x194逻辑电路图 3位LFSR逻辑电路图
74x163逻辑电路图 上图的设计可以采用门级描述，也可以采用教材《数字设计—原理与实践》（第4版）第525页的表8-20中的行为描述 五、实验器材（设备、元器件）： PC 机、Windows XP 、Anvyl 或Nexys3开发板、Xilinx ISE 14.7开发工具、Digilent Adept 下载工具。 六、实验步骤： 实验步骤包括：建立新工程，设计代码与输入，设计测试文件，设置仿真，查看波形，约束与实现、生成流代码与下载调试。 七、关键源代 码及波形图： 1．D 触发器的Verilog 代码 源码如下 module vr74x74(CLK, D, PR_L, CLR_L, Q, QN); input CLK, D, PR_L, CLR_L ; output Q, QN ; wire w1, w2, w3, w4 ; nand (w1, PR_L, w2, w4); nand (w2, CLR_L, w1, CLK) ; nand (w3, w2, CLK, w4) ; nand (w4, CLR_L, w3, D) ; nand (Q, PR_L, w2, QN); nand (QN, Q, w3, CLR_L); endmodule
五邑大学实验报告 实验课程名称 ) 数字频率计的Verilog HDL语言实现 院系名称：信息工程学院 专业名称：通信工程(物联网工程) 实验项目名称：EDA实验 班级： 110711 学号： 。 报告人：冯剑波
实验六 数字频率计的Verilog HDL 语言实现 一、实验目的： 1、掌握较复杂数字电路或系统的纯Verilog HDL 实现方法； 2、体会纯Verilog HDL 语言输入设计与原理图输入设计的差别。 二、实验原理： 【 数字频率计是用来测量输入信号的频率并显示测量结果的系统。一般基准时钟的高电平的持续时间为s T 10 ，若在这0T 内被测信号的周期数为N 则被测信号的频率就是N ，选择不同的0T ，可以得到不同的测量精度。一般0T 越大，测量精度越高，但一次的测量时间及频率计所需的硬件资源也增加。 三、设计任务与要求： 1、设计一个6位频率计，测量范围从1Hz 到99 99 99Hz ，测量结果用6个数码管显示，基准时钟频率为1Hz ； 2、只显示测量结果，中间计数过程不显示；结果更新时间2秒一次； 3、频率计只设一个复位键，按下该键（reset=0）系统复位，释放该键（reset=1）系统工作，测量并显示结果。 4、显示用静态方式； 5、用Verilog HDL 实现上述要求的频率计。 四、设计源程序及注释与仿真结果 设计源程序： module pinlvji(oHEX0,oHEX1,oHEX2,oHEX3,oHEX4,oHEX5,clk_50M,clk_1Hz,reset,signal_out); @ input clk_50M,reset; //50MHz 时钟输入、复位 output[6:0] oHEX0,oHEX1,oHEX2,oHEX3,oHEX4,oHEX5; //数码管0-5，分别显示个、十、百、千、万、十万位的数字 output reg clk_1Hz; output reg signal_out; reg signal_in; reg[29:0] cnt; reg[29:0] cnt1; reg count_en; //计数允许，count_en=1时计数，下降沿到来时锁存 reg load; reg[3:0] ge,shi,bai,qian,wan,shiwan; reg cout1,cout2,cout3,cout4,cout5; reg[3:0] q0,q1,q2,q3,q4,q5; wire clr; always @(posedge clk_50M) //改变Hz 的范围，自己设定的频率1Hz-999999Hz begin
实验报告格式要求 一、实验报告内容包括： （1）实验名称。 （2）实验目的。 （3）实验仪器及编号。写明仪器名称、型号、编号。 （4）实验原理。简单叙述有关实验原理（包括电路图或光路图或实验装置示意图）及测量中依据的的公式，式中各量的物理含义及单位，公式成立所应满足的实验条件等。 （5）实验内容及步骤。根据实验内容及实际的实验过程写明关键步骤和安全注意要点。 （6）实验观测记录。记录原始测量数据、图形等有关原始量，形式上要求整齐规范。 （7）数据处理结果。根据实验要求，采用合适的方法进行数据处理，误差分析，最后写出实际结果。 （8）小结或讨论。内容不限。可以是实验中的现象分析，对实验关键问题的体会，实验的收获和建议，也可解答思考题。 二、书写次序 （1）到（5）是进行实验预习时就应该完成的。（6）在实验中完成。做完实验后再在预习报告基础上完成（7）（8）两项。 完成一个实验，就是一次最基本的科研训练，从预习到写出一个实验报告，每一步都有极其丰富的学习内容，要积极思考，认真对待。
实验（一）简单的组合逻辑设计 实验日期2014-10-31 同组者姓名 一、实验目的 [1] 掌握基本组合逻辑电路的实现方法 [2] 初步了解两种基本组合逻辑电路的生成方法 [3] 学习测试模块的编写 [4] 通过综合和布局布线了解不同层次仿真的物理意义 二、实验仪器 计算机、FPGA开发板 三、实验内容 [1] 在ISE软件环境中进行一次完整的设计流程，并在FPGA开发板上实现与门的功能。 [2] 完成一个可综合的数据比较器的程序。 [3] 完成数据比较器的测试模块。 [4] 发挥部分：设计一个多位（2位）的数据比较器并在FPGA开发板上实现该比较器。 四、实验步骤、分析及结果（在下面写出你的代码） 代码： module compare( input a, input b, output c ); assign c=a&b; endmodule 结果如图所示：
一、第一章 1.几个英文缩写： PLA（Programmable Logic Array）可编程逻辑阵列 FPGA（Field Programmable Gate Array）现场可编程逻辑门阵列 CPLD（Complex Programmable Logic Device）复杂可编程逻辑器件 CAD(Computer Aided Design) 计算机辅助设计 CAE(computer aided engineering) EDA(electronic design automation) 电子设计自动化 2.EDA定义：以计算机为工作平台，以EDA软件为开发环境，以PLD器件或者ASIC专用 集成电路为目标器件设计实现电路系统的一种技术。 3.现代EDA技术的特征【简答】 （1）采用硬件描述语言（HDL）进行设计 HDL语言更适合于描述规模大、功能复杂的数字系统，使设计者在比较抽象的层次上对所设计系统的结构和逻辑功能进行描述。 （2）逻辑综合与优化 目前EDA工具最高只能接受行为级和RTL级描述的HDL文件进行逻辑综合 （3）开放性和标准化 普遍采用标准化和开放性的框架结构，可以与其他的EDA工具一起进行设计工作，实现各种工具的优化组合，集成在一个易于管理的统一环境下，实现资源共享提高工作效率，利于大规模设计。 （4）更完备的库（Library） 在电路设计的各个阶段，EDA系统需要不同层次、不同种类的元器件模型库的支持。EDA 工具要具有更强大的设计能力和更高的设计效率，必须配有丰富的库。各种模型库的功能和规模是衡量EDA工具优劣的一个标志 4.基于EDA技术的设计思路（P4~P5） (1)Top-down设计，即自顶向下的设计 将设计分成几个不同的层次：系统级、功能级、门级、开关级， 按照自上而下的顺序，在不同的层次上对系统进行设计和仿真。 首先从系统设计入手，在顶层进行功能框图的划分和机构设计。 在功能级进行仿真纠错，并用HDL对高层次的系统行为进行描 述，然后用综合工具将设计转化为具体门电路网表。 Top-down的设计须经过“设计—验证—修改设计—再验证”的 过程，不断反复，直到结果能够实现所要求的功能，并在速度、 功耗、价格和可靠性方面实现较为合理的平衡。 (2)Bottom-up设计，即自底向上的设计 设计者选择标准集成电路，或者将各种基本单元做成基本单元库，调用这些基本单元，直到设计出满足需要的系统。缺点：效率低、易出错 5.IP核的一些概念(intellectual property) IP核（IP模块）：指功能完整，性能指标可靠，已验证的、可重用的电路功能模块。分为硬核、固核、软核。 (1)软核：如ARM。是指在寄存器级或门级对电路功能用HDL描述，表现为用VHDL 等硬件描述语言描述的功能块，但是并不涉及用什么具体电路元件实现这些功能。 (2)硬核：以版图形式实现的设计模块，基于一定的设计工艺。供设计的最终阶段产品： 掩膜。
计算机科学与技术学院
目录 1数据通路实验 (1) 1.1实验目的 (1) 1.2实验内容及要求 (1) 1.3实验方案 (2) 1.4实验步骤 (2) 1.5故障及分析 (2) 1.6仿真与结果 (3) 1.7心得与体会 (4) 2FSM实验 (6) 2.1实验目的 (6) 2.2实验内容及要求 (6) 2.3实验方案 (7) 2.4实验步骤 (7) 2.5故障及分析 (8) 2.6仿真与结果 (8) 2.7心得与体会 (9) 3意见和建议 (11) 4附录 (13)
1 数据通路实验 1.1 实验目的 综合应用掌握的简单组合电路和时序电路的设计方法，完成一个简单的数据通路的设计。 1.2 实验内容及要求 1. 根据下图给出的数据通路（图中R0、R1和ACC是寄存器，+是加法器，其它则是多路选择器），完成相应的Verilog程序设计，图中数据线的宽度为8位，要求可以扩充至16位或者是32位； 2. 根据下图给出的数据通路（图中SUM和NEXT是寄存器，Memory是存储器，+是加法器，==0是比较器，其它则是多路选择器），完成相应的Verilog程序设
计，图中数据线的宽度为8位，要求可以扩充至16位或者是32位。 实验要求：程序必须自己编写，满足数据通路设计要求，综合结果正确。 1.3 实验方案 根据要求，先把选择器、加法器、寄存器、比较器和存储器分模块编写，在主模块中根据数据通路调用即可。题目中要求数据线宽度为8位，并且可以扩充至16位或32位，所以在前面定义WIDTH，利用parameter的参数传递功能来实现。 1.4 实验步骤 1.分模块编写代码（见附录） 2.运行综合Run Synthesis 3.综合成功后检查RTL Analysis中的电路图Schematic 1.5 故障及分析 刚开始跑出来很多线是断的，后来发现是引脚对应部分的代码没有写完整。后来加法器和ACC的参数顺序写错，导致接线与题给的不一致，发现问题后及时改
2014-2015-2-G02A3050-1 电子电路设计训练（数字EDA部分） 实验报告 （2015 年5 月20 日） 教学班学号姓名组长签名成绩 自动化科学与电气工程学院
目录 目录 (1) 实验一、简单组合逻辑和简单时序逻辑 (1) 1.1 实验任务1——简单组合逻辑 (1) 1.1.1 实验要求 (1) 1.1.2 模块的核心逻辑设计 (1) 1.1.3 测试程序的核心逻辑设计 (1) 1.1.4 仿真实验关键结果及其解释 (2) 1.2 实验任务2——简单时序逻辑 (3) 1.2.1 实验要求 (3) 1.2.2 模块的核心逻辑设计 (3) 1.2.3 测试程序的核心逻辑设计 (3) 1.2.4 仿真实验关键结果及其解释 (4) 1.3 实验小结 (4) 实验二、条件语句和always过程块 (5) 2.1 实验任务1——利用条件语句实现计数分频时序电路 (5) 2.1.1 实验要求 (5) 2.1.2 模块的核心逻辑设计 (5) 2.1.3 测试程序的核心逻辑设计 (6) 2.1.4 仿真实验关键结果及其解释 (7) 2.2 实验任务2——用always块实现较复杂的组合逻辑电路 (8) 2.2.1 实验要求 (8) 2.2.2 模块的核心逻辑设计 (8) 2.2.3 测试程序的核心逻辑设计 (9) 2.2.4 仿真实验关键结果及其解释 (10) 2.3 实验小结 (11) 实验三、赋值、函数和任务 (12) 3.1 实验任务1——阻塞赋值与非阻塞赋值的区别 (12) 3.1.1 实验要求 (12) 3.1.2 模块的核心逻辑设计 (12) 3.1.3 测试程序的核心逻辑设计 (13) 3.1.4 仿真实验关键结果及其解释 (14) 3.2 实验任务2——在Verilog HDL中使用函数 (16) 3.2.1 实验要求 (16) 3.2.2 模块的核心逻辑设计 (16) 3.2.3 测试程序的核心逻辑设计 (18) 3.2.4 仿真实验关键结果及其解释 (19) 3.3 实验任务3——在Verilog HDL中使用任务 (20) 3.3.1 实验要求 (20) 3.3.2 模块的核心逻辑设计 (20) 3.2.3 测试程序的核心逻辑设计 (21)
VHDL语言的主要描述语句 按照语句的执行顺序对VHDL语言进行分类，包含两类语句： 并行描述语句该语句的执行与书写顺序无关，总是同时被执行 顺序描述语句从仿真的角度，该语句是顺序执行的 进程语句（PROCESS）是最典型的并行语句，一个构造体内可以有几个进程语句同时存在，而且并发执行。但是进程内部的所有语句都是顺序语句。 一、顺序描述语句 顺序描述语句只能用在进程和子程序中,它和其他高级语言一样,其语句是按照语句的出现的顺序加以执行的。如下分别介绍有关的顺序描述语句. 1.WAIT语句 进程在执行过程中总是处于两种状态:执行或挂起,进程的状态变化受等待语句的控制,当进程执行到等待语句,就被挂起,并等待再次执行进程. 等待语句的格式: ＊WAIT 无限等待 ＊WAIT ON 敏感信号变化 ＊WAIT UNTIL 条件满足 ＊WAIT FOR 时间到 （1）WAIT ON 格式：WAIT ON 信号[,信号] 例5-1 PROCESS(a,b) BEGIN y<=a AND b;
END PROCESS; 该例中的进程与下例中进程相同: 例5-1 PROCESS BEGIN y<=a AND b; WAIT ON a,b; END PROCESS; 例5-2 PROCESS(a,b) BEGIN y<=a AND b; WAIT ON a,b; END PROCESS; （2）WAIT UNTIL 直到条件满足 格式: WAIT UNTIL 布尔表达式 当进程执行到该语句时,被挂起;若布尔表达式为真时,进程将被启动.例: WAIT UNTIL ((x*10)<100) （3）WAIT FOR等到时间到 格式: WAIT FOR 时间表达式 当进程执行到该语句时,被挂起;等待一定的时间后,进程将被启动.例: WAIT FOR 20 ns； WAIT FOR （a*（b+c）；
Verilog实现密码箱 1.功能概述 小脚丫开发板的有4位拨码开关，可以表示数字0-9，有两个七段数码管，所以密码设为两位（00—99），初始密码00，利用四位拨码开关(sw)输入密码,，按下个位确认按键(low)，在数码管上显示个位数字；再次输入密码，按下十位确认按键(high)，在数码管上显示十位数字。按下确认按键(enter)，比较密码正误，若正确，实现开锁功能，用led8灯亮表示；错误，实现报错功能，用led1灯亮表示；连续错三次，实现警报功能，用8个灯全亮表示，此时只有重置（rst）才能重新输入密码。初始密码为21。为保证安全性，只有在开锁状态下，才可修改密码，修改拨码开关数值，按下个位确认按键(low)，设置新密码个位，再次修改拨码开关数值，按下个位确认按键(high)，设置新密码十位（实际上两个位密码修改与输入顺序不影响）。再按下重置键(rst)，即可重新输入密码。同时在使用按键时，注意到了消抖。 2.效果展示 密码错误
密码正确
修改后密码正确
视频展示（双击播放） 3.代码分析 一、密码显示在数码管上always@(*) //数码管显示控制模块
begin case(code_low) 4'd0:seg_led1=9'b000111111;//数码管1显示0 4'd1:seg_led1=9'b000000110;//1 4'd2:seg_led1=9'b001011011;//2 4'd3:seg_led1=9'b001001111;//3 4'd4:seg_led1=9'b001100110;//4 4'd5:seg_led1=9'b001101101;//5 4'd6:seg_led1=9'b001111101;//6 4'd7:seg_led1=9'b000000111;//7 4'd8:seg_led1=9'b001111111;//8 4'd9:seg_led1=9'b001101111;//9 default:seg_led1=9'b100111111;//0 endcase case(code_high) 4'd0:seg_led2=9'b000111111;//数码管2显示0 4'd1:seg_led2=9'b000000110;//1 4'd2:seg_led2=9'b001011011;//2 4'd3:seg_led2=9'b001001111;//3 4'd4:seg_led2=9'b001100110;//4 4'd5:seg_led2=9'b001101101;//5 4'd6:seg_led2=9'b001111101;//6
时序逻辑电路的Verilog HDL 实现 一.实验要求 (1)：编写JK 触发器、8位数据锁存器、数据寄存器的Verilog HDL 程序，并实现其仿真及其测试程序； (2)：在实验箱上设计含异步清零和同步使能的计数器。 (3)：进行波形仿真测试后；画出仿真波形。 (4)：写出实验心得 二．实验内容： （1）1.JK 触发器的元件符号如图7.14所示，其中J 、K 是数据输入端，CLR 是复位控制输入端，当CLR=0时，触发器的状态被置为0态；CLK 是时钟输入端；Q 和QN 是触发器的两个互补输出端。 JK 触发器的状态方程为 Q n+1 ＝J Q n ＋K Q n JK 触发器的verilog HDL 程序 module jkff_rs(clk,j,k,q,rs,set); input clk,j,k,set,rs; output reg q; always@(posedge clk,negedge rs,negedge set) begin if(!rs) q<=1'b0; else if(!set) q<=1'b1; else case({j,k}) 2'b00:q<=q; 2'b01:q<=1'b0; 2'b10:q<=1'b1; 2'b11:q<=~q; default:q<=1'bx; endcase end endmodule JK 触发器的功能：带异步清0，异步置１（低电平有效） JK 触发器的仿真结果 JK 触发器的元件符号
2.8位数据锁存器锁存器元件符号如图所示。CLR是复位控制输入端，当CLR=0时，8位数据输出Q[7..0]=00000000。ENA是使能控制输入端，当ENA=1时，锁存器处于工作状态，输出Q[7..0]＝D[7..0]；ENA=0时，锁存器的状态保持不变。OE是三态输出控制端，当OE=1时，输出为高阻态；OE=0时，锁存器为正常输出状态。 8位数据锁存器元件符号 8位数据锁存器的verilog HDL程序 module tt1373(le,oe,q,d); input le,oe; input[7:0] d; output reg[7:0] q; always @(le,oe,d) begin if((!oe)&&(le))q<=d; else q<=8'bz; end endmodule