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基本数字逻辑单元HDL描述(第3讲)

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第6章 基本数字逻辑单元HDL描述(第3讲)

第6章 基本数字逻辑单元HDL描述(第3讲)

基本数字逻辑单元HDL描述基本数字逻辑单元HDL 描述--时序逻辑电路HDL 描述时序逻辑电路的输出状态不仅与输入变量的状态有关，而且还与系统原先的状态有关。

⏹时序电路最重要的特点是存在着记忆单元部分；⏹时序电路主要包括：⏹触发器和锁存器⏹计数器⏹移位寄存器⏹脉冲宽度调制等。

时序逻辑电路HDL 描述--D 触发器HDL 描述D触发器是数字电路中应用最多的一种时序电路。

输入输出CLRPRE CE D C Q 1X X X X 001X X X 1000X X 无变化0010↑00011↑1D 触发器真值表D 触发器HDL 描述--带时钟使能和异步置位的D 触发器描述module v_registers_5 (C, D, CE, PRE, Q);input C, CE, PRE;input [3:0] D;output reg [3:0] Q;always @(posedge C or posedge PRE)beginif (PRE) Q <= 4'b1111;elseif (CE) Q <= D;endendmodule该设计保存在本书配套资源\eda_verilog\example6_15目录下时序逻辑电路HDL描述--Jk触发器HDL描述JK触发器真值表输入输出R S CE J K C Q1X X X X↑001X X X↑1000X X X无变化00100X无变化00101↑000111↑翻转00110↑1Jk 触发器HDL 描述--带时钟使能和异步置位/复位的JK 触发器module JK_FF(CLK,J,K,Q,RS,SET);input CLK,J,K,SET,RS;output Q;reg Q;always @(posedge CLK or negedge RS or negedge SET)beginif(!RS) Q <= 1'b0;else if(!SET) Q <= 1'b1;else下一页继续Jk 触发器HDL 描述--带时钟使能和异步置位/复位的JK 触发器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 endendmodule该设计保存在本书配套资源\eda_verilog\example6_16目录下时序逻辑电路HDL描述--RS触发器HDL描述RS触发器真值表输入输出R S C Q00↑无变化01↑110↑011↑无变化时序逻辑电路HDL 描述--RS 触发器HDL 描述的例子module rs_ff(input r,input s,input clk,output reg q,output reg qn );always @(*)beginqn <= ~q;end下一页继续时序逻辑电路HDL 描述--RS 触发器HDL 描述的例子always @(posedge clk)begincase({r,s})2'b00: q <= q;2'b01: q <= 1;2'b10: q <= 0;2'b11: q <= q;default: q<=1'bx;endcase endendmodule该设计保存在本书配套资源\eda_verilog\example6_17目录下时序逻辑电路HDL 描述--锁存器HDL 描述锁存器和触发器不同之处，就在于触发方式的不同☐触发器是靠敏感信号的边沿触发；☐锁存器是靠敏感信号的电平触发。

HDL课件3

HDL课件3


例5.5.2 module
DFF(Q,D,CP); output Q; input D,CP; reg Q; always @(posedge CP) Q<=D; endmodule





module asy_set_rst_DFF(Q,QN,D,CP,Sd,Rd); Output Q,QN; Input D,CP,Sd,Rd; Reg Q,QN; always @(posedge CP or negedge Sd or negedge Rd) If (~Sd || ~Rd) If (~Sd) begin Q<=1’b1; QN<=1’b0; end else begin Q<=1’b0; QN<=1’b1; end else begin Q<=D; QN<=~D; end endmodule
module
sync_rst_DFF(Q,D,CP,Rd); output Q; input D,CP,Rd; reg Q; always @(posedge CP) if (~Rd) Q<=1’b0; else Q<=D; endmodule

例 5.5.3 module JK_FF(Q,Qnot,J,K,CP); output Q,Qnot; input J,K,CP; reg Q; assign Qnot=~Q; always @(negedge CP) case ({J,K}) 2’b00:Q<=Q; 2’b01:Q<=1’b0; 2’b10:Q<=1’b1; 2’b11:Q<=~Q; endcase endmodule
第3章(3) 定时hdl

第3章(3) 定时hdl


优点：不需增加硬设备，只需编制相应的延时程序以备 调用。
缺点：CPU执行延时待时间增加了CPU的时间开销，延时 时间越长，这种等待开销越大，降低了CPU的效率， 浪费了CPU的资源。
2.硬件定时
它是采用可编程的定时/计数器或单稳延 时电路产生定时或延时。
优点：
① 不占用CPU的时间，定时时间长，使用灵活。
第三章 定时/计数技术
3.5.1 基本概念
一、问题的提出:
1.定时（信号具有周期性） 例如: ① 一天24小时的计时(称为日时钟)。 ② 在监测系统中，对被测点的定时采样。 ③ 在读键盘时，为去抖，一般延迟一段时间，再读。 ④ 在步进电机速度控制程序中，利用时间间隔来控制步 进电机的转速。 2.计数（信号具有随机性） 例如: ① 对零件和产品的计数； ② 对大桥和高速公路上车流量的统计，等等。
3.5.2 可编程定时/计数器8253/8254
基本特点：
3个独立的16位定时/计数器（T/C）； 每个T/C功能： 1) 可按二、十进制（BCD）计数； 2) 有6种不同的工作方式； 3) 最高频率10MHz； 4) 有读回状态/当前计数值功能。
1. 外部连接特性
面向CPU的信号线： ① 数据总线D0~D7：为三态输出/输入线。 8 7 用于将8253与系统数据总线相连。 6 ② 片选线CS-：输入信号，低电平有效。 5 4 ③ 读信号RD-：输入信号，低电平有效。 3 2 ④ 写信号WR-：输入信号，低电平有效。 1 ⑤ 地址线A1A0:这两根线接到系统地址总 21 22 路线的A1A0上。 23 面向I/O设备的信号线： ⑥ 计数器时钟信号CLK：输入信号。 ⑦ 计数器门控选通信号GATE0-2：输入 信号。 ⑧ 计数器输出信号OUT0-2；为输出信号。
第3讲 Verilog HDL常用建模方法汇总

第3讲 Verilog HDL常用建模方法汇总

在传输信号时没有延迟。但是，当开关值切换时有开 （turn-on）和关（turn-off）延迟。可以给双向开关指 定0个、1个或2个延迟，如下表所示。
specify块 也可以给使用开关设计的模块指定路径延迟（引脚到引
脚的延迟）以及时序检查。用specify块可以描述路径延 迟。在第10章中详细讨论了路径延迟说明，它在开关级 模型中也完全适用。
描述方式：
因为开关是用Verilog原语定义的，类似 于逻辑门，实例名称是可选项，所以调用 （实例引用）开关时可以不给出实例名称。
信号out的值由信号data和control的值确定。 out的逻 辑值如表11.1所示。 信号data和control的不同组合导致 这两个开关输出1，0或者z或x，逻辑值(如果不能确定 输出为1或0，就有可能输出z值或x值)。符号L代表0或 z，H代表1或z。
因此，NMOS开关在control信号是1时导通。如果 control信号是0，则输出为高阻态值。与此类似，如 果control信号是0，则PMOS开关导通。 具体的输入 输出参见下表：
CMOS开关用关键字cmos声明。CMOS开关的符号如下图所 示。
CMOS开关实例的引用： CMOS门本质上是两个开关（NMOS和PMOS）的组合体可
f=ab …
主讲 陈付
安徽师范大学 2015
第3讲 Verilog HDL常用建模方法
电路（开关级）级建模
门级（逻辑级）建模
数据流建模
行为级（RTL级）建模
Verilog模型可以是实际电路不同级别的抽象。这些抽象的级别和它们对应的模型 类型共有以下五种： （1）系统级(system) （2）算法级(algorithmic) （3）RTL级(Register Transfer Level): （4）门级(gate-level): （5）开关级(switch-level)
第三章 Verilog HDL的基本语法汇总

第三章 Verilog HDL的基本语法汇总

单元，每个单元为8位 reg [32:1] memory2[1:512]; //存储器为
512个单元，每个单元为32位
3.3 Verilog HDL的运算符
算术运算符 逻辑运算符 关系运算符 等值运算符 位运算符 缩减运算符 移位运算符 条件运算符 拼接运算符
1.算术运算符
算术运算符包括： + （加法运算符或正值运算符，如x+y，+8） - （减法运算符或负值运算符，如x-y，-90） * （乘法运算符，如x*y） / （除法运算符，如x/y） % （取模运算符，如x % y）
1．间隔符: Verilog 的间隔符主要起分隔文本的作用，可以使 文本错落有致，便于阅读与修改。
间隔符包括空格符（\b）、TAB 键（\t）、换行符（\n）及 换页符。
2．注释符:注释只是为了改善程序的可读性，在编译时不起作用。 多行注释符(用于写多行注释): /* --- */； 单行注释符 :以//开始到行尾结束为注释文字。
3．标识符和关键词
标识符:给对象（如模块名、电路的输入与输出端口、变
量等）取名所用的字符串。以英文字母或下划线开始
如，clk、counter8、_net、bus_A 。
关键词:是Verilog语言本身规定的特殊字符串，用来定义 语言的结构。例如，module、endmodule、input、 output、wire、reg、and等都是关键词。关键词都是小 写，关键词不能作为标识符使用 。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.
例:网络型变量L的值由与门的驱动信号 a和b所决定，即L＝a&b。a、b的值发 生变化，线网L的值会立即跟着变化。
a
&L
基本数字逻辑单元HDL描述(第2讲)

基本数字逻辑单元HDL描述(第2讲)

基本数字逻辑单元HDL 描述LOGO数据运算操作主要包含加法操作、减法操作、乘法操作和除法操作，由这四种运算单元和逻辑运算单元一起，可以完成复杂数学运算。

HDL语言中提供了丰富的数据算术操作的运算符。

组合逻辑电路的HDL 描述--数据运算操作HDL 描述加法操作HDL 描述--带进位输入和输出无符号8位加法的例子module v_adders_2(A, B, CI, SUM);input [7:0] A;input [7:0] B;input CI;output [7:0] SUM;assign SUM = A + B + CI;endmodule减法操作HDL 描述--无符号带借位8位减法器的例子module v_adders_8(A, B, BI, RES);input [7:0] A;input [7:0] B;input BI;output [7:0] RES;assign RES = A -B -BI;endmodule乘法操作HDL 描述--8位与4位无符号数相乘的例子module v_multipliers_1(A, B, RES);input [7:0] A;input [3:0] B;output [11:0] RES;assign RES = A * B;endmodule除法操作HDL 描述--无符号8位除法运算的例子module div(input [7:0] numerator,input [7:0] denominator,output [7:0] quotient,output [7:0] remainder);assign quotient=numerator/denominator;assign remainder=numerator % denominator;endmodule数据运算操作HDL 描述--算术逻辑单元HDL 描述前面介绍了加法器和减法器电路的设计。

HDL 第3次课

HDL 第3次课


2‘b1x==2’b0x 值为0，因为不相等
2‘b1x==2’b1x
值为x，因为可能不 相等，也可能相等
case等
=== 0 1 x z 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 x 0 0 1 0 z 0 0 0 1
a = 2'b1x; b = 2'b1x; if (a === b) $display(" a is identical to b"); else $display(" a is not identical to b");
module equalities2(); reg [3: 0] rega, regb, regc; 等式运算符 reg val; initial begin rega = 4'b0011; === 全等(case等) regb = 4'b1010; ! == 非全等(case不等) regc = 4'b1x10; end initial fork #10 val = rega === regb ; // val = 0 • 其结果是1’b1、1’b0。 • 如果左边及右边的值相同（包 #20 val = rega !== regc; // val = 1 #30 val = regb === regc; // val = 0 括x、z)，则结果为1。 •如果左边及右边的值不相同， #40 val = regc === regc; // val = 1 #50 $finish; 则结果为0。 join •!==的结果与 === 相反 endmodule
HDL 数字系统设计
模块的结构 基本词汇
常量变量及其数据类型 运算符及分类
第三讲 常用 Verilog 语法（二）
HDL

HDL


安康学院 电子与信息工程系电子教研室
3.1 模块的结构
功能定义
模块中最重要的部分是逻辑功能定义部分。 模块中最重要的部分是逻辑功能定义部分。有三种方法可在 模块中产生逻辑。 模块中产生逻辑。 - 用 assign 语句（数据流描述）： assign a = b & c ; - 用实例元件（结构化描述）： and2 and_inst ( q, a, b); - 用 “always” 块（行为描述）： always” always @ (posedge clk or posedge clr) begin if (clr) q<= 0; else if (en) q<= d; end
安康学院 电子与信息工程系电子教研室
3.2 数据类型及其常量及变量
二． reg型 reg型
寄存器是数据储存单元的抽象。 寄存器是数据储存单元的抽象。寄存器数据类型的关键字是 reg。 reg类型数据的默认初始值为不定值x。 reg。 reg类型数据的默认初始值为不定值x 类型数据的默认初始值为不定值 reg型数据常用来表示用于 always”模块内的指定信号 型数据常用来表示用于“ 模块内的指定信号， reg型数据常用来表示用于“always 模块内的指定信号，常 代 表触发器。 always”块内被赋值的每一个信号都必须定义成 表触发器。在“always 块内被赋值的每一个信号都必须定义成 reg型 reg型。 reg型数据的格式如下 型数据的格式如下： reg型数据的格式如下： [n数据名1,数据名2, 1,数据名2,… 数据名i; 数据名i; reg [n-1:0] 数据名1,数据名2, 或 数据名1,数据名2, 1,数据名2,… 数据名i; 数据名i; reg [n:1] 数据名1,数据名2,
(3)HDL

(3)HDL


数 据 一个电路可以由赋值语句来描述，用输入组成的 表达式来表示输出。 流 描 out=(sel&b)|(~sel&a) 述
module mux2_1 (out, a, b, sel); output out; input a, b, sel; assign out=(sel&b)|(~sel&a); endmodule
转义标识符(Escaped identifier)

转义标识符以“ \”开头，以空白结尾，中间由任何可打 印字符(ASCII码值从33到126)构成 。如： \7400 \.*.$
\{******}
\~Q \OutGate

//与OutGate相同
最后这个例子解释了在一条转义标识符中，反斜线和结束 空格并不是转义标识符的一部分。也就是说，标识符 \OutGate和标识符OutGate恒等。
wire是最常用的Net型变量。 格式： wire[n-1:0] 数据名1，数据名2，……数据名 i； //共有i条总线,每条都有n位 例如： //定义了一个1位wire型变量a wire a； wire [7:0] b; //定义了一个8位wire型变量b wire [4:1] c,d; //定义了两个4位wire型变量c和d
端口列表中的所有端口名都需要进行端口描述，但不区分顺 序。 方向关键字只有input、output和inout三种； 例子
2. 3.
如果是单根信号，可以省略数据宽度，若是多根则不能省。
端口描述——端口结构图

返回
input只能输入，实现为芯片引脚时可能会插入输入缓冲器。 output只能输出，实现为芯片引脚时可能会插入输出缓冲器。 inout既可以输入又可以输出，为双向端口，在输出方向由三态 缓冲器构成。当不允许输出时，该三态缓冲器输出高阻态z， 从而不影响端口上的电平状态，输入方向在实现时可能会插入 输入缓冲器
verilog_hdl教程_硬件描述语言_课件_PPT

verilog_hdl教程_硬件描述语言_课件_PPT

▪ 既可以用电路的功能描述，也可以用元器件及其之间的 连接来建立Verilog HDL模型。
3
3.1 引言
二、Verilog HDL的发展历史
▪ 1983年，由GDA（GateWay Design Automation）公 司的Phil Moorby首创；
▪ 1989年，Cadence公司收购了GDA公司； ▪ 1990年， Cadence公司公开发表Verilog HDL； ▪ 1995 年 ， IEEE 制 定 并 公 开 发 表 Verilog HDL1364-
3.13 设计技巧
1
3.1 引言
内容概要
一、什么是Verilog HDL 二、Verilog HDL的发展历史 三、不同层次的Verilog HDL抽象 四、Verilog HDL的特点
2
3.1 引言
一、什么是Verilog HDL
▪ Verilog HDL是一种用于数字逻辑电路设计的硬件描述 语言（Hradware Description Language )，可以用来进 行数字电路的仿真验证、时序分析、逻辑综合。 ➢ 用Verilog HDL描述的电路设计就是该电路的 Verilog HDL模型。 ➢ Verilog HDL 既是一种行为描述语言也是一种结构描述 语言。
begin //过程赋值语句 //if语句 // case语句 // while,repeat,for循环语句 // task,function调用
end
17
3.2 Verilog HDL基本结构
// （3）元件例化 < module_name > < instance_name > (<port_list>);
always @(posedge clk) // 每当时钟上升沿到来时执行一遍块内语句
第6章 基本数字逻辑单元HDL描述(第1讲)

第6章 基本数字逻辑单元HDL描述(第1讲)

基本数字逻辑单元HDL描述任何复杂的数字系统可以用若干基本组合逻辑单元和时序逻辑单元组合来实现。

基本逻辑单元一般分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

这两类基本逻辑电路构成和复杂数字系统设计的基石。

组合逻辑电路的HDL 描述组合逻辑电路的HDL 描述--内容组合逻辑电路是指输出状态只决定于同一时刻各个输入状态的组合，而与先前状态无关的逻辑电路称为组合逻辑电路。

组合逻辑电路主要包括:⏹基本逻辑门⏹编码器⏹译码器⏹数据选择器⏹数据比较器⏹总线缓冲器逻辑门的HDL 描述--基本门电路过程分配描述module g1(o,a,b,c,d);input a,b,c,d;output reg o;always @(a or b or c or d)begino=(~(a&b))|(b&c&d);endendmodule本设计保存在本书配套资源eda_verilog\example6_1目录下逻辑门的HDL 描述--基本门电路连续分配描述module g2(o,a,b,c,d);input a,b,c,d;output o;assign o=(~(a&b))|(b&c&d);endmodule逻辑门的HDL 描述--基本门电路门调用描述module g3(o,a,b,c,d);input a,b,c,d;output o;nand(o1,a,b);and(o2,b,c,d);or(o,o1,o2);endmodule组合逻辑电路的HDL 描述--编码器HDL 描述将某一信息用一组按一定规律排列的二进制代码描述称为编码。

典型的有8421码、BCD 码等。

在使用HDL 语言描述编码器时，通过使用CASE 和IF 语句实现对编码器的描述。

编码器HDL 描述--8/3优先编码器描述的例子module v_priority_encoder_1(sel,code);input [7:0] sel;output [2:0] code;reg [2:0] code;always @(sel)beginif (sel[0]) code = 3'b000;else if (sel[1]) code = 3'b001;else if (sel[2]) code = 3'b010;else if (sel[3]) code = 3'b011;else if (sel[4]) code = 3‘b100;else if (sel[5]) code = 3'b101;else if (sel[6]) code = 3'b110;else if (sel[7]) code = 3'b111;else code = 3'bxxx;endendmodule 本设计保存在本书配套资源eda_verilog\example6_2目录下思考与练习1：优先级的含义？思考与练习2：查看详细描述后的结果，分析（提示：长链路带来延迟，性能降低）组合逻辑电路的HDL 描述--编码器HDL 描述译码器设计译码的过程实际上就是编码过程的逆过程,即将一组按一定规律排列的二进制数还原为原始的信息。

EDA第6章基本数字逻辑单元HDL描述


宽度为1至256通道（总数多达4096个触发通道） 且降低了对采样存储的需求。
每个触发端口多达16个单独的匹配单元，对应 每个触发器端口有多个匹配单元，增加了事件
每个触发条件的16个不同的比较
检测的灵活性同时保存了宝贵的资源。
对于用户时钟速率大于500MHz的情况，所有的 高速触发事件检测和数据捕获的能力
值和阻塞赋值。 原则6：不要在多个always块中为同一个变量赋值 原则7：用$strobe系统任务来显示用非阻塞赋值的变
量值。
基本数字逻辑单元HDL描述
--有限自动状态机HDL描述
有限自动状态机FSM（Finate State Machine）的设计 是复杂数字系统中非常重要的一部分，是实现高效率高 可靠性逻辑控制的重要途径。
Mealy型状态机的输出由状态机的输入和状态机的状态共同 决定；
有限自动状态机HDL描述
--FSM的分类及描述
该序列检测器将检测序列“1101”，当检测到该序列时， 状态机的输出z为1。
有限自动状态机HDL描述
--FSM的分类及描述
Moore状态机检测序列时，使用了5个状态，当为状态S4时， 输出为1。
大部分数字系统都是由控制单元和数据单元组成的。
数据单元负责数据的处理和传输，而控制单元主要是控制数据单元 的操作的顺序。
在数字系统中，控制单元往往是通过使用有限状态机实现的，有限 状态机接受外部信号以及数据单元产生的状态信息，产生控制信号 序列。
有限自动状态机HDL描述
--FSM设计原理
有限状态机可以由标准数学模型定义。此模型包括一组状
可编程逻辑器件调试
-概述
只能通过测试仪器或软件知道输入端口和输出端口， 而内部逻辑的运行情况不知道。

数字逻辑教学课件 数字电路3-3


谢谢
响应操作
0 0 0 × × × 清零，QA ~ QH → I/OA ~ I/OH输出低电平
1×× 1 1
并行置数，I/On → Qn
10001
右移，SR → QA, QA→QB，QH右移出,QA ~ QH→I/OA ~ I/OH
10010
左移，SL→QH, QH→QG，QA左移出,QA ~ QH →I/OA ~ I/OH
双四位移位寄存器
D：串行输入 CLK：时钟 RST：异步清零 Q0~Q3：输出(Q0 --> Q3)
D1 CP Q3 Q2 Q1 Q0
1
1
0
Q3
Q2
Q1 Q0
t
D D2 D3
D1
D0
t
CP
t
Q n1 3
D
, Q2n1 Q3n
,
t
Q n1 1
Q2n
,
Q n1 0
Q1n
t
t
串行DI 输入
1
移位CP 脉冲
1111
0101 1011 0110 1101
取格雷码计数状态为主循环，模 M＝8 的计数。
※ 主循环波形图： CP
0000
1000 1100
1110 Q0
Q1
0001
0011
0111
※ 电路特点
Q2
1111
Q3
优点：
• 扭环形计数器的模 M＝2N ，提高了电路利用率；
• 电路状态译码时不会产生竞争－冒险现象。
FF0 1J C1 1K
并 Q0 FF0 1J
C1 1K
行 Q1 FF0 1J
C1 1K
输 Q2 FF0 1J

第3章 Verilog HDL语言基础


Verilog HDL语言基础--本章概述
Verilog的门级描述语句; Verilog编译指示语句; Verilog系统任务和函数; Verilog用户定义任务和函数和Verilog语言模块描 述方式。 本章内容对于初步掌握Verilog语言规则非常重 要。
--Verilog语言概述
Verilog HDL（以下简称Verilog）是一种硬件描述语 言，用于从算法级、门级到开关级的多种抽象设计层次的 数字系统建模。
--Verilog语言概述
Verilog HDL语言具有下述描述能力： 设计的行为特性 设计的数据流特性 设计的结构组成 包含响应监控和设计验证方面的时延和波形产生机制。 所有这些都使用同一种建模语言。此外，Verilog HDL语言提供了编程语言接口，通过该接口可以在模拟、 验证期间从设计外部访问设计，包括模拟的具体控制和运 行。
Verilog程序结构
--逻辑功能定义
逻辑功能定义是Verilog程序结构中最重要的部分， 逻辑功能定义用于实现模块中的具体的功能。 主要的方法有： 1．assign连续赋值语句 赋值语句是最简单的逻辑功能描述，用assign赋值语 句定义： 【例3.4】赋值语句用于逻辑功能定义的例子。 assign F=~((A&B)|(~(C&D)));
Verilog HDL硬件描述语言功能
4．提供显式语言结构指定设计中的端口到端口的时 延及路径时延和设计的时序检查。
5．可采用三种不同方式或混合方式对设计建模。这
些方式包括：
行为描述方式—使用过程化结构建模；
数据流方式—使用连续赋值语句方式建模；
结构化方式—使用门和模块实例语句描述建模。
Verilog程序结构

数字逻辑与处理器基础

5
清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春
蕴含项(implicant)

函数的蕴含项指开状态项集合中的单个元 素或卡诺图中可以合并的相邻元素的组合
BC 00 A 0 1 0 0 01 0 0 11 10 0 1 1 1
A’BC’、ABC、 ABC’是蕴含 项 BC’、AB也是 蕴含项

清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春

清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春
22
举例

f(A,B,C,D)=m(4,8,10,11,12,15)+d(9,14)
m 0 1 2 3 4 5 6 7 f 0 0 0 0 1 0 0 0 A 1 1 1 1 1 1 1 1 B 0 0 0 0 1 1 1 1 C 0 0 1 1 0 0 1 1 D 0 1 0 1 0 1 0 1 m 8 9 10 11 12 13 14 15 f 1 x 1 1 1 0 x 1
0001 0010 0100 0011 0101 0110 1000 0111 xxxx xxxx xxxx xxx1 xxx1 xxxx 1001 0000 xxxx xxx1 xxxx
清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春
19
无关项(Don’t care)
在标准的和表示中，如果将无关项作 为最小项或最大项，可将其写作di或者Di 例如
2 2
m9 m9 m10 m10 m12 m12 m11 m11 m14 m14 m15 m15
3 3 4 4
清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春
9
寻找本质本原蕴含项举例
AB CD 00 01 11 10 00 01 11 10 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 Y=ACD+ABC’+A’C’D+A’BC

数字逻辑HDL3

wire : any connect nets in module;
The value of signals:
0 1 z x
Verilog HDL structure
module majority (a,b,c,f);
input a,b,c;
output f;
wire w1,w2,w3;
… structure description; … endmodule;
Behavioral description
module statememory (clk,d,q); input clk; input[2:0] d; output[2:0] q; reg[2:0] q; always @ (posedge clk) begin q <= d; end endmodule
4-bits ripple adder
4-bits ripple adder
module adder4 (x,y,s,cout); input[3:0] x,y; output[3:0] s; output cout; wire[3:1] c; fa u0(x[0],y[0],0,s[0],c[1]); fa u1(x[1],y[1],c[1],s[1],c[2]); fa u2(x[2],y[2],c[2],s[2],c[3]); fa u3(x[3],y[3],c[3],s[3],cout); endmodule
Hardware module： Name、port and structure;
Verilog HDL structure
module majority (a,b,c,f); input a,b,c; output f; … structure description;

【学习课件】第三讲可综合VerilogHDL


基于FPGA的嵌入式系统设计
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Spring 2010
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3.1.4 流水线
• 流水线处理是高速设计中的常用设计手段，是面积 换取速度原则的又一具体体现。
• 时序逻辑处理数据流就是天然的流水线结构。 • 流水线的结构示例：
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• Clk：工作时钟 • ARst：异步复位 • DataIn：数据输入 • DataEn：输入数据有效 • DataOut：数据输出 • DataValid：输出数据有效指示 • 每一级的DataValid接至后级的DataEn。 • DataEn有效时，采入数据进行处理。 • 处理完数据输出的同时让DataValid有效，通知下级。
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3.2.1 组合逻辑的数据流建模
• 参数化的奇偶校验器的建模
module ParityGenerator(DataIn,OddPar,EvenPar); parameter NBITS=4; input [NBITS-1:0] DataIn; output OddPar,EvenPar; assign EvenPar=^DataIn; assign OddPar=~EvenPar;
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3.1.5 异步时钟域处理
• 特殊情况——转换低频时钟为时钟使能：
– 如果低频时钟频率远低于高频时钟，建议用高频时钟将低 频时钟同步为单周期使能信号。
• 典型例子：
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基本数字逻辑单元HDL 描述LOGO基本数字逻辑单元HDL 描述--时序逻辑电路HDL 描述时序逻辑电路的输出状态不仅与输入变量的状态有关，而且还与系统原先的状态有关。

⏹时序电路最重要的特点是存在着记忆单元部分；⏹时序电路主要包括：⏹触发器和锁存器⏹计数器⏹移位寄存器⏹脉冲宽度调制等。

时序逻辑电路HDL 描述--D 触发器HDL 描述D触发器是数字电路中应用最多的一种时序电路。

输入输出CLRPRE CE D C Q 1X X X X 001X X X 1000X X 无变化0010↑00011↑1D 触发器真值表D 触发器HDL 描述--带时钟使能和异步置位的D 触发器描述module v_registers_5 (C, D, CE, PRE, Q);input C, CE, PRE;input [3:0] D;output reg [3:0] Q;always @(posedge C or posedge PRE)beginif (PRE) Q <= 4'b1111;elseif (CE) Q <= D;endendmodule该设计保存在本书配套资源\eda_verilog\example6_15目录下时序逻辑电路HDL描述--Jk触发器HDL描述JK触发器真值表输入输出R S CE J K C Q1X X X X↑001X X X↑1000X X X无变化00100X无变化00101↑000111↑翻转00110↑1Jk 触发器HDL 描述--带时钟使能和异步置位/复位的JK 触发器module JK_FF(CLK,J,K,Q,RS,SET);input CLK,J,K,SET,RS;output Q;reg Q;always @(posedge CLK or negedge RS or negedge SET)beginif(!RS) Q <= 1'b0;else if(!SET) Q <= 1'b1;else下一页继续Jk 触发器HDL 描述--带时钟使能和异步置位/复位的JK 触发器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 endendmodule该设计保存在本书配套资源\eda_verilog\example6_16目录下时序逻辑电路HDL描述--RS触发器HDL描述RS触发器真值表输入输出R S C Q00↑无变化01↑110↑011↑无变化时序逻辑电路HDL 描述--RS 触发器HDL 描述的例子module rs_ff(input r,input s,input clk,output reg q,output reg qn );always @(*)beginqn <= ~q;end下一页继续时序逻辑电路HDL 描述--RS 触发器HDL 描述的例子always @(posedge clk)begincase({r,s})2'b00: q <= q;2'b01: q <= 1;2'b10: q <= 0;2'b11: q <= q;default: q<=1'bx;endcase endendmodule该设计保存在本书配套资源\eda_verilog\example6_17目录下时序逻辑电路HDL 描述--锁存器HDL 描述锁存器和触发器不同之处，就在于触发方式的不同☐触发器是靠敏感信号的边沿触发；☐锁存器是靠敏感信号的电平触发。

时序逻辑电路HDL 描述--锁存器HDL 描述的例子module v_latches_2 (gate,data,set, Q);input gate, data, set;output Q;reg Q;always @(gate,data,set)beginif (!set) Q = 1'b0;else if(gate) Q = data;end endmodule时序逻辑电路HDL 描述--计数器HDL 描述根据计数器的触发方式不同，计数器可以分为：同步计数器和异步计数器两种。

☐当赋予计数器更多的功能时，计数器的功能就非常复杂了。

☐计数器是常用的定时器的核心部分。

✓当计数器输出控制信号时，计数器也就变成了定时器了。

⏹本节只介绍同步计数器的设计。

✓同步计数器指在时钟脉冲（计数脉冲）的控制下，计数器做加法或减法的运算。

时序逻辑电路HDL 描述--计数器HDL 描述一个8进制（范围0~7）的计数器是一个3位二进制的计数器。

计数器HDL 描述--3位计数器描述的例子module count3(input wire clk,input wire clr,output reg [2:0] q );always @(posedge clk or posedge clr)beginif(clr == 1)q <= 0;elseq <= q + 1;endendmodule计数器HDL 描述--5进制计数器描述的例子module mod5cnt(input wire clr,input wire clk,output reg [2:0] q );always @(posedge clr or posedge clk)beginif(clr == 1)q <= 0;else if(q == 4)q <= 0;elseq <= q + 1;endendmodule时序逻辑电路HDL 描述--时钟分频器HDL 描述q(i)频率（Hz ）周期（ms ）q(i)频率（Hz ）周期（ms ）025000000.000.00004126103.520.16384112500000.000.00008133051.760.3276826250000.000.00016141525.880.6553633125000.000.0003215762.94 1.3107241562500.000.0006416381.47 2.621445781250.000.0012817190.73 5.242886390625.000.002561895.3710.485767195312.500.005121947.6820.97152897656.250.010242023.8441.94304948828.130.020482111.9283.886081024414.060.0409622 5.96167.77216分频时钟频率和计数器的关系(输入时钟50MHz)时序逻辑电路HDL 描述--时钟分频器HDL 描述的例子module clkdiv(input wire clr,input wire mclk,output wire clk190,output wire clk48);reg [24:0] q;always @ (posedge mclk or posedge clr)begin下一页继续时序逻辑电路HDL 描述--时钟分频器HDL 描述if(clr == 1)q <= 0;elseq <= q + 1;endassign clk190 = q[17];assign clk48 = q[19];endmodule时序逻辑电路HDL 描述--移位寄存器HDL 描述本节介绍下面：⏹通用移位寄存器HDL 描述⏹环形移位寄存器HDL 描述⏹消抖电路HDL 描述⏹时钟脉冲电路HDL 描述时序逻辑电路HDL 描述--通用移位寄存器HDL 描述在每一个时钟脉冲时，数据从一个触发器移动到另一个触发器。

串行数据data_in 从移位寄存器的左边输入进来，在每个时钟到来时，q3移动到q2，q2移动到q1，q1移动到q0。

--16位串入/串出移位寄存器的描述module shift16(input a,input clk,output b);wire [15:0] z;assign z[0]=a;下一页继续--16位串入/串出移位寄存器的描述assign b=z[15];genvar i;generatefor (i=0; i<15; i=i+1)begin: g1dff Dffx(z[i],clk,z[i+1]);endendgenerateendmodule通用移位寄存器HDL 描述--预定义移位操作符实现逻辑左移的例子module logical_shifter_3(input [7:0] DI,input [1:0] SEL,output reg[7:0] SO);always @(DI or SEL)begin下一页继续通用移位寄存器HDL 描述--预定义移位操作符实现逻辑左移的例子case (SEL)2'b00: SO = DI;2'b01: SO = DI << 1;2'b10: SO = DI << 2;2'b11: SO = DI << 3;default: SO = DI;endcaseendendmodule通用移位寄存器HDL 描述--for 循环实现16位移位寄存器的例子module shift_registers_1 (input c,input si,output so);reg [15:0] tmp;integer i;assign so=tmp[15];下一页继续通用移位寄存器HDL 描述--for 循环实现16位移位寄存器的例子always @(posedge c)beginfor(i=0;i<15;i=i+1)tmp[i+1]<=tmp[i];tmp[0]<=si;endendmodule通用移位寄存器HDL 描述--并置操作实现16位移位寄存器的例子module shift_register_5(input SI,input clk,output reg[15:0] PO);reg[15:0] temp=0;always @(posedge clk)begintemp <= {temp[14 : 0], SI};PO <= temp;endendmodule环形移位寄存器HDL 描述--四位右移环形移位寄存器的例子module ring4(input wire clk,input wire clr,output reg [3:0] q);always @(posedge clk or posedge clr)beginif(clr == 1)下一页继续环形移位寄存器HDL 描述--四位右移环形移位寄存器的例子q <= 1;elsebeginq[3] <= q[0];q[2:0] <= q[3:1];endendendmodule时序逻辑电路HDL 描述--消抖电路HDL 描述当按键时，不可避免的引起按键的抖动，需要大约ms 级的时间才能稳定下来。