Verilog数字系统设计4

简单4位数字频率计设计一、 设计要求（1）、利用Verilog HDL 语言行为描述方法，设计一个简单的4位数字频率计； （2）、要求输入标准时钟信号频率为1MHz ，系统可计数频率范围为1Hz~9999Hz ； （3）、系统具有复位信号，且当计数频率发生溢出时能够给出指示信号，计数的频率通过4个共阴数码管进行显示（动态扫描显示）。

二、 系统结构框图4位数字频率计系统结构框图根据设计要求，输入系统的标准时钟信号要先经过分频后得到一个周期为2s 占空比50%的信号，用来对输入信号采样，得到采样信号GA TED_CLK ；为了能够控制计数模块对采样的信号进行正常计数及保存计数后的频率，这要求，要在计数器刚好完成计数后立即将数据输出给显示部分进行显示，并且要为下次计数做好准备，因此数据信号处理部分还要有产生控制计数器的两个信号LOAD 和COUNTER_CLR ，LOAD 信号控制计数完成后的数据及时输出给显示，COUNTER_CLR 信号控制计数器清零；计数模块就是完成对采样信号的计数，并当计数发生溢出时产生溢出信号FLOW_UP ；显示控制模块要完成将计数模块输入的信号进行译码显示。

三、 信号描述测试信号采样原理：Signal for testTo displaySignal for testGA TED_CLK 、LOAD 、COUNTER_CLR 信号的关系：COUNTER_CLRGATED_CLKLOAD四、 Verilog 程序各子模块verilog 程序：（1）信号处理模块_verilog ： moduleFREQUENCY_COUNTROL_BLOCK(GATED_CLK,LOAD,COUNTER_CLR,CLK_IN,SIGNA L_TEST,RESET); output GATED_CLK; output LOAD; output COUNTER_CLR; input CLK_IN; input SIGNAL_TEST; input RESET; reg LOAD; reg COUNTER_CLR; reg DIVIDE_CLK; reg[19:0] cn; reg A1,A2;//信号分频：由CLK_IN 得到分频后的信号DIVIDE_CLK(0.5Hz) always @(posedge CLK_IN) begin if(RESET) begin DIVIDE_CLK<=0; cn<=0;endelse if(cn==1000000)begincn<=0;DIVIDE_CLK<=~DIVIDE_CLK;endelsecn<=cn+1;end//频率计数控制信号的产生：产生LOAD信号和COUNTER_CLR信号always @(posedge SIGNAL_TEST)beginA1<=~DIVIDE_CLK;endalways @(posedge SIGNAL_TEST)beginA2=A1;endalways @(A1 or A2)beginLOAD=A1&&(!A2);endalways @(posedge SIGNAL_TEST)COUNTER_CLR=LOAD;//产生驱动计数模块的信号GATED_CLK，也就是被计数模块检测的信号assign GATED_CLK=SIGNAL_TEST&DIVIDE_CLK;endmodule（2）、计数器模块：moduleFREQUENCY_COUNTER_BLOCK(COUT,FLOW_UP,CLOCK_IN,RESET,LOAD,COUNTER _CLR);output[15:0] COUT;output FLOW_UP;input CLOCK_IN;input LOAD;input COUNTER_CLR;input RESET;reg[15:0] TEMP;reg FLOW_UP;parameter B_SIZE=16; //二进制位宽，为便于移植，所有定义了成参数reg[B_SIZE+3:0] bcd; //转换后的BCD码的位数要比二进制多4位reg[B_SIZE-1:0] binary;reg[B_SIZE-1:0] bin;reg[B_SIZE+3:0] result;//计数器完成计数得到二进制表示的频率数值always @(CLOCK_IN or RESET or LOAD or COUNTER_CLR)beginif(RESET|COUNTER_CLR)beginTEMP<=0;FLOW_UP<=0;endelse if(LOAD)binary<=TEMP;else if(TEMP>9999)beginFLOW_UP<=1;binary<=9999;endelseif(CLOCK_IN)TEMP<=TEMP+1;end//将二进制表示（或十六进制表示）的数转换为BCD码的形式，便于数码管译码显示always @(binary or RESET)beginbin=binary;result=0;if(RESET)bcd<=0;elsebeginrepeat(B_SIZE-1)beginresult[0]=bin[B_SIZE-1];if(result[3:0]>4)result[3:0]=result[3:0]+4'd3;if(result[7:4]>4)result[7:4]=result[7:4]+4'd3;if(result[11:8]>4)result[11:8]=result[11:8]+4'd3;if(result[15:12]>4)result[15:12]=result[15:12]+4'd3;if(result[19:16]>4)result[19:16]=result[19:16]+4'd3;result=result<<1;bin=bin<<1;endresult[0]=bin[B_SIZE-1];bcd<=result;endendassign COUT=bcd[15:0];endmodule（3）信号显示处理：module FREQUENCY_DISPL Y_BLOCK(DOUT,DCLK_IN,RESET,CDIN);output[10:0] DOUT;input[15:0] CDIN;input DCLK_IN;input RESET;reg[10:0] DOUT;reg[3:0] Temp1;reg[1:0] cn;always @(posedge DCLK_IN) //设置成动态扫描beginif(RESET)cn<=0;elsebegincn<=cn+1;case(cn)2'b00: begin DOUT[10:7]<=4'b0001; Temp1<=CDIN[3:0];end2'b01: begin DOUT[10:7]<=4'b0010; Temp1<=CDIN[7:4];end2'b10: begin DOUT[10:7]<=4'b0100; Temp1<=CDIN[11:8];end2'b11: begin DOUT[10:7]<=4'b1000; Temp1<=CDIN[15:12];endendcaseendendalways @(Temp1) //译码显示begincase(Temp1)4'b0000: DOUT[6:0]<=7'b0111111; //3fh=04'b0001: DOUT[6:0]<=7'b0000110; //06h=14'b0010: DOUT[6:0]<=7'b1010110; //56h=24'b0011: DOUT[6:0]<=7'b1001111; //4fh=34'b0100: DOUT[6:0]<=7'b1100110; //66h=44'b0101: DOUT[6:0]<=7'b1101101; //6dh=54'b0110: DOUT[6:0]<=7'b1111101; //7dh=64'b0111: DOUT[6:0]<=7'b0000111; //07h=74'b1000: DOUT[6:0]<=7'b1111111; //7fh=84'b1001: DOUT[6:0]<=7'b1101111; //6fh=9default: DOUT[6:0]<=7'b0111111; //3fhendcaseendendmodule顶层verilog程序：moduleFREQUENCY_COUNTER_DISPL Y_BLOCK(DOUT,FLOW_UP,CLK,TEST_CLK_IN,RESET) ;output[10:0] DOUT;output FLOW_UP;input CLK;input TEST_CLK_IN;input RESET;wire gated_clk,load,counter_clr;wire[15:0] cout_cdin;FREQUENCY_COUNTROL_BLOCKu1(.GATED_CLK(gated_clk),.LOAD(load),.COUNTER_CLR(counter_clr),.CLK_IN(CLK),.SIG NAL_TEST(TEST_CLK_IN),.RESET(RESET));FREQUENCY_COUNTER_BLOCKu2(.COUT(cout_cdin),.FLOW_UP(FLOW_UP),.CLOCK_IN(gated_clk),.RESET(RESET),.LOA D(load),.COUNTER_CLR(counter_clr));FREQUENCY_DISPL Y_BLOCKu3(.DOUT(DOUT),.DCLK_IN(CLK),.RESET(RESET),.CDIN(cout_cdin));endmodule五、仿真结果分析仿真结果如图所示，输入标准时钟频率为1MHz，经过分频后变成频率为0.5Hz的信号，将其与测试信号相与得到采样信号GATED_CLK，同时利用测试信号和0.5Hz的分频信号可以产生LOAD信号和COUNTER_CLR信号，它们和采样信号的关系在图上可以清楚的看出。

verilog 数字系统设计教程习题答案第二章HDL 既是一种行为描述语言，也是一种结构描述语言。

如果按照一定的规则和风格编写代码，就可以将功能行为模块通过工具自动转化为门级互联的结构模块。

这意味着利用Verilog 语言所提供的功能，就可以构造一个模块间的清晰结构来描述复杂的大型设计，并对所需的逻辑电路进行严格的设计。

2.模块的基本结构由关键词module和endmodule构成。

3.一个复杂电路系统的完整Verilog HDL 模型是由若干个VerilogHDL模块构成的，每一个模块又可以由若干个子模块构成。

其中有些模块需要综合成具体电路，而有些模块只是与用户所设计的模块交互的现存电路或激励信号源。

利用Verilog HDL语言结构所提供的这种功能就可以构造一个模块间的清晰层次结构来描述极其复杂的大型设计，并对所作设计的逻辑电路进行严格的验证。

HDL和VHDL乍为描述硬件电路设计的语言，其共同的特点在于：能形式化地抽象表示电路的结构和行为、支持逻辑设计中层次与领域的描述、可借用高级语言的精巧结构来简化电路的描述、具有电路仿真与验证机制以保证设计的正确性、支持电路描述由高层到低层的综合转换、硬件描述与实现工艺无关（有关工艺参数可通过语言提供的属性包括进去）、便于文档管理、易于理解和设计重用。

5.不是6.将用行为和功能层次表达的电子系统转换为低层次的便于具体实现的模块组合装配的过程。

7.综合工具可以把HDL变成门级网表。

这方面Synopsys工具占有较大的优势，它的Design Compile 是作为一个综合的工业标准，它还有另外一个产品叫Behavior Compiler ，可以提供更高级的综合。

另外最近美国又出了一个软件叫Ambit ，据说比Synopsys 的软件更有效，可以综合50万门的电路，速度更快。

今年初Ambit 被Cadence 公司收购，为此Cade nee放弃了它原来的综合软件Syn ergy。

数字系统设计与veriloghdl课后答案【篇一：数字逻辑与数字系统设计习题参考答案】>第1章习题解答1.3 (1)86(2)219(3)106.25(4)0.6875 (4)0.1011.4 (1)101111(2)1001000(3)100001l.111.5 (1)(117)10=(165)8=(1110101)2=(75)16(2)(3452)10=(6574)8=(110101111100)2=(d7c)16(3)(23768.6875)10=(56330.54)8=(101110011011000.1011)2=(5cd 8.b)16 (4)(0.625)10=(0.5)8=(0.101)2=(0.a)16 1.6(1)(117)8=(1001111)2=(79)10(2)(7456)8=(111100101110)2=(3886)10(3)(23765.64)8=(10 0111 1111 0101.1101)2=(10229.8125)10(4)(0.746)8=(0.11111)2=(0.96875)10 1.7 (1)(9a)16=(10011010)2=(154)10(2) (3cf6)16=(11110011110110)2=(15606)10(3) (7ffe.6)16=(111111*********.011)2=(32766.375)10 (4)(0.c4)16=(0.110001)2=(0.765625)10 1-8(1)(125)10=(000100100101)8421bcd(2)(7342)10=(0111001101000010)8421bcd(3)(2018.49)10=(0010000000011000.01001001)8421bcd(4)(0.785)10=(0.011110000101)8421bcd1.9(1)(106)10=(1101010)2 原码=反码=补码=01101010 (2)(-98)10=(-1100010)2原码=11100010反码=10011101 补码=11100011(3)(-123)10=(-1111011)2 原码=11111011反码=10000101 补码=11111011(4)(-0.8125)10=(-0.1101)2 原码=1.1101000反码=1.0010111 补码=1.00110001.10(1)(104)10=(1101000)2 [1101000]补=01101000(-97)10=(-1100001)2 [-1100001]补=1001111101101000 + 10011111 0000011110000011 + 01001111 11010010[104-97]补=01101000+10011111=00000111, 104-97=(00000111)2=7 (2) (-125)10=(-1111101)2(79)10=(01001111)2[-1111101]补=10000011 [01001111]补=0100111101111000 [-125+79]补=10000011+01001111=11010010，-125+79=(-0101110)2=-46 (3) (120)10=(1111000)2[01111000]补=01111000(-67)10=(-1000011)2[-1000011]补=10111101[120-67]补=10000011+01001111=00110101，-125+79=(00110101)2=53 (4) (-87)10=(-1010111)2[-1010111]补=10101001(12)10=(1100)2[1100]补=00001100[-87+12]补=10101001+00001100=10110101，-125+79=(-1001011)2=-75+ 10111101 0011010110101001+ 00001100 10110101第2章习题解答2.3 解：根据逻辑图可直接写出逻辑表达式：(a) f=ab?bc；(b)f=abbcac解：设3个输入变量分别为a、b、c，输出为f，按题意，其中有奇数个为1，则输出f＝1，因此可写出其逻辑表达式为f=abc?abc?abc?abc。

verilog数字系统设计教程习题答案第二章1.Verilog HDL 既是一种行为描述语言，也是一种结构描述语言。

如果按照一定的规则和风格编写代码，就可以将功能行为模块通过工具自动转化为门级互联的结构模块。

这意味着利用Verilog语言所提供的功能，就可以构造一个模块间的清晰结构来描述复杂的大型设计，并对所需的逻辑电路进行严格的设计。

2.模块的基本结构由关键词module和endmodule构成。

3.一个复杂电路系统的完整Verilog HDL模型是由若干个Verilog HDL模块构成的，每一个模块又可以由若干个子模块构成。

其中有些模块需要综合成具体电路，而有些模块只是与用户所设计的模块交互的现存电路或激励信号源。

利用Verilog HDL语言结构所提供的这种功能就可以构造一个模块间的清晰层次结构来描述极其复杂的大型设计，并对所作设计的逻辑电路进行严格的验证。

4.Verilog HDL和VHDL作为描述硬件电路设计的语言，其共同的特点在于：能形式化地抽象表示电路的结构和行为、支持逻辑设计中层次与领域的描述、可借用高级语言的精巧结构来简化电路的描述、具有电路仿真与验证机制以保证设计的正确性、支持电路描述由高层到低层的综合转换、硬件描述与实现工艺无关（有关工艺参数可通过语言提供的属性包括进去）、便于文档管理、易于理解和设计重用。

5.不是6.将用行为和功能层次表达的电子系统转换为低层次的便于具体实现的模块组合装配的过程。

7.综合工具可以把HDL变成门级网表。

这方面Synopsys工具占有较大的优势，它的Design Compile是作为一个综合的工业标准，它还有另外一个产品叫Behavior Compiler，可以提供更高级的综合。

另外最近美国又出了一个软件叫Ambit，据说比Synopsys的软件更有效，可以综合50万门的电路，速度更快。

今年初Ambit被Cadence公司收购，为此Cadence 放弃了它原来的综合软件Synergy。

1、设计目的和要求1、设计一个4位十进制数字频率计。

2、测量范围1~9999Hz，采用4位数码管显示，有溢出指示。

3、量程有1KHz，1MHz两档，用LED灯指示。

4、读数大于9999时，频率计处于超量程状态，发出溢出指示，下次量程，量程自动增大一档。

5、读数小时，频率计处于前量程状态，下次测量，量程自动减小一档。

6、采用记忆显示方式，在计数与显示电路中间加以锁存电路，每次计数结束，将计数结果送锁存器锁存，并保持到下一个计数结束。

2、设计原理1、基本原理频率测量的基本原理是计算每秒钟内待测信号的脉冲个数。

这就要求sysclk 能产生一个1s脉宽的周期信号，并对频率计的每一个计数器cntp的使能端进行同步控制。

当clK_cnt高电平时允许计数，并保持其所计的数。

在停止计数期间，首先需要一个锁存信号将计数器在前1s的计数值锁存进锁存器reg中，并由外部的7段译码器译出并稳定显示。

原理图如图1-1图1-12、模块原理根据数字频率计的基本原理，本文设计方案的基本思想是分为五个模块来实现其功能，即整个数字频率计系统分为分频模块、控制模块、计数模块、译码模块和量程自动切换模块等几个单元，并且分别用VHDL对其进行编程，实现了闸门控制信号、计数电路、锁存电路、显示电路等。

3、设计内容1、分频模块由于晶体振荡器提供的为50MHz的时钟，而在整个频率计里将用到周期为2s，半个周期为1s的闸门信号，所以我们在此模块先分频产生0.5Hz的分频信号。

always@(posedge sysclk)beginif(cnt==26’b10_1111_1010_1111_0000_1000_0000)begin clk_cnt<=~clk_cnt;cnt<=0;endelsebegin cnt<=cnt+1;endend二进制的26’b10_1111_1010_1111_0000_1000_0000，即为十进制的50x10^7，由程序中的clk_cnt<=~clk_cnt;cnt<=0;得知会产生我们想要的周期为2s的clk_int信号。

第3章 Quartus Prime使用指南3.1 Quartus Prime原理图设计n3.1.1 半加器原理图设计输入Quartus Prime的主界面Quartus Prime的主界面3.1.1 半加器原理图设计输入输入元件Quartus Prime的主界面3.1.1 半加器原理图设计输入半加器电路图Quartus Prime的主界面3.1.1 半加器原理图设计输入使用New Project Wizard创建工程Quartus Prime的主界面3.1.1 半加器原理图设计输入设置Directory，Name，Top-Level Entity对话框Quartus Prime的主界面3.1.1 半加器原理图设计输入将设计文件加入当前工程中Quartus Prime的主界面3.1.1 半加器原理图设计输入选择目标器件Quartus Prime的主界面3.1.1 半加器原理图设计输入选择综合器、仿真器Quartus Prime的主界面3.1.1 半加器原理图设计输入工程信息汇总显示Quartus Prime的主界面3.1.2 1位全加器设计输入Quartus Prime的主界面创建元件符号对话框3.1.2 1位全加器设计输入Quartus Prime的主界面１位全加器原理图3.1.3 1位全加器的编译n选择菜单Processing→Start Compilation，或者单击按钮，即启动了完全编译，完全编译包括如下5个过程：n分析与综合（Analysis & Synthesis）；n适配（Fitter）；n装配（Assembler）；n定时分析（TimeQuest Timing Analysis）；n网表文件提取（EDA Netlist Writer）。

Quartus Prime的主界面3.1.3 1位全加器的编译Quartus Prime的主界面编译信息汇总3.1.4 1位全加器的仿真Quartus Prime的主界面建立Quartus Prime和Modelsim的链接3.1.4 1位全加器的仿真Quartus Prime的主界面设置仿真文件的格式和目录3.1.4 1位全加器的仿真Quartus Prime的主界面自动生成的Test Bench模板文件3.1.4 1位全加器的仿真Quartus Prime的主界面对Test Bench进一步设置3.1.4 1位全加器的仿真1位全加器时序仿真波形图Quartus Prime的主界面3.1.5 1位全加器的下载n本例针对的下载板为DE2-115，故目标器件应为：EP4CE115F29C7。

《Verilog数字系统设计教程》夏宇闻第四版思考题答案（第2章）1.Verilog语⾔有什么作⽤？可描述顺序执⾏和并⾏执⾏的程序结构；⽤延迟表达式或事件表达式来明确的控制过程的启动时间；通过命名的事件来触发其它过程⾥的激活⾏为或停⽌⾏为；提供了条件如if-else，case等循环程序结构；提供了可带参数且⾮零延续时间的任务程序结构；提供了可定义新的操作符的函数结构；提供了⽤于建⽴表达式的算术运算符，逻辑运算符，位运算符；Verilog HDL语⾔作为⼀种结构化的语⾔⾮常适⽤于门级和开关级的模型设计；提供了⼀套完整的表⽰组合逻辑的基本元件的原话；提供了双向通路和电阻器件的原话；可建⽴MOS器件的电荷分享和电荷衰减动态模型；Verilog HDL的构造性语句可以精确地建⽴信号的模型；2.构成模块的关键词是什么？module，endmodule。

3.为什么说可以⽤Verilog构成⾮常复杂的电路结构？因为Verilog可描述顺序执⾏和并⾏执⾏的程序结构；⽤延迟表达式或事件表达式来明确的控制过程的启动时间；通过命名的事件来触发其它过程⾥的激活⾏为或停⽌⾏为；提供了条件如if-else，case等循环程序结构；提供了可带参数且⾮零延续时间的任务程序结构；提供了可定义新的操作符的函数结构；提供了⽤于建⽴表达式的算术运算符，逻辑运算符，位运算符；Verilog HDL语⾔作为⼀种结构化的语⾔⾮常适⽤于门级和开关级的模型设计；提供了⼀套完整的表⽰组合逻辑的基本元件的原话；提供了双向通路和电阻器件的原话；可建⽴MOS器件的电荷分享和电荷衰减动态模型Verilog HDL的构造性语句可以精确地建⽴信号的模型；4.为什么可以⽤⽐较抽象的描述来设计具体的电路结构？因为有可以⽤⽐较抽象描述设计电路结构的语⾔，⽽这种语⾔是适合数字系统设计的语⾔。

5.是否任意抽象的符合语法的Verilog模块都可以通过综合⼯具转变为电路结构？不能。

《verilog_数字系统设计课程》（第⼆版）思考题答案绪论1.什么是信号处理电路？它通常由哪两⼤部分组成？信号处理电路是进⾏⼀些复杂的数字运算和数据处理，并且⼜有实时响应要求的电路。

它通常有⾼速数据通道接⼝和⾼速算法电路两⼤部分组成。

2.为什么要设计专⽤的信号处理电路？因为有的数字信号处理对时间的要求⾮常苛刻，以⾄于⽤⾼速的通⽤处理器也⽆法在规定的时间内完成必要的运算。

通⽤微处理器芯⽚是为⼀般⽬的⽽设计的，运算的步骤必须通过程序编译后⽣成的机器码指令加载到存储器中，然后在微处理器芯⽚控制下，按时钟的节拍，逐条取出指令分析指令和执⾏指令，直到程序的结束。

微处理器芯⽚中的内部总线和运算部件也是为通⽤⽬的⽽设计，即使是专为信号处理⽽设计的通⽤微处理器，因为它的通⽤性也不可能为某⼀特殊的算法来设计⼀系列的专⽤的运算电路⽽且其内部总线的宽度也不能随便的改变，只有通过改变程序，才能实现这个特殊的算法，因⽽其算法速度也受到限制所以要设计专⽤的信号处理电路。

3.什么是实时处理系统？实时处理系统是具有实时响应的处理系统。

4.为什么要⽤硬件描述语⾔来设计复杂的算法逻辑电路？因为现代复杂数字逻辑系统的设计都是借助于EDA⼯具完成的，⽆论电路系统的仿真和综合都需要掌握硬件描述语⾔。

5.能不能完全⽤C语⾔来代替硬件描述语⾔进⾏算法逻辑电路的设计？不能，因为基础算法的描述和验证通常⽤C语⾔来做。

如果要设计⼀个专⽤的电路来进⾏这种对速度有要求的实时数据处理，除了以上C语⾔外，还须编写硬件描述语⾔程序进⾏仿真以便从电路结构上保证算法能在规定的时间内完成，并能通过与前端和后端的设备接⼝正确⽆误地交换数据。

6.为什么在算法逻辑电路的设计中需要⽤C语⾔和硬件描述语⾔配合使⽤来提⾼设计效率？⾸先C语⾔很灵活，查错功能强，还可以通过PLI编写⾃⼰的系统任务，并直接与硬件仿真器结合使⽤。

C语⾔是⽬前世界上应⽤最为⼴泛的⼀种编程语⾔，因⽽C程序的设计环境⽐Verilog HDL更完整，此外，C语⾔有可靠地编译环境，语法完备，缺陷缺少，应⽤于许多的领域。

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FPGA数字信号处理系统设计与实现一、引言随着数字信号处理技术的不断发展，FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为一种灵活可编程的硬件平台，在数字信号处理领域得到了广泛的应用。

本文将介绍基于Verilog语言的FPGA数字信号处理系统设计与实现，包括系统架构设计、信号处理算法实现以及硬件验证等内容。

二、系统架构设计在设计FPGA数字信号处理系统时，首先需要考虑系统的整体架构。

通常一个数字信号处理系统包括输入模块、处理模块和输出模块三部分。

输入模块负责接收外部信号并将其转换为数字信号；处理模块是系统的核心部分，包括各种数字信号处理算法的实现；输出模块则将处理后的数字信号转换为可视化或可输出的形式。

三、Verilog语言在FPGA设计中的应用Verilog是一种硬件描述语言，广泛应用于FPGA设计中。

通过Verilog语言可以描述硬件电路的结构和功能，实现各种数字信号处理算法。

Verilog具有高度的抽象性和灵活性，能够有效地表达复杂的数字电路结构。

四、数字信号处理算法实现在FPGA数字信号处理系统中，各种数字信号处理算法的实现至关重要。

常见的数字信号处理算法包括滤波、变换、调制解调等。

这些算法需要通过Verilog语言转化为硬件电路，并在FPGA中进行实现。

五、硬件验证设计完FPGA数字信号处理系统后，需要进行硬件验证以确保系统功能正常。

硬件验证通常包括仿真验证和实际验证两部分。

通过仿真验证可以在计算机上对系统进行功能验证；而实际验证则需要将设计好的电路加载到FPGA芯片上进行验证。

六、案例分析以图像处理为例，我们可以设计一个基于Verilog的FPGA数字信号处理系统，实现图像滤波、边缘检测等功能。

通过该案例可以更好地理解Verilog在FPGA数字信号处理系统中的应用。

七、总结本文介绍了基于Verilog的FPGA数字信号处理系统设计与实现过程，包括系统架构设计、Verilog语言在FPGA设计中的应用、数字信号处理算法实现、硬件验证以及案例分析等内容。

EDA课程设计多功能数字钟设计程序清单数字系统设计与verilog HDL(第四版)王金明/*引脚锁定基于DE2一70，芯片为EP2C70F896，信号定义如下: Clk50m: 50MHz 时钟输，mode:模式选择0：计时模式1：设置闹钟模式mcheck:手动调整时间turn:手动调整时间，在时、分之间选择change:对选中的数据调整led hourl，led_hour0，led_minul，led_minu0，led_secl,led sec0；alert: 闹钟输出ld_alert: 是否设置了闹钟ld_hour,id_min,ld_sec：在调整时，指示选中了时，分还是秒*/moduleclock(clk50m,mode,turn,change,mreset,led_hour1,led_hour0,led_minu1,led_minu0, led_sec1,led_sec0, alert,ld_alert,ld_check,ld_hour,ld_min,ld_sec);input clk50m;input mode; // key0键input turn; //keyl键input change; // key2 键input mreset; //switch0复位，低电平有效output alert; //gpioO->IOAOoutput ld_alert; //ledgO-led19output ld_check; //ledgl-led22output ld_hour; //ledr3-led13output ld_min; //ledr9-led9output ld_sec; //ledr7-led7output[6:0] led_hour1;output[6:0] led_hour0;output[6:0] led_minu1;output[6:0] led_minu0;output[6:0]led_sec1;output[6:0]led_sec0;reg [1:0] modestate;//00: 计时模式10:闹钟模式; 01：手动调整模式；11:非法模式wire nowmode;//记录当前模式，0：计时模式；1: 设置闹钟模式wire ischecking; //是否在手动调整时间assign {nowmode, ischecking}=modestate;always@(negedge mode)//两个按钮都是低电平有效begincase (modestate)2'b00 : modestate<=2'b10; //设置闹钟模式优先2'b10: modestate<=2'b01; //手动调整模式2'b01: modestate<=2'b00;default :modestate<=2'b00;endcaseendwire reset, clk_1hz;switch #(8) rmjitter(clk50m,mresetr,reset);clk50mtol genlhz (clk50m, clk_1hz) ; //生成1Hz的时钟wire [2 : 0] selcode; //对turn信号在不同模式bitsel seldecoder (nowmode, ischecking, turn, selcode, reset);wire [3:0] clocktime0,clocktimel,clocktime2,clocktime3,clocktime4,clockthre5;//计时输出的时钟数值wire clockalarmon; //整点报时的闹钟输出wire [2 : 0] counterselcode;assign counterselcode=(modestate==2'b01)?selcode:3'b000;counter_time clock_time (clk_1hz,counterselcode,~change,clocktime5,clocktime4,clocktime3,clocktime2,clock time1,clocktime0,clockalarmon,reset);wire[3:0] alarmtime0,alarmtime1,alarmtime2,alarmtime3;wire alarmon;alarm_time alarm_time ( clk_1hz , nowmode , selcode [ 2 : 1] , change ,{clocktime5, clocktime4, clocktime3, clocktime2, clocktime1},{alarmtime3, alarmtime2, alarmtime1, alarmtime0} , alarmon, reset) ;wire voiceout ;alarm alarmvoice (clk50m,{clockalarmon, alarmon} ,voiceout, raset) ;//显示输出部分assign {ld_hour,ld_min,ld_sec}=(ischecking||nowmode)?selcode:3'b000; assign alert=voiceout;reg[3:0] showout2,showout3,showout4,showout5;led led5 (showout5,led_hour1) ; //led译码显示led led4 (showout4,led_hour0) ;led led3 (showout3,led_minu1) ;led led2 (showout2,led_minu0) ;led led1 (clocktime1,led_sec1) ;led led0 (clocktime0,led_sec0) ;alwaysbegin if ( nowmode)begin showout5=alarmtime3 ; showout4=alarmtime2 ;showout3=alarmtime1; showout2=alarmtime0 ; end else beginshowout5=clocktime5; showout4=clocktime4 ;showout3=clocktime3 ; showout2=clocktime2 ; end endassign ld_alert=nowmode; assign ld_check=ischecking;endmodule/*alarm.V：闹铃模块Clk50m: 50MHz输入时钟alarmon:闹铃是否打开，2'b00:不打开：2'b01：闹钟;2'b10:整点报时ala rmoUt:闹铃声音输出*/module alarm(clk50m,alarmon,alarmout,reset);input[1:0] alarmon;input clk50m,reset;output reg alarmout;reg[15:0] counter_1k;wire clk_1k;assign clk_1k=counter_1k[4];always@(posedge clk50m)begin if (counter_1k==20) counter_1k<=0;else counter_1k<=counter_1k+1'b1; endwire ddd_du_out,ddd_out;sound_ddd_du ddd_du (clk_1k,alarmon[1] ,ddd_du_out) ;sound_ddd ddd(clk_1k,alarmon[0],ddd_out);alwaysbegin if (!reset)begin if (alarmon [0]==1'b1) //ddd,闹钟的响铃优先级更高alarmout=ddd_out ;else if (alarmon==2'b10) alarmout=ddd_du_out;else alarmout=0 ;end else alarmout=0 ;endendmodule/*alarm_time.V:闹钟时间设定模块enable:使能信号Sel：在时、分之间切换选择10:时；01:分inc：对选中的信号自增basetime:基准时钟*/module alarm_time (clk_1hz , enable, sel, inc, basetime, alarmouttime, alarm_on, reset) ;input clk_1hz,enable, inc,reset;input[1:0] sel;input[4*5-1:0] basetime;output reg alarm_on;output [4*4-1: 0] alarmouttime;reg [ 3 : 0] hour1, hour0 , minu1, minu0 ; //存储的设定时间always@ (posedge inc or posedge reset)begin if (reset) //reset=1时复位begin { hour1, hour0,minu1, minu0 } <=16'h0 ; endelse beginif (enable) beginif (sel==2'b10) //设置时begin if({hour1,hour0}==8'h23) {hour1,hour0}<=8'h00;else if (hour0==9)begin hour0<=0;hour1<=hour1+1'b1; endelse hour0<=hour0+1'b1;endelse if(sel===2'b01)//设置分begin if({minu1,minu0}==8'h59) {minu1,minu0}<=8'h00;else if (minu0==4'h9)begin minu0<=4'h0;minu1<=minu1+4'h1;endelse minu0<=minu0+4'h1; endelse {hour1,hour0,minu1,minu0}<=16'h0;end endendalways //闹钟开始条件beginif(({hour1,hour0,minu1,minu0}==basetime[ (4*5-1) :4]) && (basetime[3:0]<2)) alarm_on=1'b1;else alarm_on=1'b0; endassign alarmouttime={ hour1,hour0,minu1,minu0};endmodule/*counter time，v：计时模块，并留有调整接;check:调整信号，3位，分别调整时、分、秒，调整方法:将计数输出给加法器，把调整信息转换成异步置数信息，将加法器的输出作为置数值；hour1，hour0，minul, minu0, sec1，sec0:输出的计时时钟;alarmout:整点报时输出*/modulecounter_time(clk_1hz,check,inc,hour1,hour0,minu1,minu0,sec1,sec0,alarmout,reset); input clk_1hz,inc,reset;input[2:0] check;output[3:0] hour1,hour0,minu1,minu0,sec1,sec0;output reg alarmout;reg clk_1hz_md;wire [6: 0] carryclk;reg[5:0] incplus;//自增脉冲wire [5 : 0] carry; //进位时钟wire [3 : 0] adderout0,adderout1,adderout2,adderout3,adderout4,adderout5;wire [3 : 0] timerout0,timerout1,timerout2,timerout3,timerout4,timerout5; hexcounter counter_sec0(carryclk[0],reset,4'd9,4'b0,timerout0,carry[0]); hexcounter counter_sec1(carryclk[1],reset,4'd5,4'b0,timerout1,carry[1]); hexcounter counter_minu0(carryclk[2],reset,4'd9,4'b0,timerout2,carry[2]); hexcounter counter_minu1(carryclk[3],reset,4'd5,4'b0,timerout3,carry[3]);wire [3:0] hour0max;assign hour0max=(timerout5==4'h2)?(4'h3) : (4'h9);hexcounter counter_hour0(carryclk[4],reset,hour0max,4'b0,timerout4,carry[4]); hexcounter counter_hour1(carryclk[5],reset,4'd2,4'b0,timerout5,carry[5]);//每个计时器的时钟，由前级进位和自堦脉冲相加得到assign carryclk[0]=(check==4'h0) ? clk_1hz_md:incplus[0];assign carryclk[1]=carry[0]|incplus[1];assign carryclk[2]=(check==4'h0) ? carry[1]:incplus[2];assign carryclk[3]=carry[2]|incplus[3];assign carryclk[4]=(check==4'h0) ? carry[3]:incplus[4];assign carryclk[5]=carry[4]|incplus[5];always //对异步置位信号进行解码begin case (check)3 'b001: begin clk_1hz_md=0;incplus={5 'b00000, inc} ;end3 'b010 : begin clk_1hz_md=0;incplus={3'b000,inc,2'b00};end3 'b100 : begin //在正常的调节状态中clk_1hz_md=0;incplus={1'b0, inc, 4'b000};enddefault:begin incplus=6'b000000;clk_1hz_md=clk_1hz ;endendcaseendalways begin if (((reset|check)==0)&&(timerout3==0) && (timerout2==0) && (timerout1<2)) alarmout=1;//时间小于20秒的时间内else alarmout=0;endassign hour1=timerout5;assign hour0=timerout4;assign minu1=timerout3;assign minu0=timerout2;assign sec1=timerout1;assign sec0=timerout0;endmodule/*Clk50mtol.v: 50mhz 时钟分频到lhz */module clk50mtol(clk50m,clk1hz);input clk50m;output clk1hz;reg [25:0]counter_1hz;//从50mhz 分频到lhz 的计数器assign clk1hz=counter_1hz[14];//assign clk1hz=counter_1hz[25];always@ (posedge clk50m)beginif(counter_1hz==20000) counter_1hz<=0;else counter_1hz<=counter_1hz+1'b1;endendmodule/*led.v:7段数码管(led)译码显示模块datain:4位，10进制数输入ledout：7位，数码管的7段*/module led(datain,ledout);parameter INWIDTH=4;parameter OUTWIDTH=7;input[INWIDTH-1: 0] datain;output [OUTWIDTH-1:0] ledout;reg[OUTWIDTH-1:0] dataout;assign ledout=dataout;always begincase (datain)0 : dataout<=7'b1000000;1 : dataout<=7'b1111001;2 : dataout<=7'b0100100;3 : dataout<=7'b0110000;4 : dataout<=7'b0011001;5 : dataout<=7'b0010010;6 : dataout<=7'b0000010;7 : dataout<=7'b1111000;8 : dataout<=7'b0000000;9 : dataout<=7'b0010000;default : dataout<=7'b1000000;endcaseendendmodule/*switch-v：对按键开关的消抖电路，采用一个频率较低的时钟，对输入进行采样，消除抖动*/module switch(clk,keyin,keyout);parameter COUNTWIDTH=8;input clk, keyin;output reg keyout;reg [COUNTWIDTH-1: 0] counter;wire clk_use; //频率较低的时钟assign clk_use=counter [COUNTWIDTH-1];always@ (posedge clk)counter<=counter+1'b1;always@ (posedge clk_use)keyout<=keyin;endmodule/*bitsel-v：将输出解码成对时、分、秒的选择(并且分闹钟设置模式还是计时模式)Alarmmode:是否是在设置闹钟模式checkmode：是否是在调整时间模式*/module bitsel(alarmmode, checkmode, sel, selcode, reset) ;input alarmmode, checkmode, sel, reset;output reg [2:0] selcode;reg [2:0] check_code ;reg [1:0] alarm_code ;always@ (negedge sel or posedge reset)begin if (reset) check_code<=3'b000; //reset=1 复位else begincase (check_code)3 'b000: check_code<=3 'b001;3 'b001: check_code<=3 'b010;3 'b010: check_code<=3 'b100;3 'b100: check_code<=3 'b001;default: check_code<=3 'b000;endcaseendendalways@ (negedge sel or posedge reset)begin if (reset) alarm_code<=2 'b00; //低电平复位else begincase (alarm_code)2'b00 : alarm_code<=2'b01;2 'b01 : alarm_code<=2 'b10 ;2 'b10 : alarm_code<=2 'b01;default : alarm_code<=2 'b00;endcaseendendalwaysbegin if (alarmmode^checkmode) //两个当中只有1个为1 begin if (checkmode) selcode=check_code;else selcode={alarm_code,1'b0}; endelse selcode=3 'b000 ;endendmodule/*adder.v:加法器*/module adder(in1, in2, out);parameter in1width=8;parameter in2width=8;parameter outwidth=8;input [in1width-1: 0] in1;input [in2width-1: 0] in2;output[outwidth-1: 0] out;assign out=in1+in2;endmodule/*excounter-v：16进制计数的一个计数器*/module hexcounter (clk, set, max, setdata, dataout, carryout) ; input clk,set;input[3:0] max,setdata;output carryout;output[3:0] dataout;reg[3:0] counter;reg carrybit;assign carryout=carrybit;assign dataout=counter;always@ (posedge clk or posedge set)begin if (set) //set是高电平有效begin counter<=setdata;carrybit<=0 ;endelse begin if( (counter==max)||(counter>max) )begin counter<=0 ;carrybit<=1;endelse begin counter<=counter+1'b1;carrybit<=0 ;endendendendmodule/*sound_ddd.V:发出嘀嘀嘀闹铃声模块*/module sound_ddd(clk_1k, on, out);parameter soundspace=30;parameter shotstopspace=20; //20ms,两个嘀声的时间距离parameter longstopspace=50;//50ms，连续三个嘀后的时间距离input clk_1k,on;output reg out;reg sound;always@ (posedge clk_1k)begin sound<=~sound; endreg[10:0] mscount;always@ (posedge clk_1k)begin if (mscount== (soundspace*3+shotstopspace*2+longstopspace-1) )mscount<=0;else mscount<=mscount+1'b1;endalways@ (negedge clk_1k)begin if (on)begin if ( (mscount>=0) && (mscount<soundspace) ) out<=sound;else if ( (mscount>=soundspace) && (mscount< (soundspace+shotstopspace) ) )out<=0;else if ( (mscount>= (soundspace+shotstopspace) ) && (mscount< (soundspace+shotstopspace) +soundspace) )out<=sound;else if ( (mscount>= (soundspace+shotstopspace) +soundspace) && (mscount< (soundspace+shotstopspace) *2) )out<=0;else if ( (mscount>= (soundspace+shotstopspace) *2)&&(mscount< ((soundspace+shotstopspace) *2+soundspace) ) )out<=sound;else out<=0;endelse out<=0 ;endendmodule/* sound ddd du，v：发出声音嘀嘀嘀一嘟声音模块*/module sound_ddd_du (clk_1k, on, out) ;parameter SOUNDSPACE=30;parameter shotstopspace=20;//20ms，两个嘀声的时间距离parameter longsoundspace=60; //嘟的长度input clk_1k, on;output reg out;reg sound_di, sound_du;always@ (posedge clk_1k) sound_di<=~sound_di;always@ (posedge sound_di) sound_du<=~sound_du;reg [ 11 : 0 ] mscount ;always@ (posedge clk_1k)begin if (on)begin if (mscount< (SOUNDSPACE+shotstopspace) *3+longsoundspace+10)mscount<=mscount+1'b1;endelse mscount<=0 ;endalways@ (negedge clk_1k)begin if (on)begin if ( (mscount>=0) && (mscount<SOUNDSPACE) ) out<=sound_di;else if ( (mscount>=SOUNDSPACE) && (mscount< (SOUNDSPACE+shotstopspace) ) )out<=0 ;else if ( (mscount>= (SOUNDSPACE+shotstopspace) ) && (mscount< (SOUNDSPACE+shotstopspace) +SOUNDSPACE) )out<=sound_di ;else if ( (mscount>= (SOUNDSPACE+shotstopspace) +SOUNDSPACE) && (mscount< (SOUNDSPACE+shotstopspace) *2) )out<=0;else if ( (mscount>= (SOUNDSPACE+shotstopspace) *2) && (mscount< ( (SOUNDSPACE+shotstopspace) *2+SOUNDSPACE) ) )out<=sound_di;else if ( (mscount>= (SOUNDSPACE+shotstopspace) *2+SOUNDSPACE) && (mscount< (SOUNDSPACE+shotstopspace) *3) )out<=0;else if ( (mscount>= (SOUNDSPACE+shotstopspace) *3) && (mscount< ( (SOUNDSPACE+shotstopspace) *3+longsoundspace) ) )out<=sound_du;else out<=0;endendendmodule。

Verilog数字系统设计教程第二版课后练习题含答案练习题1：IGT上的闪光灯设计一个闪光灯电路，该电路使用维托吞尔（Vitold Kern）的交替时间生成器（IGT）控制LED的开关。

闪光灯的频率为每秒2次，LED的工作周期为2ms。

解答module flash(input clk,output reg led);reg[10:0] cnt;// 11 bit counteralways@(posedge clk)begincnt <= cnt +1;endalways@(posedge cnt[10])beginled <=~led;endendmodule练习题2：7段数码管设计一个数字系统，在7段数码管上显示0到9。

解答module seven_segment(input[3:0] digit,output reg[6:0] sseg);parameter COMMON_ANODE =0;// COMMON_ANODE = 1 for commo n anode displayalways@(*)begincase(digit)4'h0: sseg =7'b100_0000;4'h1: sseg =7'b111_1001;4'h2: sseg =7'b010_0100;4'h3: sseg =7'b011_0000;4'h4: sseg =7'b001_1001;4'h5: sseg =7'b001_0010;4'h6: sseg =7'b000_0010;4'h7: sseg =7'b111_1000;4'h8: sseg =7'b000_0000;4'h9: sseg =7'b001_1000;default: sseg =7'b111_1111;endcaseif(COMMON_ANODE ==0)beginsseg =~sseg;endendendmodule练习题3：模数计数器设计一个二进制数模数计数器，输出分别为0到3的二进制数。