时序逻辑电路verilog_hdl建模

verilog 组合逻辑时序逻辑下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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通信工程实验报告班级：通信2012-04班学号：20122211 姓名：刘涛实验一：FPGA实验_BDPSK调制解调器设计一、实验目的⒈学习BDPSK 原理的硬件实现方法。

⒉学习用VerilogHDL 硬件描述语言建模时序逻辑电路的能力。

二、实验报告要求由于在 BPSK 解调中，相干载波恢复可能出现相位模糊，所以在实际应用中经常采用 BDPSK（二进制差分相移键控）方式。

BDPSK 方式不需要在解调端恢复相干参考信号，非相干接收机容易制造而且成本低，因此在无线通信系统中被广泛使用。

在 BDPSK 系统中，输入的二进制序列先进行差分编码，然后再用BPSK 调制器调制。

⒈ BDPSK 调制系统的结构图。

（Microsoft Visio 中截图）⒉ BDPSK 调制器模块的VerilogHDL 代码及注释。

⒊功能仿真和时序仿真结果的波形。

（ModelSim 中截图）⒋（选做）开发板验证后的波形。

（示波器上拍照）三、实验结果1、调制器和解调器的外引脚图和内部结构图图1.1 调制器的外部引脚图1.2 调制器的内部结构图1.3 解调器的外部引脚图1.4 解调器的内部结构2、调制器模块和解调器模块的VerilogHDL 代码及注释（1）差分编码module chafen( reset_n,clk,a,b );input reset_n;input clk;input a;output b;reg c;assign b = a ^ c ;always @( posedge clk or negedge reset_n )if(!reset_n)c <= 0 ;elsebeginc <= b;endEndmodule（2）控制器module Controller(clk,reset_n,data,address,clk_DA,blank_DA_n,sync_DA_n);input clk ;input reset_n ;input data ;output [ 4 : 0 ] address ;output clk_DA ; //数模转换器控制信号output blank_DA_n ; //数模转换器控制信号output sync_DA_n ; //数模转换器控制信号reg [ 4 : 0 ] address_data;reg c ;always @( posedge clk or negedge reset_n )beginif(!reset_n)c<=1'bz;elsec<=data;endalways @( posedge clk or negedge reset_n )beginif(!reset_n)address_data<=5'b00000;else if(c==data)address_data<=address_data+5'b00001;elsebegincase(data)1'b0:address_data<=5'b00000;1'b1:address_data<=5'b10000;default:address_data<=5'bzzzzz;endcaseendendassign address = address_data;assign clk_DA = clk;assign blank_DA_n = 1'b1;assign sync_DA_n = 1'b1;Endmodule（3）查找表module LookUpTable(clk,reset_n,address,dataout,);input clk;input reset_n;input [ 4 : 0 ] address;output [ 7 : 0 ] dataout;reg [ 7 : 0 ] LUT [ 0 : 31 ];always @( posedge clk or negedge reset_n )beginif( !reset_n )begin//用C编程计算出的查找表采样值填在这里LUT[ 0 ] <= 8'h7f;//0°LUT[ 1 ] <= 8'h97;LUT[ 2 ] <= 8'haf;LUT[ 3 ] <= 8'hc5;LUT[ 4 ] <= 8'hd9;LUT[ 5 ] <= 8'he8;LUT[ 6 ] <= 8'hf4;LUT[ 7 ] <= 8'hfc;LUT[ 8 ] <= 8'hfe;LUT[ 9 ] <= 8'hfc;LUT[ 10 ] <= 8'hf5;LUT[ 11 ] <= 8'hea;LUT[ 12 ] <= 8'hda;LUT[ 13 ] <= 8'hc7;LUT[ 14 ] <= 8'hb2;LUT[ 15 ] <= 8'h9a;LUT[ 16 ] <= 8'h81;//180°LUT[ 17 ] <= 8'h69;LUT[ 18 ] <= 8'h51;LUT[ 19 ] <= 8'h3b;LUT[ 20 ] <= 8'h27;LUT[ 21 ] <= 8'h17;LUT[ 22 ] <= 8'hb ;LUT[ 23 ] <= 8'h3 ;LUT[ 24 ] <= 8'h0 ;LUT[ 25 ] <= 8'h1 ;LUT[ 26 ] <= 8'h8 ;LUT[ 27 ] <= 8'h13;LUT[ 28 ] <= 8'h22;LUT[ 29 ] <= 8'h35;LUT[ 30 ] <= 8'h4a;LUT[ 31 ] <= 8'h62;endendassign dataout = LUT[ address ];endmodule⒊ 功能仿真和时序仿真结果的波形图1.5 功能仿真图1.6 时序仿真实验二MATLAB实验_OFDM误码率仿真（AWGN）一、实验目的：1、掌握OFDM 的基本原理。

实验二十进制计数器实验该实验将使用Verilog硬件描述语言在DE2-70开发平台上设计一个基本时序逻辑电路——1位十进制计数器。

通过这个实验，读者可以了解使用Quartus工具设计硬件的基本流程以及使用Quartus II内置的工具进行仿真的基本方法和使用SignalTap II实际观察电路运行输出情况。

SignalTap II是Quartus工具的一个组件，是一个片上的逻辑分析仪，可以通过JTAG电缆将电路运行的实际输出传回Quartus进行观察，从而省去了外界逻辑分析仪时的很多麻烦。

实验步骤3.1建立工程并完成硬件描述设计1.打开Quartus II工作环境，如图3-1所示。

图3-1Quartus II工作环境界面2.点击菜单项File->New Project Wizard帮助新建工程。

参看图3-2。

图3-2选择New Project Wizard打开Wizard之后，界面如图3-3所示。

点击Next，如图3-3。

第23页共208页图3-3New Project Wizard界面3.输入工程工作路径、工程文件名以及顶层实体名。

这次实验会帮助读者理解顶层实体名和工程名的关系，记住目前指定的工程名与顶层实体名都是Counter10，输入结束后，如图3-4所示。

点击Next。

图3-4输入设计工程信息4.添加设计文件。

界面如图3-5所示。

如果用户之前已经有设计文件（比如.v文件）。

那么再次添加相应文件，如果没有完成的设计文件，点击Next之后添加并且编辑设计文件。

图3-5添加设计文件5.选择设计所用器件。

由于本次实验使用Altera公司提供的DE2-70开发板，用户必须选择与DE2-70开发板相对应的FPGA器件型号。

在Family菜单中选择Cyclone II，Package选FBGA，Pin Count选896，Speed grade 选6，确认Available devices中选中EP2C70F896C6，如图3-6。

连载《fpga线下培训-第6天》【FPGA数据流建模、⾏为级建模、结构化建模区别】及【Ve。

这篇⽂件记录，FPGA的3种建模⽅式及基本的Verilog HDL语法，内容会根据学习进度，不断更新⼀、FPGA的3种建模⽅式 A、数据流建模（assign）在数字电路中，信号经过组合逻辑时会类似于数据流动，即信号从输⼊流向输出， 并不会在其中存储。

当输⼊变化时，总会在⼀定时间以后体现在输出端 同样，我们可以模拟数字电路的这⼀特性，对其进⾏建模，这种建模⽅式通常被称为数据流建模 1.1、是使⽤连续赋值语句(assign)对电路的逻辑功能进⾏描述，该⽅式特别便于对组合逻辑电路建模 1.2、连续驱动，连续赋值语句是连续驱动的，也就是说只要输⼊发⽣变化，都会导致该语句的重新计算。

　 1.3、只有线⽹型的变量才能在assign语句中被赋值 1.4、因为assign语句中被赋值的变量，在仿真器中不会存储其值，所以该变量必须是线⽹（Nets）类型，不能是寄存器（reg）类型 1.5、线⽹类型的变量，可以被多重驱动，也就是说可以在多个assign语句中驱动同⼀个net 1.6、reg型变量，不能被不同的⾏为进程（eg：always块）驱动 1.7、建议使⽤assign对组合逻辑建模，这是因为assign语句的连续驱动特点与组合逻辑的⾏为⾮常相似， ⽽且在assign语句中加延时可以⾮常精确地模拟组合逻辑的惯性延时。

1.8、assign语句与⾏为语句块（always和initial）、其它连续赋值语句、门级模型之间是并⾏的。

⼀个连续赋值语句是⼀个独⽴的进程，进程之间是并发的，同时也是交织的 B、⾏为级建模（initial、always）　 ⾏为⽅式的建模是指采⽤对信号⾏为级的描述（不是结构级的描述）的⽅法来建模。

在表⽰⽅⾯，类似数据流的建模⽅式，但⼀般是把⽤initial 块语句或always 块语句描述的归为⾏为建模⽅式。

verilog知识点总结Verilog知识点总结Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于描述数字电路和系统。

在数字电路设计中，Verilog是一种重要的工具，它可以描述组合逻辑和时序逻辑，以及设计和验证硬件。

本文将总结Verilog的一些重要知识点，包括模块化设计、数据类型、运算符、时序建模和测试基础等。

一、模块化设计在Verilog中，模块是设计的基本单元。

模块化设计可以使复杂的电路设计更加可管理和可重用。

在Verilog中，模块由模块声明和模块体组成。

模块声明定义了模块的接口，包括输入、输出和内部信号。

模块体定义了模块的功能，包括组合逻辑和时序逻辑。

二、数据类型Verilog支持多种数据类型，包括位、字、整数和实数。

位是最基本的数据类型，用于表示二进制数。

字是一组连续的位，用于表示整数或实数。

整数是有符号或无符号的整数，用于表示整数值。

实数是浮点数，用于表示小数值。

三、运算符Verilog支持多种运算符，包括算术运算符、逻辑运算符、位运算符和关系运算符。

算术运算符包括加法、减法、乘法和除法。

逻辑运算符包括与、或、非和异或。

位运算符包括位与、位或、位非和位异或。

关系运算符包括等于、不等于、大于、小于、大于等于和小于等于。

四、时序建模时序建模是描述时序电路行为的重要方面。

在Verilog中，可以使用时钟信号和时钟边沿来定义时序行为。

时钟信号用于同步电路的操作，时钟边沿用于触发电路的操作。

常用的时序建模语句包括时钟边沿敏感的always语句和延迟语句。

五、测试基础测试是硬件设计过程中的重要环节。

Verilog提供了多种测试方法，包括模拟仿真、自动测试生成和形式验证。

模拟仿真是通过模拟输入信号并观察输出信号来验证电路的功能。

自动测试生成是通过生成测试向量来覆盖电路的所有可能输入组合。

形式验证是通过数学证明来验证电路的正确性。

六、常用编码风格在Verilog中，编码风格是编写可读性高且易于理解的代码的重要因素。

1、VerilogHDL设计流程1、Verilog HDL 设计流程：1、文本编辑：文件保存为.v的文件；2、功能仿真：将.v文件调入HDL仿真软件，逻辑功能是否正确（前仿真）；3、逻辑综合：将源文件调入逻辑综合软件进行综合，把语言综合成最简的布尔表达式，生成.edf的EDA工业标准文件；矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。

4、布局布线；5、时序仿真：验证电路的时序（后仿真）。

2、Verilog 程序包括四部分：1、端口定义2、I/O口说明3、内部信号声明4、功能定义3、逻辑功能定义：三种方法在模块中产生逻辑：（1）用assign 声明语句；如assign a = b & c；（描述组合逻辑）（2）用实例元件；如and #2 u1(q,a,b);（3）用always块；如（既可描述组合逻辑也可描述时序逻辑）always @ (posedge clk or posedge clr)beginif(clr) q <= 0;else if(en) q <= d;end4、网络类型变量两种：wire triWire型变量：用来表示单个门驱动或连续赋值语句驱动的网络类型数据。

Tri 型变量：用来表示多驱动器驱动的网络型数据。

线网类型两种：wire triTri 主要用于定义三态的线网；Wire型：代表的是物理连接，不存储逻辑值，要由器件驱动，通常用assign进行赋值Wire类型的信号没被驱动，缺省值为Z（高阻）；信号没有定义数据类型时，缺省为wire 类型。

（缺省==默认）聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

Reg型：默认初始值为x，通常用always模块内的指定信号，常代表触发器；always模块内被赋值的每一个信号都必须定义为reg型。

（寄存器类型）Verilog HDL 有5种寄存器类型：reg、integer、time、real、realtime5、运算符号所带操作数单目运算符：可带一个操作数，操作数放在运算符右边双目运算符：可带两个操作数，操作数放在运算符两边三目运算符：可带3个操作数，用三目运算符分隔开6、底层模块的调用：底层模块（被测试模块）可由测试模块调用如：(位置关联方式) :AND_G2 AND_G2(A,B,F);第一个AND_G2 为底层模块名，第二个为实例名，(A,B,F)为参数定义。

时序逻辑电路的设计
时序逻辑电路是一种基于时钟信号的逻辑电路，它能够对输入信号进行存储和处理，并在时钟信号的控制下按照特定的时间序列输出结果。

其中，时钟信号用于同步不同的电路部件，确保它们在同一时刻执行相同的操作，从而保证电路的正确性和可靠性。

时序逻辑电路的设计通常包括以下几个步骤：
1. 确定电路功能：首先需要明确电路需要实现的功能，包括输入信号的类型和数量、输出信号的类型和数量，以及需要进行存储和处理的数据类型等。

2. 选择适当的电路模型：根据电路的功能需求，选择适当的电路模型，例如有限状态自动机、计数器、寄存器等。

3. 设计电路结构：根据选择的电路模型，设计电路的结构，包括逻辑门的连接方式、存储单元的类型和数量等。

4. 编写Verilog代码：使用Verilog语言编写电路的描述代码，包括输入、输出端口、内部信号、逻辑门的连接方式、存储单元的类型和数量等。

5. 仿真和验证：使用仿真工具对设计的电路进行验证，并进行必要的修正和调
整，确保电路的正确性和可靠性。

6. 实现和测试：将设计的电路实现到FPGA或ASIC芯片中，并进行测试和验证，以确保电路能够正确地执行其功能。

时序逻辑电路的设计需要具备一定的电路设计和Verilog编程技能，同时需要对时序逻辑电路的原理和特性有深入的理解。

第五章 Verilog-HDL电路设计1.基础知识1.1 模块结构端口定义 module 模块名(输入输出端口列表);端口说明 input 输入端口；output 输出端口;信号说明 wire[n-1:0] x, y, z;reg[n-1] u, v, w;功能定义1.2数据类型reg型wire型1.3基本语句assign语句，过程赋值语句（=和<=）if …else 和case语句for和while语句always和initial块语句1.4建模方法结构建模（门级建模和模块实例化）行为建模（数据流建模和顺序行为建模）2.基本逻辑电路2.1 引例设计实现一个3人表决电路，若3个人中有2人或者超过2人同意，则表决通过；否则表决不通过。

解：①理解题意。

设a, b, c分别代表3个人，同意用1表示，不同意用0表示。

y代表表决结果，1表示通过，0表示不通过。

根据题意，当a,b,c三个中有2个为1，或者3个为1时，y=1；否则y=0。

②根据题意，列真值表：a b c y00000010010001111000101111011111③根据真值表，列输出方程：④化简方程⑤ 根据化简后的方程画出电路图2.1.1 对应①建模①当a, b ,c三个中有2个为1，或者3个为1时，y=1；否则y=0. module decision_1(a,b,c,y);input a,b,c;output y;reg y;always @(a, b, c)if ((a&b==1)|(b&c==1)|(c&a==1)|(a&b&c==1))y = 1;elsey = 0;endmodule2.1.2 对应②建模②真值表a b c y00000010010001111000101111011111module decision_2(a,b,c,y);input a,b,c;output y;reg y;always @(a, b, c)case ({a, b, c})3'b000:y = 0;3'b001:y = 0;3'b010:y = 0;3'b011:y = 1;3'b100:y = 0;3'b101:y = 1;3'b110:y = 1;3'b111:y = 1;endcaseendmodule2.1.3 对应③建模③根据真值表，列输出方程module decision_3(a,b,c,y);input a,b,c;output y;assign y = (~a&b&c)|(a&~b&c)|(a&b&~c)|(a&b&c);endmodule..4 对应④建模④化简方程module decision_4(a,b,c,y);input a,b,c;output y;assign y = (b&c)|(a&c)|(a&b);endmodule..5 对应⑤建模module decision_5(a,b,c,y);input a,b,c;output y;wire ab, bc, ca;and (ab, a, b),(bc, b, c),(ca ,c, a);or (y, ab, bc, ca);endmodule.1 基本组合逻辑电路数字逻辑电路就本质而言，分为组合逻辑和时序逻辑两大类。

可编辑修改精选全文完整版时序状态机的设计入门与提高计算机及具有存储器或按照所存储信息执行一系列操作的其他数字系统统称为“时序状态机”，其电路可以通过时序逻辑进行建模。

时序状态机的性能与组合逻辑不同，因为时序状态机的输出不仅仅取决于当前的输入值，而且取决于历史的输入值。

时序状态机被广泛应用于需要指定顺序操作的应用中。

所有的时序状态机都具有如图的通用反馈结构，在这种结构中时序状态机的下一状态是由当前状态和当前输入一起形成的：时序状态机可以按是否受一个公共的时钟控制（钟控）分为同步状态机和异步状态机；根据状态数目是否有限分为有限状态机和无限状态机。

此处只讨论有限状态机。

有限状态机的（FSM）分类有限状态机有米利（Mealy）机和摩尔（Moore）机：米利（Mealy）机：米利（Mealy）机的下一状态和输出都取决于当前状态和当前输入。

摩尔（Moore）机：摩尔（Moore）机的下一状态取决于当前状态和当前输入，而输出仅仅取决于当前状态。

有限状态机常用的描述、开发方法有限状态机可以借助时序图、状态表、状态图以及ASM图进行系统的描述与设计。

•时序图可以用于说明系统中及系统与周围环境的接口中信号的有效输入与状态转移之间的关系。

•状态表与状态转移表以表格的形式表示在当前状态和输入的各种组合下状态机的下一状态和输出•状态转移图（STG）是一种有向图，图中带有标记的节点或顶点与时序状态机的状态一一对应。

当系统处于弧线起点的状态时，用有向边或弧线表示在输入信号的作用下可能发生的状态转移。

米利机STG的顶点用状态进行标记，状态转移图的有向边有下面两种标记方法：（1）用能够导致状态向指定的下一状态转移的输入信号来标记（2）在当前状态下，用输入信号的输出来进行标记摩尔机的状态转移图与米利机相类似，但它的输出是由各状态的顶点来表示的，而不是在弧线上表示•算法状态机（ASM）图是时序状态机功能的一种抽象，是模拟其行为特性的关键工具。

verilog HDL建模方式简单的归纳为三类：结构化描述方式、数据流描述方式、行为描述方式。

一个模块中往往是将三种建模方式混合起来使用，来描述一个完整的功能。

系统级、算法级、RTL级属于行为级，门级、开关级属于结构级。

系统级:用高级语言实现设计模块的外部性能的模型。

算法级:用高级语言结构实现设计算法的模型。

RTL级:描述数据在寄存器之间流动和如何树立这些数据的模型门级:描述逻辑门以及逻辑门之间的连线的模型开关级:描述器件中三极管和存储节点以及他们之间连线的模型1)结构化的建模方式是通过对电路的层次和组成结构进行描述来建模，即通过对器件的调用（HDL概念称为例化），并使用线网来连接各器件来描述一个模块的结构。

这里的器件包括Verilog HDL的内置门如与门and，异或门xor等，也可以是用户自定义的一个模块，还可以是FPGA厂商的提供的一个基本逻辑单元或者宏。

结构化的描述方式反映了一个设计的层次结构。

module FA_struct (A, B, Cin, Sum, Cout);input A;input B;input Cin;output Sum;output Cout;wire S1, T1, T2, T3;// -- statements -- //xor x1 (S1, A, B);xor x2 (Sum, S1, Cin);and A1 (T1, A, B );and A2 (T2, B, Cin);and A3 (T3, A, Cin);or O1 (Cout, T1, T2, T3 );endmodule该实例显示了一个全加器由两个异或门、三个与门、一个或门构成。

S1、T1、T2、T3则是门与门之间的连线。

代码显示了用纯结构的建模方式，其中xor 、and、or 是Verilog HDL 内置的门器件。

以 xor x1 (S1, A, B) 该例化语句为例：xor 表明调用一个内置的异或门，器件名称xor ，代码实例化名x1（类似原理图输入方式）。

组合-时序逻辑电路Verilog-Testbench代码_带仿真代码和波形_1组合逻辑电路--基本门电路1.1基本门电路1.1.1结构化描述⽅式代码如下View Code1 module logics2 (3 input iA,4 input iB,5 output oAnd,6 output oOr,7 output oNot8 );910 and and_inst(oAnd,iA,iB);11 or or_inst(oOr,iA,iB);12 not not_inst(oNot,iA);1314 endmodule最底层的是门级原语and or not RTL级视图testbench如下View Code1 `timescale 1 ns/ 1 ns2 module logics_tb();34 reg ia;5 reg ib;67 wire oAnd;8 wire oOr;9 wire oNot;1011 initial12 begin13 ia=0;14 #40 ia=1;15 #40 ia=0;16 #40 ia=1;17 #40 ia=0;18 end1920 initial21 begin22 ib=0;23 #40 ib=0;24 #40 ib=1;25 #40 ib=1;26 #40 ib=0;27 end2829 logics logics_inst30 (31 .iA(ia),32 .iB(ib),33 .oAnd(oAnd),34 .oOr(oOr),35 .oNot(oNot)36 );37RTL级仿真图形如下GATE级仿真图如下可见RTL级仿真是理想的，GATE级仿真考虑了延迟和信号开始的不确定。

1.1.2采⽤流描述⽅法代码如下View Code1 module logics2 (3 input iA,4 input iB,5 output oAnd,6 output oOr,7 output oNot8 );910 assign oAnd=iA&iB11 assign oOr=iA|iB;12 assign oNot=~iA;1314 endmoduleRTL级视图，仿真图形同上。

Verilog HDL简介1.Verilog HDL是一种硬件描述语言，可以在算法级、门级到开关级的多种抽象设计层次上对数字系统建模。

2.Verilog HDL可以描述设计的行为特性、数据流特性、结构组成以及包含响应监控和设计验证方面的时延和波形产生机制,用这种语言编写的模型能够使用Verilog HDL仿真器进行验证。

3.Verilog HDL从C语言中继承了多种操作符和结构，所以从形式上看Verilog HDL和C语言有很多相似之处。

4.HDL: Hardware Description Language(硬件描述语言）。

5.Verilog HDL, VHDL6.Verilog HDL程序文件的后缀都是“.v”，假如为加法器建模时创建了一个名为adder的文件，那么这个文件就是adder.v。

每个.v文件里可以有一个或几个模块的描述程序。

Verilog 与C语言的比较Verilog HDL语言的特点1.既适合可综合的电路设计，也可胜任电路与系统的仿真。

2.能在多个层次上对所设计的系统加以描述，从开关级，门级寄存器传输级（RTL）到行为级等都可以胜任，同时语言不对设计规模施加任何限制。

3.Verilog HDL的行为描述语句，如条件语句，赋值语句和循环语句等，类似与软件高级语言，便于学习和使用。

4.内置各种基本逻辑门，如and，or，nand等，可方便地进行门级结构描述：内置各种开关级元件，如pmos, nmos, cmos等，可进行开关级的建模。

5.用户定义原语（UDP）创建的灵活性。

用户定义的原语可以是组合逻辑，也可以是时序逻辑：可通过编程语言接口（PLI）机制进一步扩展Verilog HDL语言的描述能力。

6.Verilog HDL程序文件的后缀都是“.v”，假如为加法器建模时创建了一个名为adder的文件，那么这个文件就是adder.v。

每个.v文件里可以有一个或几个模块的描述程序。

Verilog HDL设计举例out <= out+14位计数器的Verilog HDL 编程module counter4 (out, reset, clk);input clk;input reset; // input clk, reset;output [3:0] out;reg [3:0] out; always @(posedge clk)beginif (reset) out<=0;else out <= out+1;endendmodule。