常見組合邏輯電路實用教案

1、一、 初識Verilog HDLVerilog HDL三、Verilog HDL Verilog HDL 行為(xngwi)(xngwi)語句主要主要(zhyo)內(nèi)容：內(nèi)容：二、 Verilog HDL Verilog HDL 基礎(chǔ)(jch)(jch)四、Verilog HDVerilog HDL L設(shè)計風(fēng)格五、常見組合與時序邏輯電路Verilog HDLVerilog HDL描述第1頁/共33頁第一頁，共34頁。常用組合電路(dinl)模塊的設(shè)計常用(chn yn)時序電路模塊的設(shè)計常見組合與時序(sh x)邏輯電路Verilog HDL描述用 Verilog HDL描述電路模塊小結(jié)第2頁/

2、共33頁第二頁，共34頁。一、用 Verilog HDL描述電路(dinl)模塊小結(jié) 模塊中最重要(zhngyo)的部分是邏輯功能定義部分。 有3種方法可在模塊中產(chǎn)生邏輯功能： （1）用實例元件：內(nèi)置門元件、開關(guān)元件、自行設(shè)計生成的元件。（結(jié)構(gòu)描述） 如：and #2 ul(q,a,b) 端口信號名稱可以采用位置關(guān)聯(lián)方法和名稱關(guān)聯(lián)方法進(jìn)行連接。 （2）用“assign”聲明語句連續(xù)賦值。（數(shù)據(jù)流描述） 采用“assign”語句是描述組合邏輯電路最常用的方法之一。 （3）用“always”或“initial”過程塊。 （行為描述）第3頁/共33頁第三頁，共34頁。使用(shyng)initial

3、和always的區(qū)別 “always”塊既可用于描述組合邏輯，也可描述時序邏輯。 always語句(yj)是不斷地重復(fù)活動的，直到仿真過程結(jié)束。但always語句(yj)后的過程塊是否運(yùn)行，則要看它的觸發(fā)條件是否滿足，如滿足則運(yùn)行過程塊一次，再次滿足則再運(yùn)行一次，直至仿真過程結(jié)束。 “initial”塊一般用于變量初始化及仿真波形產(chǎn)生。 Initial語句(yj)只執(zhí)行一次。 一個模塊中這三種表達(dá)方式是并發(fā)執(zhí)行的，有多個實例元件、“assign”聲明語句(yj)、“always”塊也是并發(fā)執(zhí)行的。但“always”塊內(nèi)是順序執(zhí)行的。 在一個模塊中，使用initial和always語句(yj)的

4、次數(shù)是不受限制的，它們都是同時開始運(yùn)行的。第4頁/共33頁第四頁，共34頁。行為(xngwi)描述 “always”或“initial”過程塊構(gòu)成了行為級建模的基礎(chǔ)，即所有行為級語句只能出現(xiàn)在這兩種塊之中。 只有實例元件和“assign”連續(xù)賦值語句可以獨(dú)立在塊外。 行為級描述時如果分支條件比較(bjio)少，且有先后順序，選擇if-else語句； 如果條件分支比較(bjio)多，使用case（casez、casex）語句更加方便。 循環(huán)語句有4種(for、 repeat、 while 、forever)，建議首選for語句。第5頁/共33頁第五頁，共34頁。二、常用(chn yn)組合電路模

5、塊的設(shè)計 組合邏輯電路在數(shù)字系統(tǒng)中起著基本組件的作用(zuyng)。 組合邏輯電路包括：門電路、雙向三態(tài)門、加法器、多路選擇器、比較器、乘法器、總線等。第6頁/共33頁第六頁，共34頁。（一）簡單(jindn)組合電路的描述1 1、基本(jbn)(jbn)門電路的描述第7頁/共33頁第七頁，共34頁。（2）用assign連續(xù)賦值語句描述module gate1(F,A,B,C,D);input A,B,C,D;output F;assign F=(A&B)|(B&C&D);/連續(xù)賦值語句endmodule（3）用過程語句always塊描述module gate2(F,A

6、,B,C,D);input A,B,C,D; output F;reg F;always (A or B or C or D) /always過程語句 F=(A&B)|(B&C&D);endmodule（1 1）調(diào)用(dioyng)(dioyng)內(nèi)置門元件描述module gate3(F,A,B,C,D);input A,B,C,D; output F;nand (F1,A,B); and(F2,B,C,D); or(F,F1,F2); /調(diào)用(dioyng)內(nèi)置門endmoduleassign F1=(A&B);assign F2=(B&C&

7、D);assign F=F1|F2;或第8頁/共33頁第八頁，共34頁。2 2、三態(tài)門的描述(mio sh)(mio sh)reg out;beginalways (en or in)out=en ? in: bz;end（2）用assign連續(xù)(linx)賦值語句描述 （3）用過程(guchng)語句always塊描述（1）調(diào)用內(nèi)置門元件描述bufif1 b1(out,in,en);assign out=en ? in: bz;第9頁/共33頁第九頁，共34頁。在Verilog HDL中，描述簡單的組合邏輯通常使用(shyng)assign結(jié)構(gòu)。 注意：條件運(yùn)算符是一種在組合邏輯實現(xiàn)分支判斷

8、時常使用(shyng)的格式。第10頁/共33頁第十頁，共34頁。（二）復(fù)雜組合電路(dinl)的描述 一般用always塊實現(xiàn)較復(fù)雜的組合(zh)邏輯電路1 1、3 3線-8-8線譯碼器module decoder_38(out,in); output7:0 out; input 2:0 in; reg7:0out; always (in) begin case(in) 3b000:out=8b11111110; 3b001:out=8b11111101; 3b010:out=8b11111011; 3b011:out=8b11110111; 3b100:out=8b11101111; 3b

9、101:out=8b11011111; 3b110:out=8b10111111; 3b111:out=8b01111111; default： out =8 bx; endcase endendmodule第11頁/共33頁第十一頁，共34頁。QUARTUS II編譯(biny)后的生成的模塊符號：2第12頁/共33頁第十二頁，共34頁。module decode4_7(a,b,c,d,e,f,g,D3,D2,D1,D0); output a,b,c,d,e,f,g; input D3,D2,D1,D0; reg a,b,c,d,e,f,g; always (D3 or D2 or D1 o

10、r D0) begin case(D3,D2,D1,D0) 4d0:a,b,c,d,e,f,g=7b1111110; 4d1:a,b,c,d,e,f,g=7b0110000; 4d2:a,b,c,d,e,f,g=7b1101101; 4d3:a,b,c,d,e,f,g=7b1111001; 4d4:a,b,c,d,e,f,g=7b0110011; 4d5:a,b,c,d,e,f,g=7b1011011; 4d6:a,b,c,d,e,f,g=7b1011111; 4d7:a,b,c,d,e,f,g=7b1110000; 4d8:a,b,c,d,e,f,g=7b1111111; 4d9:a,b,c

11、,d,e,f,g=7b1111011; default:a,b,c,d,e,f,g=7bz; endcase endendmodule2 2、BCDBCD碼七段數(shù)碼(shm)(shm)顯示譯碼器第13頁/共33頁第十三頁，共34頁。QUARTUS II編譯后的生成的模塊(m kui)符號：第14頁/共33頁第十四頁，共34頁。3 3、8 8線- -3 3線優(yōu)先( (y y u ux xi i n)n)編碼器module encoder8_3(outcode,a,b,c,d,e,f,g,h); output2:0 outcode; input a,b,c,d,e,f,g,h; reg2:0 ou

12、tcode; always (a or b or c or d or e or f or g or h) begin if(h) outcode=3b111; else if(g) outcode=3b110; else if(f) outcode=3b101; else if(e) outcode=3b100; else if(d) outcode=3b011; else if(c) outcode=3b010; else if(b) outcode=3b001; else if(a) outcode=3b000; else outcode=3bzzz; end endmodule要求:輸入

13、高電平有效,輸出(shch)為原碼,哪一個(y )輸入的優(yōu)先權(quán)最高?哪一個(y )最低?第15頁/共33頁第十五頁，共34頁。QUARTUS II編譯后的生成的模塊(m kui)符號：第16頁/共33頁第十六頁，共34頁。4 4、數(shù)據(jù)(shj)(shj)選擇器（2 2選1 1、4 4選1)1)（略）5 5、奇偶校驗位產(chǎn)生器module parity(even，odd，bus); input 7:0 bus; output even，odd; assign odd=bus ; /縮位運(yùn)算(yn sun)產(chǎn)生奇校驗位 assign even=odd; /產(chǎn)生偶校驗位endmodule第17頁/共3

14、3頁第十七頁，共34頁。6、程序(chngx)如左所示，說出for 語句的執(zhí)行過程，說明該電路的功能module voter7(pass,vote); output pass; input6:0 vote; reg2:0 sum; integer i; reg pass; always (vote) begin sum=0; for(i=0;i=6;i=i+1) if(votei) sum=sum+1; if(sum2) pass=1; else pass=0; endendmodule（vote6 or vote5 or vote4 or vote3 or vote2 or vote1 or

15、 vote0 ）3b000循環(huán)體 /i=7時這條語句得到執(zhí)行,判斷(pndun)sum是否大于等于4電路功能(gngnng)：7人多數(shù)表決器第18頁/共33頁第十八頁，共34頁。練習(xí):采用Verilog HDL case 語句對半加器進(jìn)行行為(xngwi)描述module halfadder(A,B,S,C); input A,B; output S,C; reg S,C; always (A or B) begin case (A,B) 2B00: S,C=2B00; 2B01: S,C=2B10; 2B10: S,C=2B10; 2B11: S,C=2B01; endcase endend

16、module第19頁/共33頁第十九頁，共34頁。(一) 簡單(jindn)時序邏輯電路的描述通常使用(shyng)always (posedge clk)或 (negedge clk)塊來描述時序邏輯?；綝 D觸發(fā)器module DFF(Q,D,CLK); output Q; input D,CLK; reg Q; always (posedge CLK) Q=D;endmodule三、常用(chn yn)時序電路模塊設(shè)計上升沿有效的邊沿結(jié)構(gòu)的上升沿有效的邊沿結(jié)構(gòu)的D D觸發(fā)器觸發(fā)器第20頁/共33頁第二十頁，共34頁。(二) 復(fù)雜時序邏輯電路(lu j din l)的描述通常在alway

17、s 過程語句里使用條件語句來實現(xiàn)較復(fù)雜(fz)的時序邏輯電路 。第21頁/共33頁第二十一頁，共34頁。1 1、帶清零、帶清零(qn(qn ln ln) )端、置端、置1 1端的端的D D觸發(fā)器觸發(fā)器module DFF1(q,qn,d,clk,set,reset); output q,qn; input d,clk,set,reset; reg q,qn; always (posedge clk ) begin if(!reset) begin q=0; qn=1; end else if(!set) begin q=1; qn=0; end else begin q=d; qn=d; en

18、d endendmoduleor negedge set or negedge reset同步清零(qn ln)，低電平有效.優(yōu)先級高同步(tngb)置數(shù)，低電平有效.優(yōu)先級低異步置數(shù)或異步清零？第22頁/共33頁第二十二頁，共34頁。2 2、帶清零、帶清零(qn(qn ln ln) )端、置端、置1 1端的端的JKJK觸發(fā)器觸發(fā)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 ) begin if(!R

19、S) Q=1B0; else if(!SET) q=1B1; else case(J,K) 2b00: Q=Q; 2b01:Q=1b0; 2b10:Q=1b1; 2b11:Q=Q; endcase endendmodule 異步清零(qn ln)、異步置數(shù)異步清零(qn ln)，低電平有效第23頁/共33頁第二十三頁，共34頁。3 3、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)(shj)(shj)寄存器寄存器module reg8(out_data,in_data,clk,clr); output7:0 out_data; input7:0 in_data; input clk,clr; reg7:0 out_data; a

20、lways (posedge clk or posedge clr) begin if(clr) out_data=0; else out_data=in_data; endendmodule 異步清零(qn ln)，高電平有效第24頁/共33頁第二十四頁，共34頁。4 4、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)(shj)(shj)鎖存器鎖存器module latch_8(qout, data,clk); output7:0 qout; input7:0 data; input clk; reg7:0 qout; always ( clk or data) if(clk) qout=data;endmodule 第25頁

21、/共33頁第二十五頁，共34頁。寄存器與鎖存器 寄存器與鎖存器的異同： 相同點(diǎn)： 功能相同，都具有保存(bocn)數(shù)據(jù)的功能。 區(qū)別：鎖存器一般是由電平信號來控制的，屬于電平敏感型，而寄存器一般由同步時鐘信號控制，屬于邊沿敏感型， 若數(shù)據(jù)有效滯后于控制信號有效，則只能使用鎖存器，若數(shù)據(jù)提前于控制信號，并要求同步操作，則可以選擇寄存器來存放數(shù)據(jù) 第26頁/共33頁第二十六頁，共34頁。module shifter(din,clk,clr,dout); input din,clk,clr; output7:0 dout; reg7:0 dout; always (posedge clk) begi

22、n if(clr) dout=8b0; else begin dout=dout1; dout0=din; end endendmodule5 5、左移寄存器、左移寄存器第27頁/共33頁第二十七頁，共34頁。6、循環(huán)(xnhun)左移寄存器 module shifter(clk，clr，dout，load，d); input clk，clr，load； input7:0d; output7:0 dout; reg7:0 dout; reg din; always (posedge clk) begin if(clr) dout=8b0; /同步低電平復(fù)位(f wi) else if(load) dout=d; /同步高電平置數(shù) else begin din=dout7; /循環(huán)左移 dout=dout1; dout0=din; end end endmodule第28頁/共33頁第二十八頁，共34頁。仿真(fn zhn)波形第29頁/共33頁第二十九頁，共34頁。7 7、計數(shù)器、計數(shù)器module updown_count(