eda verilog簡單數字電路設計

1電子電路設計訓練

數字部分（Verilog）第四講、簡單數字電路設計24.1門級電路一個邏輯電路是由許多邏輯門和開關所組成，因此用邏輯門的模型來描述邏輯電路結構是最直觀的。Verilog提供了一些描述門類型的關鍵字，可以用于門級結構建模。Verilog基本元件模型共有26種，其中14種為基本門級元件，12種為開關級元件，34.1門級電路門級電路列表多輸入門and(與門)nand(與非門)or(或門)

nor(或非門)

xor(異或門)

xnor(異或非門，同或門)多輸出門buf(緩沖器)not(非門)三態(tài)門（如果不被使能，

則輸出“z”）bufif0(低電平使能緩沖器)

bufif1(高電平使能緩沖器)notif0(低電平使能非門)

notif1(高電平使能非門)上拉，下拉電阻pullup(上拉電阻)pulldown(下拉電阻)<實例元件名>(<數據輸出>,<數據輸入>,<控制輸入>)44.1門級電路門級電路調用（實例化）<門的類型>[<驅動能力><延時>]<門實例1>[，<門實例2>，

<門實例3>……];而每個門實例，按照<實例元件名>(<數據輸出>,<數據輸入>,<控制輸入>)例：nand#10nd1(a,data,clock,clear);這個例子說明在模塊中只使用了一個名為nd1的與非門實例，輸入為clock,data,clear輸出為a，輸出與輸入的延時為10個單位時間。54.1門級電路門級電路例子--D觸發(fā)器6門級電路例子--D觸發(fā)器（續(xù)）module

flop

(data,clock,clear,q,qb);input data,clock,clear;outputq,qb;endmodulenand #10

nd1(a,data,clock,clear), nd2(b,ndata,clock),nd4(d,c,b,clear),nd5(e,c,nclock),nd6(f,d,nclock),nd8(qb,q,f,clear);nand #9

nd3(c,a,d),nd7(q,e,qb);not #10

iv1(ndata,data),iv2(nclock,clock);74.1門級電路門級電路例子—4位寄存器`include“flop.v”module

hardreg

(d,clk,clrb,q);input clk,clrb;input[3:0]d;output[3:0]q;endmoduleflopf0(d[0],clk,clrb,q[0],),f1(d[1],clk,clrb,q[1],),

f2(d[2],clk,clrb,q[2],),f3(d[3],clk,clrb,q[3],);注意但是，對于自行定義的模塊，推薦的作法：flopf0(.data(d[0]),.clock(clk),.clear(clrb),.q(q[0]),),f1(.data(d[1]),.clock(clk),.clear(clrb),.q(q[1]),),f2(.data(d[2]),.clock(clk),.clear(clrb),.q(q[2]),),f3(.data(d[3]),.clock(clk),.clear(clrb),.q(q[3]),);84.1門級電路門級電路例子—行為描述對比module

behaviorreg

(d,clk,clrb,q);input clk,clrb;input[3:0]d;output[3:0]q;endmodulealways

@(posedgeclkorclrb)

begin

if(!clrb)q<=0;

elseq<=d;

end94.2常用組合邏輯電路組合邏輯電路—

功能上無記憶，結構上無反饋電路任一時刻的輸出狀態(tài)只取決于該時刻各輸入狀態(tài)的組合，而與電路的原狀態(tài)無關。對于任何一個多輸入多輸出組合邏輯電路，可以用框圖或者一組邏輯函數來表示。y1=f1

(a1，a2，…，an)y2=f2

(a1，a2，…，an)…ym

=fm

(a1，a2，…，an)

104.2常用組合邏輯電路加法器回憶多位加法器114.2常用組合邏輯電路加法器module

add_4(A,B,CI,S,CO);input[3:0] A,B;input CI;output[3:0]S;output CO;assign {CO,S}=A+B+CI;endmodule4位全加器16位？module

add_16(A,B,CI,S,CO);input[15:0] A,B;input CI;output[15:0]S;output CO;assign {CO,S}=A+B+CI;endmodule16位全加器124.2常用組合邏輯電路乘法器modulemult_4(X,Y,Product); input[3:0]X,Y; output[7:0]Product; assignProduct=X*Y;endmodule134.2常用組合邏輯電路比較器XY(X>Y)(X>=Y)(X=Y)(X<=Y)(X<Y)(X!=Y)00011100010001111011000111011100(X>Y)=X·(~Y)(X<Y)=(~X)·Y(X=Y)=(~X)·(~Y)+X·Y14比較器modulecompare_n(X,Y,XGY,XSY,XEY);parameterwidth=8;//必須在用以前寫input[width-1:0]X,Y;outputXGY,XSY,XEY;regXGY,XSY,XEY;

always@(XorY)//每當X或Y變化時beginif(X==Y)XEY=1;//設置X等于Y的信號為1elseXEY=0;if(X>Y)XGY=1;//設置X大于Y的信號為1elseXGY=0;if(X<Y)XSY=1;//設置X小于Y的信號為1elseXSY=0;endendmodule154.2常用組合邏輯電路多路器modulemuxtwo(out,a,b,sl);inputa,b,sl;outputout;regout;always@(sloraorb) if(!sl)out=a; elseout=b;endmodulen位數據選擇信號數據輸出數據輸入D0D1二選一8選一？164.2常用組合邏輯電路多路器moduleMux_8(addr,in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,Mout,nCS);parameterwidth=8;

input[2:0]addr;input[width-1:0]in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8;inputnCS;output[windth-1:0]Mout;reg[windth-1:0]Mout;

always@(addrorin1orin2orin3orin4orin5orin6orin7orin8ornCS)beginif(!nCS) case(addr)3'b000:Mout=in1;3'b001:Mout=in2;….endcaseelse Mout=0;endendmodule八選一…174.2常用組合邏輯電路編碼器（8-3編碼器）moduleencode8to3(in,out);input[7:0]in;output[2:0]out;reg[2:0]out;always@(in)begincase(in)8'b00000001:out=3'b000;8'b00000010:out=3'b001;8'b00000100:out=3'b010; 8'b00001000:out=3'b011; 8'b00010000:out=3'b100; 8'b00100000:out=3'b101； 8'b01000000:out=3'b110; 8'b10000000:out=3'b111;

default:out=3’b000;

//討論，default的重要性endcaseendendmodule184.2常用組合邏輯電路譯碼器（3-8譯碼器）moduledecode3to8(addr,out);

input[2:0]addr;

output[7:0]out;

assignout=1’b1<<addr;

endmodule194.3常用時序邏輯電路輸出不只是當前輸入的邏輯電平的函數，還與目前電路所處的狀態(tài)有關。時序邏輯通常是由多個觸發(fā)器和多個組合邏輯塊組成的網絡，時序邏輯電路是設計復雜數字電路的核心。204.3常用時序邏輯電路RS觸發(fā)器moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

inputR,S;

outputQ,QB;

regQ,QB;

always@(RorS)

case({R,S})

0:beginQ<=Q;QB<=QB;end

1:beginQ<=1;QB<=0;end

2:beginQ<=0;QB<=1;end

3:beginQ<=1‘bx;QB<=1’bx;end//思考是否影響綜合？

endcase

endmodule214.3常用時序邏輯電路RS觸發(fā)器224.3常用時序邏輯電路同步RS觸發(fā)器234.3常用時序邏輯電路同步RS觸發(fā)器moduleSY_RS_FF(R,S,CLK,Q,QB);

inputR,S,CLK;

outputQ,QB;

regQ;

assignQB=~Q;

always@(posedgeCLK)

case({R,S})

0:Q<=0;

1:Q<=1;

2:Q<=0;

3:Q<=1‘bx;

endcase

endmodule

244.3常用時序邏輯電路同步RS觸發(fā)器moduleSY_RS_FF(R,S,CLK,Q,QB);

inputR,S,CLK;

outputQ,QB;

regQ;

assignQB=~Q;

always@(posedgeCLK)

case({R,S})

0:Q<=0;

1:Q<=1;

2:Q<=0;

3:Q<=1'bx;

endcase

endmodule254.3常用時序邏輯電路D觸發(fā)器

moduleSY_D_FF(D,CLK,Q,QB);

inputD,CLK;

outputQ,QB;

regQ;

assignQB=~Q;

always@(posedgeCLK)

Q<=D;

endmodule264.3常用時序邏輯電路JK觸發(fā)器274.3常用時序邏輯電路JK觸發(fā)器moduleSY_JK_FF(J,K,CLK,Q,QB);

inputJ,K,CLK;

outputQ,QB;

regQ;

assignQB=~Q;

always

@(posedgeCLK)

case({J,K})

0:Q<=Q;

1:Q<=0;

2:Q<=1;

3:Q<=~Q;

endcase

endmoduleQnJK010001111011101000284.3常用時序邏輯電路寄存器

moduleREG4(CLR,D,CLK,Q);

inputCLR,CLK;

input[3:0]D;

output[3:0]Q;

reg[3:0]Q;

always@(posedgeCLKornegedgeCLR)

Q<=(!CLR)?0:D;

endmodule294.3常用時序邏輯電路移位寄存器moduleshifter_1(IN,CLK,CLR,Q);inputI