Verilog HDL语言设计实验

计算机系统配置的基本需求

在进行Verilog HDL语言设计实验之前，首先需要确保计算机系统的配置满足基本需求。PC机的基本配置包括：

• CPU：Intel奔腾系列，或AMD Athlon/XP
• 操作系统：Windows NT/2000/XP
• 内存：256M或以上
• 显卡：支持256色的8位显卡或以上
• 硬盘：20G以上

对于Verilog HDL设计而言，Altera Quartus II设计软件是一个非常好的选择。Quartus II提供了完整的多平台设计环境，并能够轻松满足特定设计的需要。它是一个综合性环境，适用于可编程片上系统（SOPC）设计。Quartus II软件涵盖了FPGA和CPLD设计的所有阶段。

实验目的

该实验的目的主要有两个方面：

1. 掌握基本组合逻辑电路的实现方法，学会使用连续赋值语句和条件赋值语句。
2. 掌握基本时序逻辑电路的实现，学会使用always语句。

简单组合逻辑设计

在Verilog HDL中，描述组合逻辑电路通常使用assign连续赋值语句的数据流方式。连续赋值语句将值赋给线网（不能为寄存器赋值）。当右端表达式的操作数发生事件（值的变化）时，连续赋值语句被计算，并将新结果赋给左边的线网。

连续赋值语句的目标类型包括：标量线网、向量线网、向量的常数型位选择、向量的常数型部分选择以及上述类型的任意拼接运算结果。

下面是一个可综合的数据比较器的组合逻辑设计示例：

// compare.v
module compare(equal, a, b);
  input a, b;
  output equal;
  assign equal  (a  b) ? 1 : 0; // 如果a等于b，输出为1；否则输出为0。
endmodule

简单时序逻辑设计

相对于组合逻辑电路，在Verilog HDL中，时序逻辑电路有着特定的表述方式。可综合的Verilog HDL模型通常使用always块和@（posedge clk）或@（negedge clk）的结构来表述时序逻辑。

下面是一个可综合的1/2分频器模型的时序逻辑设计示例：

// half_clk.v
module half_clk(reset, clk_in, clk_out);
  input clk_in, reset;
  output clk_out;
  reg clk_out;
  always @(posedge clk_in)
  begin
    if (!reset)
      clk_out  0;
    else
      clk_out  ~clk_out;
  end
endmodule

在always块中，被赋值的信号都必须定义为reg型，这是由时序逻辑电路的特点所决定的。如果对于reg型数据未进行赋值，仿真工具会认为它是不定态。

为了能够正确观察到仿真结果，在可综合风格的模块中通常定义一个复位信号reset，当reset为低电平时，对电路中的寄存器进行复位。

总结

本文介绍了Verilog HDL语言设计实验的基本要求和实现方法。通过掌握组合逻辑和时序逻辑的设计原则，可以实现各种电路功能的描述和设计。同时，选择合适的软件和计算机系统配置也是进行Verilog HDL语言设计实验的重要准备工作。

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