硬件描述语言实验报告资料.docx

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硬件描述语言实验报告资料

《硬件描述语言》实验报告

学院：

学　　号：

姓　　名：

专业：

实验时间：

实验地点：

指导教师：

年月

实验一简单组合逻辑设计

一、实验目的及要求：

1.掌握基本组合逻辑电路的实现方法。

2.初步了解两种基本组合逻辑电路的生成方法。

3.学习测试模块的编写。

4.通过综合和布局布线了解不同层次仿真的物理意义。

二、实验设备及要求

装有modesim和synplify的电脑一台

3、实验内容与步骤

1.实验内容：

本次实验采用VerilogHDL语言设计一个可综合的数据比较器，其功能是比较数据a与数据b的结果，如果两个数据相同，则输出结果1，否则给出结果0；并写出测试模型，使其进行比较全面的测试。

2.实验步骤：

（1）建立工程文件，编写模块源码和测试模块,要求测试模块对源文件进行比较全面的测试；

（2）编译源码和测试模块，用测试模块对源文件进行测试，并进行仿真；

（3）观察综合后生成的文件和源文件的不同点和相同点。

（4）综合时采用不同的FPGA器件，观察综合后的结果有什么不同。

四、实验结果与数据处理：

1.RTL图及仿真后波形图：

2.综合后的电路图：

五、分析与讨论：

1.课本练习一的测试方法二中，第二个initial块有什么用？

它与第一个initial块有什么关系？

答：

测试方法二中的第二个initial用来暂停仿真以便观察仿真波形，它与第一个initial是并行关系

2.如果在第二个initial块中，没有写出#10000或者$stop，仿真会如何进行？

答：

如果没有写#10000，仿真会直接停止，没有$stop，仿真不会结束。

3.比较两种测试方法，哪一种更全面？

答：

第二种测试方法更全面，测试了更多种的变换的情况。

实验二简单分频时序逻辑电路的设计

1、实验目的及要求：

1.掌握条件语句在简单时序模块设计中的使用；

2.掌握verilog语句在简单时序模块设计中的使用；

3.学习在Verilog模块中应用计数器；

4.学习测试模块的编写、综合和不同层次的仿真。

2、实验设备及要求

装有modesim和synplify的电脑一台

3、实验内容与步骤：

1.实验内容：

（1）使用always块和@（posedgeclk）或@（negedgeclk）的结构来表述时序逻辑，设计1/2分频的可综合模型。

得到如下波形图：

（2）对模块进行RTL级仿真、综合后门级仿真，布局布线仿真；

2.实验步骤：

（1）建立工程文件，编写模块源码和测试模块,要求测试模块能对源文件进行比较全面的测试。

（2）编译源码和测试模块，用测试模块对源文件进行测试，并综合仿真。

得到波形图。

（3）观察综合后生成的文件和源文件的不同点和相同点。

（4）记录数据并完成实验报告。

四、实验结果与数据处理：

1.RTL图及仿真后波形图：

2.综合后的电路图：

五、分析与讨论：

1.如果没有reset信号，能否控制2分频clk_out信号的相位？

答：

如果没有reset信号，则无法控制2分频clk_out信号的相位。

2.只用clk时钟沿的触发（即不用2分频产生的时钟沿）如何直接产生4分频、

8分频、或者16分频的时钟？

答：

借助一个整型变量j做计数操作。

3.如何只用clk时钟沿的触发直接产生占空比不同的分频时钟？

答：

借助一个整型变量j做计数操作，从而用clk时钟沿的触发直接产生4分频、8分频或者16分频的时钟，及产生占空比不同的分频时钟。

实验三利用条件语句实现计数分频时序电路

1、实验目的及要求：

1.掌握条件语句在简单时序模块设计中的使用；

2.掌握最基本时序电路的实现方法；

3.学习在Verilog模块中应用计数器；

4.学习测试模块的编写、综合和不同层次的仿真。

二、实验设备及要求

装有modesim和synplify的电脑一台

3、实验内容与步骤：

1.实验内容：

（1）复习课本，熟悉条件语句的使用方式；

（2）建立工程并编写源代码；

（3）综合并布局布线仿真并分析always语句在时序逻辑中的作用；

（4）学习测试模块的编写、综合和仿真。

2.实验步骤：

（·1）建立工程文件，编写模块源码和测试模块,要求测试模块能对源文件进行比较全面的测试；

（2）编译源码和测试模块，用测试模块对源文件进行测试，并综合仿真；

（3）观察综合后生成的文件和源文件的不同点和相同点；

（4）综合时采用不同的FPGA器件，如Altera公司的CycloneII系列和StratixIII系列，观察综合后的结果有什么不同。

四、实验结果与数据处理：

1.RTL图及仿真后波形图：

2.综合后的电路图：

五、分析与讨论：

如果综合时采用不同的FPGA器件，如Altera公司的CycloneII系列和StratixIII系列，想想综合后的结果有什么不同？

答：

时钟分频的实现方法如果是采用行波时钟的方式（异步设计），容易造成时钟偏差，很难控制芯片内部的逻辑基本单元中的触发器的建立/保持时间，同时不同芯片的内部参数也有所不同，同一代码的时序分析结果分析得不同也很正常。

如果分频后的时钟作为后级设计的工作时钟，那么整个设计不只使用一个主时钟，而是用多个时钟来实现的话（异步设计），存在信号的跨时钟域转换问题，跨时钟域的信号如果设计不当，会采到亚稳态。

实验四阻塞赋值与非阻塞赋值的区别

1、实验目的及要求：

1.通过实验，掌握阻塞赋值与非阻塞赋值的概念与区别；

2.深入理解顺序执行和并发执行的概念。

3.了解非阻塞和阻塞赋值的不同使用场合；

4.学习测试模块的编写，综合和不同层次的仿真。

二、实验设备及要求：

装有modesim和synplify的电脑一台

3、实验内容与步骤：

1.实验内容：

（1）本次实验参照课本上的练习三，采用VerilogHDL语言描述两个模块，分别包含有阻塞和非阻塞赋值语句；

（2）编写测试模块，在相同输入信号的条件下，比较阻塞与非阻塞语句的输出结果；

（3）对模块进行RTL级仿真、综合后门级仿真，布局布线仿真；

（4）分析阻塞赋值与非阻塞赋值的区别。

2.实验步骤：

（1）仔细阅读课本，建立工程文件，编写模块源码和测试模块,要求测试模块能对源文件进行比较全面的测试；

（2）编译源码和测试模块，用测试模块对源文件进行测试，并综合仿真；

（3）观察综合后生成的两个电路结构图并观察仿真波形图，分析阻塞与非阻塞赋值的异同

（4）综合时采用不同的FPGA器件，如Altera公司的CycloneII系列和StratixIII系列，观察综合后的结果有什么不同。

四、实验结果与数据处理：

1.RTL图及仿真后波形图：

2.综合后的电路图：

5、分析与讨论：

1.解释说明测试模块中forever语句后若有其他语句，是否能够执行？

为什么？

答：

不能。

forever循环语句常用于产生周期性的波形，用来作为仿真测试信号。

它与always不同之处在于它不能独立写在程序中，而必须写在initial块中。

2.在blocking模块中按如下两种方法，仿真与综合的结果会有什么样的变化？

作出仿真波形，分析综合结果。

答：

a）

always@（posedgeclk）

begin

c=b;

b=a;

end

可以实现与上面非阻塞赋值相同的赋值结果。

b）

always@（posedgeclk）b=a;

always@（posedgeclk）c=b;

有可能出现竞争现象。

实验五用always块实现较复杂的组合逻辑电路

1、实验目的及要求：

1.掌握用always实现较大组合逻辑电路的方法；

2.进一步了解assign与always两种组合电路实现方法的区别和注意点；

3.学习测试模块中随机数的产生和应用；

4.学习综合不同层次的仿真，并比较结果。

二、实验设备及要求

装有modesim和synplify的电脑一台

三、实验内容与步骤

1.实验内容：

（1）运用always语句块设计一个8位数据选择器。

要求：

每路输入数据与输出数据均为4位2进制数，当选择开关（至少3位）或输入数据发生变化时，输出数据也相应地变化；

（2）写出测试模块，对模块的功能进行测试；

（3）对模块进行RTL级仿真、综合后门级仿真，布局布线仿真。

2.实验步骤：

（1）仔细阅读课本，建立工程文件，编写模块源码和测试模块,要求测试模块能对源文件进行比较全面的测试；

（2）编译源码和测试模块，用测试模块对源文件进行测试，并综合仿真；

（3）观察综合后生成的两个电路结构图并观察仿真波形图，分析assign与always两种组合电路实现方法的区别和注意点；

（4）综合时采用不同的FPGA器件，如Altera公司的CycloneII系列和StratixIII系列，观察综合后的结果有什么不同。

四、实验结果与数据处理：

1.RTL图及仿真后波形图：

.2.综合后的电路图：

五、分析与讨论：

1.分析用assign语句和always语句进行组合逻辑设计时有什么异同点？

答：

verilog语言中的赋值语句有两种，一种是持续赋值语句（assign语句），另一种是过程赋值语句（always语句）。

持续赋值语句（assign语句）主要用于对wire型变量的赋值，因为wire的值不能存住，需要一直给值，所以需要用持续赋值。

过程赋值语句（always语句）主要用于reg型变量的赋值，因为always语句被执行是需要满足触发条件的，所以always过程块里面的内容不是每时每刻都被执行，因此需要将被赋值的对象定义成寄存器类型，以便这个值能被保持住。

过程赋值又分为阻塞赋值“=”和非阻塞赋值“<=”两种。

六、教师评语

签名：

日期：

成绩