数字逻辑试验报告-Verilog时序逻辑设计.docx
色孑科旌大学实验报告学生姓名：任彦璟学号：2015040101018指导教师：吉家成米源王华一、实验项目名称：VeriIog时序逻辑设计二、实验目的：掌握边沿D触发器74x74、同步计数器74x163、4位通用移位寄存器74x194,的工作原理。设计移位寄存器74x194设计3位最大序列长度线性反馈移位寄存器(LFSR：LinearFeedbackShiftRegister)计数器。设计同步计数器74x163O三、实验内容：1 .设计边沿D触发器74x74。2 .设计通用移位寄存器74xl94o3 .采用1片74x194和其它小规模逻辑门设计3位LFSR计数器。4 .设计4位同步计数器74x163。四、实验原理:CLRLcueaoCLR.LSiRlN74x194逻辑电路图74x163逻辑电路图上图的设计可以采用门级描述，也可以采用教材数字设计一原理与实践（第4版）第525页的表8-20中的行为描述五、实验器材（设备、元器件）：PC机、WindowsXP、Anvyl或Nexys3开发板、XilinxISE具、DigilentAdept下载工具。14.7开发工六、实验步骤：实验步骤包括：建立新工程，设计代码与输入，设计测试文件，设置仿真，查看波形，约束与实现、生成流代码与下载调试。七、关键源代modulevr74×74(CLK,D,PR_LCLR_L,Q,QN);码及波形图:inputCLKzD,PR_L,CLR.L;outputQ,QN;1.D触发器的Verilog代码源码如下wirewl,w2zw3zw4;nand(wl,PR_L,w2,w4);nand(w2zCLR_L,wl,CLK);nand(w3zw2,CLK1w4);nand(w42CLR_Lw3,D);nand(Q,PR_Lw2,QN);nand(QN,Q1w3,CLR_L);endmoduleCLR.L=1;D = 0;# 4D = 1;# 2 D = 0;# 8 D = 0;# 2D = 1;# 13CLR.L = 0;# 10CLR.L = 1;# 10 PR_L = 0;# 5 D=0；# 10 PR_L= 1; endalways begin# 5 CLK = -CLK; endendmodulemodulevr74×74-tb;"InputsregCLK;regD;regPR_L;regCLR_L;"OutputswireQ;wireQN;/InstantiatetheUnitUnderTest(UUT)vr74x74t(.CLK(CLK)1.D(D),.PR_L(PR_L),.CLR_L(CLR_L),.Q(Q),.QN(QN)initialbeginCLK=0;PR_L=1;仿真结果如下图所示检查输入输出关系，设计无误。2.4位通用移位寄存器74x194源码如下:moduleVr74xl94(CLK,CLR_L,LIN,RIN,SLSOABCD,QA1QB1QC1QD);inputCLKcLFLLIJNRIN61.，SQABQD;outputQA1QB1QC1QD;wireCLK.D;wireCLR_L_D;wireS1_L,S1_H;wireSO_L,SO_H;wireQAN1QBNtQCNjQDN;wirewlw2,w3.w4zw5,w6,w7w8,w9wl;wirewll,wl2,wl3,wl4zwl51wl6wl7,wl8,wl9,w20;buf(CLK_D,CLK);buf(CLR_L_D,CLR_L);not(ml,SI);not(mO,SO);and(nl,SO,ml,RIN);and(n2,S0,S,A);and(n3,mO,ml,QA);and(n5,S0,mLQA);and(n6,S0,SI,B);and(n7,mO,ml,QB);and(n8,mO,SLQC);and(9,S0,ml,QB);and(nlO,SO,SI,C);and(nll,mO,mLQC);and(nl2mO,SIQD);and(nl3,S0,mLQC);and(nl4,S0,SI,D);and(nl5,mO,ml,QD);and(nl6,mO,SI,LIN);or(pl,nln2,n3,4);or(p2,n56n7,n8);or(p3,n9,nl01nll,nl2);Or(p4,nl3,nl4,nl5,nl6);vr74×74ql(CLK_D,pl：bl,CLR_L_D,QA,QAN);vr74x74q2(CLK_D,p2,l'bl,CLR_L_RQB,QBN);vr74x74q3(CLK_D,p3j'b3,CLR_L_D,QWQCN);vr74x74q4(CLK_D,p4,D'b4,CLR_L_D,QD,QDN);endmodule测试文件：modulevr74xl94_tb;11InputsregCLK;regCLR_L;regLIN;regRIN;regSI;regSO;regA;regB;regC;regD;/OutputswireQA;wireQB;wireQC;wireQD;/InstantiatetheUnitUnderTest(UUT)Vr74×l94ut(.CLK(CLK)z.CLR_L(CLR_L),.LIN(LIN),.BIN(RIN),.S1(S1),.SO(SO),A(A),C(C),.D(D)t,QA(QA),.QB(QB)1.QC(QC)1,QD(QD);initialbegin/InitializeInputsCLK=0;CLR.L=0;LIN=O;SI=O;SO=O;A=O;B=O;C=0;D=0;/Wait100nsforglobalresettofinish#100;/AddstimulushereCLR.L=1;SI=0;S0=0;#100;SI=0;S0=l;RIN=1#100;SI=I;S0=l;A=0;B=0;C=0;D=0;#100;SI=I;S0=0;LIN=1:#100;SI=I;S0=l;A=I;B=I；c=l;D=I;Endalwaysbegin-CLK;#5CLK=endendmodule仿真结果如下图所示检验输入输出结果正常，设计无误。3.3位LFSR计数器源码如下：moduleLFSR(CLK,RESET,×2,X1,XO);inputCLKzRESET;outputX2zX1,XO;wirewl,w3,w6;Vr74xl941(.CLK(CLK)1.CLR-L(l,bl),.RIN(w6),.S1(RESET)/SO(l,bl),.A(l,bl),B(IW),.C(l'bO),D(l'bO),QA(X2),.QB(X1)1.QC(XO);xor(w3zXzX0);nor(wl,X2,XI);xor(w6,wl,w3);endmodulemoduleLFSRtb;"InputsregCLK;regRESET;"OutputswireX2;wireXI;wireX0;/InstantiatetheUnitUnderTest(UUT)LFSRuut(.CLK(CLK),.RESET(RESET),.X2(X2),.X1(X1),.XO(XO);initialbegin/InitializeInputsCLK=O;RESET=1;/Wait100nsforglobalresettofinish#100;/AddstimulushereRESET=O;endalwaysbegin#5CLK=-CLK;endendmodule检验输入输出结果正常，设计无误。4.74x163计数器源码如下moduleVr74xl63(CLK,CLR_LLD_L,ENRENDaRC0)；inputCLK,CLR_L,LD_LENRENT;input3:0D;output(3:0Q;outputRCO;wirewl,'w2,w3.w4.w5,w6,w7'w8.w9,wl:wirewII,wI2,wI3,wI4vI5W6W7vI8W9,w20;wirew21,w22,w23,w24,w25,w26;wireCK;wireCLR;wire3:0QN;wireCLK1;buf(CLKzCLK);not(CLRzCLR,L);not(w8,QN0);nor(wl4,QNILQN0);nor(w20,QN2,QNl,QN0);and(w25,ENRENT);and(w9,w8,w25);and(wl5,wl4,w25);and(w21,w20w25);not(w26zENT);nor(wl,LD_LCLR);nor(w2,wl,CLR);xor(w4,w251QN0);Xor(WIO,w9,jQN1);xor(wl6,wl51QN2);×or(w22,w211QN3);and(w3,wl,A);and(w5,w2,w4);and(w72wl2B);and(wll,w2,wl);and(wl3,wl,C);and(wl7,w2.wl6);and(wl9,wl,D);and(w23,w2,w22);or(w6,w3,w5);Or(wl2,w7,wll);or(wl8,wl3zwl7);or(w24,wl9,w23);vr74x74Ul(D02CLK11,CLR_L,Q0,QNO);vr74x742(D(),CLK,1,CLR_L,Ql,QN1);vr74x743(D2zCLK11,CLR.L,Q21QN2);vr74x744(D3zCLK,1,CLR.L,Q3,QNO)；endmodule/AddstimulushereCLR.L=O;LD-L=b×ENT=Tbx;ENP=rb×#20;CLR.L=1;LD_L=O;ENT=Tbx;ENP=rbx;D=4-bllll;#20;CLR.L=1;LD_L=1;ENT=O;ENP=rbx;#20;CLR.L=1;LD_L=1;ENT=Tbx;ENP=O;#20;CLR.L=1;LD_L=1;ENT=1;ENP=1;endalwaysbegin#5CLK=-CLK;end3位LFSR计数器顶层设计模块modulelfsr_8_main(inputCLK1inputRESETZoutputLED2,LED1,LEDO)；wireCLK.IHz;counter_1OOMl(CLK5CLKJHz);LFSR_8u2(CLKHZ,RESETZLED2,LED1,LEDO);endmodule仿真结果如下图所示ValueNameUirLrLnJTrLrLrLTLrLrLnjrLnj八、实验结论:边沿D触发器负跳沿触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP触发沿来到前一瞬间加入输入信号。移位寄存器D、2D、ID、OD为并行输入端；3Q、2Q、IQ、OQ为并行输出端；RS为右移串行输入端；LS为左移串行输入端IS、OS为操作模式控制端；RC为直接无条件清零端；CP为时钟脉冲输入端。74LS194有5种不同操作模式：并行送数寄存；右移（方向由3Q-0Q）；左移（方向由0Q-3Q）；保持及清零。对于同步计数器，由于时钟脉冲同时作用于各个触发器，克服了异步触发器所遇到的触发器逐级延迟问题，于是大大提高了计数器工作频率，各级触发器输出相差小，译码时能避免出现尖峰；但是如果同步计数器级数增加，就会使得计数脉冲的负载加重。九、总结及心得体会：在这此次试验中，根据边沿D触发器74x74的原理图编写设计和仿真模块：根据通用移位寄存器74x194的原理图编写设计和仿真模块；采用1片74x194和其它小规模逻辑门设计3位LFSR计数器，编写设计和仿真了模块：根据4位同步计数器74x163的原理图编写设计和仿真了模块；将输入为IOoMHZ的系统时钟采用7片74x163和其它小规模逻辑门设计了IHZ的数字信号：在FPGA开发板上调试了3位LFSR计数器。十、对本实验过程及方法、手段的改进建议：无报告评分：指导教师签字:
