应用 verilog hdl 进行数字系统设计实例

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1、电子零件城www.epcity.com元件套件咨询教学代研应用VerilogHDL进行数字系统设计实例夏薇胡邦昀（华东师范大学电子科学技术系研上海200062）【摘要】本文介绍了VerilogHDL设计方法；在Lattice公司的ispDesignExpert设计软件上用VerilogHDL设计了电梯控制器，并成功地进行了仿真和验证。【关键词】VerilogHDL电子设计自动化EDA数字系统设计可编程逻辑器件1引言“数字化地球”、“数字化城市”，这些概念越来越深入人心。数字技术的应用也从各个方面渗透到了人们的生活之中。数字系统的发展随着器件和集成技术

2、的发展越来越快。数字器件经历了从SSI、MSI、LSI到VLSI，直到如今的SOC(SystemOnChip，系统芯片)。PLD（ProgrammableLogicDevice，可编程逻辑器件）属于最具有代表性的IC芯片之一。PLD是大规模集成电路技术的飞速发展与计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助测试（CAT）相结合的一种产物，是数字逻辑电路向着超高集成度、超低功耗、超小型封装和专用化方向发展并采用“阵列逻辑”技术生产的器件。在PLD上，工程师能根据自己的要求来实现所需要的逻辑功能。通常利用计算机辅助设计，用原理图、布尔方

3、程、状态机、HDL等方法来表示设计思想，经编译或转换后形成jedec文件或目标机器能接受的文件格式，通过编程器和下载线，下载到目标器件中。这就将PLD设计成了符合用户要求的ASIC了〔1〕。本文重点要探讨的是用VerilogHDL来设计数字电路。在Lattice公司的ispDesignExpert设计软件上用VerilogHDL设计了电梯控制器，成功地进行了波形仿真，并下载到实验板上进行了验证。2VerilogHDL设计方法概述硬件描述语言（HDL）是一种用文本形式来描述和设计电路的语言。它可以使数字逻辑电路设计者利用这种语言来描述自己的设计思想，然

4、后利用EDA工具进行仿真，自动综合到门级电路，再用ASIC或FPGA实现其功能。目前，这种称之为高层设计（HighLevelDesign）[2]的方法已经被广泛采用。HDL已经成功地应用于系统开发的设计、综合、仿真和验证等各个阶段。目前应用得比较广泛的硬件描述语言是VHDL和VerilogHDL，它们也已经先后成为了IEEE标准。VerilogHDL早在1983年就已经推出，拥有比VHDL更广泛的设计群体，成熟的资源也更为丰富。与VHDL相比，最大的优点在于，VerilogHDL是一种非常容易掌握的硬件描述语言。而VHDL由于不太直观，需要有Ada编

5、程基础，一般认为至少需要半年以上的专业培[1]训，才能掌握VHDL的基本设计技术。1电子零件城www.epcity.com元件套件咨询教学代研采用VerilogHDL进行设计时，可以采用自顶向下（Top-Down）的设计。利用层次化、结构化设计方法，一个完整的硬件设计任务首先划分为若干个可操作的模块，编制出相应的模型（行为的或结构的），通过仿真加以验证后，再把这些模块分配给下一底层设计师。到了底层具体电路的设计时是自底向上逐步实现的。模块设计流程主要由两大部分组成：①设计开发，编写设计文件→综合到布局布线→投片生成。②设计验证，就是进行各种仿真。如果

6、在仿真过程中发现问题就返回设计。3用VerilogHDL设计一个电梯控制器的实例下面我们用一个设计实例来说明VerilogHDL的设计基本规则。设计目标是一个电梯控制器。软件平台是Lattice公司的ispDesignExpert。3.1功能要求图1电梯控制器功能图设计一个0～7层的电梯控制器。要求能够用7段LED数码管显示出电梯当前所处的楼层；8个电梯指示灯分别代表电梯所在的层数，当电梯处于I层时，第I个指示灯要亮；外部控键决定电梯是上升还是下降；当电梯上升时，用LED点阵显示出“↑”，当电梯下降时，用该点阵显示出“↓”。图1为功能图。3.2工作原

7、理按照自顶向下设计的思路，我们先分配好各个模块的功能。如图1所示，将其分成三个部分：数码管显示；指示灯显示；点阵显示。这三部分共用数据总线，但分别有各自独立的控制总线。因此，是用控制总线来分别选中各个模块，分时利用数据总线。数码管部分指示灯部分点阵部分控制信号Dpy2Dpy7Dpy0数据信号D0～D3D0～D7D0～D6设计的第一步，就是先分配时序。考虑到要求三个模块的显示效果都要好，可以使数码管部分和指示灯部分的刷新频率一样，规定为clk＝8Hz；点阵部分上升，下降箭头的显示刷新频率要求较快，clk＝8×30＝240Hz。2电子零件城www.epc

8、ity.com元件套件咨询教学代研图2指示灯模块图采用查询状态方式决定各个时刻应该向数据总线D上送什么数据，