FPGA學(xué)習(xí)系列：6.組合邏輯和時序邏輯

設(shè)計背景：

Verilog HDL語言分為面向綜合和面向仿真兩大類語句，且可綜合語句遠(yuǎn)少于仿真語句，讀者可能會有可綜合設(shè)計相對簡單的感覺。然而事實剛好與此相反，這是因為：首先，可綜合設(shè)計是用來構(gòu)建硬件平臺的，因此對設(shè)計的指標(biāo)要求很高，包括資源、頻率和功耗，這都需要通過代碼來體現(xiàn)；其次，在實際開發(fā)中要利用基本Verilog HDL語句完成種類繁多的硬件開發(fā)，給設(shè)計人員帶來了很大的挑戰(zhàn)。所有的仿真語句只是為了可綜合設(shè)計的驗證而存在。為了讓讀者深入地理解可綜合設(shè)計、靈活運用已學(xué)內(nèi)容，本章將可綜合設(shè)計中的基本知識點和難點提取出來，融入Verilog HDL語法以及開發(fā)工具等諸多方面，以深入淺出的方式向讀者說明設(shè)計中的難點本質(zhì)。

設(shè)計原理:

本次的設(shè)計主要是用來理解組合和時序邏輯的關(guān)系和寫法，通過描述組合和時序邏輯電路來仿真出對用的仿真波形，然后來分析其邏輯特點和相應(yīng)的關(guān)系。

設(shè)計架構(gòu)圖:

設(shè)計代碼:

組合邏輯設(shè)計模塊

0modulestudy(data_1,data_2,data_out);//端口列表

1

2 inputdata_1,data_2;//輸入

3 outputregdata_out;//輸出

4

5 //描述一個組合邏輯電路

6 always@(*)

7 begin

8 data_out =data_1 &&data_2;//與邏輯

9 end

10

11endmodule

測試模塊

0`timescale1ns/1ps

1

2moduletb;

3

4 regdata_1,data_2;//定義輸入寄存器

5 wiredata_out;//定義輸出線型

6

7 study study_dut(//設(shè)計模塊端口例化

8 .data_1(data_1),

9 .data_2(data_2),

10 .data_out(data_out)

11 );

12

13 initialbegin//描述數(shù)據(jù)流的變化

14 data_1 =0;data_2 =0;

15 #200

16 data_1 =1;data_2 =0;

17 #200

18 data_1 =0;data_2 =1;

19 #200

20 data_1 =1;data_2 =1;

21 #200

22 data_1 =0;data_2 =0;

23 #200

24 $stop;//系統(tǒng)任務(wù)停止

25 end

26

27endmodule

組合邏輯仿真圖:

在仿真波形中可以清楚的看到輸入數(shù)據(jù)流的變化順序，數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)后，輸出立馬改變沒有延遲。

時序邏輯設(shè)計模塊

0modulestudy(clk,data_1,data_2,data_out);//端口列表

1

2 inputclk,data_1,data_2;//輸入

3 outputregdata_out; //輸出

4

5 //描述一個組合邏輯電路

6 always@(posedgeclk)

7 begin

8 data_out <=data_1 &&data_2;//與邏輯

9 end

10

11endmodule

測試模塊

0`timescale1ns/1ps

1

2moduletb;

3

4 regclk,data_1,data_2;//定義輸入寄存器

5 wiredata_out;//定義輸出線型

6

7 study study_dut(//設(shè)計模塊端口例化

8 .clk(clk),

9 .data_1(data_1),

10 .data_2(data_2),

11 .data_out(data_out)

12 );

13

14 initialbegin//描述數(shù)據(jù)流的變化

15 clk =1;data_1 =0;data_2 =0;

16 #200.1

17 data_1 =1;data_2 =0;

18 #200.1

19 data_1 =0;data_2 =1;

20 #200.1

21 data_1 =1;data_2 =1;

22 #200.1

23 data_1 =0;data_2 =0;

24 #200

25 $stop;//系統(tǒng)任務(wù)停止

26 end

27

28 always#10clk =~clk;

29

30endmodule

時序邏輯仿真圖:

在仿真中可以清楚的看到，在時序邏輯中，我們或綜合處寄存器，也就是說得到的數(shù)據(jù)會在寄存器中存一個上升沿，因為用的是上升沿觸發(fā)，在波形中一看到。當(dāng)兩個輸入都為高電平的時候輸出也應(yīng)該為高電平，可是沒有立馬的變?yōu)楦唠娖?，要等下一個上升沿來了才能變?yōu)楦唠娖健?/span>

這樣就直觀的看清楚了組合和時序邏輯綜合出的波形的差距，也就是一個有綜合出是線型，一個是寄存器。