【Verilog刷题篇】硬件工程师从0到入门3|组合逻辑复习+时序逻辑入门

落日映苍穹つ 2023-09-30 15:06 107阅读 0赞

#### Verilog从0到入门3-组合逻辑复习+时序逻辑入门 ####

*  前言
 *  Q1：数据选择器实现逻辑电路
 *  Q2：根据状态转移表实现时序电路
 *  Q3：根据状态转移图实现时序电路
 *  Q4：ROM的简单实现
 *  Q5：边沿检测
 *  总结：小白跟大牛都在用的平台

## 前言 ##

*  硬件工程师近年来也开始慢慢吃香，校招进大厂年薪总包不下30-40w的人数一大把！而且大厂人数并没有饱和！  
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![在这里插入图片描述][789b7a6f78d44c96a5ab8fd0c3c731be.png]

## Q1：数据选择器实现逻辑电路 ##

问题描述：请使用此4选1数据选择器和必要的逻辑门实现下列表达式。  
L=A∙B+A∙~C+B∙C 数据选择器的逻辑符号如下图：  
![在这里插入图片描述][8d1b666d58c942a08cef667d354299ef.png]  
数据选择器代码如下，可在本题答案中添加并例化此数据选择器。

module data_sel(
       input             S0     ,
       input             S1     ,
       input             D0     ,
       input             D1     ,
       input             D2     ,
       input             D3     ,
       
       output wire        Y    
    );
    
    assign Y = ~S1 & (~S0&D0 | S0&D1) | S1&(~S0&D2 | S0&D3);
         
    endmodule

示例输入：  
input A ,  
input B ,  
input C

示例输出：  
output wire L

参考代码：

`timescale 1ns/1ns
    
    module data_sel(
       input             S0     ,
       input             S1     ,
       input             D0     ,
       input             D1     ,
       input             D2     ,
       input             D3     ,
       
       output wire        Y    
    );
    assign Y = ~S1 & (~S0&D0 | S0&D1) | S1&(~S0&D2 | S0&D3);
         
    endmodule
    
    module sel_exp(
       input             A     ,
       input             B     ,
       input             C     ,
       
       output wire       L            
    );
        data_sel m1(C,1'b0,A,B,1'b0,1'b0,L);
    endmodule

## Q2：根据状态转移表实现时序电路 ##

问题描述：某同步时序电路转换表如下，请使用D触发器和必要的逻辑门实现此同步时序电路，用Verilog语言描述。  
![在这里插入图片描述][8f77f509cc7746d7af794dcdd7e06085.png]  
电路的接口如下图所示。  
![在这里插入图片描述][7a994ffc3fae4ecb8178e0d3c1968788.png]

示例输入：  
input A ,  
input clk ,  
input rst\_n

示例输出：  
output wire Y

参考代码：

`timescale 1ns/1ns
    
    module seq_circuit(
          input                A   ,
          input                clk ,
          input                rst_n,
     
          output  wire       Y   
    );
        reg[1:0]Q;
        initial Q=2'b00;
        always @(posedge clk or negedge rst_n)
            begin
                if(~rst_n)
                begin
                    Q<=2'b00;
                end
                else 
                begin
                    Q[0]<=~Q[0];
                    Q[1]<=(~A)&(Q[1]^Q[0])|A&(~Q[1]^Q[0]);
                end
            end
        assign Y=Q[1]&Q[0]; 
    endmodule

## Q3：根据状态转移图实现时序电路 ##

问题描述：某同步时序电路的状态转换图如下，→上表示“C/Y”，圆圈内为现态，→指向次态。  
请使用D触发器和必要的逻辑门实现此同步时序电路，用Verilog语言描述。  
![在这里插入图片描述][86b492b01a6d4fb796356231cbaf3b07.png]  
电路的接口如下图所示，C是单bit数据输入端。  
![在这里插入图片描述][4e4b74e8639b47b28dc62ec848ab1a95.png]

示例输入：  
input C ,  
input clk ,  
input rst\_n

示例输出：  
output wire Y

参考代码：

`timescale 1ns/1ns
    
    module seq_circuit(
       input                C   ,
       input                clk ,
       input                rst_n,
     
       output   reg        Y   
    );
        parameter [1:0] st0 = 2'b00,
                        st1 = 2'b01,
                        st2 = 2'b10,
                        st3 = 2'b11;
        
        reg [1:0] cst,nst;
        always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
            if(!rst_n)begin
                cst <= 2'b00;
                nst <= 2'b00;
            end
            else
                cst <= nst;
        end
        always@(*) begin
                case(cst)
                    st0:begin
                        nst = (C==1) ? st1 : st0; 
                    end
                    st1:begin
                        nst = (C==1) ? st1 : st3; 
                    end
                    st2:begin
                        nst = (C==1) ? st2 : st0; 
                    end
                    st3:begin
                        nst = (C == 1) ? st2 : st3; 
                    end
                    default:
                        nst = st0;
                endcase
        end
        always @(*) begin
            if(((cst == st2) && C) || (cst == st3) )
                Y = 1'b1;
            else
                Y = 1'b0;
        end
    endmodule

## Q4：ROM的简单实现 ##

问题描述：实现一个深度为8，位宽为4bit的ROM，数据初始化为0，2，4，6，8，10，12，14。可以通过输入地址addr，输出相应的数据data。

接口信号图如下：  
![在这里插入图片描述][b9d8afa286534c9b8308f58bef89ebde.png]

输入描述：  
clk：系统时钟  
rst\_n：异步复位信号，低电平有效  
addr：8bit位宽的无符号数,输入到ROM的地址

输出描述：  
data：4bit位宽的无符号数，从ROM中读出的数据

参考代码：

`timescale 1ns/1ns
    module rom(
    	input clk,
    	input rst_n,
    	input [7:0]addr,
    	
    	output [3:0]data
    );
     
        reg [3:0] romreg[7:0];
        integer i;
        always @ (posedge clk or negedge rst_n)
            begin
                if (~rst_n) begin
                    romreg[0]<=4'd0;
                    romreg[1]<=4'd2;
                    romreg[2]<=4'd4;
                    romreg[3]<=4'd6;
                    romreg[4]<=4'd8;
                    romreg[5]<=4'd10;
                    romreg[6]<=4'd12;
                    romreg[7]<=4'd14;
                end
                else begin
                    for (i=0 ; i<8 ; i=i+1) begin : rom_i
                        romreg[i]<=romreg[i];    //保持不变
                    end
                end
            end
                    
        assign data = romreg[addr];  //异步输出
    endmodule

## Q5：边沿检测 ##

问题描述：有一个缓慢变化的1bit信号a，编写一个程序检测a信号的上升沿给出指示信号rise，当a信号出现下降沿时给出指示信号down。  
注：rise,down应为单脉冲信号，在相应边沿出现时的下一个时钟为高，之后恢复到0，一直到再一次出现相应的边沿。  
![在这里插入图片描述][a3ddef80e799458e88218d50bc98c52d.png]

示例输入：  
clk：系统时钟信号  
rst\_n：异步复位信号，低电平有效  
a：单比特信号，作为待检测的信号

示例输出：  
rise：单比特信号，当输入信号a出现上升沿时为1，其余时刻为0  
down：单比特信号，当输入信号a出现下降沿时为1，其余时刻为0

参考代码：

`timescale 1ns/1ns
    module edge_detect(
    	input clk,
    	input rst_n,
    	input a,
    	
    	output wire rise,
    	output wire down
    );
        reg a1,a2;
        always@(posedge clk or negedge rst_n)
            begin
                if(!rst_n)
                    begin
                        a1<='b0;
                        a2<='b0;
                    end
                else 
                    begin
                        a1<=a;
                        a2<=a1;
                    end
            end
        assign rise = ((a1 & !a2)===1);
        assign down = ((!a1 & a2)===1);
    
    endmodule

## 总结：小白跟大牛都在用的平台 ##

*  硬件工程师近年来也开始慢慢吃香，校招进大厂年薪总包不下30-40w的人数一大把！而且大厂人数并没有饱和！  
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