【学习笔记】2、逻辑代数与硬件描述语言基础

news2024/12/25 9:00:30

2.1 逻辑代数

（1）逻辑代数的基本定律和恒等式

基本定律或 “+”与 “·”非 “—”
0-1律A+0=A
A+1=1
A+A=A
A+ A ‾ \overline{A} A=1(互补律)		A·0=0
A·1=A
A·A=A
A· A ‾ \overline{A} A=0		 A ‾ ‾ \overline{\overline{A}} A=A
结合律(A+B)+C = A+(B+C)(AB)C=A(BC)=ABC
交换律A+B = B+AAB=BA
分配律A(B+C) = AB+ACA+BC = (A+B)(A+C)
反演律（摩根定理） A ⋅ B ⋅ C ⋅ . . . ‾ \overline{A·B·C·...} A⋅B⋅C⋅... = A ‾ \overline{A} A+ B ‾ \overline{B} B+ C ‾ \overline{C} C+…
A ⋅ B ‾ \overline{A·B} A⋅B = A ‾ \overline{A} A+ B ‾ \overline{B} B		 A + B + C + . . . ‾ \overline{A+B+C+...} A+B+C+...​ = A ‾ \overline{A} A· B ‾ \overline{B} B· C ‾ \overline{C} C·…
A + B ‾ \overline{A+B} A+B​ = A ‾ \overline{A} A· B ‾ \overline{B} B
吸收律A + A · B = A
A · (A + B) = A
A + A ‾ \overline{A} A · B = A + B
(A + B) · (A + C) = A + BC
常用恒等式AB + A ‾ \overline{A} AC + BC = AB + A ‾ \overline{A} ACAB+ A ‾ \overline{A} AC+BCD = AB + A ‾ \overline{A} AC
  • 反演律，被称为“摩根定理”。（1）用于求一个原函数的非函数（2）对逻辑函数进行变换。
  • 可以通过列出真值表的方式证明等式的成立。
  • 常用恒等式 AB + A ‾ \overline{A} AC + BC = AB + A ‾ \overline{A} AC 的证明过程如下：
    AB + A ‾ \overline{A} AC + BC = AB + A ‾ \overline{A} AC + (A + A ‾ \overline{A} A)BC =AB + A ‾ \overline{A} AC + ABC + A ‾ \overline{A} ABC = AB(1+C) + A ‾ \overline{A} AC(1+B) = AB+ A ‾ \overline{A} AC
  • 上述常用恒等式说明：若两个乘积项中分别包含A和 A ‾ \overline{A} A，而这两个乘积项的其余因子组成第三个乘积项时，则第三个乘积项是多余的，可以消去。

（2）逻辑代数的基本规则

代入规则

  • 等式两边存在某变量A，可以用一个函数代替A，代入等式。
  • 代入规则适合所有基本定律或定理的应用范围。
原等式 L代入的函数代入后
B (A+C) = BA +BCE+FB( (E+F) +C) = B(E+F)+BC
A B ‾ \overline{AB} AB = A ‾ \overline{A} A + B ‾ \overline{B} BL = CD ( C D ) B ‾ \overline{(CD)B} (CD)B​ = C D ‾ \overline{CD} CD + B ‾ \overline{B} B = C ‾ \overline{C} C+ D ‾ \overline{D} D+ B ‾ \overline{B} B

反演规则

  • 原函数L
  • 将原函数中的 与（·） 换成 或（+）
  • 将原函数中的 或（+） 换成 与（·）
  • 将原函数中的 原变量A 换成 非变量 A ‾ \overline{A} A
  • 将原函数中的 非变量 A ‾ \overline{A} A 换成 原变量A
  • 得到非函数 L ‾ \overline{L} L
原函数L非函数 L ‾ \overline{L} L
L = A B ‾ \overline{AB} AB + CD + 0 L ‾ \overline{L} L = (A+B)·（ C ‾ \overline{C} C+ D ‾ \overline{D} D）· 1 = (A+B)·（ C ‾ \overline{C} C+ D ‾ \overline{D} D）
L = A + B C ‾ + D + E ‾ ‾ ‾ \overline{B\overline{C} + \overline{D + \overline{E}}} BC+D+E​​ L ‾ \overline{L} L = A ‾ \overline{A} A · ( B ‾ + C ) + D ‾ ⋅ E ‾ ‾ \overline{(\overline{B}+C) + \overline{\overline{D} · E}} (B+C)+D⋅E​)

对偶规则

  • 与反演规则不同，无需将 变量A 变为 非变量 A ‾ \overline{A} A
  • 变换时，注意保持 “先括号，然后与，最后或”的运算顺序。
  • 原函数L
  • 将原函数中的 与（·） 换成 或（+）
  • 将原函数中的 或（+） 换成 与（·）
  • 1换成0
  • 0换成1
  • 对偶式L’
原函数L对偶式L’
L = (A+ B ‾ \overline{B} B )(A+C)L’ = A B ‾ \overline{B} B +AC
吸收律 A+ A ‾ \overline{A} AB = A+BA·( A ‾ \overline{A} A+B) = A·B

（3）逻辑函数的代数化简法

化简逻辑函数，节省逻辑电路的器件。

最简 与-或 表达式（积之和）

  • 与（逻辑乘），把变量连接起来。与项，乘积项。
  • 或运算，将乘积项连接起来。
  • 定义：若干个逻辑关系相同的“与-或表达式”中，包含的与项数最少，每个与项中变量最少的表达式，称为“最简 与-或 表达式”。
与-或表达式与非-与非 表达式或 - 与 表达式或非-或非表达式与-或非表达式
L = AC + C ‾ \overline{C} CDL = A C ‾ ⋅ C ‾ D ‾ ‾ \overline{\overline{AC} · \overline{\overline{C}D}} AC⋅CDL = (A+ C ‾ \overline{C} C)(C+D)L = ( A + C ‾ ) ‾ + ( C + D ) ‾ ‾ \overline{\overline{ (A+\overline{C}) }+\overline{( C + D )}} (A+C)​+(C+D)​​L = A ‾ C + C ‾ ⋅ D ‾ ‾ \overline{ \overline{A}C + \overline{C}·\overline{D}} AC+C⋅D​

L = AC + C ‾ \overline{C} CD
= A C + C ‾ D ‾ ‾ \overline{\overline{ AC + \overline{C}D}} AC+CD​​
= 反演律 A C ‾ ⋅ C ‾ D ‾ ‾ \overline{\overline{AC} · \overline{\overline{C}D}} AC⋅CD

L = AC+ C ‾ \overline{C} CD
= 吸收律 (AC + ACD) + 吸收律( C ‾ \overline{C} CD + C ‾ \overline{C} CDA)
= 交换结合律/常用恒等式 AC+ C ‾ \overline{C} CD + AD· （C+ C ‾ \overline{C} C）
= 0-1律 AC+ C ‾ \overline{C} CD + AD· 1
= 0-1律 AC + C ‾ \overline{C} CD +AD +0
= 0-1律 AC + C ‾ \overline{C} CD +AD + C ‾ \overline{C} CC
=结合律 (A+ C ‾ \overline{C} C) ( C + D )

L = AC + C ‾ \overline{C} CD = (A+ C ‾ \overline{C} C) ( C + D )
= ( A + C ‾ ) ( C + D ) ‾ ‾ \overline{\overline{ (A+\overline{C}) ( C + D )}} (A+C)(C+D)​​
= 反演律 ( A + C ‾ ) ‾ + ( C + D ) ‾ ‾ \overline{\overline{ (A+\overline{C}) }+\overline{( C + D )}} (A+C)​+(C+D)​​
= 反演律 A ‾ C + C ‾ ⋅ D ‾ ‾ \overline{ \overline{A}C + \overline{C}·\overline{D}} AC+C⋅D​

逻辑函数的化简方法

  • 代数法。运用逻辑代数的基本定律和恒等式对逻辑函数进行化简

  • 代数法 - 并项法
    利用 A+ A ‾ \overline{A} A = 1。
    L 1 = A B C + A B C ‾ = A B ( C + C ‾ ) = A B L_1 = ABC + AB\overline{C} = AB(C+\overline{C}) = AB L1​=ABC+ABC=AB(C+C)=AB

  • 代数法 - 吸收法
    利用A+AB=A。
    L = A ‾ \overline{A} AB + A ‾ \overline{A} ABCDE+ A ‾ \overline{A} ABCDF = A ‾ \overline{A} AB

  • 代数法 - 消去法
    利用A+ A ‾ \overline{A} AB = A+B。
    L = AB + A ‾ \overline{A} AC + B ‾ \overline{B} BC
    = AB + ( A ‾ \overline{A} A + B ‾ \overline{B} B)C
    = AB + A B ‾ \overline{AB} AB C
    = AB + C

  • 代数法 - 配项法(要有一定的经验，否则越配越繁)
    利用A=A(B+ B ‾ \overline{B} B)
    L= AB+ A ‾ \overline{A} A· C ‾ \overline{C} C + B · C ‾ \overline{C} C
    = AB + A ‾ \overline{A} A· C ‾ \overline{C} C + (A+ A ‾ \overline{A} A·)B · C ‾ \overline{C} C
    = AB + A ‾ \overline{A} A· C ‾ \overline{C} C + AB C ‾ \overline{C} C + A ‾ \overline{A} AB C ‾ \overline{C} C
    = (AB+AB C ‾ \overline{C} C ) + ( A ‾ \overline{A} A· C ‾ \overline{C} C + A ‾ \overline{A} A· C ‾ \overline{C} C B)
    = AB + A ‾ \overline{A} A· C ‾ \overline{C} C

2.2 逻辑函数的卡诺图化简法

利用卡诺图法，得到最简的逻辑表达式。

（1）最小项的定义以及性质

  • 定义：
    （1）n个变量的最小项，是n个因子的乘积。每个变量因子都以原变量或者非变量的形式在乘积项中出现，且仅出现一次。
    （2）A，B，C三个变量的最小项有 2 3 = 8 2^3=8 23=8个，(0 = 0b000) A ‾ \overline{A} A· B ‾ \overline{B} B· C ‾ \overline{C} C，(1 = 0b001) A ‾ \overline{A} A· B ‾ \overline{B} B·C，(2 = 0b010) A ‾ \overline{A} A·B· C ‾ \overline{C} C，(3 = 0b011) A ‾ \overline{A} A·BC，(4 = 0b100)A· B ‾ \overline{B} B· C ‾ \overline{C} C，(5 = 0b101)A· B ‾ \overline{B} B·C，(6 = 0b110)AB· C ‾ \overline{C} C，(7 = 0b111)ABC
ABC A ‾ \overline{A} A· B ‾ \overline{B} B· C ‾ \overline{C} C A ‾ \overline{A} A· B ‾ \overline{B} B·C A ‾ \overline{A} A·B· C ‾ \overline{C} C A ‾ \overline{A} A·BCA· B ‾ \overline{B} B· C ‾ \overline{C} CA· B ‾ \overline{B} B·CAB· C ‾ \overline{C} CABC
00010000000
00101000000
01000100000
01110010000
10010001000
10110000100
11010000010
11110000001

  • 性质：
    （1）输入变量取一组值，在所有的最小项中，只会有一组最小项值为1。
    （2）不同的最小项，使它值为1的输入变量的取值 是不同的。
    （3）输入变量取一组值，任意两个最小项的乘积为0。
    （4）输入变量取一组值，所有最小项之和为1。

  • 最小项的编号：
    （1） m 0 m_0 m0​ : (0 = 0b000) A ‾ \overline{A} A· B ‾ \overline{B} B· C ‾ \overline{C} C
    （2） m 1 m_1 m1​ : (1 = 0b001) A ‾ \overline{A} A· B ‾ \overline{B} B·C
    （3） m 2 m_2 m2​ : (2 = 0b010) A ‾ \overline{A} A·B· C ‾ \overline{C} C
    （4） m 3 m_3 m3​ : (3 = 0b011) A ‾ \overline{A} A·BC
    （5） m 4 m_4 m4​ : (4 = 0b100)A· B ‾ \overline{B} B· C ‾ \overline{C} C
    （6） m 5 m_5 m5​ : (5 = 0b101)A· B ‾ \overline{B} B·C
    （7） m 6 m_6 m6​ : (6 = 0b110)AB· C ‾ \overline{C} C
    （8） m 7 m_7 m7​ : (7 = 0b111)ABC

（2）逻辑函数的最小项表达式

  • 最小项表达式：逻辑函数L = 若干个最小项之和

  • L(A,B,C) = AB + A ‾ \overline{A} AC 不是最小项表达式
    L(A,B,C) = AB + A ‾ \overline{A} AC = AB（C+ C ‾ \overline{C} C） + A ‾ \overline{A} A(B+ B ‾ \overline{B} B)C = ABC + AB C ‾ \overline{C} C + A ‾ \overline{A} ABC + A ‾ \overline{A} A· B ‾ \overline{B} BC

  • L(A,B,C) = m 7 m_7 m7​ + m 6 m_6 m6​ + m 3 m_3 m3​ + m 1 m_1 m1​ = ∑ m ( 1 , 3 , 6 , 7 ) \sum m(1,3,6,7) ∑m(1,3,6,7)

  • 任意一个逻辑函数，经过变换，都能表示成 唯一的最小项表达式。

（3）用卡诺图表示逻辑函数

  • 将逻辑函数的最小项表达式中的各个最小项，对应地填入特定的方格中。
  • 卡诺图是逻辑函数的图形表示。

1个变量D 的卡诺图

2 1 2^1 21=2 个最小项（ m 0 m_0 m0​= D ‾ \overline{D} D和 m 1 m_1 m1​=D）。
在这里插入图片描述

2个变量C和D 的卡诺图

“折叠展开” 法则，如下图所示。
2 2 2^2 22=4 个最小项（ m 0 m_0 m0​= C ‾ \overline{C} C· D ‾ \overline{D} D和 m 1 m_1 m1​= C ‾ \overline{C} C·D和 m 2 m_2 m2​= C· D ‾ \overline{D} D和 m 3 m_3 m3​= C·D）。

在这里插入图片描述

3个变量B和C和D的卡诺图

“折叠展开” 法则，如下图所示。
在这里插入图片描述

4个变量A和B和C和D的卡诺图

在这里插入图片描述

  • 卡诺图的特点：循环邻接
    （1）各个小方格对应的各变量不同的组合。
    （2）一个格子与上下左右相邻的格子只有一个因子的差异
    （3）边界最上与最小，边界最左与最右，4个对角格子上下左右满足相邻（斜对角不相邻），一个因子的差异。

  • 举例画卡诺图：
    （1）L(A,B,C,D) = ∑ m ( 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 8 , 10 , 11 , 14 , 15 ) \sum m(0,1,2,3,4,8,10,11,14,15) ∑m(0,1,2,3,4,8,10,11,14,15) ，存在的最小项，在对应的卡诺图格子中填1，不存在的最小项，在格子中填0
    在这里插入图片描述
    （2）L(A,B,C,D) = ( A ‾ \overline{A} A+ B ‾ \overline{B} B+ C ‾ \overline{C} C+ D ‾ \overline{D} D) ( A ‾ \overline{A} A+ B ‾ \overline{B} B+C+ D ‾ \overline{D} D) ( A ‾ \overline{A} A+B+ C ‾ \overline{C} C+D) (A+ B ‾ \overline{B} B+ C ‾ \overline{C} C+D) (A+B+C+D)
    反演律（摩根定理） L ‾ \overline{L} L= ABCD + AB· C ‾ \overline{C} CD + A B ‾ \overline{B} B·C· D ‾ \overline{D} D + A ‾ \overline{A} A·BC· D ‾ \overline{D} D + A ‾ \overline{A} A· B ‾ \overline{B} B· C ‾ \overline{C} C· D ‾ \overline{D} D = ∑ m ( 15 , 13 , 10 , 6 , 0 ) \sum m(15,13,10,6,0) ∑m(15,13,10,6,0)
    在这里插入图片描述

（4）用卡诺图化简逻辑函数

化简的依据

（1）根据“循环邻接”的特性（上下左右）。
（2）两个相邻的方格为1，他们的和将消去一个变量。如：（ m 15 = 1111 m_{15} =1111 m15​=1111）ABCD + （ m 14 = 1110 m_{14} = 1110 m14​=1110）ABC D ‾ \overline{D} D = ABC
（3）四个相邻的方格为1，他们的和将消去两个变量。如 ( m 2 = 0010 m_{2} =0010 m2​=0010） A ‾ ⋅ B ‾ ⋅ C ⋅ D ‾ \overline{A}· \overline{B}· C· \overline{D} A⋅B⋅C⋅D + ( m 3 = 0011 m_{3} =0011 m3​=0011） A ‾ ⋅ B ‾ ⋅ C ⋅ D \overline{A}· \overline{B}· C· D A⋅B⋅C⋅D + ( m 6 = 0110 m_{6} =0110 m6​=0110） A ‾ ⋅ B ⋅ C ⋅ D ‾ \overline{A}· B· C· \overline{D} A⋅B⋅C⋅D + ( m 7 = 0111 m_{7} =0111 m7​=0111） A ‾ ⋅ B ⋅ C ⋅ D \overline{A}· B· C· D A⋅B⋅C⋅D = A ‾ ⋅ C \overline{A}· C A⋅C

在这里插入图片描述

化简的步骤

（1）将逻辑函数"L" 写成最小项表达式。
（2）填写卡诺图，存在的最小项在表格中填写1，其余方格填0。
（3）合并最小项。相邻的1方格 圈成一组（包围圈，虚线框）。每组包含 2 n 2^n 2n个方格。每个包围圈写成一个新的乘积项。可重复包围。
（4）将所有的包围圈对应的乘积项相加。
L (A,B,C,D) = ∑ m ( 0 , 2 , 5 , 7 , 8 , 10 , 13 , 15 ) \sum m(0,2,5,7,8,10,13,15) ∑m(0,2,5,7,8,10,13,15) = B·D+ B ‾ \overline{B} B· D ‾ \overline{D} D
在这里插入图片描述

  • 很多情况可以圈0，得到的是化简式的非，即“ L ‾ \overline{L} L”
    L ‾ \overline{L} L = B ‾ \overline{B} BD+B D ‾ \overline{D} D
    L = B ‾ D + B D ‾ ‾ \overline{\overline{B}D+B\overline{D}} BD+BD​ =( B+ D ‾ \overline{D} D) ( B ‾ \overline{B} B+D) = B·D+ B ‾ \overline{B} B· D ‾ \overline{D} D
    在这里插入图片描述
  • 本章节最重要的注意点 – 将真值表转化为卡诺图，可以得到逻辑函数。
    （1）实际应用中，可以确定输入变量的个数以及状态。可以确定输出的结果。
    （2）列出真值表。
    （3）根据真值表，填写卡诺图。
    （4）进行卡诺图化简，得到逻辑函数（化简后的最小项表达式）。
    （5）进行逻辑电路的设计与实现。

例如：真值表

m 0 − 15 m_{0-15} m0−15​ABCDL
m 0 m_{0} m0​00001
m 1 m_{1} m1​00010
m 2 m_{2} m2​00100
m 3 m_{3} m3​00110
m 4 m_{4} m4​01001
m 5 m_{5} m5​01011
m 6 m_{6} m6​01100
m 7 m_{7} m7​01110
m 8 m_{8} m8​10001
m 9 m_{9} m9​10010
m 10 m_{10} m10​10101
m 11 m_{11} m11​10110
m 12 m_{12} m12​11001
m 13 m_{13} m13​11010
m 14 m_{14} m14​11100
m 15 m_{15} m15​11111

卡诺图
在这里插入图片描述

逻辑函数
L = C ‾ \overline{C} C· D ‾ \overline{D} D + A B ‾ \overline{B} B· D ‾ \overline{D} D + A ‾ \overline{A} AB C ‾ \overline{C} C + ABCD

具有无关项的化简

（1）在真值表内，对应于变量的某些取值下，函数L的值可以是任意的。或者这些变量的取值根本不会出现。这些变量取值所对应的最小项称为无关项或任意项。
（2）在卡诺图中，无关项的意义是，它的值X可以是0或者1。

对应十进制数变量A变量B变量C变量D输出L （奇数1，偶数0）
000000
100011
200100
300111
401000
501011
601100
701111
810000
910011
无关项1010X
无关项1011X
无关项1100X
无关项1101X
无关项1110X
无关项1111X

根据卡诺图，可以得出 L = D L = D L=D
包围圈 覆盖了 正负A，正负B，正负C，正D。
在这里插入图片描述

2.3 硬件描述语言 Verilog HDL 基础

  • 硬件描述语言Verilog HDL 类似于高级程序设计语言（C语言等等）。
  • 一种以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言。
  • 计算机对于HDL的处理包括：逻辑仿真和逻辑综合。
  • 逻辑仿真：计算机软件对数字逻辑电路的结构和行为进行预测。以文本形式或者时序波形的形式给出电路的输出。
  • 逻辑综合：从HDL描述的数字逻辑电路模型中，导出电路基本元器件列表以及元器件之间的连接关系（门级网表）。
  • 硬件描述语言的发展：早期的ABEL -> 目前的 VHDL（美国国防部）和Verilog（Cadence收购的一家公司） 。
  • Verilog 更容易学习和使用。

（1）Verlog的基本语法规则

间隔符

空格符 \b
Tab键  \t
换行符 \n

注释符

/* 注释1 */
//注释2

标识符和关键词

  • 标志符：给对象取名。使用英文字母，数字，“$”和下划线“_”。必须以英文字母或者下划线开始。区分英文大小写。
  • 关键字：通常为小写的英文字符串。不能作为标识符使用。
module
endmodule
input
output
wire
reg
and
等等

逻辑值集合

  • 四种基本的逻辑值
值含义
0逻辑0，逻辑假
1逻辑1，逻辑真
x 或 X不确定的值（未知状态）
z 或 Z高阻态

常量及其表示

  • 程序运行过程中，不能改变数值的量，称为常量。
  • 整数型常量
<+/-> <位宽> ' <基数符号> <数值>

（1）<+/-> 正负号，当常量为正整数时，可以省略正号不写。
（2）<位宽> 二进制数的宽度
（3）<基数符号> 后面数值的表示形式。b或者B表示后面的数值是二进制数。d或者D表示后面的数值是十进制数。h或者H表示后面的数值是十六进制数。o或者O表示后面的数值是八进制数。
（4）可以在数字之间增加下划线，增加可读性。

3'b101
5'o37
8'he3
-4'd10
4'b1x0x
8'b1001_0011
  • 实数型常量
    （1）两种表示方法，简单的十进制记数法；科学记数法。
0.01
2.0
4.56

23_5.1E2   = 23 510.0
3.6E2      = 360.0
5E-4       = 0.0005
  • 使用标识符代表一个常量，称为符号常量
parameter 参数名1 = 常数表达式 , 参数名2 = 常量表达式2 ,  ... ;

parameter BIT = 1 , BYTE = 8 , PI = 3.14;
parameter DELAY = (BYTE + BIT)/2;

字符串

  • 双引号" " 内部的字符序列。
  • 不允许多行书写
"ab"  = 16'h5758

（2）变量的数据类型

  • 与常量不同，程序运行过程中，值可以改变，称为变量。
  • verilog中有两种变量：线网类型，寄存器类型。

线网类型 net type

  • 线网类型是硬件电路中元器件之间实际连线的抽象。
  • 线网类型变量的值由驱动元件的值决定。
  • 如下图所示，L就是一个线网类型的变量。
    在这里插入图片描述
wire a,b; //声明两个线网变量a和b （上图中的a和b）， 默认是一位位宽
wrie L; //声明线网变量L ，默认是一位位宽
  • 线网类型关键字包括
wire
wand
wor
tri
triand
trior
trireg
等等

  • 线网类型变量被定义后，如果没有驱动元件驱动，则线网类型变量处于默认值，“高阻态”z。

  • 线网trireg变量的默认值是x

  • 线网类型的关键字是wire。默认是一位位宽。

wire[ n-1 : 0 ] 变量名1,变量名2,变量名3, ... ,变量名m ;

wire [7:0] databus;//声明定义一个 8位宽的 变量databus。（总线）
wire[32:1] busA,busB,busC;//3个位宽为32的线网变量（总线）

寄存器类型 register type

  • 寄存器类型是数据存储单元的抽象。
  • 寄存器类型变量具有状态保持的作用。
  • 寄存器型变量只能在initial或always内部被赋值。
  • 寄存器型变量在没有被赋值时默认值是x。
寄存器类型功能说明
reg用于行为描述中对寄存器型变量的说明（默认位宽为1）
integer32位带符号的整数型变量
real64位带符号的实数型变量，默认为0
time64位无符号的时间型变量
  • reg
reg[ n-1 :0 ] 变量名1, 变量名2, 变量名3, ... ,变量名n;

reg clock;//定义1位寄存器变量
reg[3:0] counter;//定义4位寄存器变量
  • integer、real、time 纯数学的抽象描述
  • initial是一个过程语句结构
integer counter;//定义一个整型变量
initial
counter = -1;//将-1以补码的形式存储在counter中
  • real型变量，用于对实数型常量进行存储和运算。实数不能定义范围，其默认值为0。实数值被赋值赋值给一个integer型变量时，只保留整数部分的值。
real delta;
initial
    begin
         delta = 4e10;//给delta赋值
         delta = 2.13;
    end
    
integer i;//定义一个整型变量i;
initial
     i = delta;//i 得到的值是2（只将实数2.13的整数部分赋值给i）
  • time型变量，存储仿真时间，无符号数。
  • 调用$time可以得到当前的仿真时间。
time current_time;//定义一个时间类型的变量
initial
    current_time = $time;//保存当前的仿真时间到变量current_time中。

（3）Verilog程序的基本结构

  • verilog 包括大约100个关键字。
  • 使用一个或者多个模块对数字电路进行建模。

模块module

  • 模块名是模块唯一标识符。
  • 端口类型说明必须明确。输入端口input、输出端口output、双向端口inout
  • 参数定义将常量用符号常量代替。
  • 数据类型定义，指定模块内使用的数据对象的类型。寄存器类型或者线网类型。
module 模块名(端口名1,端口名2,端口名3,...)
端口类型说明(input,output,inout)
参数定义（可选）
数据类型定义（wire，reg等）

实例化低层模块和基本门级元件;
连续赋值语句（assign）;
过程块结构（initial和always）
    行为描述语句;
endmodule
  • 三种不同风格描述电路的功能。
    （1）（结构描述方式）使用实例化低层模块的方法，调用其他已经写好的低层模块。或者直接调用verilog内部基本门级元件描述的电路电路接口。
    （2）（数据流描述方式）使用连续赋值语句。适合组合逻辑电路建模。
    （3）（行为描述方式）使用过程块语句结构（initial和always），使用比较抽象的高级程序语句。行为描述是学习的重点。
    （4）附加一种描述方式（开关级描述方式），专门针对MOS管构成的逻辑电路进行建模。

示例

在这里插入图片描述

//简单电路的门级描述
module mux2tol(a,b,sel,out)
    input a,b,sel;//定义输入信号
    output out;//定义输出信号
    wrie selnot,a1,b1;//定义内部节点信号数据类型
//下面对电路的逻辑功能进行描述
    not U1(selnot,sel);
    and U2(a1,a,selnot);
    and U3(b1,b,sel);
    or U4(out,a1,b1); //得到out输出信号 
endmodule

（4）逻辑功能的仿真与测试

  • 使用Quartus II软件。
  • 仿真，建立一个矢量波形文件（.vwf）作为激励信号。
  • 略，未完待续。

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