寄存器电路的Verilog描述方式
一、最基本的寄存器
二、异步复位寄存器
三、异步置位寄存器
四、既有异步复位又有异步置位
五、同步使能寄存器


寄存器是时序逻辑设计的核心。因此，掌握寄存器模型的代码描述是非常重要的。

一、最基本的寄存器
功能：在clk时钟信号的上升沿，输入端数据din被锁存到输出端dout。


Verilog代码：
moudle dff(clk,din,dout)
  input clk;
  input din;
  output dout;
  reg dout;
  always@(posedge clk)
  begin
    dout<=din;
  end
endmodule

二、异步复位寄存器
功能：每个时钟信号clk的上升沿，输入端数据din被锁存到输出端dout，而异步复位信号clr的下降沿（低电平有效）可以使得输出数据dout为0，并且一直保持clr拉高后的下一个clk上升沿来临。



Verilog代码
module dff1(clk,rst_n,din,dout)
  input clk;
  input rst_n;
  input din;
  output dout;
  reg dout;
  always@(posedge clk or negedge rst_n)
  begin
    if(!rst_n) dout<=1'b0;
    else dout<=din;
  end
endmodule

三、异步置位寄存器
功能：每个时钟信号clk的上升沿，输入端数据din被锁存到输出端dout，而异步置位信号set的上升沿（高电平有效）可以使得输出数据dout为1，并且一直保持set拉低后的下一个clk上升沿来临。



Verilog代码
module dff2(clk,set,din,dout)
  input clk;
  input set;
  input din;
  output dout;
  reg dout;
  always@(posedge clk or posedge set)
  begin
    if(set) dout<=1'b1;
    else dout<=din;
  end
endmodule

四、既有异步复位又有异步置位
功能：如果set和clr都无效，那么寄存器输出等于输入；如果set有效而clr无效，dout为1；如果set无效而clr有效，则dou为0。但是，如果set和clr同时有效的时候，输出需要设置优先级。因此，重点在于优先级的表达方式（这里令异步复位优先级高一些）。



Verilog代码
module dff3(clk,rst_n,set,din,dout)
  input clk;
  input din;
  input rst_n;
  input set;
  output dout;
  reg dout;
  always@(posedge clk or negedge rst_n or posedge set)
  begin
    if(!rst_n) dout<=1'b0;
    else if(set) dout<=1'b1;
    else dout<=din;
  end
endmodule

五、同步使能寄存器
功能：在每个时钟clk的上升沿，判断使能信号ena是否有效（这里为高电平有效），如果使能信号有效，dout才能输出din的值。



Verilog代码
module dff4(clk,ena,din,dout)
  input clk;
  input din;
  input ena;
  output dout;
  reg dout;
  always@(posedge clk)
  begin
    if(ena) dout<=din;
  end
endmodule

目录
摘要 .................................................................................................................................................. 1
1 多功能双向移位寄存器 ............................................................................................................... 2
1.1 基本工作原理 .................................................................................................................... 2
1.2 基本实现方案 .................................................................................................................... 2
2 电路图设计................................................................................................................................... 4
2.1 电路结构............................................................................................................................ 4
2.2 真值表................................................................................................................................ 4
3 Verilog描述8位双向移位寄存器 ............................................................................................... 6
4 程序仿真....................................................................................................................................... 8
5 总结 ............................................................................................................................................ 10
参考文献......................................................................................................................................... 11
双向移位寄存器 8位双向移位寄存器电路设计
武汉理工大学《能力拓展训练》说明书
摘要
移位寄存器是基本的同步时序电路，基本的移位寄存器可以实现数据的串行/并行或并行/串行的转换、数值运算以及其他数据处理功能。[wwW.nIUBB.NET)在本设计中，使用硬件描述语言Verilog，在EDA工具QuartussII中，设计8位双向移位寄存器硬件电路，根据设计语言进行功能时序仿真，验证设计的正确性与可行性。
关键字：Verilog  QuartusII
移位寄存器 1
双向移位寄存器 8位双向移位寄存器电路设计
武汉理工大学《能力拓展训练》说明书
8位双向移位寄存器电路设计
1 多功能双向移位寄存器
1.1 基本工作原理
移位寄存器是基本的同步时序电路，基本的移位寄存器可以实现数据的串行/并行或并行/串行的转换、数值运算以及其他数据处理功能。[wWw.niUbb.nEt)在本设计中定义移位寄存器中的数据从低位触发器移向高位为右移，移向低位为左移。
为了扩展逻辑功能和增加使用的灵活性，某些双向移位寄存器集成电路产品又附加了并行输入、并行输出等功能。如图1所示是上述几种工作模式的简化示意图。
双向移位寄存器 8位双向移位寄存器电路设计
右移串行输入(DIR左移串行输出(DOL并行输入 03右移串行输出(DOR) DIL) 12并行输出
图1 多功能移位寄存器工作模式简图
1.2 基本实现方案
图2所示是实现数据保持、右移、左移、并行置入和并行输出的一种电路方案。图中的D触发器FFm是N为移位寄存器中的第m位触发器，在其数据输入端插入了一个4选1数据选择器MUXm，用2位编码输入S1、S0控制MUXm，来选择触发器输入信号Dm的来源。当S1?S0?0时，选择该触发器本身输出的Qm，
n?1n次态为Qm，使触发器保持状态不变；当S1?0,S0?1时，触发器FFm?1?Dm?Qm
的输出Qm?1被选中，故CP脉冲上升沿到来时，FFm存入FFm?1此前的逻辑值，即n?1nn?1n而Qm从而实现右移功能；类似地，当S1?1,S0?0时，MUXmQm?Qm?1，+1?Qm，
选择Qm?1，实现左移功能；而当S1?S0?1时，则选中并行输入数据DIm，其次
n?1态Qm?DIm，从而完成并行数据的置入功能。上述四种操作概述于表1，此外，
2
双向移位寄存器 8位双向移位寄存器电路设计
武汉理工大学《能力拓展训练》说明书
在各触发器的输入端QN?1~Q0，可以得到N位并行数据的输出。(wwW.NiUBB.nEt)
双向移位寄存器 8位双向移位寄存器电路设计
图2 实现多功能双向移位寄存器的一种方案
如表1所示，为图2多功能双向移位寄存器的功能表：
表1  图2的功能表
双向移位寄存器 8位双向移位寄存器电路设计
3
双向移位寄存器 8位双向移位寄存器电路设计
2.2 真值表
2.1 电路结构
2 电路图设计
存器，完整电路图如图3所示。[Www.nIubB.nET］
武汉理工大学《能力拓展训练》说明书
有效位对应的数据选择器和最高有效位对应的数据选择器。
双向移位寄存器 8位双向移位寄存器电路设计
图3 8位双向移位寄存器
数据选择器编码端S1S0分别对应地接在一起，同时选择D触发器的信号数据来
行输入。Dsr是右移串行数据输入端，Dsl是左移串行数据输入端，分别接最低
此电路由8个4选1数据选择器、8个带异步清零的D触发器组成。所有的
D触发器的同步，和并行输出数据的清零。另，每个D触发器的输出对应一位并
源。D触发器时钟端CP接一起，清零端CR也同样接在一起，这样可以保证级联
根据上一节的移位寄存器的一种基本实现方案，可以设计出8位双向移位寄
分析电路图，可得此8位双向移位寄存器的真值表，如表2所示：
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目录
摘要
..................................................................................................................................................
1
1
多功能双向移位寄存器
.
..............................................................................................................
2
1.1
基本工作原理
.
...................................................................................................................
2
1.2
基本实现方案
.
...................................................................................................................
2
2
电路图设计
...................................................................................................................................
4
2.1
电路结构
............................................................................................................................
4
2.2
真值表
................................................................................................................................
4
3 Verilog
描述
8
位双向移位寄存器
...............................................................................................
6
4
程序仿真
.......................................................................................................................................
8
5
总结
............................................................................................................................................
1
0
参考文献
.........................................................................................................................................
1
1

目录
1
多功能双向移位寄存器
......................................................
1
1.1
基本工作原理
.
........................................................
1
1.2
基本实现方案
........................................................
1
2
电路图设计
................................................................
2
2.1
电路结构
............................................................
2
2.2
真值表
.
..............................................................
3
3
移位寄存器的
Verilog
建模
..................................................
3
3.1Verilog
建模基础
.
.....................................................
3
3.2 8
位双向移位寄存器
Verilog
描述
.
......................................
5
4
程序仿真
..................................................................
6
5
心得体会
..................................................................
8
参考文献
.
..................................................................
10
附录
.
......................................................................
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