硬件语言Verilog HDL牛客刷题day05 时序逻辑部分

1.VL29 信号发生器

1.题目：

题目描述：

请编写一个信号发生器模块，根据波形选择信号wave_choise发出相应的波形：wave_choice=0时，发出方波信号；wave_choice=1时，发出锯齿波信号；wave_choice=2时，发出三角波信号。

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2.解题思路，

 2.1 时序逻辑的题目使用状态机。

 2.2 三角波模式需要设置一个标志位flag。flag仅在三角波模式也就是wave_chosie==2时工作。当flag==0时，wave减少；当flag==1时，wave增加。

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3. 解题代码

`timescale 1ns/1ns
module signal_generator(input clk,input rst_n,input [1:0] wave_choise,output reg [4:0]wave);reg [4:0] cnt;reg flag;// 方波模式下，计数器控制always@(posedge clk or negedge rst_n) beginif(~rst_n)cnt <= 0;elsecnt <= wave_choise!=0 ? 0:cnt        ==19? 0:cnt + 1;end// 三角波模式下，标志位控制always@(posedge clk or negedge rst_n) beginif(~rst_n)flag <= 0;elseflag <= wave_choise!=2 ? 0:wave       ==1 ? 1:wave       ==19? 0:flag;end// 更新wave信号always@(posedge clk or negedge rst_n) beginif(~rst_n) wave <= 0;else case(wave_choise)0      : wave <= cnt == 9? 20    : cnt ==19? 0     :wave;1      : wave <= wave==20? 0     : wave+1;2      : wave <= flag==0 ? wave-1: wave+1;default: wave <= 0;endcaseend
endmodule

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2.VL30 数据串转并电路  （这个容易）

1.题目：

实现串并转换电路，输入端输入单bit数据，每当本模块接收到6个输入数据后，输出端输出拼接后的6bit数据。本模块输入端与上游的采用valid-ready双向握手机制，输出端与下游采用valid-only握手机制。数据拼接时先接收到的数据放到data_b的低位。

电路的接口如下图所示。valid_a用来指示数据输入data_a的有效性，valid_b用来指示数据输出data_b的有效性；ready_a用来指示本模块是否准备好接收上游数据，本模块中一直拉高；clk是时钟信号；rst_n是异步复位信号。

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2.解题思路：

 2.1注意开始的时候 和复位 的时候   ready_a = 0； 就行。

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3.解题代码

`timescale 1ns/1nsmodule s_to_p(input 				clk 		,   input 				rst_n		,input				valid_a		,input	 			data_a		,output	reg 		ready_a		,output	reg			valid_b		,output  reg [5:0] 	data_b
);
reg[5:0] data;// Data buffer 数据缓存区
reg[3:0] cnt;//  counter  计数器 always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(~rst_n)begindata_b <=6'b0;valid_b <=1'b0;ready_a <=1'b0;cnt <=0;endelsebegin		ready_a <=1'b1;		if(valid_a == 1'b1)begincnt <= cnt +1;data <= {data_a , data[5:1]};valid_b <= 1'b0;if(cnt == 3'd5)begincnt <=0;data_b <= {data_a,data[5:1]};valid_b <=1'b1;endendendendendmodule

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3.VL31 数据累加输出

1.题目：

实现串行输入数据累加输出，输入端输入8bit数据，每当模块接收到4个输入数据后，输出端输出4个接收到数据的累加结果。输入端和输出端与上下游的交互采用valid-ready双向握手机制。要求上下游均能满速传输时，数据传输无气泡，不能由于本模块的设计原因产生额外的性能损失。

电路的接口如下图所示。valid_a用来指示数据输入data_in的有效性，valid_b用来指示数据输出data_out的有效性；ready_a用来指示本模块是否准备好接收上游数据，ready_b表示下游是否准备好接收本模块的输出数据；clk是时钟信号；rst_n是异步复位信号。

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2.解题思路

2.1  时序逻辑  采用状态机。

2.1  这个题目要注意看细节， 就是计数的条件 和各个 变量 变化的条件。

①ready_a：为高表示我现在没啥事，告诉上游我准备好了，你可以发数据了；

②valid_b：为高表示给下游说我发数据了；

③data_out：给下游发的数据，配合valid_b，只有valid_b为高时，发送的才是有效数据。

那么分别来处理：

①ready_a： 如果下游ready_b拉高，表示下游可以接收模块输出数据，那么此时ready_a应拉高；同时，如果valid_b为低，表示4个数据还没收完，所以也拉高继续接收。

②valid_b： 当和上游正常通讯时（即valid_a和ready_a均为高），数据正常接收，但注意计数了4个就得加起来输出一次，所以data_cnt == 2'd3时拉高valid_b；而等待下游接收，即当ready_a也拉高表示接收完成，则拉低valid_b，保证只有在四个数之和的时候才拉高。

③data_out： 同理，当和上游正常通讯时（即valid_a和ready_a均为高），数据正常接收，数据累加，当计数器data_cnt == 2'd0表示需要从头再加，清零，但注意需要等到ready_b拉高，表示下游接收完成才能清空重新累加。

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3.解题代码

`timescale 1ns/1nsmodule valid_ready(input 				clk 		,   input 				rst_n		,input		[7:0]	data_in		,input				valid_a		,input	 			ready_b		,output		 		ready_a		,output	reg			valid_b		,output  reg [9:0] 	data_out
);assign ready_a = ready_b | ~valid_b;reg [1:0] data_cnt;always@(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)data_cnt <= 2'd0;else if(valid_a && ready_a)data_cnt <= data_cnt +2'd1;elsedata_cnt <= data_cnt;endalways@(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)valid_b <= 1'b0;else if(valid_a && ready_a && data_cnt == 2'd3)valid_b <= 1'd1;else if(valid_b && ready_b)valid_b <= 1'd0;endalways@(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)data_out <= 10'b0;else if(valid_a && ready_a && data_cnt == 2'd0 && ready_b) //这里要接收的时候才清零data_out <= data_in; //相当于清零，重新累加else if(valid_a && ready_a)data_out <= data_out + data_in;endendmodule

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4.VL32 非整数倍数据位宽转换24to128

1.题目：

实现数据位宽转换电路，实现24bit数据输入转换为128bit数据输出。其中，先到的数据应置于输出的高bit位。

电路的接口如下图所示。valid_in用来指示数据输入data_in的有效性，valid_out用来指示数据输出data_out的有效性；clk是时钟信号；rst_n是异步复位信号。

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2.解题思路，

 2.1 定义一个可以存储 128 位的寄存器。

 2.2列出  计数器 对应的每个信号的位数。 (简单，看得出)

 2.3  使用状态机来作， 主要是 15个状态。 因为 24 *16  = 128 *3

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3.解题代码

`timescale 1ns/1nsmodule width_24to128(input 				clk 		,   input 				rst_n		,input				valid_in	,input	[23:0]		data_in		,output	reg			valid_out	,output  reg [127:0]	data_out
);
reg[128:0] data;//data duffer   //128 x3 = 24 *16 
reg[3:0] cnt;// counter      16个状态always@(posedge clk or negedge rst_n)
beginif(~rst_n)begincnt <=0;data <=0;endelsebeginif(cnt == 4'd0 && valid_in == 1'd1)begincnt <= cnt+1;data <= data_in;endelse if(cnt == 4'd15 && valid_in == 1'd1)begincnt <= 0;data <={data[119:0],data_in};endelse if(valid_in == 1'd1)begincnt <= cnt +1;data <= {data[119:0],data_in};endend
endalways@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(~rst_n)beginvalid_out <=0;data_out <=0;endelsebeginif(cnt == 4'd5)begindata_out <= {data[119:0],data_in[23:16]};valid_out <=1;endelse if(cnt == 4'd10)begindata_out <= {data[111:0],data_in[23:8]};valid_out <=1;endelse if(cnt == 4'd15)begindata_out <= {data[103:0],data_in[23:0]};valid_out <=1;endelsebeginvalid_out <=0;data_out <= data_out;endendendendmodule