标签: 移位寄存器

移位寄存器与串并转换 实验目的 ： （ 1 ）用位拼接操作符实现移位寄存器（注意区分左移与右移）； （ 2 ）利用移位寄存器实现串 — 并转换，从当前工程的根目录下的 data.txt 文本中读取数据，作为串 — 并转换器的输入比特流，然后将这些串行输入的比特流转换为每组有 8bit 的数据； （ 3 ）学会使用文件控制任务 $readmemb ，完成存储器变量（寄存器组）的初始化； （ 4 ）学会写 Modelsim 脚本测试文件，并掌握测试脚本常用的命令及仿真方法。 实验内容及过程 ： （ 1 ）用位拼接符实现移位寄存器（ data_in 是输入的位宽为 1bit 的信号， shift_reg 是位宽为 8bit 的输出变量） 【右移操作】 思想：将每次输入的 data_in 放到 shift_reg 的最高位，同时去掉 shift_reg 的最低位，然后达到向右移位的效果。       shift_reg = {data_in, shift_reg };       // 过程枚举：       // 第 1 个时钟周期： (data_in_1,0000000)       // 第 2 个时钟周期： (data_in_2,data_in_1,000000)       //...... // 第 8 个时钟周期： (data_in_8,data_in_7,data_in_6,data_in_5,data_in_4,data_in_3,data_in_2,data_in_1) 【左移操作】 思想：将每次输入的 data_in 放到 shift_reg 的最低位，同时去掉 shift_reg 的最高位，然后达到向左移位的效果。             shift_reg = {shift_reg , data_in};       // 过程枚举：       // 第 1 个时钟周期： (0000000,data_in_1)       // 第 2 个时钟周期： (000000,data_in_1,data_in_2)       //......       // 第 8 个时钟周期： (data_in_1,data_in_2,data_in_3,data_in_4,data_in_5,data_in_6,data_in_7,data_in_8)          （ 2 ）串 — 并转换 串 — 并转换是在移位寄存器的基础上实现的，将输入的串行数据 data_in 按照每 8bit 为一组的形式“组装”成新的并行数据。具体而言，就是将 data_in 输入的比特流一位一位地（逐位）送入移位寄存器，然后，串 — 并转换器每 8 个时钟周期读取一次移位寄存器输出端的数据（在这里也就是读 shift_reg 的值， 8 个时钟周期的控制由计数器完成），并将数据按照并行 8bit 的形式输出。 本实验应采用哪种移位操作方式呢？根据串行输入“先传低位，后传高位”的一般规则，故本实验需采用右移操作的方式，将最先送进来的比特放在 shift_reg 的最低位，然后依次按照“由低位至高位”的方式依次存放各比特。实验代码截图如下所示： Testbench 代码如下： 【文件控制任务 $readmemb 】 $readmemb 是专门用作读取文本文件中的二进制数据，并用这些数据初始化存储器变量（寄存器组），如： testbench 代码中的 $readmemb("./data.txt", mem1x16) 语句，它将是用来读取当前 modelsim 工程根目录下的 data.txt 中的数据（数据内容见图 1 所示），然后将这些值赋给 mem1x16 （它是一个有 16 个 1 位位宽的寄存器组）。 说明：上面的 ./data.txt 是相对路径， $readmemb 还可以使用绝对路径。 图 1 data.txt 中的数据 （ 3 ）测试脚本的书写 对比传统的鼠标点击方式和使用测试脚本运行仿真，后者较前者更加快速和便捷，在提高调试代码的效率的同时，提高了仿真的准确性，避免了鼠标点击时易点错或者漏添加文件的现象。总之，使用测试脚本的方式更方便、快捷、高效。 注意：用测试脚本仿真也要先建工程，建完工程就不用管了（不用手动添加文件、编译文件等）。 ① # 号是注释符； ② quit –sim 命令是退出当前仿真（终止仿真过程，关闭仿真窗口，但不关闭当前工程）， .main clear 命令是清除命令行显示窗口中的内容； ③ 本实验的测试脚本内容如下： # 退出当前仿真 quit   -sim # 清除命令行显示窗口的内容 .main       clear   # 创建库 lib （就是在当前工程根目录下创建文件夹） vlib   lib vlib   ./lib/work # 将 work 逻辑库映射到实际的文件路径上来 vmap   work   ./lib/work   # 也可以采用以下的简单用法 # vmap       work   work # 因为新建仿真工程的时候就自动生成了 work 库和 work 文件夹，所以只需要做简单的映射即可   # 编译（第 2 个 work 是逻辑库的名字， ./ 是当前目录， ../ 是上一目录） vlog   -work work   ./tb_ex_shift_reg.v vlog   -work work   ./../design/ex_shift_reg.v # 方法二 -- 用通配符，编译 design 文件夹中的所有 .v 文件（避免反复添加） vlog   -work work   ./../design/*.v   # 启动仿真（ -voptargs=+acc 是编译参数，决定是否优化） vsim   -voptargs=+acc     work.tb_ex_shift_reg # 不带优化的仿真 # vsim       -novopt      work.tb_ex_shift_reg   # 添加波形（ tb_ex_shift_reg 是模块名， data_in 是该模块的信号） add    wave   tb_ex_shift_reg/data_in add    wave   tb_ex_shift_reg/data_out add    wave   tb_ex_shift_reg/sclk add    wave   tb_ex_shift_reg/rst_n add    wave   tb_ex_shift_reg/mem1x16   # 添加例化模块的信号（ ex_shift_reg_inst 是例化的模块名） add    wave   tb_ex_shift_reg/ex_shift_reg_inst/*   run 1us 仿真波形图如图 2 所示： 图 2 仿真波形图 由图 2 可知，串 — 并转换后的数据通过 data_out 输出，先输出的是 01010101 （ 0x55 ），后输出的是 00010001 （ 0x11 ），这与 data.txt 中的数据是一致的—— data.txt 中的存放顺序是 1010101010001000 ，经过串 — 并转换后，变为了 0101010100010001 ，因“低位先传，高位后传”的原因发生了逆序，但仿真结果与我们的设计初衷是一致的，故仿真验证通过。