[经验]

FPGA至简设计法经典案例

2018-9-18 08:33:50

1651 FPGA

至简设计法经典案例4

案例4. 当收到en=1时，dout间隔1个时钟后，产生2个时钟周期的高电平脉冲，并且重复3次。

上面波形图显示了描述的功能。第3个时钟上升沿收到en==1，所以dout间隔1个时钟后变1并且持续2个时钟周期，这个动作重复3次，结束。

看到大于1的数字，就知道要计数。下面的计数方式非常普遍：

即用一个计数器，从头数到尾。这个计数器的设计很简单，但产生dout信号就不容易了。

明德扬推荐的计数方式如下：

利用2个计数器。cnt0就如案例2一样，数的是间隔和高电平时钟；而计数器cnt1数的是重复次数。
如案例2相同，需要添加信号flag_add来指示cnt0的加1区域，波形如下图。

所以cnt0的加1条件是flag_add==1，计数3个就清零。
仔细观察cnt1可以看到，每次cnt0数完后，cnt1就会加1。所以cnt1的加1条件是end_cnt0，计数3个就清零。从而我们可以设计出cnt0和cnt1的代码，输入Jsq2，即可调出模板。

flag_add有两个变化点：变1和变0。变1是因为en==1，变0是因为重复次数都完了，也就是end_cnt1。所以flag_add代码如下。

dout有两个变化点：变1和变0。在cnt0数到1时（一个间隔）时变1，在cnt0数完时变0，所以dout的代码如下。

至此，本工程的主体程序已经设计完毕，之后需要读者补充信号定义、输入输出定义了。

将module的名称定义为my_ex3。并且我们已经知道该模块有5个信号：clk、rst_n、en和dout。为此，代码如下：

其中clk、rst_n、en是输入信号，dout是输出信号，并且4个信号都是1比特的，根据这些信息，我们补充输入输出端口定义。代码如下：

接下来定义信号类型。
cnt0是用always产生的信号，因此类型为reg。cnt0计数的最大值为2，需要用2根线表示，即位宽是2位。add_cnt0和end_cnt0都是用assign方式设计的，因此类型为wire。并且其值是0或者1，1个线表示即可。因此代码如下：

cnt1是用always产生的信号，因此类型为reg。cnt1计数的最大值为2，需要用2根线表示，即位宽是2位。add_cnt1和end_cnt1都是用assign方式设计的，因此类型为wire。并且其值是0或者1，1个线表示即可。因此代码如下：

dout是用always方式设计的，因此类型为reg。并且其值是0或者1，1根线表示即可。因此代码如下：

flag_add是用always方式设计的，因此类型为reg。并且其值是0或者1，1根线表示即可。因此代码如下：

至此，整个代码的设计工作已经完成。整体代码如下：

  1
  2
  3
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  6
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  20
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  23
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  28
     module my_ex4(
       clk    ,
       rst_n ,
       en    ,
       dout
  );

  input    clk    ;
  input    rst_n ;
  input    en    ;
  output dout ;


  reg [ 1:0] cnt0    ;
  wire          add_cnt0 ;
  wire          end_cnt0 ;

  reg [ 1:0] cnt1    ;
  wire          add_cnt1 ;
  wire          end_cnt1 ;
  always @(posedge clk or negedge  rst_n)begin
       if(!rst_n)begin
          cnt0 <= 0;
       end
       else if(add_cnt0)begin
          if(end_cnt0)
             cnt0 <= 0;
          else
             cnt0 <= cnt0 + 1;
       end
  end

  assign add_cnt0 = flag_add==1;
  assign end_cnt0 = add_cnt0 &&  cnt0==3-1 ;

  always @(posedge clk or negedge  rst_n)begin
       if(!rst_n)begin
          cnt1 <= 0;
       end
       else if(add_cnt1)begin
          if(end_cnt1)
             cnt1 <= 0;
          else
             cnt1 <= cnt1 + 1;
       end
  end

  assign add_cnt1 = end_cnt0;
  assign end_cnt1 = add_cnt1 &&  cnt1==3-1 ;


  reg          flag_add  ;

  always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
       if(rst_n==1'b0)begin
          flag_add <= 0;
       end
       else if(en==1)begin
          flag_add <= 1;
       end
       else if(end_cnt1)begin
          flag_add <= 0;
       end
  end

  reg       dout ;

  always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
       if(rst_n==1'b0)begin
          dout <= 0;
       end
       else if(add_cnt0 && cnt0==1-1)begin
          dout <= 1;
       end
       else if(end_cnt0)begin
          dout <= 0;
       end
  end

  endmodule


本题中，我们设计了2个计数器，从而使得dout的设计非常简单。计数器的组合使用，对设计的复杂度有非常大的影响。合理和正确使用，将能设计出赏心悦目的代码。

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