FPGA至简设计法经典案例3【1241003385】

至简设计法经典案例3

至简设计法经典案例3

案例3. 当收到en1=1时，dout产生3个时钟周期的高电平脉冲；当收到en2==1时，dout产生2个周期的高电平脉冲。

上面波形图显示了描述的功能。第3个时钟上升沿收到en1==1，所以dout变1并且持续3个时钟周期；在第9个时钟上升沿看到en2==1，所以dout变1并且持续2个时钟周期。注意，en1==1和en2==1的出现是没有顺序的。
有读者可能会问，如果en1==1和en2==1同时出现，或者说在dout==1期间，出现了en1==1或者en2==1，该怎么办？请不要考虑这种情况，本案例假设永远不会出现该情况。明德扬在模块划分规范时，会要求各个模块之间配合清楚。否则每个模块都要处理所有情况，那就相当复杂了。
看到大于1的数字，就知道要计数。推荐的计数方式如下：

计数器cnt都是计算dout==1的个数。不要考虑使用2个计数器来分别计数en1和en2的情况，这是因为即使用了2个计数器，这2个计数器都不是同时在计数的，不同时计数就说明可以合并。
在确认计数器数多少个时，我们遇到了问题。因为这个计数器有时候数到3个就清零（en1==1触发的波形），有时候数到2个就清零（en2==1触发的波形）。此时，我们建议你用变量x代替，即数       到x个。注意，verilog是没有变量的概念的，这个变量，是明德扬提出的一个设计概念，x本质上还是一个信号。
引入变量有什么用呢？设计计数器时就方便了，该计数器加1条件是dout==1，数x个就结束，因此代码如下：

甚至我们还可以写出dout的代码，dout变1的条件是：en1==1或者en2==1；变0的条件是：计数器数完了。所以代码如下：

我们再设计一下变量x，我们知道计数器en1==1触发的时候数3个就清零，en2==1触发的时候数到2个就清零，为此增加一个信号flag_sel来区分这两种情况，flag_sel==0表示是en1==1触发的，flag_sel==1表示是en2==1触发的，波形如下：

flag_sel变0的条件是遇到en1==1，flag_sel变1的条件是遇到en2==1，为此flag_sel的代码如下。

有了flag_sel，我们就好区分x的值了。flag_sel为0时，x为3（数3个清零）；flag_sel为1时，x为2（数2个清零），此时要用组合逻辑设计x，不然会出错的。代码如下：

至此，本工程的主体程序已经设计完毕，本题，我们使用了变量x，这是明德扬的至简设计方法中的变量法。

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、en1、en2和dout。为此，代码如下：

其中clk、rst_n、en1和en2是输入信号，dout是输出信号，并且5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。
cnt是用always产生的信号，因此类型为reg。cnt计数的最大值为2，需要用2根线表示，即位宽是2位。add_cnt和end_cnt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_sel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：

x是用always方式设计的，因此类型为reg，并且其值最大为3，用2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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  5
  6
  7
  8
  9
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  11
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  20
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  28
     module my_ex3(
       clk    ,
       rst_n ,
       en1    ,
       en2    ,
       dout
  );

  input clk    ;
  input    rst_n ;
  input    en1    ;
  input    en2    ;
  output dout ;



  reg [ 1:0] cnt    ;
  wire       add_cnt  ;
  wire       end_cnt  ;
  reg          dout    ;
  reg          flag_sel ;
  reg [ 1:0] x       ;

  always @(posedge clk or negedge  rst_n)begin
       if(!rst_n)begin
          cnt <= 0;
       end
       else if(add_cnt)begin
          if(end_cnt)
             cnt <= 0;
          else
             cnt <= cnt + 1;
       end
  end

  assign add_cnt = dout==1;
  assign end_cnt = add_cnt &&  cnt==x-1 ;


  always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
       if(rst_n==1'b0)begin
          dout <= 0;
       end
       else if(en1==1 || en2==1)begin
          dout <= 1;
       end
       else if(end_cnt)begin
          dout <= 0;
       end
  end


  always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
       if(rst_n==1'b0)begin
          flag_sel <= 0;
       end
       else if(en2==1)begin
          flag_sel <= 1;
       end
       else if(en1==1)begin
          flag_sel <= 0;
       end
  end

  always @(*)begin
       if(flag_sel==0)
          x = 3;
       else
          x = 2;
  end

  endmodule


总结：设计时，我们不要受具体数字的影响，而是仔细识别信号的一致性动作，然后利用变量法来设计。这样就能设计出精妙的代码。

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