verilog HDL基礎(chǔ)之：實(shí)例3 數(shù)字跑表

實(shí)例的內(nèi)容及目標(biāo)

1．實(shí)例的主要內(nèi)容

本節(jié)通過Verilog HDL語言編寫一個具有“百分秒、秒、分”計時功能的數(shù)字跑表，可以實(shí)現(xiàn)一個小時以內(nèi)精確至百分之一秒的計時。

數(shù)字跑表的顯示可以通過編寫數(shù)碼管顯示程序來實(shí)現(xiàn)，本實(shí)例只給出數(shù)字跑表的實(shí)現(xiàn)過程。讀者還可以通過增加小時的計時功能，實(shí)現(xiàn)完整的跑表功能。

2．實(shí)例目標(biāo)

本實(shí)例主要實(shí)現(xiàn)了計數(shù)及進(jìn)位的設(shè)計，通過幾個always模塊的設(shè)計實(shí)現(xiàn)一個特定用途的模塊——數(shù)字跑表。通過本實(shí)例，讀者應(yīng)達(dá)到下面的一些實(shí)例目標(biāo)。

• 初步掌握Verilog語言的設(shè)計方法。
• 完成一個數(shù)字跑表的設(shè)計。

原理簡介

本數(shù)字跑表首先要從最低位的百分秒計數(shù)器開始，按照系統(tǒng)時鐘進(jìn)行計數(shù)。計數(shù)至100后向秒計數(shù)器進(jìn)位，秒計數(shù)器以百分秒計數(shù)器的進(jìn)位位為時鐘進(jìn)行計數(shù)。計數(shù)至60后向分計數(shù)器進(jìn)位，分計數(shù)器以秒計數(shù)器的進(jìn)位位為時鐘進(jìn)行計數(shù)，讀者可以自行增加小時計數(shù)器。

數(shù)字跑表巧妙地運(yùn)用進(jìn)位位作為計數(shù)時鐘來減少計數(shù)的位數(shù)。如果統(tǒng)一使用系統(tǒng)時鐘作為計數(shù)時鐘，那秒計數(shù)器將是一個6000進(jìn)制的計數(shù)器，而分計數(shù)器將是一個3600000進(jìn)制的計數(shù)器。這樣將極大的浪費(fèi)FPGA的邏輯資源。而使用進(jìn)位位作為計數(shù)時鐘，只需要一個100進(jìn)制的計數(shù)器和兩個60進(jìn)制的計數(shù)器。

本實(shí)例的數(shù)字跑表模塊圖。

?

在實(shí)際的設(shè)計中，為了使計數(shù)器更加簡單，計數(shù)器使用高低位兩個計數(shù)器實(shí)現(xiàn)。100進(jìn)制計數(shù)器分別是高位10進(jìn)制計數(shù)器，低位10進(jìn)制計數(shù)器；60進(jìn)制計數(shù)分別是高位6進(jìn)制計數(shù)器，低位10進(jìn)制計數(shù)器。這樣整個數(shù)字跑表使用6個計數(shù)器實(shí)現(xiàn)。

同時由于10進(jìn)制計數(shù)器重復(fù)使用了5次，可以使用獨(dú)立的模塊實(shí)現(xiàn)10進(jìn)制計數(shù)器，這樣就可以通過模塊復(fù)用來節(jié)省整個模塊使用的資源。

數(shù)字跑表提供了清零位CLR和暫停位PAUSE，百分秒的時鐘信號可以通過系統(tǒng)時鐘分頻提供。分頻至1/100s，即可實(shí)現(xiàn)真實(shí)的時間計數(shù)。詳細(xì)的時鐘分頻設(shè)計讀者可參考相關(guān)的資料實(shí)現(xiàn)，在本實(shí)例中不再提供。

代碼分析

下面給出這個數(shù)字跑表的源代碼，讀者可以將這些源代碼嵌入自己的工程設(shè)計中，來實(shí)現(xiàn)數(shù)字跑表的功能。

首先給出代碼中端口信號的定義，讀者可根據(jù)這些端口與自己的工程設(shè)計進(jìn)行連接。

• CLK：時鐘信號。
• CLR：異步復(fù)位信號。
• PAUSE：暫停信號。
• MSH、MSL：百分秒的高位和低位。
• SH、SL：秒信號的高位和低位。
• MH、ML：分鐘信號的高位和低位。

下面是數(shù)字跑表的Verilog HDL源代碼及說明。

module paobiao(CLK,CLR,PAUSE,MSH,MSL,SH,SL,MH,ML);??? //端口說明

????? input CLK,CLR;

??? ??input PAUSE;

????? output［3:0］ MSH,MSL,SH,SL,MH,ML; ? ? ? ??? //內(nèi)部信號說明

????? reg［3:0］ MSH,MSL,SH,SL,MH,ML;

????? reg cn1,cn2; ???????????? ? ? ? ? ? ?? ???? //cn1為百分秒向秒的進(jìn)位，cn2為秒向分的進(jìn)位

????? //百分秒計數(shù)模塊，每計滿100，cn1 產(chǎn)生一個進(jìn)位

????? always @(posedge CLK or posedge CLR) begin

?? ????????if(CLR) begin ?????? ? ? ? ? ? ????? //異步復(fù)位

????? ????????{MSH,MSL}<=8'h00;

????? ?????????cn1<=0;

????? ??????end

????? ??????else if(!PAUSE) begin ? ? ? ? ? ? ? //PAUSE 為0時正常計數(shù)，為1時暫停計數(shù)

????? ????????????if(MSL==9) begin

????? ??????????????????MSL<=0; ??????? ? ? ? ? //低位計數(shù)至10時，低位歸零

????? ??????????????????if(MSH==9) begin

????? ????????????????????????MSH<=0;? ? ? ? ?? //低、高位計數(shù)至10時，高位歸零

????? ????????????????????????cn1<=1; ? ? ? ?? //低、高位計數(shù)至10時，觸發(fā)進(jìn)位位

????? ??????????????????end

????? ??????????????????else???????????? //低位計數(shù)至10，高位計數(shù)未至10時，高位計數(shù)

????? ????????????????????????MSH<=MSH+1;??

????? ????????????end

????? ????????????else begin

????? ??????????????????MSL<=MSL+1; ??? //低位計數(shù)未至10時，低位計數(shù)

????? ??????????????????cn1<=0;???????? //低位計數(shù)未至10時，不觸發(fā)進(jìn)位位

????? ????????????end

????? ??????end

????? end

?????

????? //秒計數(shù)模塊，每計滿60，cn2 產(chǎn)生一個進(jìn)位

????? always @(posedge cn1 or posedge CLR) begin

????? ??????if(CLR) begin ???????????? //異步復(fù)位

????? ????????????{SH,SL}<=8'h00;

????? ????????????cn2<=0;

????? ??????end

????? ??????else if(SL==9) begin

???? ?????????????SL<=0;???????????? ?? //低位計數(shù)至10時，低位歸零

????? ????????????if(SH==5) begin

????? ??????????????????SH<=0;?????? ?? //低位計數(shù)至10，高位計數(shù)至6時，高位歸零

????? ??????????????????cn2<=1;????? ?? //低位計數(shù)至10，高位計數(shù)至6時，觸發(fā)進(jìn)位位

????? ????????????end

????? ????????????else

???? ???????????????????SH<=SH+1;??? ?? //低位計數(shù)至10，高位計未數(shù)至6時，高位計數(shù)

????? ??????end

????? ??????else begin

????? ????????????SL<=SL+1; ??????????? //低位計數(shù)未至10時，低位計數(shù)

????? ????????????cn2<=0;??????????? ?? //低位計數(shù)未至10時，不觸發(fā)進(jìn)位位

????? ??????end

????? end

????? //分鐘計數(shù)模塊，每計滿60，系統(tǒng)自動清零

????? always @(posedge cn2 or posedge CLR) begin

????? ??????if(CLR) begin ???????????? //異步復(fù)位

????? ????????????{MH,ML}<=8'h00;?

????? ??????end

????? ??????else if(ML==9) begin

????? ????????????ML<=0;???????????? ?? //低位計數(shù)至10時，低位歸零

????? ????????????if(MH==5)

????? ??????????????????MH<=0;?????? ?? //低位計數(shù)至10，高位計數(shù)至6時，高位歸零

????? ????????????else

????? ??????????????????MH<=MH+1;?? ??? //低位計數(shù)至10，高位計未數(shù)至6時，高位計數(shù)

????? ??????end

????? ??????else

????? ????????????ML<=ML+1;???????? ??? //低位計數(shù)未至10時，低位計數(shù)

????? ??????end

endmodule

通過上面的這3個模塊，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字跑表的功能。