计数器简介以及FPGA实现_fpga计数器

在时序逻辑电路中，最基本的单元是寄存器，本篇将会介绍如何利用寄存器，实现一个具有计数器功能的电路。在FPGA开发中，一切与时间有关的设计都会用到计数器，所以学会设计计数器至关重要。

一、计数器介绍

计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。

计数器在数字系统中应用广泛，如电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。

二、绘制计数器时序图

在代码编写之前，我们先利用visio把时序图绘制出来，编写代码时思路会更清晰

初次使用visio绘制时序图，需要事先下载三个形状，分别是FPGA_DESIGN、状态机形状和逻辑图形状。

 下载好形状开始波形图绘制，如下图所示：

 实际上，我们只需要计数器技术范围是0到M/2-1即可，因为我们可以控制LED灯在计数器一个计数周期结束时电平进行翻转。这样做也能够节省1bit的硬件资源，改进后的时序图如下：

tips：分享几个使用visio绘图的快捷键

ctrl+滚轮：放大或缩小界面

shift+移动箭头：微量移动

ctrl+分别选中：合并选中

ctrl+拖动选中的内容：快速复制选中的内容到指定位置

三、ISE仿真实现（附verilog代码）

module counter
#(
	parameter	CNT_MAX = 25'd24_999_999
)
(
	input	wire	sys_clk		,
	input	wire	sys_rst_n	,
 
	output	reg		led_out
 );
 
reg		[24:0]		cnt;
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		cnt <= 25'd0;
	else	if(cnt == CNT_MAX)
		cnt <= 25'd0;
	else
		cnt <= cnt + 25'd1;
		
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		led_out <= 1'b0;
	else if (cnt == CNT_MAX)
		led_out <= ~led_out;
	else
		led_out <= led_out;
		
endmodule

仿真代码：1、定义输入输出信号 2、初始化输入信号。模拟复位信号、时钟信号，使用initial语句对其进行赋值 3、实例化

`timescale 1ns / 1ns
module tb_counter();
	// Inputs
	reg sys_clk;
	reg sys_rst_n;
 
	// Outputs
	wire led_out;
 
	initial 
		begin
			sys_clk = 1'b1;
			sys_rst_n <= 1'b0;
			#20;
			sys_rst_n <= 1'b1;
		end
		
	always #10 sys_clk = ~sys_clk;
		
	counter 
	#(
		.CNT_MAX(25'd24)
	)
	uut //实例化名称要写在端口前边
	(
		.sys_clk(sys_clk), 
		.sys_rst_n(sys_rst_n), 
		.led_out(led_out)
	);
      
endmodule

四、仿真结果

 分析：

1、时钟频率是50MHZ   

2、每过一个时钟周期，计数器加1，计数器周期是24   

3、计数器达到最大值24时，输出信号进行翻转

满足设计要求