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【IC设计】Verilog线性序列机点灯案例(一)(小梅哥课程)

【IC设计】Verilog线性序列机点灯案例(一)(小梅哥课程)

案例和代码来自小梅哥课程,本人仅对知识点做做笔记,如有学习需要请支持官方正版。

该系列目录:

Verilog线性序列机点灯案例(一)
Verilog线性序列机点灯案例(二)
Verilog线性序列机点灯案例(三)
Verilog线性序列机点灯案例(四)

设计目标

让主频50MHz的FPGA每0.25s亮,0.75s灭,如图所示:
可以看到其中1s对应50,000,000个周期,即50MHz,每个周期20ns
50MHz时钟下度过的周期和时间对应关系如下:

周期数量对应时间
12,500,0000.25秒
50,000,0001秒
37,500,0000.75秒

在这里插入图片描述

思路

由于需要计数到50,000,000-1,那么我们计数器的位宽可以设置为26位,2^26=67,108,864,足够计数到50,000,000-1。

reg [25:0] count;
  • 1

我们的核心目标其实是让led亮12,500,000个周期,然后灭37,500,000个周期,如此反复。
想象下现实中的秒表,从0开始计时,到59,再变为0,刚好是60秒,同理,我们的计数器也是从0开始计数,当上升沿检测到50,000,000-1时,说明已经经历了1秒,所以复位为0

Led灯按照0.5秒闪烁的代码如下,我们在这个基础上改一改
在这里插入图片描述

module led_ctrl0(
    clk,
    rst_n,
    led_out
);
    input clk;
    input rst_n;
    output reg led_out;
    reg [25:0] counter;
    
    //第一个always负责counter计数器
    always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
          if(!rst_n) begin
             counter <= 0;
          end else if(counter == 50_000_000-1) begin
             counter <= 0 ;
          end else begin
             counter <= counter + 1'd1;
          end
    end
    
    //第二个always负责led_out亮灭
    always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
          if(!rst_n) begin
             led_out <= 1'b0;
          end else if(counter == 0 ) begin
             led_out <= 1'd1;
          end else if(counter == 1250_0000) begin
             led_out <= 1'd0;
          end
    end
endmodule
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`timescale 1ns / 1ps

module led_ctrl_tb();
    reg clk;
    reg rst_n;
    wire led;
    
    led_ctrl0 led_ctrl0_inst0(
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .led_out(led)
    );
    initial clk = 1;
    always #10 clk = ~clk;
    initial begin
        rst_n = 0;
        #201
        rst_n = 1;
        #2000000000;
        $stop;
    end
    
endmodule

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仿真结果

我们把变量转换的几个时间点看一遍,请注意我截图中黄色的marker:

时间点一:201ns

在这里插入图片描述
201ns时rst_n低电平复位信号由0变成1,即在此之后复位信号就无效了。

时间点二:220ns

在这里插入图片描述
在220ns,
第一个always负责counter计数器,检测到counter为0,自增为1
第二个always负责led_out亮灭,检测到counter为0,令led为1
后面每次上升沿时检测到的counter的值就是led亮了多久

时间点三:250,000,220ns

在这里插入图片描述在250,000,220ns
第一个always负责counter计数器,检测到counter为12,500,000,还没到1秒对应的50,000,000-1,所以继续自增。
第二个always负责led_out亮灭,检测到counter为12,500,000,说明已经亮了0.25秒,所以直接灭掉。

时间点四:1,000,000,200ns

在这里插入图片描述
第一个always负责counter计数器,检测到counter到了50,000,000-1,所以counter归零。

第二个always负责led_out亮灭,counter为49999999,不是0,所以继续灭。

时间点五:1,000,000,220ns

在这里插入图片描述
第一个always负责counter计数器,检测到counter为0,自增为1
第二个always负责led_out亮灭,counter为0,所以点亮led

总结:

从时间点五这个图中可以看出counter计数器当检测到49999999时,实际上已经计数完1秒了,原因是上升沿检测的时候49999999已经持续了一个周期。
led从counter为0到counter为12,500,000刚好亮0.25秒,因为检测到0时实际上会立刻跳变为1,0时刻并不是一个周期,而12,500,000是完整地过了一个周期。然后从12,500,001到49999999,再加上0时刻刚好是0.75秒。所以功能是没问题的。

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