《计算机组成与CPU设计实验》4 时序逻辑（三）_模4计数器

本篇内容来源于中国大学mooc《计算机组成与CPU设计实验》 （江苏大学）中的课程视频、PPT等相关资料。

本篇内容为《计算机组成与CPU设计实验》——计数器

参考视频：

 计算机组成与CPU设计实验_江苏大学_中国大学MOOC(慕课) (icourse163.org)

计数器

逻辑功能

• 对输入时钟脉冲进行计数
• 也可用于分频、定时、产生节拍脉冲等

分类

• 按时钟输入方式，分为同步和异步计数器
• 按进位体制，分为二进制、十进制和任意进制计数器
• 按计数方向，分为加法、减法和可逆计数器

计数器的“模”(Modulo)

        计数器运行时，依次遍历规定的各状态后完成一次循环，它所经过的状态总数称为计数器的“模”，通常用M表示。

例子：

        一个2位的二进制计数器循环输出00、01、10和11,称为模4计数器。

        同理，3位的二进制计数器的M=8。

        模2计数器的输出是?0 1

1位二进制计数器（模2)

 1位二进制计数器电路

 1位二进制计数器功能

        在Reset信号无效时，每当CLK上升沿到来时，触发器状态Q翻转一次。

        输出信号Q的频率正好是CLK频率的二分之一，故称该电路为2分频电路。

 1位二进制计数器波形图 

 1位二进制计数Verilog描述

module half_clk(
	input CLK,
	input Reset,
	output reg Q
);
always@(posedge CLK)
    begin
     if(Reset)
     	  Q<=0;
     	else
     	  Q<=~Q;
     end
endmodule

 4位二进制加法计数器

  4位二进制加法计数器电路

  4位二进制加法计数器波形图 

   4位二进制加法计数器Verilog描述

module upcount(
	input CLK,
	input Reset,
	output reg [3:0] Q
);
always@(posedge CLK ,posedge Reset)//异步复位
    begin
     if(Reset)
     	  Q<=0;
     	else
     	  Q<=Q+1;
     end
endmodule

具有使能控制的 8 位减法计数器

module downcount(
	input CLK,
	input Reset,
    input En,
	output reg [3:0] Q
);
always@(posedge CLK)
    begin
     if(Reset)
     	  Q<=0;
     	else if(En)
     	  Q<=Q-1;
        else
         Q<= Q;
     end
endmodule

计数器的应用：分频 

电路：

 波形图

  计数器的分频特性

• Q0:2分频
• Q1:4分频
• Q2: 8分频
• Q3: 16分频

 问题：如果CLK是10MHz,希望得到2.5MHz的时钟，应采用哪个输出? 

 Q1四分频

Verilog描述 

module upcount(
	input CLK,
	input Reset,
	output reg [3:0] Q
);
always@(posedge CLK ,posedge Reset)
    begin
     if(Reset)
     	  Q<=0;
     	else
     	  Q<=Q+1;
     end
endmodule

n位二进制计数器（模），可实现分频

占空比为50%的偶数分频器 

占空比:在一个脉冲周期内,高电平时间相对于总时间所占的比例。

 定义RATIO为分频数：应大于等于2且为偶数;可取值6、10等，实现非的分频数。 

module clockdivider
#( parameter RATIO=10 )
//10分频
(
	input CLK,
	input Reset,
	output reg Q
);
 
reg [26:0]cnt;
 
always@(posedge CLK ,posedge Reset)
begin
     if(Reset)
       begin
     	   Q<=0;
     	   cnt <=0;
       	end
     else if(cnt==RATIO/2 - 1) //10分频，要50%占空比，高电平占5个周期，每5个周期翻以下
     	   Q  <= ~Q;
           cnt <= 0;
     else
     	   cnt<=cnt+1;
 end
endmodule

小结:时序逻辑电路

时序逻辑电路基本模块

• 触发器/寄存器
• 移位寄存器
• 计数器

基本功能之外的变化

复位（Reset）

• 系统复位的时候，装入一个初值。
• 有同步复位、异步复位。

装入（Load）

• 并行数据
• 在工作过程当中，如果需要，可以装入一个数据
• 移位寄存器、计数器等，都可以设计装入
• 同步   不能写入敏感列表

使能（Enable ）

• 使能信号主要针对功能来说
• 对于移位寄存器，使能是控制是否允许移位
• 对于计数器，使能是控制是否计数
• 触发器/寄存器的使能即 “装入 ”
• 同步  不能写入敏感列表

时序逻辑Verilog在线练习

练习网站：

牛客网-时序逻辑练习