基于Verilog 的任意模長(zhǎng)可加減計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

1、基于Verilog 的任意模長(zhǎng)可加減計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)要求計(jì)數(shù)器是一種在時(shí)鐘的觸發(fā)下，完成計(jì)數(shù)功能的時(shí)序邏輯電路，輸出結(jié)果由輸入時(shí)鐘和計(jì)數(shù)器上一狀態(tài)的計(jì)數(shù)共同決定。本設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)的計(jì)數(shù)器，具有以下功能：（1） 要求實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器工作狀態(tài)的控制；（2） 要求實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的異步清零功能；（3） 要求實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器遞增和遞減的功能；（4） 要求實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍（模長(zhǎng)）任意改變；二、 設(shè)計(jì)思路計(jì)數(shù)器工作狀態(tài)的控制，可以設(shè)計(jì)一個(gè)使能端，在外部時(shí)鐘的觸發(fā)下，只有當(dāng)使能端信號(hào)有效（高電平），才啟動(dòng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能（遞增或遞減），否則計(jì)數(shù)器輸出結(jié)果不變。計(jì)數(shù)器的異步清零功能，可以設(shè)計(jì)一個(gè)外部輸入的清零端，在外部輸

2、入信號(hào)有效（低電平）的情況下，直接清零計(jì)數(shù)器，不用等待下一個(gè)外部時(shí)鐘的觸發(fā)，即計(jì)數(shù)器的清零是異步的。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)方向的控制，設(shè)計(jì)一個(gè)加減可控的信號(hào)端口，在時(shí)鐘的觸發(fā)、異步清零無(wú)效以及計(jì)數(shù)器使能端有效的情況下，該輸入端為高電平則計(jì)數(shù)器完成遞增功能，低電平則完成遞減功能。實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的任意模長(zhǎng)，即進(jìn)入下一個(gè)計(jì)數(shù)周期，其計(jì)數(shù)的最大值可以發(fā)生變化。設(shè)計(jì)一個(gè)4位（最大模長(zhǎng)為16）的輸入端口，可以在當(dāng)前計(jì)數(shù)周期結(jié)束，即計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個(gè)溢出信號(hào)的同時(shí)，判斷該端口輸入的信號(hào)是否發(fā)生變化，通過(guò)相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)周期的端口數(shù)據(jù)作異或運(yùn)算，結(jié)果為高電平則代表模長(zhǎng)發(fā)生變化，即進(jìn)入的下一個(gè)計(jì)數(shù)周期，其計(jì)數(shù)最大值要發(fā)生變化。三、 程

3、序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)使用的是Quartus 11.0開(kāi)發(fā)環(huán)境，該軟件沒(méi)有自帶仿真功能（9.0版本以后都沒(méi)自帶），需要使用第三方的Modelsim軟件，故本設(shè)計(jì)的程序包括計(jì)數(shù)器的Verilog設(shè)計(jì)以及仿真測(cè)試需要的testbench激勵(lì)文件兩部分。計(jì)數(shù)器的Verilog設(shè)計(jì)：module Prj(clk,rst_input,en,add_sub,data_input,full,data_output);input clk; / 外部時(shí)鐘input rst_input; / 外部清零（異步）input en; / 計(jì)數(shù)使能input add_sub; / 計(jì)數(shù)方向input 3:0 data_input

4、; / 計(jì)數(shù)器模長(zhǎng)輸入output reg full; / 計(jì)完當(dāng)前模長(zhǎng)output 3:0 data_output; / 計(jì)數(shù)器輸出reg 3:0 current_counter;/ 當(dāng)前計(jì)數(shù)值（輸出）reg update_length_en; / 改變模長(zhǎng)的使能信號(hào)/ 當(dāng)前計(jì)數(shù)周期與上個(gè)計(jì)數(shù)周期的模長(zhǎng)輸入reg 3:0 current_clk_data_input,last_clk_data_in put;reg 3:0 counter_length; / 下個(gè)計(jì)數(shù)周期的模長(zhǎng)reg 1:0 k;always (posedge clk,negedge rst_input)beginif(!r

5、st_input) / 異步清零beginfull=0;current_counter=0;endelse if(en) / 計(jì)數(shù)使能begin if(add_sub) / 加法器beginif(current_counter<(counter_length-1) begin current_counter=current_counter+1;full=0;endelse / 加法器計(jì)數(shù)完產(chǎn)生full脈沖以觸發(fā)/ 判斷下個(gè)計(jì)數(shù)周期的模長(zhǎng)是否變化begincurrent_counter=0;full=1; /full輸出 endendelse / 減法器beginif(current_co

6、unter>0)begincurrent_counter=current_counter-1;full=0;endelse / 減法器計(jì)數(shù)完begin current_counter=counter_length-1;full=1;endendendend/驅(qū)動(dòng)當(dāng)前計(jì)數(shù)輸出assign data_output=current_counter;initialbegink=1; / k=1 表示啟動(dòng)計(jì)數(shù)器的第一個(gè)計(jì)數(shù)周期endalways (posedge full) / 加法器/減法器完成當(dāng)前周期計(jì)數(shù)/ 計(jì)完當(dāng)前周期（即full有效）才更新begin last_clk_data_input

7、<=data_input; / 上個(gè)周期的模長(zhǎng)current_clk_data_input=data_input;/當(dāng)前周期的模長(zhǎng)update_length_en<=last_clk_data_inputcurrent_clk_data_input; / update_length_en為更新計(jì)數(shù)器模長(zhǎng)的使能端,/ 異或運(yùn)算 使能端為0代表模長(zhǎng)變化 1不變k=k+1; / k的初值為1，k變化說(shuō)明計(jì)數(shù)模長(zhǎng)更改過(guò)了if(k=2'd3)k=2;endalways (posedge clk)beginif(update_length_en) / 使能有效計(jì)數(shù)模長(zhǎng)變化counter

8、_length=current_clk_data_input; elsebeginif(k>=2)/ 下個(gè)周期計(jì)數(shù)器模長(zhǎng)不變（保持上次更改的）counter_length=last_clk_data_input; if(k=1)/ 整個(gè)計(jì)數(shù)器系統(tǒng)，最初的模長(zhǎng)（一次沒(méi)更改過(guò)）counter_length=data_input; endendendmodule測(cè)試激勵(lì)文件testbench：timescale 1 ps/ 1 psmodule Prj_vlg_tst();reg add_sub;reg clk;reg 3:0 data_input;reg en;reg rst_input;

9、wire 3:0 data_output;wire full; Prj i1 (.add_sub(add_sub),.clk(clk),.data_input(data_input),.data_output(data_output),.en(en),.full(full),.rst_input(rst_input);parameter clk_period=10; / 時(shí)鐘周期initial / 初始化使能端、清零端和時(shí)鐘信號(hào) begin en=1;rst_input=1;clk=1;#(46*clk_period) en=0;#(3*clk_period) en=1;#(4*clk_per

10、iod) rst_input=0;#(2*clk_period) rst_input=1;endalways #(clk_period/2) clk=clk; initialbegin/ 計(jì)數(shù)器模長(zhǎng)分別為6 4 5 3/ 左邊為上一模長(zhǎng)持續(xù)的時(shí)鐘個(gè)數(shù)data_input=4'b0110; #(22*clk_period) data_input=4'b0100;#(12*clk_period) data_input=4'b0101;#(12*clk_period) data_input=4'b0011;#(5*clk_period);endinitialbegin/ 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)方向的改變/ 左邊為遞增遞減持續(xù)的時(shí)鐘個(gè)數(shù)add_sub=1;#(9*clk_period) add_sub=0;#(10*clk_period) add_sub=1;#(13*clk_period) add_sub=0;#(4*clk_period) add_sub=1;end endmodule四、 仿真結(jié)果如圖1所示，最開(kāi)始計(jì)數(shù)器輸入的模長(zhǎng)data_input為6，在計(jì)數(shù)方向控制端add_sub為高電平的情況下，可以從0計(jì)數(shù)到5，在add_sub為低電平的情況下，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的遞減；當(dāng)計(jì)數(shù)器模長(zhǎng)data_input