Verilog HDL计数器组合电路（作业2）

目录

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实验内容一
Visio绘制的RTL

Quartus扫描生成的RTL

计数值的SignalTap截图

代码

实验内容二
Visio绘制的RTL

Quartus扫描生成的RTL

计数值的SignalTap截图

代码

实验内容一

使用Veriog - HDL语言，DE0 FPGA开发板在 DE0 开发板的最右侧的 HEX LED 数码管上，进行计数并用十进制数进行显示。计数器特征如下：

该计数器在电路复位后会循环的从0值递增计数到最大值，计数最大值是一个循环变化的过程，计数器复位之后，第一次计数最大值是6，然后是7、8、9，然后计数最大值又变成6，如此往复循环， 计数数值变化的时间间隔是1秒 ，计数过程如下所示：

0 1 … 6	0 1 … 7	0 1 … 8	0 1 …9	0 1 … 6

Visio绘制的RTL

其中，max表示计数最大值；CNTVAL表示计数值，计数最大值要依次加一，加到9时再变为6。max[3..0]和CNTVAL[3..0]构成D触发器。CLK为1s周期。

Quartus扫描生成的RTL

顶层RTL：



cnt_sync为第一级计数器，其OV输出端用于产生1s的时钟信号；

cnt_0to9为第二级计数器，用于产生显示的计数值；

tubedec_4to16为数码管译码电路。

cnt_0to9底层RTL：

计数值的SignalTap截图

代码

Verilog HDL代码：

module cnt_sync(
RESET ,
CLK   ,   // clock
CNTVAL,   // counter value
OV    );  // overflow
input CLK,RESET;
output [32-1:0] CNTVAL;
output OV;
parameter MAX_VAL = 50_000_000;  //50MHz下为1s
reg [32-1:0] CNTVAL;
reg OV;

always @ (posedge CLK)
begin
if (!RESET)
begin
CNTVAL <= 0;
end
else
begin
if(CNTVAL >= MAX_VAL)
CNTVAL <= 0;
else
CNTVAL <= CNTVAL + 1'b1;
end
end

always @ (CNTVAL) begin
if(CNTVAL == MAX_VAL)
OV = 1'b1;
else
OV = 1'b0;
end

endmodule   // module cnt_sync
////////////////////////////////////////////////////////
module cnt_en_0to9(
EN    ,
RESET ,
CLK   ,   // clock
CNTVAL);   // counter value
//  OV    );  // overflow
input CLK,RESET,EN;
output [4-1:0] CNTVAL;
//output OV;

reg [4-1:0] CNTVAL;
//reg OV;
reg [4-1:0] max=6;

always @ (posedge CLK or negedge RESET)
begin
if(!RESET)  //when rst, set max=6
begin
max <= 6;
CNTVAL <= 0;
end
else if(EN)
begin
if(CNTVAL >= max)   //when OV, max++, if max=9,then max=6
begin
CNTVAL <= 0;
max <= max + 1'b1;
if (max >= 9)
max <= 6;
end
else
CNTVAL <= CNTVAL + 1'b1;
end
else
CNTVAL <= CNTVAL;
end

// always @ (CNTVAL)
// begin
//   if(CNTVAL == max)
//   begin
//     OV = 1'b1;
//   end
//   else
//     OV = 1'b0;
// end

endmodule   // module cnt_en_0to9
///////////////////////////////////////////////////////
module tubedec_4to16(IN,OUT);
input[3:0]  IN;
output reg[7:0] OUT;
always @(IN)
begin
case(IN)
4'h0: OUT=8'hc0;
4'h1: OUT=8'hf9
4000
;
4'h2: OUT=8'ha4;
4'h3: OUT=8'hb0;
4'h4: OUT=8'h99;
4'h5: OUT=8'h92;
4'h6: OUT=8'h82;
4'h7: OUT=8'hf8;
4'h8: OUT=8'h80;
4'h9: OUT=8'h90;
4'hA: OUT=8'h88;
4'hB: OUT=8'h83;
4'hC: OUT=8'hc6;
4'hD: OUT=8'ha1;
4'hE: OUT=8'h86;
4'hF: OUT=8'h8e;
default: OUT=8'hff;
endcase
end

endmodule

实验内容二

在 DE0 开发板的 从左到右 的 4个HEX LED 数码管上，进行计数并用十进制数进行显示。计数器特征如下：

系统复位后全部HEX LED熄灭

左1 LED，显示 0、1、2 ~6 ，然后熄灭

左2 LED，显示 0、1、2 ~7 ，然后熄灭

左3 LED，显示 0、1、2 ~8 ，然后熄灭

最右侧 LED，显示 0、1、2 ~9 ，然后熄灭

然后再开始左1 LED， 显示 0、1、2~6 如此一直循环。

所有情况下，计数数值变化的时间间隔是1秒

Visio绘制的RTL

和实验一cnt_0to9计数器差不多，仅增加了OV进位端。

Quartus扫描生成的RTL

顶层RTL：


顶层RTL涉及：

cnt_sync为第一级计数器，其OV输出端用于产生1s的时钟信号；

cnt_0to9为第二级计数器，用于产生显示的计数值及数码管选择器的CLK信号；

dec_CLKto4为数码管选择器，用于产生数码管译码器使能信号，控制数码管何时点亮；

tubedec_en_4to16为数码管译码器，带有使能控制端，输出为共阳极数码管段选信号。

cnt_0to9底层RTL：

计数值的SignalTap截图

计数器计数的SignalTap：



轮流选择四个数码管：

代码

module cnt_sync(
RESET ,
CLK   ,   // clock
CNTVAL,   // counter value
OV    );  // overflow
input CLK,RESET;
output [32-1:0] CNTVAL;
output OV;
parameter MAX_VAL = 50_000_000;  //50MHz下为1s
reg [32-1:0] CNTVAL;
reg OV;

always @ (posedge CLK)
begin
if (!RESET)
begin
CNTVAL <= 0;
end
else
begin
if(CNTVAL >= MAX_VAL)
CNTVAL <= 0;
else
CNTVAL <= CNTVAL + 1'b1;
end
end

always @ (CNTVAL) begin
if(CNTVAL == MAX_VAL)
OV = 1'b1;
else
OV = 1'b0;
end

endmodule   // module cnt_sync
///////////////////////////////////////////////////////
module cnt_en_0to9(
EN    ,
RESET ,
CLK   ,   // clock
CNTVAL,   // counter value
OV    );  // overflow
input CLK,RESET,EN;
output [4-1:0] CNTVAL;
output OV;

reg [4-1:0] CNTVAL;
reg OV;
reg [4-1:0] max=6;

always @ (posedge CLK or negedge RESET)
begin
if(!RESET)  //when rst, set max=6
begin
max <= 6;
CNTVAL <= 0;
end
else if(EN)
begin          //when OV, max++, if max=9,then max=6
if(CNTVAL >= max)
begin
CNTVAL <= 0;
max <= max + 1'b1;
if (max >= 9)
max <= 6;
end
else
CNTVAL <= CNTVAL + 1'b1;
end
else
CNTVAL <= CNTVAL;
end

always @ (CNTVAL)
begin
if(CNTVAL == max)
begin
OV = 1'b1;
end
else
OV = 1'b0;
end

endmodule   // module cnt_en_0to9
//////////////////////////////////////////////////////
module dec_ento4(
EN,
RESET,
OUT);
input RESET,EN;
output [4-1:0] OUT ;

reg [4-1:0] OUT ;
reg [3:0] CNT;

always @(negedge EN or negedge RESET)
begin
if (!RESET)
CNT <= 0;
else
begin
if (CNT >= 3)
CNT <= 0;
else
CNT <= CNT + 1'b1;
end
end

always @ (CNT) begin
case(CNT)
2'b00: OUT = 4'b 0001;
2'b01: OUT = 4'b 0010;
2'b10: OUT = 4'b 0100;
2'b11: OUT = 4'b 1000;
endcase
end

endmodule // module dec_ento4;

///////////////////////////////////////////////////////
module tubedec_en_4to16(IN,OUT,EN);
input EN;
input[3:0]  IN;
output reg[7:0] OUT;
always @(IN)
begin
if(EN)
begin
case(IN)
4'h0: OUT=8'hc0;
4'h1: OUT=8'hf9;
4'h2: OUT=8'ha4;
4'h3: OUT=8'hb0;
4'h4: OUT=8'h99;
4'h5: OUT=8'h92;
4'h6: OUT=8'h82;
4'h7: OUT=8'hf8;
4'h8: OUT=8'h80;
4'h9: OUT=8'h90;
4'hA: OUT=8'h88;
4'hB: OUT=8'h83;
4'hC: OUT=8'hc6;
4'hD: OUT=8'ha1;
4'hE: OUT=8'h86;
4'hF: OUT=8'h8e;
endcase
end
else
begin
OUT=8'hff;
end
end

endmodule