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實(shí)例的內(nèi)容及目標(biāo)
1．實(shí)例的主要內(nèi)容
本節(jié)通過Verilog HDL語言編寫一個具有“百分秒、秒、分”計(jì)時功能的數(shù)字跑表，可以實(shí)現(xiàn)一個小時以內(nèi)精確至百分之一秒的計(jì)時。
數(shù)字跑表的顯示可以通過編寫數(shù)碼管顯示程序來實(shí)現(xiàn)，本實(shí)例只給出數(shù)字跑表的實(shí)現(xiàn)過程。讀者還可以通過增加小時的計(jì)時功能，實(shí)現(xiàn)完整的跑表功能。
2．實(shí)例目標(biāo)
本實(shí)例主要實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)及進(jìn)位的設(shè)計(jì)，通過幾個always模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個特定用途的模塊——數(shù)字跑表。通過本實(shí)例，讀者應(yīng)達(dá)到下面的一些實(shí)例目標(biāo)。
- 初步掌握Verilog語言的設(shè)計(jì)方法。
- 完成一個數(shù)字跑表的設(shè)計(jì)。
原理簡介
本數(shù)字跑表首先要從最低位的百分秒計(jì)數(shù)器開始，按照系統(tǒng)時鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)至100后向秒計(jì)數(shù)器進(jìn)位，秒計(jì)數(shù)器以百分秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位位為時鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)至60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器以秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位位為時鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，讀者可以自行增加小時計(jì)數(shù)器。
數(shù)字跑表巧妙地運(yùn)用進(jìn)位位作為計(jì)數(shù)時鐘來減少計(jì)數(shù)的位數(shù)。如果統(tǒng)一使用系統(tǒng)時鐘作為計(jì)數(shù)時鐘，那秒計(jì)數(shù)器將是一個6000進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，而分計(jì)數(shù)器將是一個3600000進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。這樣將極大的浪費(fèi)FPGA的邏輯資源。而使用進(jìn)位位作為計(jì)數(shù)時鐘，只需要一個100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器和兩個60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。
本實(shí)例的數(shù)字跑表模塊圖。
?
在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，為了使計(jì)數(shù)器更加簡單，計(jì)數(shù)器使用高低位兩個計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。100進(jìn)制計(jì)數(shù)器分別是高位10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，低位10進(jìn)制計(jì)數(shù)器；60進(jìn)制計(jì)數(shù)分別是高位6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，低位10進(jìn)制計(jì)數(shù)器。這樣整個數(shù)字跑表使用6個計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。
同時由于10進(jìn)制計(jì)數(shù)器重復(fù)使用了5次，可以使用獨(dú)立的模塊實(shí)現(xiàn)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這樣就可以通過模塊復(fù)用來節(jié)省整個模塊使用的資源。
數(shù)字跑表提供了清零位CLR和暫停位PAUSE，百分秒的時鐘信號可以通過系統(tǒng)時鐘分頻提供。分頻至1/100s，即可實(shí)現(xiàn)真實(shí)的時間計(jì)數(shù)。詳細(xì)的時鐘分頻設(shè)計(jì)讀者可參考相關(guān)的資料實(shí)現(xiàn)，在本實(shí)例中不再提供。
代碼分析
下面給出這個數(shù)字跑表的源代碼，讀者可以將這些源代碼嵌入自己的工程設(shè)計(jì)中，來實(shí)現(xiàn)數(shù)字跑表的功能。
首先給出代碼中端口信號的定義，讀者可根據(jù)這些端口與自己的工程設(shè)計(jì)進(jìn)行連接。
- CLK：時鐘信號。
- CLR：異步復(fù)位信號。
- PAUSE：暫停信號。
- MSH、MSL：百分秒的高位和低位。
- SH、SL：秒信號的高位和低位。
- MH、ML：分鐘信號的高位和低位。
下面是數(shù)字跑表的Verilog HDL源代碼及說明。
module paobiao(CLK,CLR,PAUSE,MSH,MSL,SH,SL,MH,ML);??? //端口說明
????? input CLK,CLR;
??? ??input PAUSE;
????? output［3:0］ MSH,MSL,SH,SL,MH,ML; ? ? ? ??? //內(nèi)部信號說明
????? reg［3:0］ MSH,MSL,SH,SL,MH,ML;
????? reg cn1,cn2; ???????????? ? ? ? ? ? ?? ???? //cn1為百分秒向秒的進(jìn)位，cn2為秒向分的進(jìn)位
????? //百分秒計(jì)數(shù)模塊，每計(jì)滿100，cn1 產(chǎn)生一個進(jìn)位
????? always @(posedge CLK or posedge CLR) begin
?? ????????if(CLR) begin ?????? ? ? ? ? ? ????? //異步復(fù)位
????? ????????{MSH,MSL}<=8'h00;
????? ?????????cn1<=0;
????? ??????end
????? ??????else if(!PAUSE) begin ? ? ? ? ? ? ? //PAUSE 為0時正常計(jì)數(shù)，為1時暫停計(jì)數(shù)
????? ????????????if(MSL==9) begin
????? ??????????????????MSL<=0; ??????? ? ? ? ? //低位計(jì)數(shù)至10時，低位歸零
????? ??????????????????if(MSH==9) begin
????? ????????????????????????MSH<=0;? ? ? ? ?? //低、高位計(jì)數(shù)至10時，高位歸零
????? ????????????????????????cn1<=1; ? ? ? ?? //低、高位計(jì)數(shù)至10時，觸發(fā)進(jìn)位位
????? ??????????????????end
????? ??????????????????else???????????? //低位計(jì)數(shù)至10，高位計(jì)數(shù)未至10時，高位計(jì)數(shù)
????? ????????????????????????MSH<=MSH+1;??
????? ????????????end
????? ????????????else begin
????? ??????????????????MSL<=MSL+1; ??? //低位計(jì)數(shù)未至10時，低位計(jì)數(shù)
????? ??????????????????cn1<=0;???????? //低位計(jì)數(shù)未至10時，不觸發(fā)進(jìn)位位
????? ????????????end
????? ??????end
????? end
?????
????? //秒計(jì)數(shù)模塊，每計(jì)滿60，cn2 產(chǎn)生一個進(jìn)位
????? always @(posedge cn1 or posedge CLR) begin
????? ??????if(CLR) begin ???????????? //異步復(fù)位
????? ????????????{SH,SL}<=8'h00;
????? ????????????cn2<=0;
????? ??????end
????? ??????else if(SL==9) begin
???? ?????????????SL<=0;???????????? ?? //低位計(jì)數(shù)至10時，低位歸零
????? ????????????if(SH==5) begin
????? ??????????????????SH<=0;?????? ?? //低位計(jì)數(shù)至10，高位計(jì)數(shù)至6時，高位歸零
????? ??????????????????cn2<=1;????? ?? //低位計(jì)數(shù)至10，高位計(jì)數(shù)至6時，觸發(fā)進(jìn)位位
????? ????????????end
????? ????????????else
???? ???????????????????SH<=SH+1;??? ?? //低位計(jì)數(shù)至10，高位計(jì)未數(shù)至6時，高位計(jì)數(shù)
????? ??????end
????? ??????else begin
????? ????????????SL<=SL+1; ??????????? //低位計(jì)數(shù)未至10時，低位計(jì)數(shù)
????? ????????????cn2<=0;??????????? ?? //低位計(jì)數(shù)未至10時，不觸發(fā)進(jìn)位位
????? ??????end
????? end
????? //分鐘計(jì)數(shù)模塊，每計(jì)滿60，系統(tǒng)自動清零
????? always @(posedge cn2 or posedge CLR) begin
????? ??????if(CLR) begin ???????????? //異步復(fù)位
????? ????????????{MH,ML}<=8'h00;?
????? ??????end
????? ??????else if(ML==9) begin
????? ????????????ML<=0;???????????? ?? //低位計(jì)數(shù)至10時，低位歸零
????? ????????????if(MH==5)
????? ??????????????????MH<=0;?????? ?? //低位計(jì)數(shù)至10，高位計(jì)數(shù)至6時，高位歸零
????? ????????????else
????? ??????????????????MH<=MH+1;?? ??? //低位計(jì)數(shù)至10，高位計(jì)未數(shù)至6時，高位計(jì)數(shù)
????? ??????end
????? ??????else
????? ????????????ML<=ML+1;???????? ??? //低位計(jì)數(shù)未至10時，低位計(jì)數(shù)
????? ??????end
endmodule
通過上面的這3個模塊，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字跑表的功能。
