FPGA设计经典案例

当收到en1=1时，dout产生3个时钟周期的高电平脉冲；当收到en2==1时，dout产生2个周期的高电平脉冲。
                                       
上面波形图显示了描述的功能。第3个时钟上升沿收到en1==1，所以dout变1并且持续3个时钟周期；在第9个时钟上升沿看到en2==1，所以dout变1并且持续2个时钟周期。注意，en1==1和en2==1的出现是没有顺序的。
有读者可能会问，如果en1==1和en2==1同时出现，或者说在dout==1期间，出现了en1==1或者en2==1，该怎么办？请不要考虑这种情况，本案例假设永远不会出现该情况。明德扬在模块划分规范时，会要求各个模块之间配合清楚。否则每个模块都要处理所有情况，那就相当复杂了。
看到大于1的数字，就知道要计数。推荐的计数方式如下：

计数器cnt都是计算dout==1的个数。不要考虑使用2个计数器来分别计数en1和en2的情况，这是因为即使用了2个计数器，这2个计数器都不是同时在计数的，不同时计数就说明可以合并。
在确认计数器数多少个时，我们遇到了问题。因为这个计数器有时候数到3个就清零（en1==1触发的波形），有时候数到2个就清零（en2==1触发的波形）。此时，我们建议你用变量x代替，即数         到x个。注意，verilog是没有变量的概念的，这个变量，是明德扬提出的一个设计概念，x本质上还是一个信号。
引入变量有什么用呢？设计计数器时就方便了，该计数器加1条件是dout==1，数x个就结束，因此代码如下：

甚至我们还可以写出dout的代码，dout变1的条件是：en1==1或者en2==1；变0的条件是：计数器数完了。所以代码如下：

我们再设计一下变量x，我们知道计数器en1==1触发的时候数3个就清零，en2==1触发的时候数到2个就清零，为此增加一个信号flag_sel来区分这两种情况，flag_sel==0表示是en1==1触发的，flag_sel==1表示是en2==1触发的，波形如下：

flag_sel变0的条件是遇到en1==1，flag_sel变1的条件是遇到en2==1，为此flag_sel的代码如下。

有了flag_sel，我们就好区分x的值了。flag_sel为0时，x为3（数3个清零）；flag_sel为1时，x为2（数2个清零），此时要用组合逻辑设计x，不然会出错的。代码如下：


至此，本工程的主体程序已经设计完毕，本题，我们使用了变量x，这是明德扬的至简设计方法中的变量法。

将module的名称定义为my_ex3。并且我们已经知道该模块有5个信号：clk、rst_n、en1、en2和dout。为此，代码如下：


其中clk、rst_n、en1和en2是输入信号，dout是输出信号，并且5个信号都是1比特的，根据这些信息，我们补充输入输出端口定义。代码如下：


接下来定义信号类型。
cnt是用always产生的信号，因此类型为reg。cnt计数的最大值为2，需要用2根线表示，即位宽是2位。add_cnt和end_cnt都是用assign方式设计的，因此类型为wire。并且其值是0或者1，1个线表示即可。因此代码如下：

dout是用always方式设计的，因此类型为reg。并且其值是0或者1，1根线表示即可。因此代码如下：


flag_sel是用always方式设计的，因此类型为reg。并且其值是0或者1，1根线表示即可。因此代码如下：

x是用always方式设计的，因此类型为reg，并且其值最大为3，用2根线表示即可。因此代码如下：

至此，整个代码的设计工作已经完成。整体代码如下：
1
  
2
  
3
  
4
  
5
  
6
  
7
  
8
  
9
  
10
  
11
  
12
  
13
  
14
  
15
  
16
  
17
  
18
  
19
  
20
  
21
  
22
  
23
  
24
  
25
  
26
  
27
  
28
module my_ex3(
  
      clk      ,
  
      rst_n    ,
  
      en1      ,
  
      en2      ,
  
      dout        
  
);
  

  
input    clk      ;
  
input     rst_n   ;
  
input     en1     ;
  
input     en2     ;
  
output    dout    ;
  

  

  

  
reg   [ 1:0]   cnt      ;
  
wire          add_cnt  ;
  
wire          end_cnt  ;
  
reg           dout     ;
  
reg           flag_sel ;
  
reg [ 1:0]    x         ;
  

  
always @(posedge clk or negedge  rst_n)begin
  
     if(!rst_n)begin
  
         cnt <= 0;
  
     end
  
     else if(add_cnt)begin
  
         if(end_cnt)
  
            cnt <= 0;
  
         else
  
            cnt <= cnt + 1;
  
     end
  
end
  

  
assign add_cnt = dout==1;      
  
assign end_cnt = add_cnt &&  cnt==x-1 ;   
  

  

  
always   @(posedge clk or negedge rst_n)begin
  
     if(rst_n==1'b0)begin
  
         dout <= 0;
  
     end
  
     else if(en1==1 || en2==1)begin
  
         dout <= 1;
  
     end
  
     else if(end_cnt)begin
  
         dout <= 0;
  
     end
  
end
  

  

  
always   @(posedge clk or negedge rst_n)begin
  
     if(rst_n==1'b0)begin
  
         flag_sel <= 0;
  
     end
  
     else if(en2==1)begin
  
         flag_sel <= 1;
  
     end
  
     else if(en1==1)begin
  
         flag_sel <= 0;
  
     end
  
end
  

  
always   @(*)begin
  
     if(flag_sel==0)
  
         x = 3;
  
     else
  
         x = 2;
  
end
  

  
endmodule



总结：设计时，我们不要受具体数字的影响，而是仔细识别信号的一致性动作，然后利用变量法来设计。这样就能设计出精妙的代码。

FPGA至简设计法经典案例

FPGA设计经典案例