【Verilog HDL 训练】第 08 天（二进制、Johnson、环形计数器）
5月6日
计数器 1. 用verilog实现一个4bit二进制计数器。
a) 异步复位
b) 同步复位
input clk, rst_n; output [3:0] o_cnt;
Verilog实现代码：
module count_2(
input clk,
input rst_n,
output reg [3:0] o_cnt
)
always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin //异步复位
if(!rst_n) begin
o_cnt <= 4'b0000;
end
else if(o_cnt == 4'b1111) begin
o_cnt <= 4'b0000;
end
else begin
o_cnt <= o_cnt + 4'b0001;
end
end
/*
always @ (posedge clk) begin //同步复位
if(!rst_n) begin
o_cnt <= 4'b0000;
end
else if(o_cnt == 4'b1111) begin
o_cnt <= 4'b0000;
end
else begin
o_cnt <= o_cnt + 4'b0001;
end
end
*/
endmodule
仿真代码：
module count_tb(
);
reg clk, rst_n;
wire [3:0] o_cnt;
//generate system clock with the period == 2ns;
always begin
#1 clk = ~clk;
end
initial begin
clk = 0;
end
//initialization
initial begin
rst_n = 0;
#4
rst_n = 1;
#32
rst_n = 0;
#4
rst_n = 1;
end
//Instantiation
count_2 u0(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.o_cnt(o_cnt)
);
endmodule仿真时序图：
RTL原理图：
上面是异步复位的仿真图，下面给出同步复位的仿真图：
同步复位的RTL原理图：
2. 用verilog实现4bit约翰逊(Johnson)计数器。
约翰逊(Johnson)计数器又称扭环计数器,是一种用n位触发器来表示2n个状态的计数器。它与环形计数器不同,后者用n位触发器仅可表示n个状态。2进制计数器(n为触发器的个数)有2^n个状态。若以四位二进制计数器为例,它可表示16个状态。但由于8421码每组代码之间可能有二位或二位以上的二进制代码发生改变,这在计数器中特别是异步计数器中就有可能产生错误的译码信号,从而造成永久性的错误。而约翰逊计数器的状态表中,相邻两组代码只可能有一位二进制代码不同,故在计数过程中不会产生错误的译码信号。鉴于上述优点,约翰逊计数器在同步计数器中应用比较广泛。
Verilog代码：
`timescale 1ns / 1ps
module count_tb(
);
reg clk, rst_n;
wire [3:0] o_cnt;
//generate system clock with the period == 2ns;
always begin
#1 clk = ~clk;
end
initial begin
clk = 0;
end
//initialization
initial begin
rst_n = 0;
#4
rst_n = 1;
#32
rst_n = 0;
#4
rst_n = 1;
end
//Instantiation
count_johnson u0(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.o_cnt(o_cnt)
);
endmodule
测试文件：
`timescale 1ns / 1ps
module count_tb(
);
reg clk, rst_n;
wire [3:0] o_cnt;
//generate system clock with the period == 2ns;
always begin
#1 clk = ~clk;
end
initial begin
clk = 0;
end
//initialization
initial begin
rst_n = 0;
#4
rst_n = 1;
#32
rst_n = 0;
#4
rst_n = 1;
end
//Instantiation
count_johnson u0(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.o_cnt(o_cnt)
);
endmodule
时序图：
RTL原理图：
3. 用verilog实现4bit环形计数器：复位有效时输出0001，复位释放后依次输出0010，0100，1000，0001，0010...
Verilog描述：
`timescale 1ns / 1ps
module count_circle(
input clk,
input rst_n,
output reg [3:0] o_cnt
);
always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
o_cnt <=4'b0001;
end
else begin
o_cnt <= {o_cnt[2:0],o_cnt[3]};
end
end
endmodule
测试文件：
`timescale 1ns / 1ps
module count_tb(
);
reg clk, rst_n;
wire [3:0] o_cnt;
//generate system clock with the period == 2ns;
always begin
#1 clk = ~clk;
end
initial begin
clk = 0;
end
//initialization
initial begin
rst_n = 0;
#4
rst_n = 1;
#32
rst_n = 0;
#4
rst_n = 1;
end
//Instantiation
count_circle u0(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.o_cnt(o_cnt)
);
endmodule
仿真时序图：
RTL原理图：
4. 比较一下以上三种计数器的特点。
假设都是N位的计数器，二进制计数器有2^N个状态，Johnson计数器由2N个状态，而环形计数器由N个状态；
相对于二进制计数器，Johnson计数器相邻两组代码只可能有一位二进制代码不同，环形计数器也是如此。
5. 记录1,2,3题目使用的工具，操作步骤，以及出现的错误和提示信息。
工具：Vivado，notepad++
操作步骤：
先编写Verilog代码，再功能仿真，再生成RTL图。
错误提示：如果用参数，下面就一致用参数，不要用着用着不用了，或者本来没用，又用了。（哈哈）