实验内容
作业要求第一种方法：异步高电平复位
手工绘制的电路结构RTL设计图
- 思路：本题计数器需要用到的RTL符号有2个4位寄存器、2个双路选择器、2个加法器、2个比较器
- 异步高电平复位：复位信号只要变高电平就立即执行复位操作。CNT（计数值）预置初值为零；CNT_VAL_MAX（计数最大值）预置初值4’b0110（即CNT_VAL_min）。
- 判断CNT与CNT_VAL大小，若CNT>=CNT_VAL,则双路选择器选通输出4’h0给CNT寄存器的输入端；否则CNT计数+1再将其通过双路选择器选通输出送入CNT寄存器的输入端。如下图框内①
- 此外，当CNT>=CNT_VAL时，CNT_VAL计数+1并与9（即CNT_VAL_MAX）比较：若CNT_VAL>=9，则双路选择器选通输出4’h6给CNT_VAL寄存器的输入端；否则再将CNT_VAL原值送回CNT_VAL寄存器的输入端。如下图框内②
- 手工绘制RTL图：
Quartus扫描生成的电路RTL图
计数器的波形仿真截图
- 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，计数过程如下图所示。
- 异步高电平复位：复位信号只要变成高电平就执行复位操作，如下图所示。
计数器代码
module cnt_circle_0to9(
CLK , // clock
RST , //reset
CNT); // output
input CLK;//clock
input RST;//reset,
output [4-1:0] CNT;//output counter value
parameter CNT_VAL_MIN=6;//counter cycle min value
parameter CNT_VAL_MAX=9;//counter cycle max value
reg [4-1:0] CNT;
reg [4-1:0] CNT_VAL=CNT_VAL_MIN;
//异步高电平复位就是复位信号只要变高电平就执行复位操作，如果是同步的话就要看复位信号是否在时钟有效沿为高电平。
//异步高电平复位
always @ (posedge CLK or posedge RST)begin
if(RST)begin
CNT <= 0;
CNT_VAL <= CNT_VAL_MIN;
end
else begin
if(CNT >= CNT_VAL)begin //Less Than0
CNT <= 0;
CNT_VAL <= CNT_VAL + 1'b1; //ADD0,非阻塞赋值,同时完成
if(CNT_VAL >= CNT_VAL_MAX) //Less Than1
CNT_VAL <= CNT_VAL_MIN;
end
else CNT <= CNT + 1'b1; //ADD1
end
end
////同步高电平复位
//always @ (posedge CLK) begin
// if(RST)begin
// CNT <= 0;
// CNT_VAL <= CNT_VAL_MIN;
// end
// else begin
// if(CNT >= CNT_VAL)begin //Less Than0
// CNT <= 0;
// CNT_VAL <= CNT_VAL + 1'b1; //ADD1
// if(CNT_VAL >= CNT_VAL_MAX) //Less Than1
// CNT_VAL <= CNT_VAL_MIN;
// end
// else CNT <= CNT + 1'b1; //ADD0
// end
//end
endmodule // module cnt_circle_0to9
第二种方法：同步高电平复位
手工绘制的电路结构RTL设计图
- 思路：本题计数器需要用到的RTL符号有2个4位寄存器、5个双路选择器、2个加法器、2个比较器
- 同步高电平复位：只有在时钟有效沿复位信号为高电平时，才进行复位操作。因此两个寄存器前分别需要一个双路选择器，由RST选择通路。接下来的思路与异步复位类似。
- 手工绘制RTL图：
Quartus扫描生成的电路RTL图
计数器的波形仿真截图
- 同步高电平复位：只有在CLK上升沿当复位信号为高电平才执行复位操作，如下图所示。
计数器代码
- 代码见上面代码被注释部分。
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module cnt_circle_v2_0to9(
CLK , // clock
RST , //reset
CNT); // output
input CLK;//clock
input RST;//reset,
output [4-1:0] CNT;//output counter value
parameter MAX_min=6;//counter cycle min value
parameter MAX_max=9;//counter cycle max value
reg [4-1:0] CNT_maxR = MAX_min;//count for MAX
reg enR , ovR ;
reg [4-1:0] CNT_resultR;//count for result
//异步高电平复位就是复位信号只要变高电平就执行复位操作，如果是同步的话就要看复位信号是否在时钟有效沿为高电平。
//异步高电平复位
always @ (posedge CLK)begin
if(RST)begin
CNT_resultR <= 0;
CNT_maxR <= MAX_min;
end
else begin
if(CNT_resultR < CNT_maxR)begin
CNT_resultR <= CNT_resultR + 1'b1;
end
else begin
CNT_resultR <= 0;
end
if(enR)begin
if(CNT_maxR < MAX_max)begin
CNT_maxR <= CNT_maxR + 1'b1;
end
else
CNT_maxR <= MAX_min;
end
else
CNT_maxR <= CNT_maxR ;
end
end
always @ (CNT_resultR)begin
enR = ovR;
if(CNT_resultR == CNT_maxR)
ovR = 1;
else
ovR = 0;
end
assign CNT = CNT_resultR;
endmodule // module cnt_circle_v2_0to9
两种方法比较
- 差异从两方面看：
- 波形仿真：异步复位，从RST=0时立即执行复位操作，计数清零；同步复位，只有在CLK上升沿RST=1才执行复位。
- RTL图：异步复位时，是通过RST给CNT和CNT_VAL寄存器分别预置初值；同步复位是RST通过双路选择器确定两个寄存器的初值。