verilog HDL基础之：实例3 数字跑表

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        实例的内容及目标

        1．实例的主要内容

          本节通过Verilog HDL语言编写一个具有“百分秒、秒、分”计时功能的数字跑表，可以实现一个小时以内精确至百分之一秒的计时。
           
          数字跑表的显示可以通过编写数码管显示程序来实现，本实例只给出数字跑表的实现过程。读者还可以通过增加小时的计时功能，实现完整的跑表功能。
           
        2．实例目标

          本实例主要实现了计数及进位的设计，通过几个always模块的设计实现一个特定用途的模块——数字跑表。通过本实例，读者应达到下面的一些实例目标。

       

•                 初步掌握Verilog语言的设计方法。        
  
•                 完成一个数字跑表的设计。
  

           
          原理简介
          本数字跑表首先要从最低位的百分秒计数器开始，按照系统时钟进行计数。计数至100后向秒计数器进位，秒计数器以百分秒计数器的进位位为时钟进行计数。计数至60后向分计数器进位，分计数器以秒计数器的进位位为时钟进行计数，读者可以自行增加小时计数器。
           
          数字跑表巧妙地运用进位位作为计数时钟来减少计数的位数。如果统一使用系统时钟作为计数时钟，那秒计数器将是一个6000进制的计数器，而分计数器将是一个3600000进制的计数器。这样将极大的浪费FPGA的逻辑资源。而使用进位位作为计数时钟，只需要一个100进制的计数器和两个60进制的计数器。
           

       

        本实例的数字跑表模块图。

         

          在实际的设计中，为了使计数器更加简单，计数器使用高低位两个计数器实现。100进制计数器分别是高位10进制计数器，低位10进制计数器；60进制计数分别是高位6进制计数器，低位10进制计数器。这样整个数字跑表使用6个计数器实现。
           
          同时由于10进制计数器重复使用了5次，可以使用独立的模块实现10进制计数器，这样就可以通过模块复用来节省整个模块使用的资源。
           
          数字跑表提供了清零位CLR和暂停位PAUSE，百分秒的时钟信号可以通过系统时钟分频提供。分频至1/100s，即可实现真实的时间计数。详细的时钟分频设计读者可参考相关的资料实现，在本实例中不再提供。
           
        代码分析

          下面给出这个数字跑表的源代码，读者可以将这些源代码嵌入自己的工程设计中，来实现数字跑表的功能。
          首先给出代码中端口信号的定义，读者可根据这些端口与自己的工程设计进行连接。

       

•                 CLK：时钟信号。        
  
•                 CLR：异步复位信号。        
  
•                 PAUSE：暂停信号。        
  
•                 MSH、MSL：百分秒的高位和低位。        
  
•                 SH、SL：秒信号的高位和低位。        
  
•                 MH、ML：分钟信号的高位和低位。
  

          下面是数字跑表的Verilog HDL源代码及说明。
           
          module paobiao(CLK,CLR,PAUSE,MSH,MSL,SH,SL,MH,ML);    //端口说明
                input CLK,CLR;
                input PAUSE;
                output［3:0］ MSH,MSL,SH,SL,MH,ML;           //内部信号说明
                reg［3:0］ MSH,MSL,SH,SL,MH,ML;
                reg cn1,cn2;                                //cn1为百分秒向秒的进位，cn2为秒向分的进位
                //百分秒计数模块，每计满100，cn1 产生一个进位
                always @(posedge CLK or posedge CLR) begin
                     if(CLR) begin                        //异步复位
                        {MSH,MSL}<=8'h00;
                         cn1<=0;
                      end
                      else if(!PAUSE) begin               //PAUSE 为0时正常计数，为1时暂停计数
                            if(MSL==9) begin
                                  MSL<=0;                 //低位计数至10时，低位归零
                                  if(MSH==9) begin
                                        MSH<=0;           //低、高位计数至10时，高位归零
                                        cn1<=1;          //低、高位计数至10时，触发进位位
                                  end
                                  else             //低位计数至10，高位计数未至10时，高位计数
                                        MSH<=MSH+1;  
                            end
                            else begin
                                  MSL<=MSL+1;     //低位计数未至10时，低位计数
                                  cn1<=0;         //低位计数未至10时，不触发进位位
                            end
                      end
                end
               
                //秒计数模块，每计满60，cn2 产生一个进位
                always @(posedge cn1 or posedge CLR) begin
                      if(CLR) begin              //异步复位
                            {SH,SL}<=8'h00;
                            cn2<=0;
                      end
                      else if(SL==9) begin
                            SL<=0;                //低位计数至10时，低位归零
                            if(SH==5) begin
                                  SH<=0;          //低位计数至10，高位计数至6时，高位归零
                                  cn2<=1;         //低位计数至10，高位计数至6时，触发进位位
                            end
                            else
                                  SH<=SH+1;       //低位计数至10，高位计未数至6时，高位计数
                      end
                      else begin
                            SL<=SL+1;             //低位计数未至10时，低位计数
                            cn2<=0;               //低位计数未至10时，不触发进位位
                      end
                end
           
                //分钟计数模块，每计满60，系统自动清零
                always @(posedge cn2 or posedge CLR) begin
                      if(CLR) begin              //异步复位
                            {MH,ML}<=8'h00;
                      end
                      else if(ML==9) begin
                            ML<=0;                //低位计数至10时，低位归零
                            if(MH==5)
                                  MH<=0;          //低位计数至10，高位计数至6时，高位归零
                            else
                                  MH<=MH+1;       //低位计数至10，高位计未数至6时，高位计数
                      end
                      else
                            ML<=ML+1;             //低位计数未至10时，低位计数
                      end
          endmodule
           
          通过上面的这3个模块，即可实现数字跑表的功能。