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

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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。