Verilog 学习第四节（从计数器到可控制线性序列机——LED实验进化六部曲）

news2024/11/16 7:30:44

从计数器到可控制线性序列机——LED实验进化六部曲

    • 一：让LED灯按照亮0.25s，灭0.75s的状态循环亮灭
    • 二：让LED灯按照亮0.25s，灭0.5s，亮0.75s，灭1s的状态循环亮灭
    • 三：让LED灯按照指定的亮灭模式亮灭，亮灭模式未知，由用户随机指定。以0.25s为一个变化周期，8个变化状态为一个循环
    • 四：让LED灯按照指定的亮灭模式亮灭，亮灭模式未知，由用户随机指定。8个变化状态为一个循环，每个变化状态的时间值可以根据不同的应用场景选择
    • 五：让多个LED灯按照设置的模式各自在一个变化循环内独立亮灭变化
    • 六：每隔10ms，让LED灯的一个8状态循环执行一次（每个状态的变化时间值小一点，方便测试，比如设置为10us）

一：让LED灯按照亮0.25s，灭0.75s的状态循环亮灭

源文件


module counter_led_0(
     input clk,
     input reset,
     output reg led
    );
    reg [25:0] cnt;
    parameter MCNT=50000000;
    always@(posedge clk or negedge reset)begin
         if(!reset)
           cnt<=0;
         else if(cnt==MCNT-1)
           cnt<=0;
         else 
           cnt<=cnt+1'b1;
    end
    always@(posedge clk or negedge reset)begin
             if(!reset)
               led<=0;
             else if(cnt==(MCNT/4+MCNT/2)-1)
               led<=1;
             else if(cnt==MCNT-1)
               led<=0;
              else 
               led<=led;
      end
endmodule

测试文件

`timescale 1ns / 1ns

module counter_led_0_tb();
    reg clk;
    reg reset_n;
    wire led;
    counter_led_0 counter_led_0(
        .clk(clk),
        .reset(reset_n),
        .led(led)
        );
    defparam counter_led_0.MCNT=26'd25000;
    
    initial begin
            clk=0;
           end
           always#10 clk=!clk;
           initial begin
            reset_n=0;
            #201;
            reset_n=1;
            #40000000;
            $stop;
            end
endmodule

仿真截图
在这里插入图片描述

收获：
1：用parameter定义变量的时候，对变量除以2还是很容易实现的，因为其对应的是一个常量的值，但是若是一个变量在过程中会实时变化的话直接/2是会有一些问题的~
2：需要这道题需要注意亮0.25s不代表是要在0的基础上计数到0.25s在变为1，而是在1的基础上保留的时间是0.25s，这里也是需要转过弯儿的地方~

二：让LED灯按照亮0.25s，灭0.5s，亮0.75s，灭1s的状态循环亮灭

源代码


module counter_led_1(
     input clk,
     input reset,
     output reg led
    );
    reg [26:0] cnt;
    parameter MCNT=125000000;
    always@(posedge clk or negedge reset)begin
         if(!reset)
           cnt<=0;
         else if(cnt==MCNT-1)
           cnt<=0;
         else 
           cnt<=cnt+1'b1;
    end
    always@(posedge clk or negedge reset)begin
             if(!reset)
               led<=1;
             else if(cnt==MCNT/10-1)
               led<=0;
             else if(cnt==MCNT/10+MCNT/5-1)
               led<=1;
              else if(cnt==(MCNT/10+MCNT/5)*2-1)
              led<=0;
              else if(cnt==MCNT-1)
               led<=1;
               else
               led<=led;
      end
endmodule

仿真截图
在这里插入图片描述
收获
1：这里为了使亮灭计数好想，设置了复位状态时led灯为灭~

三：让LED灯按照指定的亮灭模式亮灭，亮灭模式未知，由用户随机指定。以0.25s为一个变化周期，8个变化状态为一个循环

源代码

//该模块的功能是让LED灯按照指定的亮灭模式亮灭，亮灭模式未知，由用户随机指定。以0.25s为一个变化周期，8个变化状态为一个循环

module counter_led_2(
     input clk,
     input reset,
     input [7:0]ctrl,
     output reg led
    );
    reg [26:0] cnt;
    parameter MCNT=100000000;
    always@(posedge clk or negedge reset)begin
         if(!reset)
           cnt<=0;
         else if(cnt==MCNT-1)
           cnt<=0;
         else 
           cnt<=cnt+1'b1;
    end
    always@(posedge clk or negedge reset)begin
             if(!reset)
               led<=0;
             else if(cnt==MCNT/8-1)
               led<=ctrl[0];
             else if(cnt==MCNT*2/8-1)
               led<=ctrl[1];
              else if(cnt==MCNT*3/8-1)
               led<=ctrl[2];
              else if(cnt==MCNT*4/8-1)
               led<=ctrl[3];
              else if(cnt==MCNT*5/8-1)
               led<=ctrl[4];
              else if(cnt==MCNT*6/8-1)
              led<=ctrl[5];
              else if(cnt==MCNT*7/8-1)
              led<=ctrl[6];
               else if(cnt==MCNT*8/8-1)
               led<=ctrl[7];
              else 
               led<=led;
                              
      end
endmodule

测试文件

`timescale 1ns / 1ns

module counter_led_2_tb();
    reg clk;
    reg reset_n;
    reg [7:0]ctrl;
    wire led;
    counter_led_2 counter_led_2(
        .clk(clk),
        .reset(reset_n),
        .ctrl(ctrl),
        .led(led)
        );
    defparam counter_led_2.MCNT=100000;
    
    initial begin
            clk=0;
           end
           always#10 clk=!clk;
           initial begin
            reset_n=0;
            ctrl=0;
            #201;
            reset_n=1;
            #200;
            ctrl=8'b1001_0001;
            #40000000;
            $stop;
            end
endmodule

仿真图
在这里插入图片描述

四：让LED灯按照指定的亮灭模式亮灭，亮灭模式未知，由用户随机指定。8个变化状态为一个循环，每个变化状态的时间值可以根据不同的应用场景选择

思路：在原有的基础上因为时间是用户自己设定的，所以设置times变量作为输入，因为MCNT变量以往都是固定值，但是times会随时变化，所以这里就又定义了一个cnt2记到1——8，每到一个值灯就会反应出对应的亮度
源代码

//该模块的功能是让LED灯按照指定的亮灭模式亮灭，亮灭模式未知，由用户随机指定。8个变化状态为一个循环，每个变化状态的时间值可以根据不同的应用场景选择

module counter_led_3(
     input clk,
     input reset,
     input [31:0]times,
     input [7:0]ctrl,
     output reg led
    );
    reg [31:0] cnt;
    always@(posedge clk or negedge reset)begin
         if(!reset)
           cnt<=0;
         else if(cnt==times-1)
           cnt<=0;
         else 
           cnt<=cnt+1'b1;
    end
    reg [2:0]cnt2;
    always@(posedge clk or negedge reset)begin
             if(!reset)
               cnt2<=3'b0;
             else if(cnt==times-1)
               cnt2<=cnt2+1;
      end
    always@(posedge clk or negedge reset)begin
          if(!reset)
          led<=0;
          else begin
            case(cnt2)
            0:led<=ctrl[0];
            1:led<=ctrl[1];
            2:led<=ctrl[2];
            3:led<=ctrl[3];
            4:led<=ctrl[4];
            5:led<=ctrl[5];
            6:led<=ctrl[6];  
            7:led<=ctrl[7];    
            default led<=led;
            endcase
          end
          
    end
endmodule

测试文件

`timescale 1ns / 1ns

module counter_led_3_tb();
    reg clk;
    reg reset_n;
    reg [7:0]ctrl;
    reg [31:0]times;
    wire led;
    
    counter_led_3 counter_led_3(
        .clk(clk),
        .reset(reset_n),
        .ctrl(ctrl),
        .times(times),
        .led(led)
        );
    initial begin
            clk=0;
           end
           always#10 clk=!clk;
           initial begin
            reset_n=0;
            ctrl=0;
            times=0;
            #201;
            reset_n=1;
            #200;
            ctrl=8'b1001_0001;
            #201;
            times=2500;
            #2000001;
            times=25000;
            #400000000;
            $stop;
            end
endmodule

仿真截图
在这里插入图片描述

五：让多个LED灯按照设置的模式各自在一个变化循环内独立亮灭变化

答：在四的基础上增加led的位宽，以及设置多个控制信号进行赋值

module counter_led_5(
    Clk,
    Reset_n,
    CtrlA,
    CtrlB,
    Time,
    Led
);
    input Clk;
    input Reset_n;
    input [7:0]CtrlA;
    input [7:0]CtrlB;
    input [31:0]Time;
    output reg [1:0]Led;

    reg [31:0]counter;
    
    always@(posedge Clk or negedge Reset_n)
    if(!Reset_n)
        counter <= 0;
    else if(counter == Time - 1)
        counter <= 0;
    else
        counter <= counter + 1'b1;
    
    reg [2:0]counter2;
    always@(posedge Clk or negedge Reset_n)
    if(!Reset_n) 
        counter2 <= 0; 
    else if(counter == Time - 1)
        counter2 <= counter2 + 1'b1;

    always@(posedge Clk or negedge Reset_n)
    if(!Reset_n)
        Led <= 2'd0;
    else case(counter2)
        0:begin Led[0] <= CtrlA[0]; Led[1] <= CtrlB[0]; end
        1:begin Led[0] <= CtrlA[1]; Led[1] <= CtrlB[1]; end
        2:begin Led[0] <= CtrlA[2]; Led[1] <= CtrlB[2]; end
        3:begin Led[0] <= CtrlA[3]; Led[1] <= CtrlB[3]; end
        4:begin Led[0] <= CtrlA[4]; Led[1] <= CtrlB[4]; end
        5:begin Led[0] <= CtrlA[5]; Led[1] <= CtrlB[5]; end
        6:begin Led[0] <= CtrlA[6]; Led[1] <= CtrlB[6]; end
        7:begin Led[0] <= CtrlA[7]; Led[1] <= CtrlB[7]; end
        default:begin Led[0] <= Led; Led[1] <= Led[1]; end
    endcase
            
endmodule

测试文件

`timescale 1ns/1ns

module counter_led_5_tb;

    reg Clk;
    reg Reset_n;
    reg [7:0]CtrlA,CtrlB;
    reg [31:0]Time;
    wire [1:0]Led;

    counter_led_5 counter_led_5(
        .Clk(Clk),
        .Reset_n(Reset_n),
        .CtrlA(CtrlA),
        .CtrlB(CtrlB),
        .Time(Time),
        .Led(Led)
    );
    
    initial Clk = 1;
    always #10 Clk = !Clk;
    
    initial begin
        Reset_n = 0;
        CtrlA = 0;
        CtrlB = 0;
        Time = 0;
        #201;
        Reset_n = 1;
        #2000;
        Time = 2500;
        CtrlA = 8'b1000_0110;
        CtrlB = 8'b1101_0010;
        #20000000;  
        Time = 25000;
        CtrlA = 8'b1010_0110;
        CtrlB = 8'b1100_1010;
        #20000000;    
        $stop;
    end
    
endmodule

六：每隔10ms，让LED灯的一个8状态循环执行一次（每个状态的变化时间值小一点，方便测试，比如设置为10us）

在这里插入图片描述
最开始自己的理解是在8个循环之后间隔10ms，所以才有了以下代码的理解，但是后来才懂原来周期是10msemmm有些许思想出路

注：以下代码的逻辑思想正确，即在原有计数的基础上又加了一个整体的计数周期=8*times+10ms，但是这里的8需要对输入变量做乘法，在运算时很有可能一个周期运算不出来，就会出现一些错误，所以这里还是要谨慎的使用；（小梅哥采用的是设置en进行控制，自己没有写出来，这里看完他的代码后自行默写了一下~）

//该模块的功能是每隔10ms，让LED灯的一个8状态循环执行一次（每个状态的变化时间值小一点，方便测试，比如设置为10us）

module counter_led_4(
     input clk,
     input reset,
     input [31:0]times,
     input [7:0]ctrl,
     output reg led
    );
    reg [31:0] cnt;
    reg en;//设置使能，只有在en为1的时候
    parameter count=5000;
    always@(posedge clk or negedge reset)begin
         if(!reset)
           cnt<=0;
         else if(cnt==times-1)
           cnt<=0;
         else 
           cnt<=cnt+1'b1;
    end
    reg [2:0]cnt2;
    always@(posedge clk or negedge reset)begin
             if(!reset)
               cnt2<=3'b0;
             else if(cnt==times-1)
               cnt2<=cnt2+1;
      end
      reg [35:0] cnt3;
      always@(posedge clk or negedge reset)begin
               if(!reset)
                 cnt3<=0;
               else if(cnt3==times*8-1+count)
                 cnt3<=0;
               else 
                 cnt3<=cnt3+1'b1;
          end
    always@(posedge clk or negedge reset)begin
          if(!reset)
          led<=0;
          else if(cnt3<=8*times-1)
          begin
            case(cnt2)
            0:led<=ctrl[0];
            1:led<=ctrl[1];
            2:led<=ctrl[2];
            3:led<=ctrl[3];
            4:led<=ctrl[4];
            5:led<=ctrl[5];
            6:led<=ctrl[6];  
            7:led<=ctrl[7];    
            default led<=led;
            endcase
          end
          else if(cnt3<=8*times-1+count)
          begin
          led<=0;
          end
          
    end
endmodule


`timescale 1ns / 1ns

module counter_led_4_tb();
    reg clk;
    reg reset_n;
    reg [7:0]ctrl;
    reg [31:0]times;
    wire led;
    
    counter_led_4 counter_led_4(
        .clk(clk),
        .reset(reset_n),
        .ctrl(ctrl),
        .times(times),
        .led(led)
        );
    initial begin
            clk=0;
           end
           always#10 clk=!clk;
           initial begin
            reset_n=0;
            ctrl=0;
            times=0;
            #201;
            reset_n=1;
            #200;
            ctrl=8'b1001_0001;
            #201;
            times=2500;
            #2000001;
            times=25000;
            #40000000;
            $stop;
            end
endmodule

在这里插入图片描述

小梅哥的官方源码

module counter_led_4(
    Clk,
    Reset_n,
    Ctrl,
    Time,
    Led
);
    input Clk;
    input Reset_n;
    input [7:0]Ctrl;
    input [31:0]Time;
    output reg Led;

    reg [31:0]counter;
    reg EN;
    
    reg [18:0]counter0;
    //10ms���ڶ�ʱ��
    always@(posedge Clk or negedge Reset_n)
    if(!Reset_n)
        counter0 <= 0;
    else if(counter0 == 500000 - 1)
        counter0 <= 0;
    else
        counter0 <= counter0 + 1'b1;
        
    always@(posedge Clk or negedge Reset_n)
    if(!Reset_n)
        EN <= 0;
    else if(counter0 == 0)
        EN <= 1;
    else if((counter2 == 7) && (counter == Time - 1))
        EN <= 0;
      
    always@(posedge Clk or negedge Reset_n)
    if(!Reset_n)
        counter <= 0;
    else if(EN)begin
        if(counter == Time - 1)
            counter <= 0;
        else
            counter <= counter + 1'b1;
    end
    else
        counter <= 0;
    
    reg [3:0]counter2;
    always@(posedge Clk or negedge Reset_n)
    if(!Reset_n) 
        counter2 <= 0; 
    else if(EN)begin
        if(counter == Time - 1)
            counter2 <= counter2 + 1'b1;
    end
    else
        counter2 <= 4'd8;     

    always@(posedge Clk or negedge Reset_n)
    if(!Reset_n)
        Led <= 0;
    else case(counter2)
        0:Led <= Ctrl[0];
        1:Led <= Ctrl[1];
        2:Led <= Ctrl[2];
        3:Led <= Ctrl[3];
        4:Led <= Ctrl[4];
        5:Led <= Ctrl[5];
        6:Led <= Ctrl[6];
        7:Led <= Ctrl[7];
        8:Led <= 0;
        default:Led <= Led;
    endcase
            
endmodule

测试文件

`timescale 1ns / 1ns

module counter_led_4_tb();
    reg clk;
    reg reset_n;
    reg [7:0]ctrl;
    reg [31:0]times;
    wire led;
    
    counter_led_4 counter_led_4(
        .Clk(clk),
        .Reset_n(reset_n),
        .Ctrl(ctrl),
        .Time(times),
        .Led(led)
        );
    initial begin
            clk=0;
           end
           always#10 clk=!clk;
     initial begin
            reset_n=0;
            ctrl=0;
            times=0;
            #201;
            reset_n=1;
            #2000;
            ctrl=8'b1000_0111;
            times=2500;
            #20000001;
            times=25000;
            ctrl=8'b1010_0110;
            #20000000;
            $stop;
            end
endmodule

仿真截图

在这里插入图片描述
收获：
1：锻炼了自己分析波形的能力，自己调试，最初小梅哥的代码在间隔10ms的时间里会一直保持ctrl[0]的状态，让波形看的很乱，找不到是什么时候开始算起的，于是我对counter2进行计数更改，当当前处于不计数的状态时，不为0.因为为0 的话需要在后面case循环中进行判断等于ctrl[0]，于是我把不计数的状态设为不在判断范围内的8，使其为0，这样使得波形比较规律易懂
2：学会了添加模块中其他参数的方法，好开心~，这样查错就更容易了
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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