硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL設(shè)計(jì)進(jìn)階之：自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程頻率計(jì)控制器

4.7典型實(shí)例7：自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程頻率計(jì)控制器

4.7.1實(shí)例內(nèi)容及目標(biāo)

1．實(shí)例內(nèi)容

本實(shí)例使用VerilogHDL設(shè)計(jì)一個(gè)可自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程的頻率計(jì)控制器。在設(shè)計(jì)過程中，使用了狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法，讀者可根據(jù)綜合實(shí)例6的流程將本實(shí)例的語(yǔ)言設(shè)計(jì)模塊添加到自己的工程中。

2．實(shí)例目標(biāo)

通過本實(shí)例，讀者應(yīng)達(dá)到下面的目的。

·掌握使用Verilog設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)的方法。

·掌握Verilog設(shè)計(jì)的一般方法。

4.7.2原理簡(jiǎn)介

頻率計(jì)是電路調(diào)試?yán)锩娉３Ｓ玫降囊环N儀器。本實(shí)例提到的自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程頻率計(jì)控制器并不是講解如何設(shè)計(jì)一個(gè)頻率計(jì)，而是講解如何設(shè)計(jì)這個(gè)頻率計(jì)的量程轉(zhuǎn)換機(jī)制。通過Verilog語(yǔ)言設(shè)計(jì)將量程轉(zhuǎn)換變成自動(dòng)化，自適應(yīng)地將輸入反映至量程上。

此自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程頻率計(jì)需要外部提供一個(gè)超量程信號(hào)和一個(gè)欠量程信號(hào)，代表輸入比當(dāng)前量程的狀態(tài)。這兩個(gè)信號(hào)可以通過其他的模塊或者裝置獲得，讀者可自行分析。

同時(shí)，該頻率計(jì)還向外部提供一個(gè)用于選擇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基的信號(hào)。通過該信號(hào)，頻率計(jì)可以完成量程的切換和顯示。讀者可根據(jù)頻率計(jì)其他模塊的需要調(diào)整輸出信號(hào)的設(shè)計(jì)。

4.7.3代碼分析

下面給出自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程頻率計(jì)控制器的Verilog源代碼，首先介紹端口信號(hào)的定義及說明，讀者可以通過這些端口將此控制器模塊實(shí)例化至自己的工程設(shè)計(jì)中。

·clk：輸入時(shí)鐘。

·clear：異步復(fù)位信號(hào)。

·reset：用來在量程轉(zhuǎn)換開始時(shí)復(fù)位計(jì)數(shù)器。

·std_f_sel：用來選擇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基。

·cntover：代表超量程。

·cntlow：代表欠量程。

module control(std_f_sel,reset,clk,clear,cntover,cntlow);
//端口說明
output［1:0］ std_f_sel;
output reset;
input clk,clear,cntover,cntlow;

//內(nèi)部信號(hào)說明
reg［1:0］ std_f_sel;
reg reset;
reg［5:0］ present,next; //用于保存當(dāng)前狀態(tài)和次態(tài)的中間變量

//狀態(tài)編碼，采用獨(dú)熱碼
parameter start_fl00k = 6b000001, //狀態(tài)A
fl00k_cnt = 6b000010, //狀態(tài)B
start_fl0k = 6b000100, //狀態(tài)C
fl0k_cn = 6b001000, //狀態(tài)D
start_flk = 6b010000, //狀態(tài)E
flk_cnt = 6b100000; //狀態(tài)F

always @(posedge clk or posedge clear) begin
if(clear)
present=start_fl0k; //異步復(fù)位至start_fl0k狀態(tài)
else
present=next; //狀態(tài)轉(zhuǎn)換
end

always @(present or cntover or cntlow) begin //狀態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)信號(hào)列表
case(present) //用case語(yǔ)句描述狀態(tài)轉(zhuǎn)換
start_fl00k: //100k量程狀態(tài)
next=fl00k_cnt;
fl00k_cnt: begin //100k量程控制狀態(tài)
if(cntlow) //欠量程
next=start_fl0k; //進(jìn)入10k量程狀態(tài)
else
next=fl00k_cnt; //保持100k量程控制狀態(tài)
end
start_fl0k: //10k量程狀態(tài)
next=fl0k_cnt;
fl0k_cnt: begin //10k量程控制狀態(tài)
if(cntlow) //欠量程
next=start_flk; //進(jìn)入1k量程狀態(tài)
else if(cntover) //過量程
next=start_fl00k; //進(jìn)入100k量程狀態(tài)
else
next=fl0k_cnt; //保持1k量程控制狀態(tài)
end
start_flk: //1k量程狀態(tài)
next=flk_cnt;
flk_cnt: begin //1k量程控制狀態(tài)
if(cntover) //過量程
next=start_fl0k; //進(jìn)入10k量程狀態(tài)
else
next=flk_cnt; //保持1k量程控制狀態(tài)
end
default:
next=start_fl0k; //缺省狀態(tài)為10k量程狀態(tài)
endcase
end

//各狀態(tài)的輸出控制模塊
always @(present) begin
case(present)
start_fl00k: begin //100k量程狀態(tài)輸出控制
reset=1;
std_f_sel=2b00;
end
fl00k_cnt: begin //100k量程控制狀態(tài)輸出控制
reset=0;
std_f_sel=2b00;
end
start_fl0k: begin //10k量程狀態(tài)輸出控制
reset=1;
std_f_sel=2b01;
end
fl0k_cnt: begin //10k量程控制狀態(tài)輸出控制
reset=0;
std_f_sel=2b01;
end
start_flk: begin //1k量程狀態(tài)輸出控制
reset=1;
std_f_sel=2b11;
end
flk_cnt: begin //1k量程控制狀態(tài)輸出控制
reset=0;
std_f_sel=2b11;
end
default: begin //默認(rèn)（10k量程）狀態(tài)輸出控制
reset=1;
std_f_sel=2b01;
end
endcase
end
endmodule

在狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)中，常常將狀態(tài)轉(zhuǎn)換和狀態(tài)輸出控制分為兩個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，方便語(yǔ)言的編寫修改和讀寫規(guī)則。在下面的源代碼中讀者應(yīng)該注意這個(gè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

4.7.4參考設(shè)計(jì)

本實(shí)例相關(guān)參考設(shè)計(jì)文件在本書實(shí)例代碼的“典型實(shí)例7”文件夾。