實驗11：RS觸發(fā)器

• （1）熟悉和掌握FPGA開發(fā)流程和Lattice Diamond軟件使用方法；
• （2）通過實驗理解和掌握RS觸發(fā)器原理；
• （3）學習用Verilog HDL語言行為級描述方法描述RS觸發(fā)器電路。

本實驗的任務是描述一個RS觸發(fā)器電路，并通過STEP FPGA開發(fā)板的12MHz晶振作為觸發(fā)器時鐘信號clk，撥碼開關的狀態(tài)作為觸發(fā)器輸入信號S,R，觸發(fā)器的輸出信號Q和非Q，用來分別驅動開發(fā)板上的LED，在clk上升沿的驅動下，當撥碼開關狀態(tài)變化時LED狀態(tài)發(fā)生相應變化。

基本RS觸發(fā)器可以由兩個與非門按正反饋方式閉合構成。通常將Q端的狀態(tài)定義為鎖存器的狀態(tài)，即Q=1時，稱為鎖存器處于1的狀態(tài)；Q=0時，稱鎖存器處于0的狀態(tài)，電路具有兩個穩(wěn)態(tài)。電路要改變狀態(tài)必須加入觸發(fā)信號，因是與非門構成的基本RS觸發(fā)器，所以，觸發(fā)信號是低電平有效。非Rd和非Sd是一次信號，只能一個個加，即它們不能同時為低電平，因為會有邏輯矛盾（Q == 非Q）。

用數(shù)據(jù)流描述實現(xiàn)的RS觸發(fā)器
程序清單rsff.v
<code verilog> module rsff

 ( 
  input wire clk,r,s,			//rs觸發(fā)器輸入信號		
  output reg q,				//輸出端口q，在always塊里賦值，定義為reg型
  output wire qb				//輸出端口非q
 );
 assign qb = ~q;
 always@(posedge clk)
begin
	case({r,s})
		2'b00:  q <= q;      //r,s同時為低電平，觸發(fā)器保持狀態(tài)不變
		2'b01:  q <= 1'b1;	   //觸發(fā)器置1狀態(tài)
		2'b10:  q <= 1'b0;   //觸發(fā)器置0狀態(tài)
		2'b11:  q <= 1'bx;   //r,s同時為高電平有效，邏輯矛盾，觸發(fā)器為不定態(tài)
	endcase
end
endmodule
</code>

仿真文件rsfftb.v

  `timescale 1ns/100ps    //仿真時間單位/時間精度
   module rs_ff_tb();       
    reg    clk,r,s;         	//需要產(chǎn)生的激勵信號定義
    wire   q,qb;      	  //需要觀察的輸出信號定義
    //初始化過程塊
    initial
    begin
	  clk = 0;
	  r = 0;
	  s = 0;
	  #50
	  r = 0;
	       s = 1;
	  #50
	  r = 1;
          s = 0;
	  #50
	  r = 1;
	       s = 1;
	  #50
	  r = 0;
	       s = 1;
    end
   always #10 clk = ~clk;      //產(chǎn)生輸入clk，頻率50MHz
   //module調用例化格式
   rs_ff  u1 (      //rs_ff表示所要例化的module名稱，u1是我們定義的例化名稱
		.clk(clk),     //輸入輸出信號連接。
		.r(r),
		.s(s),
		.q(q),    //輸出信號連接
		.qb(qb)   
             );
  endmodule

1. 打開Lattice Diamond，建立工程。
2. 新建Verilog HDL設計文件，并鍵入設計代碼。
3. 綜合并分配管腳，將輸入信號clk,r,s分配至撥碼開關，將輸出信號q,qb分配至板卡上的LED。clk/C1,r/M7,s/M8,q/N13,qb/M12
4. 根據(jù)仿真教程，實現(xiàn)對本工程的仿真，驗證仿真結果是否與預期相符。
5. 如果仿真無誤，構建并輸出編程文件，燒寫至FPGA的Flash之中。
6. 觀察輸出結果。

1. 仿真結果如下圖所示：
2. 實驗現(xiàn)象：撥動撥碼開關撥至01，led1亮，led2滅。撥動撥碼開關撥至10，led1滅，led2亮。撥動撥碼開關撥至00，保持上一個狀態(tài)。