文章目录
- 该系列目录：
- 设计目标
- 设计思路
- RTL 及 Testbench
- 仿真结果
- 存在的问题？
- 改善后的代码
- RTL代码
- testbench代码
- 仿真结果
案例和代码来自小梅哥课程，本人仅对知识点做做笔记，如有学习需要请支持官方正版。
该系列目录：
Verilog线性序列机点灯案例(一)
设计目标
我们的FPGA的时钟频率为50MHz，即每个周期20ns。
因此，在该时钟下时间和周期数的对应关系为：
| 持续时间 | 对应周期数 |
|---|---|
| 0.25s | 12,500,000 cycles |
| 0.5s | 25,000,000 cycles |
| 0.75s | 37,500,000 cycles |
| 1s | 50,000,000 cycles |
我们的目标是让LED以**【亮0.25秒->灭0.5秒->亮0.75秒->灭1秒】**的规律，持续循环闪烁。
设计思路
为了完成这样的规律性闪烁，需要一个计数器，计数满2.5秒归零，即：当上升沿采样到125,000,000-1时，计数器归零。
然后，led灯根据当前计数器的数值，设置led的亮灭，图中已经标注了led跳变时的counter数值。下面直接上代码
RTL 及 Testbench
led_ctrl1.v 是RTL代码
module led_ctrl1(clk,rst_n,led_out
);input clk;input rst_n;output reg led_out;reg [26:0] counter;//第一个always负责counter计数器的逻辑always@(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n) begincounter <= 0;end else if(counter == 125_000_000-1) begincounter <= 0;end else begincounter <= counter + 1;endend//第二个always负责led_out闪烁的逻辑//亮0.25s->灭0.5秒->亮0.75秒->灭1秒always@(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n) beginled_out <= 0;end else if(counter == 0) beginled_out <= 1;end else if(counter == 12_500_000) beginled_out <= 0;end else if(counter == 37_500_000) beginled_out <= 1;end else if(counter == 75_000_000) beginled_out <= 0;end endendmodule
tb_led_ctrl1.v是testbench代码
`timescale 1ns / 1nsmodule tb_led_ctrl1();reg clk;reg rst_n;wire led_out;initial clk = 1;always #10 clk = ~clk;led_ctrl1 led_ctrl1_inst0(.clk(clk),.rst_n(rst_n),.led_out(led_out));initial beginrst_n = 0;#201;rst_n = 1;#250_000_000$stop;end
endmodule
仿真结果
从图中黄色marker标注下的时间间隔可以看出，仿真结果和预期目标一致。
存在的问题？
如果到此就结束了，那么案例（二）和（一）并没有多大区别。
实际上，按照刚才的实现方式可以完成功能，但存在如下问题：
- 仿真时间过长
为了在实际上板时观察到led闪烁的效果，我们的闪烁都是秒级的，vivado仿真一秒时间几乎需要十几秒才能完成，能否减少仿真时间，不影响功能？ - 可读性较差
在我们的代码中0.25s,0.75s这些时间尺度都是用具体的计数器的周期数来表示的，数字太大，不好理解，如何解决？
针对以上问题，观察我们的需求是让LED以**【亮0.25秒->灭0.5秒->亮0.75秒->灭1秒】**循环，那么最基本的单位可以视为0.25秒，我们可以使用两个计数器，第一个计数器计数到0.25秒（12500_000 - 1个cycles）时第二个计数器加1。按照这个思路，我们在设置led时只需要关注好第二个计数器即可，1亮，2、3灭，4、5、6亮，7、8、9、10灭，显然可读性是比0亮，12_500_000灭好多了。
此外，针对仿真时间过长的问题，我们可以在RTL模块中定义一个parameter时间单元，而在testbench仿真中重新缩小该时间单元1000倍，实际上板时只会烧录RTL模块，这样既节省了仿真时间，又不影响功能。
改善后的代码
RTL代码
module led_ctrl1(clk,rst_n,led_out
);input clk;input rst_n;output reg led_out;parameter MCNT = 12500_000 - 1;reg [26:0] counter0;always@(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)counter0 <= 0 ;else if(counter0 == MCNT)counter0 <= 0;elsecounter0 <= counter0 + 1'd1;endreg [3:0] counter1;always@(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)counter1 <= 0 ;else if(counter0 == MCNT) beginif(counter1 == 9)counter1 <= 0;elsecounter1 <= counter1 + 1'd1;endelsecounter1 <= counter1;endalways@(posedge clk or negedge rst_n)if(!rst_n)led_out <= 0;else begincase(counter1)0:led_out <= 1'd1;1:led_out <= 1'd0;2:led_out <= 1'd0;3:led_out <= 1'd1;4:led_out <= 1'd1;5:led_out <= 1'd1;6:led_out <= 1'd0;7:led_out <= 1'd0;8:led_out <= 1'd0;9:led_out <= 1'd0;default:led_out <= led_out;endcaseendendmodule
testbench代码
`timescale 1ns / 1nsmodule tb_led_ctrl1();reg clk;reg rst_n;wire led_out;initial clk = 1;always #10 clk = ~clk;led_ctrl1 led_ctrl1_inst0(.clk(clk),.rst_n(rst_n),.led_out(led_out));defparam led_ctrl1.MCNT = 12500 - 1; initial beginrst_n = 0;#201;rst_n = 1;#20_000_000;$stop;end
endmodule仿真结果
