HDLBITS

本文介绍了一种4位二进制编码十进制(BCD)计数器的设计方案,每个十进制位使用4位进行编码。通过模块化的方法实现了一位到四位的BCD计数,并输出了使能信号来指示何时应该递增高三位。

QUESTION:Build a 4-digit BCD (binary-coded decimal) counter. Each decimal digit is encoded using 4 bits: q[3:0] is the ones digit, q[7:4] is the tens digit, etc. For digits [3:1], also output an enable signal indicating when each of the upper three digits should be incremented.

 

module top_module (
    input clk,
    input reset,   // Synchronous active-high reset
    output [3:1] ena,
    output [15:0] q);
    bitc_module bitc_module_inst1(clk,reset,'b1,q[3:0]);
    bitc_module bitc_module_inst2(clk,reset,ena[1],q[7:4]);
    bitc_module bitc_module_inst3(clk,reset,ena[2],q[11:8]);
    bitc_module bitc_module_inst4(clk,reset,ena[3],q[15:12]);
    assign ena={q[7:4]==4'd9&&q[3:0]==4'd9&&q[11:8]==4'd9,q[7:4]==4'd9&&q[3:0]==4'd9,q[3:0]==4'd9};    
endmodule

module bitc_module (
    input clk,
    input reset,  // Synchronous active-high reset
    input ena,
    output [3:0] q);
    always@(posedge clk)begin
        if(reset==1)
            q<='d0;
        else
            if (ena)
                begin
                    if(q == 4'd9) 
                        q <= 4'd0;
                    else
                        q <= q + 1'b1;
                end

    end
endmodule

08-10
HDLBits平台上,Verilog设计的核心内容之一是有限状态机(FSM)的设计。状态机设计通常采用三段式结构,即当前状态寄存、下一状态逻辑和输出逻辑,这种设计方式使得状态机的层次更加清晰,易于维护和扩展。在实际练习中,例如Lemmings系列题目,通过不同难度的状态机设计,可以逐步掌握状态转移逻辑、组合逻辑和时序逻辑的设计要点[^1]。 ### 有限状态机设计要点 1. **三段式结构**: - **当前状态寄存器**:用于存储当前状态,通常使用`reg`类型变量。 - **下一状态逻辑**:根据当前状态和输入信号决定下一状态,通常使用`case`语句实现。 - **输出逻辑**:根据当前状态或输入信号产生输出,可以是组合逻辑或同步逻辑。 2. **参数化状态定义**: - 使用`parameter`定义状态,例如`parameter A=2'd0, B=2'd1, C=2'd2, D=2'd3;`,这样可以提高代码的可读性和可维护性。 3. **组合逻辑与时序逻辑分离**: - **组合逻辑**:通常使用`always@(*)`块处理状态转移逻辑。 - **时序逻辑**:使用`always@(posedge clk)`块处理状态更新。 ### 示例:状态机设计 以下是一个简单的状态机示例,根据输入信号`in`和当前状态`state`决定下一状态`next_state`,并根据状态决定输出`out`: ```verilog module top_module( input in, input [1:0] state, output reg [1:0] next_state, output out ); parameter A = 2'd0, B = 2'd1, C = 2'd2, D = 2'd3; assign out = (state == D) ? 1'b1 : 1'b0; // 高速电路输出 always @(*) // 组合逻辑电路 确定下次状态 begin case(state) A: begin if (in) next_state = B; else next_state = A; end B: begin if (in) next_state = B; else next_state = C; end C: begin if (in) next_state = D; else next_state = A; end D: begin if (in) next_state = B; else next_state = C; end default: next_state = A; endcase end endmodule ``` ### 示例:多路复用器设计 HDLBits中的另一个常见练习是多路复用器设计。以下是一个简单的256选1多路复用器示例,使用`sel`作为选择信号,从输入`in`中选择一个比特输出: ```verilog module top_module( input [255:0] in, input [7:0] sel, output out ); assign out = in[sel]; // 直接使用 sel 作为索引 endmodule ``` ### 示例:半加器设计 半加器是一种基本的组合逻辑电路,用于计算两个比特的和与进位。以下是半加器的Verilog实现: ```verilog module half_adder( input a, input b, output sum, output carry ); assign sum = a ^ b; // 异或运算得到和 assign carry = a & b; // 与运算得到进位 endmodule ``` ### 相关问题 1. 有限状态机设计中,三段式结构的具体实现方式是什么? 2. 如何在HDLBits上实现一个简单的多路复用器? 3. 半加器的基本原理及其Verilog实现方法是什么? 4. 状态机设计中,如何使用参数化方式定义状态? 5. 在HDLBits练习中,如何处理状态机的组合逻辑与时序逻辑分离?
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