利用FPGA如何实现上升沿和下降沿的检测

本文介绍FPGA中信号上升沿和下降沿检测的方法,包括使用移位寄存器和双寄存器异或等技术实现信号变化的检测。

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FPGA中信号上升沿和下降沿检测是个重要的问题,这里给出了几种检测时钟沿的方法,仅供参考!


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1.检测信号的上升沿和下降沿,将信号打入移位寄存器,检测相邻两位的变化

直接上代码

			//signal  data 为待检测时钟信号
			reg  [2:0 ] a3_edge;
			reg  [2:0]  a3 ;
			
			always@(posedge clk or negedge reset_n)
			begin
					if(reset_n == 1'b0)
					a3 <= 3'b000;
			else
					a3 <= {a3[1:0],data };
			end
			
			assign a3_edge = a3[2]^a3[1]; // detect edge changes of signal    data 
			
			reg [3:0] cnt;
			always@(posedge clk or negedge reset_n)
			begin
				if(reset_n == 1'b0)
				cnt <= 4'b0000;
			else if(a3_edge == 1'b1)
				cnt <= cnt + 4'b0001;
			end

由此即可检测出上升沿和下降沿,并可计数出个数。

2 .设计两个或多个一位的寄存器,用来接收被检测的信号,系统时钟来一次记一次输入信号,如果用了两个寄存器直接异或就可以了

	  reg    data_in_d1;
	   reg    data_in_d2;

		always @ (posedge clk,negedge rst_n)
		begin
		    if(!rst_n)
			    begin data_in_d1 <= 1'b0; 
			    data_in_d2 <= 1'b0; 
		    end 
		    else    begin 
				    data_in_d1 <= data_in; 
				    data_in_d2 <= data_in_d1;
			end 
		end 
			assign raising_edge_detect = data_in_d1  & (~data_in_d2);//上升沿
			assign falling_edge_detect = ~data_in_d1 &  data_in_d2;//下降沿
			assign double_edge_detect  = data_in_d1 ^ data_in_d2;//双边沿

检测方法有多种,但基本思路都是一样,通过观察待测信号前后两个时钟的变化。
本人水平有限,若有不妥之处,欢迎各位批评指正。
参考出处:https://www.amobbs.com/thread-4147967-1-1.html?_dsign=bc8e2e2e
https://blog.youkuaiyun.com/weixin_43343190/article/details/82961170

<think>好的,我现在要帮用户理解FPGA检测下降沿的方法。首先,我需要回顾一下FPGA的基本概念检测边沿的原理。FPGA通常通过可编程逻辑块触发器来实现数字电路,检测下降沿通常涉及到边沿检测电路的设计。 接下来,用户可能需要知道具体的实现方法。常见的下降沿检测方法包括使用寄存器延迟比较。具体来说,就是将一个信号通过寄存器延迟一个时钟周期,然后比较原信号延迟后的信号。如果原来的信号是低电平,而延迟后的信号是高电平,那么就检测到了下降沿。 不过,我需要考虑同步异步设计的问题。在FPGA中,通常推荐使用同步设计以避免亚稳态问题。因此,应该使用时钟驱动的触发器来采样信号,并且在检测过程中可能需要添加同步器来处理跨时钟域的信号。 另外,用户可能关心Verilog或VHDL的代码示例。这时候我需要提供一个简单的代码片段,展示如何用寄存器存储前一个时钟周期的信号值,并通过逻辑比较生成下降沿标志。例如,在Verilog中,可以用两个寄存器d1d2,然后通过assign falling_edge = d2 & ~d1; 来检测下降沿。 同时,我需要提到可能遇到的问题,比如信号抖动毛刺。对于按键或者外部输入信号,可能需要添加去抖动电路,或者使用滤波技术来确保检测的准确性。此外,时序约束时钟域交叉的问题也需要考虑,确保设计满足建立保持时间的要求。 用户可能还想知道实际应用场景,比如在通信协议中的同步信号检测,或者状态机中触发状态转移的条件。这时候可以举一个实际例子,比如UART接收端检测起始位的下降沿,或者按键消抖后触发某个动作。 最后,总结一下步骤:首先同步输入信号,然后通过寄存器延迟,比较当前值历史值,生成下降沿脉冲。同时,强调设计中的注意事项,比如时钟域、亚稳态、去抖动等,确保用户在实际应用中能够避免常见错误。</think>FPGA检测下降沿实现方法及原理详解(分步说明): 1. 基本概念 下降沿指数字信号从高电平(1)跳变到低电平(0)的瞬态过程。在FPGA检测下降沿需要设计专门的边沿检测电路,这是数字电路设计中的常见需求。 2. 实现原理 采用寄存器延迟比较法: $$ previous\_signal \xrightarrow{delay} current\_signal $$ 当满足: $$ falling\_edge = previous\_signal\ \&\&\ !current\_signal $$ 3. Verilog代码示例 ```verilog module falling_edge_detect( input clk, input signal_in, output reg falling_flag ); reg [1:0] sync_reg; // 同步化处理(防亚稳态) always @(posedge clk) begin sync_reg <= {sync_reg[0], signal_in}; end // 边沿检测逻辑 always @(posedge clk) begin falling_flag <= (sync_reg[1] == 1'b1) && (sync_reg[0] == 1'b0); end endmodule ``` 4. 关键设计要点 - 同步处理:必须使用两级触发器进行信号同步 - 时序约束:建议添加时序约束 ```tcl set_false_path -from [get_ports signal_in] -to [get_pins sync_reg[0]/D] ``` - 亚稳态防护:MTBF(平均无故障时间)计算公式: $$ MTBF = \frac{e^{t_{met}/\tau}}{f_{clk} \cdot f_{data} \cdot A} } $$ 5. 性能优化措施 - 增加滤波电路(适用于机械开关信号): $$ t_{filter} > 2 \times t_{clock} $$ - 使用移位寄存器实现软件消抖 ```verilog reg [15:0] debounce_reg; always @(posedge clk) begin debounce_reg <= {debounce_reg[14:0], sync_reg[0]}; if(&debounce_reg) signal_clean <= 1'b1; else if(!|debounce_reg) signal_clean <= 1'b0; end ``` 6. 测试验证方法 - 使用ILA(集成逻辑分析仪)捕获信号 - 测试覆盖率检查项: - 正常下降沿检测 - 快速连续下降沿 - 带噪声信号测试 - 跨时钟域场景验证 7. 典型应用场景 - 按键输入检测 - 通信协议起始位识别(如UART) - 中断信号触发 - 状态机跳转控制 注意:实际工程中需根据具体器件型号(Xilinx/Intel)调整时序约束原语使用,对于高速信号(>100MHz)建议采用专用边沿检测电路IP核。
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