作业2：计数器数码管显示

计数器FPGA电路实验作业

实验内容1

内容1视频：计数器单数码管显示

人工RTL图

• 顶层设计

  • 时间基准模块的OV产生以1s为周期的脉冲信号；
  • 带使能的多周期计数器进行循环计数，并以时间基准模块的OV作为使能端；
  • 4-7译码器用于译码使在数码管上显示对应字符。
  • 

• 时间基准模块

  • 在CLK的上升沿，判断计数值CNTVAL是否小于计数循环最大值MAX_VAL，若是，则输出CNTVAL+1，否则输出循环初值0。
  • 当计数到最大值时，OV溢出为1，代表一个周期。
  • 

• 带使能的多周期计数器

  •  同步高电平复位，在CLK上升沿，且RST高电平复位，给输出CNT、循环最大值CNT_VAL分别赋初值0、6。
  • RST低电平且使能有效时，判断输出CNT是否小于循环最大值CNT_VAL，若是，则输出CNT+1，否则输出CNT为0，并判断循环最大值CNT_VAL是否小于9，若是，则CNT_VAL++，否则CNT_VAL赋6。
  • 使能为0时，保持输出值CNT。
  • 

• 数码管4-8译码器_无小数点

  • 数码管为共阳极，即输出为低电压时，相应字码段点亮，反之熄灭。根据下图可得到译码字段即可，RTL根据译码字段通过或门可以画出来，略过。
  • 

Quartus生成的RTL图

• 顶层设计
  
• 时间基准模块
  
• 带使能的多周期计数器
  
• 数码管4-8译码器_无小数点
  

SignalTap分析

• 计数器的计数值的SignalTap截图，使用Segment 模式，捕获一个完整的计数循环过程中所有的计数值。
• 以时间基准模块的OV为触发信号，2k的采样深度，设置segmented为64段32点进行采样，结果如下：
  

代码片

• 时间基准模块

module cnt_sync(
  CLK   ,   // clock
  CNTVAL,   // counter value
  OV    );  // overflow

parameter CNTVAL_WL = 32;
parameter MAX_VAL = 50_000_000;//周期:50_000_000*0.02us=1s

input CLK;
output [CNTVAL_WL-1:0] CNTVAL;
output OV;

reg [CNTVAL_WL-1:0] CNTVAL;
reg OV;

always @ (posedge CLK) begin
  if(CNTVAL < MAX_VAL)
    CNTVAL <= CNTVAL + 1'b1;
  else
    CNTVAL <= 0;
end

always @ (CNTVAL) begin     //计数到最大值时，OV溢出
  if(CNTVAL == MAX_VAL)
    OV = 1'b1;
  else
    OV = 1'b0;
end

endmodule   // module cnt_sync

• 带使能的多周期计数模块

module cnt_en_circle_0tomax6_9(
  CLK   ,   // clock
  EN    ,   //enable
  RST   ,   //reset
  CNT   ,   //output
  OV    );
input CLK , RST , EN ;
output OV ;
output [4-1:0] CNT;//output counter value

parameter CNT_VAL_MIN=6;    //counter cycle min value
parameter CNT_VAL_MAX=9;    //counter cycle max value
reg [4-1:0] CNT;
reg [4-1:0] CNT_VAL=CNT_VAL_MIN;
reg OV;

//同步高电平复位
always @ (posedge CLK) begin
    if(RST)begin    //reset
        CNT <= 0;
        CNT_VAL <= CNT_VAL_MIN;
    end
    else begin
        if(EN)begin //enable
            if(CNT < CNT_VAL)
                CNT <= CNT + 1'b1;
            else begin
                CNT <= 0;
                if(CNT_VAL < CNT_VAL_MAX)   //判断计数值是否到达最大的循环值
                    CNT_VAL <= CNT_VAL + 1'b1;
                else
                    CNT_VAL <= CNT_VAL_MIN;
            end
        end
        else CNT <= CNT ;