HDLBits学习（五）Circuits–Sequential Logic(时序逻辑)-Latched and Fli-Flops「建议收藏」

Latches and Flip-Flops(触发器和锁存器)

Dff——D触发器

 D Latch

从做题的角度来说，首先你得认识这个元件。同 D触发器相比，这个元件没有 clk 端口，取而代之的是 ena 端口，所以这是一个锁存器。锁存器的特征在于，相较于 D触发器的触发事件发生于 clk 时钟的边沿，锁存器锁存的触发事件发生于使能端 ena 的电平。

当你成功实现了这个锁存器时，Quartus 会提醒（祝贺）你生成了一个锁存器。锁存器相比触发器会消耗更多的资源，所以综合器会在推断出锁存器时产生提醒，防止开发者在不想使用锁存器时，因为代码风格等原因误产生了锁存器。

    always@(*)begin
        if(ena)begin
            q<=d;
        end
    end 

上图为带有异步复位AR端口的D触发器 asynchronous reset

code：

module top_module (
    input clk,
    input d, 
    input ar,   // asynchronous reset
    output q);
    
    always@(posedge clk or posedge ar)begin
        if(ar)begin
            q <= 1’b0;
        end else begin
            q <= d;
        end
    end
    
endmodule

同步复位

always @(posedge clk)begin

        if(r)begin

                q <= 0;

        end else begin

                q <= d;

        end

end 

Mux abd DFF1

假设你想为这个电路实现分层的Verilog代码，使用其中有触发器和多路复用器的子模块的三个实例。为这个子模块编写一个名为top_module的Verilog模块（包含一个触发器和多路器）。

module top_module (
    input clk,
    input L,
    input r_in,
    input q_in,
    output reg Q);
    
    wire in ;
    assign in=(L)?r_in:q_in;
    
    always @(posedge clk)begin
        Q <= in;
    end
endmodule
 

Mux and DFF2 

考虑如下所示的n位移位寄存器电路：为该电路的一级编写一个名为top_module的Verilog模块，包括触发器和多路复用器。

module top_module (
    input clk,
    input w, R, E, L,
    output Q
);
    wire in1;
    wire in2;
    assign in1=E?w:Q;
    assign in2=L?R:in1;
    
    always @(posedge clk)begin
        Q <= in2;
    end

endmodule

 DFFs and gates

module top_module (
    input clk,
    input x,
    output z
); 
    wire gate1,gate2,gate3;
    reg Q1,Q2,Q3;
    assign gate1= x^Q1;
    assign gate2=x&~Q2;
    assign gate3=x|~Q3;
    always @(posedge clk)begin
        Q1 <= gate1;
        Q2 <= gate2;
        Q3 <= gate3;
    end
    assign z=~(Q1|Q2|Q3);
endmodule
 

 一种真值表的实现方式：

module top_module (
    input clk,
    input j,
    input k,
    output Q); 

    always @ (posedge clk)
        begin
            case ({j, k})
                2’b00: Q <= Q;
                2’b01: Q <= 1’b0;
                2’b10: Q <= 1’b1;
                2’b11: Q <= ~Q;
            endcase
        end

endmodule

 Delect an edge*******

对于每个8bit的变量，检测这些信号什么时候从0变为1（类似检测上升沿），输出应该在0到1 变化之后才有值。

下图给我们展示了输入in[1]和输出pedge[1]的时序关系图：

 module top_module (
    input clk,
    input [7:0] in,
    output [7:0] pedge
);
    //上升沿检测
    reg [7:0]t;
    always @(posedge clk)begin
        t <= in;
        pedge <= ~t & in;
    end
endmodule

 Detect both edges双边沿检测 xor

module top_module (
    input clk,
    input [7:0] in,
    output [7:0] anyedge
);
    reg [7:0]t;
    always @(posedge clk)begin
        t<=in;
        anyedge <= t^in;
    end

endmodule
 

Dual-edge triggered flip-flop***独特的思路

 我们现在对时钟上升沿与下降沿都已经很熟悉了。但是FPGA没有一个同时检测双边沿的触发器，而且always中的敏感列表也不支持(posedge clk or negedge clk)。

使用MUX的思路：

module top_module (
    input clk,
    input d,
    output q
);
    reg t1,t2;                
    assign q=clk?t1:t2;        
    always @(posedge clk)begin               %记录上升沿的信号
        t1 <= d;
    end
     always @(negedge clk)begin                %记录下降沿的信号
        t2 <= d;
    end

endmodule

 XOR？

module top_module(
    input clk,
    input d,
    output q);

    reg p, n;

    // clk的上升沿
    always @(posedge clk)
        p <= d ^ n;

    // clk的下降沿
    always @(negedge clk)
        n <= d ^ p;

    //在上升沿时候，p=d^n, 则q=d^n^n=d;
    //在下降沿时候，n=d^p, 则q=p^d^p=d;
    //加载一个新值时会取消旧值。
    assign q = p ^ n;


    // 这样写是无法综合的
    /*always @(posedge clk, negedge clk) begin
        q <= d;
    end*/


endmodule

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