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前言
Verilog、Xilinx ISE 13.4、BASYS2、模六十计数器
一、开发环境
Verilog 语言
1、数据类型
常量：parameter IN_width = 4；可用来定义变量宽度
变量：wire型：用assign赋值；输入输出信号默认
reg型：在always内赋值；表示触发器输出信号
间隔符：空格，TAB
注释符：单行//，多行/*……*/
逻辑值：0，1，X，Z
关键词：module, endmodule, input, output, wire, reg, and
assign语句：数据流方式
always语句：行为方式
元件例化：结构化
2、程序语句
（1）过程块：
过程语句（@敏感表）
begin（：块名）
……
end
（2）case语句：
case(变量)
值1：块1
值2：块2
……
default：块3
endcase
（3）if语句：
if(条件1)
块1
else if（条件2）
块2
else
块3
（4）for语句
for（表达式1;表达式2;表达式3）
块语句
Xilinx ISE 13.4
1、组成及功能：
项目管理工具Project Navigator
综合工具（电路原理图，技术原理图）XST
仿真工具Isim
约束编辑工具（文本编辑器，图形用户界面编辑器，时序约束编辑器）PlanAhead与Constraint Editor
实现工具Implement
下载编程工具Impact
在线逻辑分析仪Chipscope
BASYS2实验板
1、可用资源
4个七段数码管、8个LED指示灯、4个按键开关、8个滑动开关、1个PS/2接口、1个8位VGA显示接口、4个6针PMOD用户扩展接口、可配置晶振、USB 2.0接口。
2、管脚定义：
二、设计思路
创建一个34位二进制的计数器，截取25到28位作为个位数字，29到32位作为十位数字，个位数字满10进1，十位数字满6清零，通过扫描、取数、译码，在数码管上显示数字，从而实现模六十计数器的功能。
计数间隔与扫描频率的确定：
计算公式：t为变化一次的时间，n为所截取的最低位数
取计数间隔1s，可得所需位数i约为26位
取i=25，可得计数间隔约为0.67s
取扫描频率100Hz可得所需位数j约为19位
三、Verilog源文件
module mo60(
input clock,
input reset,
output [3:0] loc,//数码管位置
output [7:0] num//数码管引脚
);
parameter i = 25;//控制计数速率,仿真时取0;下载时取25（每0.7s计数一次）
parameter j = 19;//控制扫描速率,仿真时取0;下载时取19（扫描频率100Hz）
reg [33:0] counter = 0;//计数
reg [33:0] counter0 = 0;//reset时计数，用于控制扫描速率
reg [3:0] scan;//位置
reg [4:0] temp;//数字
reg [7:0] pin;//引脚
reg [3:0] q1 = 0;//十位
reg [3:0] q0 = 0;//个位
//计数器
always @(posedge clock)//上升沿触发
begin
//计数
if (reset)//高电平有效
begin
counter <= 0;
counter0 <= counter0+1;
end
else
begin
counter0 <= 0;
counter <= counter+1;
end
//进位
if (counter[3+i:0+i] >= 10)
begin
counter[7+i:4+i] <= counter[7+i:4+i]+1;
counter[3+i:0+i] <= 0;
end
if (counter[7+i:0+i] >= 8'b01100000)//60
counter[7+i:0+i] <= 0;
q1 = counter[7+i:4+i];
q0 = counter[3+i:0+i];
end
//扫描@取数
always @(counter[j] or counter0[j])
begin
if (reset)
begin
temp <= 0;
if (counter0[j])
scan <= 4'b1101;
else
scan <= 4'b1110;
end
else
if (counter[j])
begin
scan <= 4'b1101;
temp <= q1;
end
else
begin
scan <= 4'b1110;
temp <= q0;
end
end
//显示
always @(temp)
begin
case(temp)
0: pin = 8'b00000011;//最后一位表示小数点
1: pin = 8'b10011111;
2: pin = 8'b00100101;
3: pin = 8'b00001101;
4: pin = 8'b10011001;
5: pin = 8'b01001001;
6: pin = 8'b01000001;
7: pin = 8'b00011111;
8: pin = 8'b00000001;
9: pin = 8'b00001001;
default: pin = 8'b01100001;//其他状态显示E
endcase
end
assign loc = scan;
assign num = pin;
endmodule
四、测试文件
module test1;
//Inputs
reg clock;
reg reset;
//Outputs
wire [3:0] loc;
wire [7:0] num;
//时钟周期20ns
parameter PERIOD = 20;
//实例化
mo60 uut (
.clock(clock),
.reset(reset),
.loc(loc),
.num(num)
);
//时钟信号
always begin
clock = 1'b0;
#(PERIOD/2) clock = 1'b1;
#(PERIOD/2);
end
//初始状态
initial begin
clock = 1'b0;
reset = 1;
//复位信号持续500ns
#500;
reset = 0;
end
endmodule
五、波形仿真
1、i=0（计数间隔为1个cp），j=0（扫描间隔为1个cp）时的整体波形
clock：时钟，reset：清零，q1:计数器十位上显示的数字，q2:计数器个位上显示的数字，loc：4个数码管上的电平，num：数码管8个引脚上的电平。
2、i=0（计数间隔为1个cp），j=0（扫描间隔为1个cp）时的局部波形
以黄线时刻的波形为例，解释各变量的含义。q1=5，q0=8，表示数码管上显示的数字为58，loc=1101，表示十位上的数码管被点亮，num=01001001，表示除小数点外的各段均被点亮，即显示数字5。
由于非阻塞赋值，在进位处产生了长度为1个脉冲周期错误的状态（红色箭头所示）。
3、i=5（计数间隔为0.6us），j=3（扫描频率为6MHz）时的局部波形
当i增大到5时，正常状态所持续的时间远大于1个脉冲周期，错误状态的影响可以忽略不计。
由此可推知，当i=25（计数间隔为0.7s），j=19（扫描频率为100Hz）时，进位时产生的错误状态可以忽略不计，不影响计数器的功能。
六、创建时序约束和管脚约束
#Created by Constraints Editor (xc3s100e-cp132-4) - 2021/11/17
NET "clock" TNM_NET = "clock";
TIMESPEC TS_clock = PERIOD "clock" 20 ns HIGH 50 %;
# PlanAhead Generated physical constraints
NET "clock" LOC = B8;
NET "reset" LOC = P11;
NET "loc[3]" LOC = K14;
NET "loc[2]" LOC = M13;
NET "loc[1]" LOC = J12;
NET "loc[0]" LOC = F12;
NET "num[7]" LOC = L14;
NET "num[6]" LOC = H12;
NET "num[5]" LOC = N14;
NET "num[4]" LOC = N11;
NET "num[3]" LOC = P12;
NET "num[2]" LOC = L13;
NET "num[1]" LOC = M12;
NET "num[0]" LOC = N13;
七、生成.bit文件，下载到开发板
总结
没学过Verilog
绝望~