Verilog 学习第四节（从计数器到可控制线性序列机——LED实验进化六部曲）

一：让LED灯按照亮0.25s，灭0.75s的状态循环亮灭

源文件

module counter_led_0(input clk,input reset,output reg led);reg [25:0] cnt;parameter MCNT=50000000;always@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)cnt<=0;else if(cnt==MCNT-1)cnt<=0;else cnt<=cnt+1'b1;endalways@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)led<=0;else if(cnt==(MCNT/4+MCNT/2)-1)led<=1;else if(cnt==MCNT-1)led<=0;else led<=led;end
endmodule

测试文件

`timescale 1ns / 1nsmodule counter_led_0_tb();reg clk;reg reset_n;wire led;counter_led_0 counter_led_0(.clk(clk),.reset(reset_n),.led(led));defparam counter_led_0.MCNT=26'd25000;initial beginclk=0;endalways#10 clk=!clk;initial beginreset_n=0;#201;reset_n=1;#40000000;$stop;end
endmodule

仿真截图

收获：
1：用parameter定义变量的时候，对变量除以2还是很容易实现的，因为其对应的是一个常量的值，但是若是一个变量在过程中会实时变化的话直接/2是会有一些问题的~
2：需要这道题需要注意亮0.25s不代表是要在0的基础上计数到0.25s在变为1，而是在1的基础上保留的时间是0.25s，这里也是需要转过弯儿的地方~

二：让LED灯按照亮0.25s，灭0.5s，亮0.75s，灭1s的状态循环亮灭

源代码

module counter_led_1(input clk,input reset,output reg led);reg [26:0] cnt;parameter MCNT=125000000;always@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)cnt<=0;else if(cnt==MCNT-1)cnt<=0;else cnt<=cnt+1'b1;endalways@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)led<=1;else if(cnt==MCNT/10-1)led<=0;else if(cnt==MCNT/10+MCNT/5-1)led<=1;else if(cnt==(MCNT/10+MCNT/5)*2-1)led<=0;else if(cnt==MCNT-1)led<=1;elseled<=led;end
endmodule

仿真截图

收获
1：这里为了使亮灭计数好想，设置了复位状态时led灯为灭~

三：让LED灯按照指定的亮灭模式亮灭，亮灭模式未知，由用户随机指定。以0.25s为一个变化周期，8个变化状态为一个循环

源代码

//该模块的功能是让LED灯按照指定的亮灭模式亮灭，亮灭模式未知，由用户随机指定。以0.25s为一个变化周期，8个变化状态为一个循环module counter_led_2(input clk,input reset,input [7:0]ctrl,output reg led);reg [26:0] cnt;parameter MCNT=100000000;always@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)cnt<=0;else if(cnt==MCNT-1)cnt<=0;else cnt<=cnt+1'b1;endalways@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)led<=0;else if(cnt==MCNT/8-1)led<=ctrl[0];else if(cnt==MCNT*2/8-1)led<=ctrl[1];else if(cnt==MCNT*3/8-1)led<=ctrl[2];else if(cnt==MCNT*4/8-1)led<=ctrl[3];else if(cnt==MCNT*5/8-1)led<=ctrl[4];else if(cnt==MCNT*6/8-1)led<=ctrl[5];else if(cnt==MCNT*7/8-1)led<=ctrl[6];else if(cnt==MCNT*8/8-1)led<=ctrl[7];else led<=led;end
endmodule

测试文件

`timescale 1ns / 1nsmodule counter_led_2_tb();reg clk;reg reset_n;reg [7:0]ctrl;wire led;counter_led_2 counter_led_2(.clk(clk),.reset(reset_n),.ctrl(ctrl),.led(led));defparam counter_led_2.MCNT=100000;initial beginclk=0;endalways#10 clk=!clk;initial beginreset_n=0;ctrl=0;#201;reset_n=1;#200;ctrl=8'b1001_0001;#40000000;$stop;end
endmodule

仿真图

四：让LED灯按照指定的亮灭模式亮灭，亮灭模式未知，由用户随机指定。8个变化状态为一个循环，每个变化状态的时间值可以根据不同的应用场景选择

思路：在原有的基础上因为时间是用户自己设定的，所以设置times变量作为输入，因为MCNT变量以往都是固定值，但是times会随时变化，所以这里就又定义了一个cnt2记到1——8，每到一个值灯就会反应出对应的亮度
源代码

//该模块的功能是让LED灯按照指定的亮灭模式亮灭，亮灭模式未知，由用户随机指定。8个变化状态为一个循环，每个变化状态的时间值可以根据不同的应用场景选择module counter_led_3(input clk,input reset,input [31:0]times,input [7:0]ctrl,output reg led);reg [31:0] cnt;always@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)cnt<=0;else if(cnt==times-1)cnt<=0;else cnt<=cnt+1'b1;endreg [2:0]cnt2;always@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)cnt2<=3'b0;else if(cnt==times-1)cnt2<=cnt2+1;endalways@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)led<=0;else begincase(cnt2)0:led<=ctrl[0];1:led<=ctrl[1];2:led<=ctrl[2];3:led<=ctrl[3];4:led<=ctrl[4];5:led<=ctrl[5];6:led<=ctrl[6];  7:led<=ctrl[7];    default led<=led;endcaseendend
endmodule

测试文件

`timescale 1ns / 1nsmodule counter_led_3_tb();reg clk;reg reset_n;reg [7:0]ctrl;reg [31:0]times;wire led;counter_led_3 counter_led_3(.clk(clk),.reset(reset_n),.ctrl(ctrl),.times(times),.led(led));initial beginclk=0;endalways#10 clk=!clk;initial beginreset_n=0;ctrl=0;times=0;#201;reset_n=1;#200;ctrl=8'b1001_0001;#201;times=2500;#2000001;times=25000;#400000000;$stop;end
endmodule

仿真截图

五：让多个LED灯按照设置的模式各自在一个变化循环内独立亮灭变化

答：在四的基础上增加led的位宽，以及设置多个控制信号进行赋值

module counter_led_5(Clk,Reset_n,CtrlA,CtrlB,Time,Led
);input Clk;input Reset_n;input [7:0]CtrlA;input [7:0]CtrlB;input [31:0]Time;output reg [1:0]Led;reg [31:0]counter;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)if(!Reset_n)counter <= 0;else if(counter == Time - 1)counter <= 0;elsecounter <= counter + 1'b1;reg [2:0]counter2;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)if(!Reset_n) counter2 <= 0; else if(counter == Time - 1)counter2 <= counter2 + 1'b1;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)if(!Reset_n)Led <= 2'd0;else case(counter2)0:begin Led[0] <= CtrlA[0]; Led[1] <= CtrlB[0]; end1:begin Led[0] <= CtrlA[1]; Led[1] <= CtrlB[1]; end2:begin Led[0] <= CtrlA[2]; Led[1] <= CtrlB[2]; end3:begin Led[0] <= CtrlA[3]; Led[1] <= CtrlB[3]; end4:begin Led[0] <= CtrlA[4]; Led[1] <= CtrlB[4]; end5:begin Led[0] <= CtrlA[5]; Led[1] <= CtrlB[5]; end6:begin Led[0] <= CtrlA[6]; Led[1] <= CtrlB[6]; end7:begin Led[0] <= CtrlA[7]; Led[1] <= CtrlB[7]; enddefault:begin Led[0] <= Led; Led[1] <= Led[1]; endendcaseendmodule

测试文件

`timescale 1ns/1nsmodule counter_led_5_tb;reg Clk;reg Reset_n;reg [7:0]CtrlA,CtrlB;reg [31:0]Time;wire [1:0]Led;counter_led_5 counter_led_5(.Clk(Clk),.Reset_n(Reset_n),.CtrlA(CtrlA),.CtrlB(CtrlB),.Time(Time),.Led(Led));initial Clk = 1;always #10 Clk = !Clk;initial beginReset_n = 0;CtrlA = 0;CtrlB = 0;Time = 0;#201;Reset_n = 1;#2000;Time = 2500;CtrlA = 8'b1000_0110;CtrlB = 8'b1101_0010;#20000000;  Time = 25000;CtrlA = 8'b1010_0110;CtrlB = 8'b1100_1010;#20000000;    $stop;endendmodule

六：每隔10ms，让LED灯的一个8状态循环执行一次（每个状态的变化时间值小一点，方便测试，比如设置为10us）

最开始自己的理解是在8个循环之后间隔10ms，所以才有了以下代码的理解，但是后来才懂原来周期是10msemmm有些许思想出路

注：以下代码的逻辑思想正确，即在原有计数的基础上又加了一个整体的计数周期=8*times+10ms，但是这里的8需要对输入变量做乘法，在运算时很有可能一个周期运算不出来，就会出现一些错误，所以这里还是要谨慎的使用；（小梅哥采用的是设置en进行控制，自己没有写出来，这里看完他的代码后自行默写了一下~）

//该模块的功能是每隔10ms，让LED灯的一个8状态循环执行一次（每个状态的变化时间值小一点，方便测试，比如设置为10us）module counter_led_4(input clk,input reset,input [31:0]times,input [7:0]ctrl,output reg led);reg [31:0] cnt;reg en;//设置使能，只有在en为1的时候parameter count=5000;always@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)cnt<=0;else if(cnt==times-1)cnt<=0;else cnt<=cnt+1'b1;endreg [2:0]cnt2;always@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)cnt2<=3'b0;else if(cnt==times-1)cnt2<=cnt2+1;endreg [35:0] cnt3;always@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)cnt3<=0;else if(cnt3==times*8-1+count)cnt3<=0;else cnt3<=cnt3+1'b1;endalways@(posedge clk or negedge reset)beginif(!reset)led<=0;else if(cnt3<=8*times-1)begincase(cnt2)0:led<=ctrl[0];1:led<=ctrl[1];2:led<=ctrl[2];3:led<=ctrl[3];4:led<=ctrl[4];5:led<=ctrl[5];6:led<=ctrl[6];  7:led<=ctrl[7];    default led<=led;endcaseendelse if(cnt3<=8*times-1+count)beginled<=0;endend
endmodule

`timescale 1ns / 1nsmodule counter_led_4_tb();reg clk;reg reset_n;reg [7:0]ctrl;reg [31:0]times;wire led;counter_led_4 counter_led_4(.clk(clk),.reset(reset_n),.ctrl(ctrl),.times(times),.led(led));initial beginclk=0;endalways#10 clk=!clk;initial beginreset_n=0;ctrl=0;times=0;#201;reset_n=1;#200;ctrl=8'b1001_0001;#201;times=2500;#2000001;times=25000;#40000000;$stop;end
endmodule

小梅哥的官方源码

module counter_led_4(Clk,Reset_n,Ctrl,Time,Led
);input Clk;input Reset_n;input [7:0]Ctrl;input [31:0]Time;output reg Led;reg [31:0]counter;reg EN;reg [18:0]counter0;//10ms���ڶ�ʱ��always@(posedge Clk or negedge Reset_n)if(!Reset_n)counter0 <= 0;else if(counter0 == 500000 - 1)counter0 <= 0;elsecounter0 <= counter0 + 1'b1;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)if(!Reset_n)EN <= 0;else if(counter0 == 0)EN <= 1;else if((counter2 == 7) && (counter == Time - 1))EN <= 0;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)if(!Reset_n)counter <= 0;else if(EN)beginif(counter == Time - 1)counter <= 0;elsecounter <= counter + 1'b1;endelsecounter <= 0;reg [3:0]counter2;always@(posedge Clk or negedge Reset_n)if(!Reset_n) counter2 <= 0; else if(EN)beginif(counter == Time - 1)counter2 <= counter2 + 1'b1;endelsecounter2 <= 4'd8;     always@(posedge Clk or negedge Reset_n)if(!Reset_n)Led <= 0;else case(counter2)0:Led <= Ctrl[0];1:Led <= Ctrl[1];2:Led <= Ctrl[2];3:Led <= Ctrl[3];4:Led <= Ctrl[4];5:Led <= Ctrl[5];6:Led <= Ctrl[6];7:Led <= Ctrl[7];8:Led <= 0;default:Led <= Led;endcaseendmodule

测试文件

`timescale 1ns / 1nsmodule counter_led_4_tb();reg clk;reg reset_n;reg [7:0]ctrl;reg [31:0]times;wire led;counter_led_4 counter_led_4(.Clk(clk),.Reset_n(reset_n),.Ctrl(ctrl),.Time(times),.Led(led));initial beginclk=0;endalways#10 clk=!clk;initial beginreset_n=0;ctrl=0;times=0;#201;reset_n=1;#2000;ctrl=8'b1000_0111;times=2500;#20000001;times=25000;ctrl=8'b1010_0110;#20000000;$stop;end
endmodule

仿真截图

收获：
1：锻炼了自己分析波形的能力，自己调试，最初小梅哥的代码在间隔10ms的时间里会一直保持ctrl[0]的状态，让波形看的很乱，找不到是什么时候开始算起的，于是我对counter2进行计数更改，当当前处于不计数的状态时，不为0.因为为0 的话需要在后面case循环中进行判断等于ctrl[0]，于是我把不计数的状态设为不在判断范围内的8，使其为0，这样使得波形比较规律易懂
2：学会了添加模块中其他参数的方法，好开心~，这样查错就更容易了