本(běn)节(jié)的(de)文(wén)檔編号(hào)：001100000062
需要(yào)看(kàn)对(duì)應(yìng)的(de)視頻，請點(diǎn)擊視頻編号(hào)：001100000069
1、本(běn)节(jié)主(zhǔ)要(yào)介紹，时(shí)序邏輯的(de)代(dài)碼，一(yī)般有(yǒu)两(liǎng)種(zhǒng)：同(tóng)步複位时(shí)序邏輯和(hé)异(yì)步複位时(shí)序邏輯（本(běn)教学統一(yī)采用(yòng)异(yì)步时(shí)鐘(zhōng)邏輯）；D型觸發(fà)器的(de)介紹，包(bāo)括：D觸發(fà)器的(de)結構、波(bō)形、代(dài)碼以(yǐ)及(jí)如(rú)何看(kàn)FPGA波(bō)形；时(shí)鐘(zhōng)的(de)介紹，时(shí)鐘(zhōng)的(de)意(yì)義，时(shí)鐘(zhōng)頻率和(hé)时(shí)鐘(zhōng)周期(qī)的(de)換算；时(shí)序邏輯代(dài)碼和(hé)硬(yìng)件(jiàn)的(de)關(guān)系(xì)，即評估verilog代(dài)碼好(hǎo)壞的(de)最(zuì)基本(běn)标(biāo)準，不(bù)是(shì)看(kàn)代(dài)碼行數而(ér)是(shì)看(kàn)硬(yìng)件(jiàn)；阻塞賦值和(hé)非(fēi)阻塞賦值，前(qián)者(zhě)位順序賦值，後(hòu)者(zhě)位同(tóng)时(shí)賦值。
2、这(zhè)是(shì)ALTERA和(hé)VIVADO文(wén)檔
6.2 D觸發(fà)器
數字(zì)電(diàn)路(lù)中(zhōng)介紹了(le)多(duō)種(zhǒng)觸發(fà)器，如(rú)JK觸發(fà)器、D觸發(fà)器、RS觸發(fà)器、T觸發(fà)器等。在(zài)FPGA中(zhōng)使用(yòng)的(de)是(shì)最(zuì)簡單的(de)觸發(fà)器——D觸發(fà)器。
图(tú)1.3- 37是(shì)D觸發(fà)器的(de)結構图(tú)，读(dú)者(zhě)可(kě)以(yǐ)将其視为(wèi)一(yī)个(gè)芯片(piàn)，該芯片(piàn)擁有(yǒu)4个(gè)管(guǎn)脚，其中(zhōng)3个(gè)是(shì)輸入(rù)管(guǎn)脚：时(shí)鐘(zhōng)clk、複位rst_n、信(xìn)号(hào)d；1个(gè)是(shì)輸出(chū)管(guǎn)脚：q。
該芯片(piàn)的(de)功能(néng)如(rú)下(xià)：當給(gěi)管(guǎn)脚rst_n給(gěi)低電(diàn)平（複位有(yǒu)效），即賦值为(wèi)0时(shí)，輸出(chū)管(guǎn)脚q处于(yú)低電(diàn)平狀态。如(rú)果(guǒ)管(guǎn)脚rst_n为(wèi)高(gāo)電(diàn)平，則观察管(guǎn)脚clk的(de)狀态，當clk信(xìn)号(hào)由(yóu)0變(biàn)1即处于(yú)上(shàng)升(shēng)沿的(de)时(shí)候，将此(cǐ)时(shí)d的(de)值賦給(gěi)q。若d是(shì)低電(diàn)平，則q也(yě)是(shì)低電(diàn)平；若d是(shì)高(gāo)電(diàn)平，則q也(yě)是(shì)高(gāo)電(diàn)平。
6.2.2D觸發(fà)器波(bō)形
图(tú)1.3- 38为(wèi)D觸發(fà)器的(de)功能(néng)波(bō)形图(tú)，該波(bō)形图(tú)反(fǎn)映了(le)D觸發(fà)器各(gè)个(gè)信(xìn)号(hào)的(de)變(biàn)化(huà)情(qíng)況，從左(zuǒ)到(dào)右(yòu)表(biǎo)示时(shí)間(jiān)的(de)走(zǒu)勢。從图(tú)中(zhōng)可(kě)以(yǐ)看(kàn)到(dào)时(shí)鐘(zhōng)信(xìn)号(hào)有(yǒu)規律地(dì)進(jìn)行高(gāo)低變(biàn)化(huà)。
按照從左(zuǒ)向(xiàng)右(yòu)的(de)順序观察波(bō)形图(tú)可(kě)以(yǐ)發(fà)現(xiàn)：
? 開(kāi)始狀态下(xià)，rst_n等于(yú)1，d等于(yú)0，q等于(yú)1。
? 随後(hòu)rst_n由(yóu)1變(biàn)0，此(cǐ)时(shí)輸出(chū)信(xìn)号(hào)q立即變(biàn)成(chéng)0。对(duì)應(yìng)的(de)功能(néng)是(shì)：當給(gěi)管(guǎn)脚rst_n低電(diàn)平，也(yě)就(jiù)是(shì)賦值为(wèi)0时(shí)，輸出(chū)管(guǎn)脚q处于(yú)低電(diàn)平狀态。
? 在(zài)rst_n为(wèi)0期(qī)間(jiān)，即使在(zài)有(yǒu)时(shí)鐘(zhōng)或(huò)信(xìn)号(hào)d發(fà)生(shēng)變(biàn)化(huà)的(de)情(qíng)況下(xià)q仍然保持(chí)为(wèi)低電(diàn)平。
? 在(zài)rst_n由(yóu)0變(biàn)成(chéng)1撤消複位後(hòu)，q沒(méi)有(yǒu)立刻發(fà)生(shēng)變(biàn)化(huà)。
? 在(zài)第(dì)4个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿时(shí)，此(cǐ)时(shí)rst_n等于(yú)1，而(ér)d等于(yú)1，因(yīn)此(cǐ)q變(biàn)成(chéng)了(le)1。
? 第(dì)5个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿，仍然是(shì)同(tóng)樣(yàng)情(qíng)況，rst_n=1，d=1，因(yīn)此(cǐ)q=1。
? 在(zài)第(dì)6个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿，rst_n=1，d=0，因(yīn)此(cǐ)q=0。
? 第(dì)7~10个(gè)时(shí)鐘(zhōng)沿也(yě)是(shì)按同(tóng)樣(yàng)方(fāng)式判斷。对(duì)應(yìng)的(de)功能(néng)是(shì)：如(rú)果(guǒ)管(guǎn)脚rst_n为(wèi)高(gāo)電(diàn)平，則观察管(guǎn)脚clk，在(zài)clk由(yóu)0變(biàn)1即上(shàng)升(shēng)沿的(de)时(shí)候，将現(xiàn)在(zài)d的(de)值賦給(gěi)q。若d是(shì)低電(diàn)平，q也(yě)是(shì)低電(diàn)平；若d是(shì)高(gāo)電(diàn)平，q也(yě)是(shì)高(gāo)電(diàn)平。
6.2.3 D觸發(fà)器代(dài)碼
首先(xiān)，观察如(rú)下(xià)这(zhè)段(duàn)时(shí)序邏輯的(de)代(dài)碼：
從語(yǔ)法上(shàng)分(fēn)析該段(duàn)代(dài)碼的(de)功能(néng)为(wèi)：該段(duàn)代(dài)碼總(zǒng)是(shì)在(zài)“时(shí)鐘(zhōng)clk上(shàng)升(shēng)沿或(huò)者(zhě)複位rst_n下(xià)降沿”的(de)时(shí)候執行一(yī)次(cì)。具體(tǐ)執行方(fāng)式如(rú)下(xià)：
1. 如(rú)果(guǒ)複位rst_n=0，則q的(de)值为(wèi)0；
2. 如(rú)果(guǒ)複位rst_n=1，則将d的(de)值賦給(gěi)q（注意(yì)，前(qián)提(tí)条(tiáo)件(jiàn)是(shì)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿的(de)时(shí)候）。
上(shàng)例的(de)功能(néng)與(yǔ)本(běn)案(àn)例的(de)功能(néng)是(shì)相同(tóng)的(de)：當給(gěi)管(guǎn)脚rst_n給(gěi)低電(diàn)平，也(yě)就(jiù)是(shì)賦值为(wèi)0时(shí)，輸出(chū)管(guǎn)脚q就(jiù)处于(yú)低電(diàn)平狀态。如(rú)果(guǒ)管(guǎn)脚rst_n为(wèi)高(gāo)電(diàn)平則观察管(guǎn)脚clk，在(zài)clk由(yóu)0變(biàn)1即上(shàng)升(shēng)沿的(de)时(shí)候，将現(xiàn)在(zài)d的(de)值賦給(gěi)q，d是(shì)低電(diàn)平，q也(yě)是(shì)低電(diàn)平，d是(shì)高(gāo)電(diàn)平，q也(yě)是(shì)高(gāo)電(diàn)平。
因(yīn)此(cǐ)可(kě)以(yǐ)看(kàn)出(chū)这(zhè)段(duàn)代(dài)碼的(de)功能(néng)與(yǔ)D觸發(fà)器的(de)功能(néng)是(shì)一(yī)樣(yàng)的(de)，即該代(dài)碼其实就(jiù)是(shì)在(zài)描述一(yī)个(gè)D觸發(fà)器，也(yě)就(jiù)是(shì)D觸發(fà)器的(de)代(dài)碼。
前(qián)文(wén)中(zhōng)已經(jīng)講过(guò)在(zài)FPGA設計(jì)中(zhōng)可(kě)以(yǐ)用(yòng)原理图(tú)的(de)形式来(lái)設計(jì)，也(yě)可(kě)以(yǐ)用(yòng)硬(yìng)件(jiàn)描述語(yǔ)言来(lái)設計(jì)。當用(yòng)原理图(tú)来(lái)設計(jì)时(shí)幾(jǐ)个(gè)D觸發(fà)器還(huán)可(kě)以(yǐ)忍受，但如(rú)果(guǒ)出(chū)現(xiàn)幾(jǐ)千(qiān)幾(jǐ)万(wàn)个(gè)D觸發(fà)器則必定(dìng)是(shì)头(tóu)暈眼(yǎn)花，而(ér)用(yòng)硬(yìng)件(jiàn)描述語(yǔ)言Verilog則不(bù)存在(zài)这(zhè)一(yī)問(wèn)題(tí)。
下(xià)面(miàn)来(lái)讨論如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示的(de)波(bō)形，先(xiān)請读(dú)者(zhě)观察在(zài)第(dì)4个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿的(de)时(shí)刻，思(sī)考一(yī)下(xià)此(cǐ)时(shí)看(kàn)到(dào)的(de)信(xìn)号(hào)q的(de)值是(shì)多(duō)少(shǎo)？是(shì)0還(huán)是(shì)1？或(huò)者(zhě)观察到(dào)的(de)是(shì)q的(de)上(shàng)升(shēng)沿？
首先(xiān)明(míng)确一(yī)點(diǎn)：Verilog代(dài)碼对(duì)應(yìng)的(de)是(shì)硬(yìng)件(jiàn)，因(yīn)此(cǐ)應(yìng)該從硬(yìng)件(jiàn)的(de)角(jiǎo)度(dù)来(lái)分(fēn)析这(zhè)个(gè)問(wèn)題(tí)。再来(lái)理清(qīng)一(yī)下(xià)代(dài)碼的(de)因(yīn)果(guǒ)關(guān)系(xì)：先(xiān)有(yǒu)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿，此(cǐ)为(wèi)因(yīn)，然後(hòu)再将d的(de)值賦給(gěi)q，这(zhè)才是(shì)結果(guǒ)。这(zhè)个(gè)因(yīn)果(guǒ)是(shì)有(yǒu)先(xiān)後(hòu)關(guān)系(xì)的(de)，对(duì)于(yú)硬(yìng)件(jiàn)来(lái)说(shuō)这(zhè)个(gè)“先(xiān)後(hòu)”无論是(shì)多(duō)麼(me)地(dì)迅速，也(yě)一(yī)定(dìng)会(huì)占用(yòng)一(yī)定(dìng)时(shí)間(jiān)，所(suǒ)以(yǐ)q的(de)變(biàn)化(huà)会(huì)稍後(hòu)于(yú)clk的(de)上(shàng)升(shēng)沿。例如(rú)下(xià)图(tú)就(jiù)是(shì)硬(yìng)件(jiàn)的(de)实際變(biàn)化(huà)情(qíng)況。
图(tú)1.3- 40中(zhōng)就(jiù)很容易看(kàn)出(chū)，第(dì)4个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿时(shí)刻对(duì)應(yìng)的(de)q值为(wèi)0，也(yě)就(jiù)是(shì)變(biàn)化(huà)前(qián)的(de)值。上(shàng)面(miàn)的(de)波(bō)形虽然更(gèng)将近(jìn)于(yú)实際，但这(zhè)樣(yàng)画(huà)图(tú)使这(zhè)一(yī)过(guò)程非(fēi)常複雜，且非(fēi)必要(yào)操作。因(yīn)此(cǐ)笔(bǐ)者(zhě)給(gěi)出(chū)的(de)建議是(shì)只(zhī)需掌握这(zhè)種(zhǒng)看(kàn)波(bō)形規則，即时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿看(kàn)信(xìn)号(hào)，是(shì)看(kàn)到(dào)變(biàn)化(huà)之前(qián)的(de)值。
所(suǒ)以(yǐ)第(dì)4个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿时(shí)，看(kàn)到(dào)q值为(wèi)0；在(zài)第(dì)6个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿时(shí)，看(kàn)到(dào)q值为(wèi)1；在(zài)第(dì)7个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿时(shí)，看(kàn)到(dào)q值为(wèi)0；在(zài)第(dì)8个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿时(shí)，看(kàn)到(dào)q值为(wèi)1；在(zài)第(dì)10个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿时(shí)，看(kàn)到(dào)q值为(wèi)0。注意(yì)一(yī)下(xià)，複位信(xìn)号(hào)是(shì)在(zài)系(xì)統開(kāi)始时(shí)刻或(huò)者(zhě)出(chū)現(xiàn)异(yì)常时(shí)才使用(yòng)，一(yī)般上(shàng)電(diàn)後(hòu)就(jiù)不(bù)会(huì)再次(cì)進(jìn)行複位，也(yě)可(kě)以(yǐ)認为(wèi)複位是(shì)一(yī)種(zhǒng)特(tè)殊情(qíng)況。
下(xià)面(miàn)考慮正(zhèng)常使用(yòng)的(de)情(qíng)況：无論是(shì)從功能(néng)上(shàng)還(huán)是(shì)波(bō)形上(shàng)，都可(kě)以(yǐ)看(kàn)到(dào)信(xìn)号(hào)q只(zhī)在(zài)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿才變(biàn)化(huà)，而(ér)絕对(duì)不(bù)会(huì)在(zài)中(zhōng)間(jiān)發(fà)生(shēng)變(biàn)化(huà)。在(zài)一(yī)般的(de)數字(zì)系(xì)統中(zhōng)大部(bù)分(fēn)信(xìn)号(hào)之間(jiān)的(de)傳遞都是(shì)在(zài)同(tóng)一(yī)个(gè)时(shí)鐘(zhōng)下(xià)進(jìn)行的(de)，即大部(bù)分(fēn)都是(shì)同(tóng)步電(diàn)路(lù)。跨时(shí)鐘(zhōng)的(de)電(diàn)路(lù)占比非(fēi)常小，屬于(yú)特(tè)殊的(de)异(yì)步電(diàn)路(lù)。在(zài)本(běn)教材中(zhōng)，如(rú)果(guǒ)沒(méi)有(yǒu)提(tí)前(qián)说(shuō)明(míng)所(suǒ)有(yǒu)的(de)案(àn)例、練習都默認为(wèi)同(tóng)步電(diàn)路(lù)。
下(xià)面(miàn)具體(tǐ)分(fēn)析每个(gè)时(shí)鐘(zhōng)下(xià)q信(xìn)号(hào)的(de)情(qíng)況：
在(zài)rst_n由(yóu)1變(biàn)0时(shí)，q立刻變(biàn)成(chéng)0。
在(zài)第(dì)2个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿，看(kàn)到(dào)rst_n为(wèi)0。按代(dài)碼功能(néng)，q仍然为(wèi)0。
在(zài)第(dì)3个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿，看(kàn)到(dào)rst_n为(wèi)0。按代(dài)碼功能(néng)，q仍然为(wèi)0。
在(zài)第(dì)4个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿，看(kàn)到(dào)rst_n为(wèi)1，d值为(wèi)1，q值为(wèi)0。按代(dài)碼功能(néng)，q變(biàn)成(chéng)1。
在(zài)第(dì)5个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿，看(kàn)到(dào)rst_n为(wèi)1，d值为(wèi)1，q值为(wèi)1。按代(dài)碼功能(néng)，q變(biàn)成(chéng)1。
在(zài)第(dì)6个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿，看(kàn)到(dào)rst_n为(wèi)1，d值为(wèi)0，q值为(wèi)1。按代(dài)碼功能(néng)，q變(biàn)成(chéng)0。
在(zài)第(dì)7个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿，看(kàn)到(dào)rst_n为(wèi)1，d值为(wèi)1，q值为(wèi)0。按代(dài)碼功能(néng)，q變(biàn)成(chéng)1。
在(zài)第(dì)8个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿，看(kàn)到(dào)rst_n为(wèi)1，d值为(wèi)0，q值为(wèi)1。按代(dài)碼功能(néng)，q變(biàn)成(chéng)0。
在(zài)第(dì)9个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿，看(kàn)到(dào)rst_n为(wèi)1，d值为(wèi)0，q值为(wèi)0。按代(dài)碼功能(néng)，q變(biàn)成(chéng)0。
在(zài)第(dì)10个(gè)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿，看(kàn)到(dào)rst_n为(wèi)1，d值为(wèi)1，q值为(wèi)0。按代(dài)碼功能(néng)，q變(biàn)成(chéng)1。
相關(guān)視頻：https://www.bilibili.com/video/BV1yf4y1R7gH?p=23
