Verilog HDL FPGA 计数器的设计及流水灯设计。

          计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。

项目一：实现一个简单的1到9的计数器。

项目分析：假设FPGA的晶振为50HZ，相当于1秒有50M次时钟周期，故计数一次的时间为1/50000000=20ns，若想计时1秒，故计数器要一直累加到50000000-1次，即可以达到想要的效果。

根据简单的时序图可以知道，若设计1到9的简单计数器，每当累加到9的时候要清0一次。故程序编写如下：

module jishuqi(
input wire      sclk ,
input wire      rst_n,

output reg[3:0] cnt
);
[e-mail](posedge sclk)
begin
	if(rst_n==1'b0)
		cnt <= 1'b0 ;
	else if(cnt == 9)
		cnt <= 1'b0 ;
	else 
		cnt <= cnt + 1'b1 ;
end

endmodule

如想编写其他范围的计数器，只要在else if（cnt == n）更改n的值就可以编写使用！

下面是modelsim仿真结果,方便大家能更好的理解：

 

项目二：用FPGA Verilog HDL 实现流水灯功能。

首先先讲解一下区分LED灯共阳极和共阴极：
           共阴极公共端接阴极，高电平有效（灯亮），共阴极数码管内部发光二极管的阴极(负极)都联在一起,此数码管阴极(负极)在外部只有一个引脚。

        共阳极公共端接阳极，低电平有效（灯亮）， 共阳极数码管内部发光二极管的阳极(正极)都联在一起,此数码管阳极(正极)在外部只有一个引脚。

项目分析：首先定义4位宽的LED灯，查看FPGA电路原理图，确认LED是共阴极还是共阳极。本次设计是以共阴极，首先初始状态先让一个灯亮，故4个LED的逻辑为0001，我们想达到一个流水灯的功能故让最后一个灯向前每次位移1位，效果就是0010,0100,1000。当灯为1000时再位移一次就会变成10000，因为位宽是4位，所以会默认低4位0000（全灭）。所以当灯为1000时我们令它变成0001状态，到这一步很多人就会觉得流水灯应该可以呈现出来了，但是真正完成这一步是不够的，完成这一部最后的现象是4个LED灯全亮（可以自己尝试一下）。我们的人眼的频率大约是24HZ左右，因为是用的50HZ的FPGA板，相当于每次灯亮一次所用的时间只有20ns，故会产生余晖效应，看到的现象是全亮的现象。所以前面设计的项目一，计数器便发挥到了作用。我们可以令计数器计时到50000000-1次，相当于1秒，1秒位移1位。

根据分析的时序图可以知道，当LED为4‘b1000时，我们让它等于4‘b0001’’，故代码如下：

module water_led (
input  wire        sclk  ,
input  wire        rst_n ,

output reg  [3:0]  led_o  

);

reg  [25:0] cnt ;  //26位宽

//计时器模块
[e-mail](posedge sclk or negedge rst_n)
begin
	if(rst_n==1'b0)
		cnt <= 1'b0 ;
	else if(cnt == 50000000-1)
		cnt <= 1'b0 ;
	else 
		cnt <= cnt + 1'b1 ;
end


//流水灯模块
[e-mail](posedge sclk or negedge rst_n)begin
	if(rst_n == 1'b0 )
		led_o <= 4'b0001  ;
	else if (led == 4'b1000 && cnt == 50000000-1)
		led_o <= 4'b0001  ;
	else if (cnt == 50000000-1)
		led_o <= led_o << 1'b1 ;
end


endmodule		

下面有一个简单的编程方式，用位拼接的方式可以改写一下流水灯模块。

//流水灯模块
[e-mail](posedge sclk or negedge rst_n)begin
    if(rst_n == 1'b0 )
        led_o <= 4'b0001  ;
    else if (cnt == 50000000-1)
        led_o<={ led_o[2:0],led_o[3] } ;  
end

用位拼接进行循环位移。

循环右移：LED<={LED[0],LED[3:1]};

循环左移：LED<={LED[2:0],LED[3]};

举例：1000 0100 0010 0001  每次将前三位赋值到低位，将第四位赋值到高位。可以自行理解一下，动手画一下。

 

项目番外篇：

      可以加一个标志位flag来实现 双向流水灯的实验。

番外篇的双向流水灯项目就不细讲了，有兴趣的朋友可以自己试一下就好。

下面是仿真图：

放大后的仿真图：

该项目只是为了让新手方便理解以及我的学弟学妹们方便学习，欢迎大家交流，未经允许，请勿盗用，谢谢！