آموزش وریلاگ - جلسه 18 :

آموزش وریلاگ آموزش Verilog

این جلسه میخام به شمارنده ها بپردازم . شمارنده هارو هم میشه سطح گیت نوشت و هم سطح رفتاری ، که برای سطح گیت حتما باید دانش مدار منطقی داشته باشید . چون باید جدول حالت و کارنو رو تشکیل بدین و روی کاغذ شماتیک مدار شمارنده رو بدست بیارید و بعدش از روی شماتیک ، کد توصیف وریلاگ رو بنویسید .
مثلا شکل زیر شماتیک یه شمارنده است که از 0 تا 15 میشماره و با استفاده از فلیپ فلاپ نوع T ساخته شده .

برای توصیف این مدار ابتدا ماژول فلیپ فلاپ T رو کدنویسی میکنیم بعدش توی یه ماژول اصلی ، چهار بار فراخوانیش میکنیم . فلیپ فلاپ T کارش اینه که وقتی لبه کلاک اومد به ورودی T خودش نگاه میکنه اگه T صفر بود به خروجی دست نمیزنه (همون مقدار قبلی خودش) ولی اگه T یک بود ، مقدار خروجی رو معکوس یا نات میکنه :

 1-
 2-
 3-
 4-
 5-
 6-
 7- 
 8-
 9-
10-
11-
12-
13-
14-
15-
16- 
17-
18-
19-
20-
21-
22-
23-
24-

module TFF(
    input Clk,
    input Rst,
    input T,
    output reg Q,
    output Qp
    );  
	
    assign Qp=~Q;
 
    always @(posedge Clk or negedge Rst)
    begin 
	if (Rst==0)
	    Q=0;
	else 
	begin 
	    if (T==0)
		Q=Q;
	    else if (T==1)
		Q=~Q;
        end 
    end 
	
endmodule

خب این از کد فلیپ فلاپ که مشابه جلسات قبلی بود . حالا یه ماژول اصلی داریم که ورودیش فقط کلاک و ریست هست و خروجی هم سیگنال 4 بیتی F هستش . نکته اینکه توی تصویر هرچیزی که به رنگ آبی میبینید ورودی هست ، هرچیزی که صورتی هست خروجیه و تمام سیگنال های بنفش سیگنال های واسطه ای هستند .

 1-
 2-
 3-
 4-
 5-
 6-
 7- 
 8-
 9-
10-
11-
12-
13-
14-
15-
16- 
17-
18-

module Counter4(
    input Clk,
    input Rst,
    output [3:0] F
    ); 
	
wire [3:0] Qp;
wire w1,w2;

and(w1,F[0],F[1]);
and(w2,w1,F[2]);
	
TFF U0(.Clk(Clk),.Rst(Rst),.T(1'b1),.Q(F[0]),.Qp(Qp[0]));
TFF U1(.Clk(Clk),.Rst(Rst),.T(F[0]),.Q(F[1]),.Qp(Qp[1]));
TFF U2(.Clk(Clk),.Rst(Rst),.T(w1),.Q(F[2]),.Qp(Qp[2]));
TFF U3(.Clk(Clk),.Rst(Rst),.T(w2),.Q(F[3]),.Qp(Qp[3]));
	
endmodule

خب حالا طبق کد بالا ، دوتا گیت اَند که داشتیم رو تعریف کردیم و چهار بار هم فراخوانی فلیپ فلاپ T رو انجام دادیم . توی فلیپ فلاپ اول بجای ورودی T عدد 1 منطقی رو دادیم که معادل همون 5 وُلت توی تصویر هست . برای ورودی T بعدی سیگنال F[0] رو طبق تصویر دادیم و ورودی های بعدی هم w1 و w2 هستند که همون خروجی های گیت های اَند ما هستند. خروجی فلیپ فلاپ ها هم روی F[0] تا F[3] ریخته میشه . نکته اینکه در اینجا از سیگنال های Qp استفاده چندانی نشد فقط توی فراخوانی مقدار شون رو دریافت کردیم و ریختیم روی wire های Qp و بلااستفاده موند.

شکل بالا همون شمارنده بخش قبلی هست که قراره بصورت سطح رفتاری بنویسیم . یعنی یه شمارنده 4 بیتی که قراره 0 تا 15 بشماره :

 1-
 2-
 3-
 4-
 5-
 6-
 7- 
 8-
 9-
10-
11-
12-
13-
14-
15-

module Counter4(
    input Clk,
    input Rst,
    output reg [3:0] F
    ); 
	
    always @(posedge Clk or negedge Rst)
    begin
        if (Rst==0)
	    F=0;
        else
            F=F+1;    //F=F-1; , F=F+2; 
    end

endmodule

خیلی راحت اگه مدار ریست بود مقدار F=0 بشه و اگه مدار ریست نبود یدونه به F اضافه بشه به همین راحتی . حالا اگه خواستید یه شمارنده نزولی بسازید فقط کافیه بجای F+1 بنویسید F-1 تا هروقت لبه کلاک میاد یدونه از F کم بشه ، یا اگه خواستین دوتا دوتا بشمارین کافیه بنویسید F+2 .

خب حالا بیاین یه شمارنده بسازیم که یه ورودی X داره ، هر وقت این ورودی X مقدارش صفر بود ، شمارنده صعودی بشماره و هروقت ورودی X مقدارش یک شد ، شمارنده ما نزولی بشماره :

 1-
 2-
 3-
 4-
 5-
 6-
 7- 
 8-
 9-
10-
11-
12-
13-
14-
15-
16-
17-
18-
19-
20-
21-

module UpDownCounter(
    input Clk,
    input Rst,
    input X,
    output reg [3:0] F
    ); 
	
    always @(posedge Clk or negedge Rst)
    begin
        if (Rst==0)
	    F=0;
        else
        begin
            if (~X)
            F=F+1;
	    else if (X)
	    F=F-1;
        end
    end

endmodule

مثل کد قبلی فقط یه شرط به کد مون اضافه میکنیم که اگه X صفر بود F=F+1 بشه در غیر اینصورت F=F-1 بشه و شمارنده مون نزولی بشه . می بینید سطح رفتاری چقد آسونه ؟ حالا اگه سطح گیت بود باید کلی جدول و کارنو میزدیم تا به شماتیک مدار برسیم و بعدش تازه شروع کنیم به توصیف اون قطعات .

حالا یه شمارنده میخایم توصیف کنیم که از 3 بشماره تا 120 برای اینکار خروجی ما حتما باید 7 بیت یا بیشتر باشه که من کاملا دلبخواهی 8 بیتی در نظر گرفتم .

 1-
 2-
 3-
 4-
 5-
 6-
 7- 
 8-
 9-
10-
11-
12-
13-
14-
15-
16-
17-
18-
19-
20-

module Counter(
    input Clk,
    input Rst,
    output reg [7:0] F
    ); 
	
    always @(posedge Clk or negedge Rst)
    begin
        if (Rst==0)
	    F=3;
        else
        begin
            if (F < 120)
            F=F+1;
	    else if (F >= 120)
	    F=3;
        end
    end

endmodule

خب حالا کافیه بگیم توی لحظه ریست بجای اینکه خروجی 0 بشه ، خروجی ما 3 باشه تا شمارش از 3 شروع بشه و با اومدن کلاک هر دفعه یدونه به خروجی اضافه بشه ، البته با این شرط که خروجی به 120 نرسیده باشه ، اگه به 120 رسیده بود خروجی مجددا 3 بشه .

حالا فرض کنید بما گفتن شمارنده ای بسازید که دنباله اعداد 13 و 15 و 17 و 17 و 45 رو بشماره و مدام هم تکرار بشه . یه راهش اینه جدول حالت رسم کنیم و کلی کارنو بزنیم تا به شماتیک مدار برسیم و بعدش مدار رو توصیف کنیم اما میشه به روش سطح رفتاری عمل کرد :

 1-
 2-
 3-
 4-
 5-
 6-
 7- 
 8-
 9-
10-
11-
12-
13-
14-
15-
16-
17-
18-
19-
20-
21-
22-
23-
24-
25-
26-
27-
28-
29-
30-
31-
32-
33-

module Counter(
    input Clk,
    input Rst,
    output reg [7:0] F
    ); 
	
    reg [7:0] MEM [0:4];
    reg [2:0] i;

    always @(posedge Clk or negedge Rst)
    begin
        if (Rst==0)
        begin 
	    i=0;
	    MEM[0]=13;
	    MEM[1]=15;
	    MEM[2]=17;
	    MEM[3]=17;
	    MEM[4]=45;
        end 

        else
        begin
            if (i < 4)
            i=i+1;
	    else if (i >= 4)
	    i=0;
        end
		
	F=MEM[i];
    end

endmodule

راهی که به ذهن من رسید اینه که 5 تا متغییر تعریف کنم که همشون از یک بردار دوبعدی باشن ، چیزی شبیه به خونه های یک حافظه . وقتی مدار ریست بود یعنی در لحظه اولیه ، مقادیر این خونه هارو بذارم 13 و 15 و 17 و17 و 45 و یه متغییر i تعریف میکنم که هر بار کلاک میاد یدونه بهش اضافه بشه . خروجی شمارنده رو هم برابر i اُمین عددِ حافظه قرار میدم . یعنی ابتدا i من صفر خواهد بود خروجی من MEM[0] یعنی 13 خواهد بود ، بعدش هر بار یدونه به i اضافه میشه و خروجی شمارنده من میشه MEM[1] و MEM[2] و ... تا زمانی که i به 4 برسه ، چون MEM[5] نداریم وقتی که i چهار شد دفعه بعدی i رو صفر میکنیم تا مجددا از اول خونه های حافظه رو توی خروجی نمایش بده . دانلود فیلم جلسه