常用数字器件的描述-时序逻辑器件的描述

锁存器与触发器

寄存器与移位寄存器

分频器及其应用

偶分频器

奇分频器

半整数分频器

分频器的应用

锁存器与触发器

锁存器与触发器是两种最基本的存储电路。锁存器是电平敏感器件，而触发器是边沿触发器件。为了使用灵活方便，商品化的锁存器/触发器都附加有复位端（和置位端），分为异步复位和同步复位两类。

描述具有异步复位功能的JK触发器的Verilog代码参考如下：

module JKFF_async_rst(clk,rst_n,j,k,q);input clk,rst_n;input j,k;output reg q;always @( posedge clk or negedge rst_n )if ( !rst_n )     // 低电平有效q <= 1'b0;else

描述具有异步复位功能的D触发器的Verilog代码参考如下:

module DFF_async_rst(clk,rst_n,d,q);input clk,rst_n,d;output reg q;always @( posedge clk or negedge rst_n )if ( !rst_n )q <= 1'b0;  elseq <= d;
endmodule

描述具有同步复位功能的D触发器的Verilog代码参考如下:

module DFF_sync_rst(clk,rst_n,d,q);input clk,rst_n,d;output reg q;always @ ( posedge clk )if ( !rst_n )q <= 1'b0;  elseq <= d;
endmodule

寄存器与移位寄存器

74HC573是8位三态寄存器，内部由D锁存器构成，在微处理器/控制器系统中用于数据或者地址信号的锁定。

 module HC573(d,le,oe_n,q);input [7:0] d;input le,oe_n;output wire [7:0] q;// 定义内部变量reg [7:0] qtmp;                  // 三态输出assign q = (!oe_n)? qtmp : 8'bz;  // 锁存过程always @( d, le )                  if ( le ) qtmp <= d;
endmodule

74HC194是四位双向移位寄存器，具有异步复位，同步左移/右移、并行输入和保持功能。

module HC194(clk,rd_n,s,din,dil,dir,q);input clk,rd_n,dil,dir;input [0:3] din;input [1:0] s;output reg [0:3] q;// 功能描述always @(posedge clk or negedge rd_n)           if (!rd_n) q <= 4'b0000;else case (s)2'b01: // 右移q[0:3] <= {dir,q[0:2]};  2'b10: // 左移q[0:3] <= {q[1:3],dil};   2'b11: // 并行输入q <= din;                    default: // 保持q <= q;                                                       endcaseendmodule

74HC160/162为常用的同步十进制计数器，74HC161/163为常用的同步十六进制计数器。74HC160/161/162/163的管脚排列完全相同，不同的是，74HC160/161具有异步复位功能，74HC162/163具有同步复位功能

 module HC160(clk,rd_n,ld_n,ep,et,d,q,co);input clk,rd_n,ld_n,ep,et;input [3:0] d;output reg [3:0] q;output wire co;// 进位逻辑assign co = (( q == 4'b1001 ) & et );      // 计数过程always @( posedge clk or negedge rd_n )  if ( !rd_n ) q <= 4'b0000;else if ( !ld_n )   q <= d;else if ( ep & et )if ( q == 4'b1001 )  q <= 4'b0000;  else   q <= q + 1'b1; endmodule

74HC191是单时钟16进制加/减计数器，其中U'/D是计数方式控制端，当U'/D=0时实现加法计数，U'/D＝1时实现减法计数。进/借位信号C/B在进行加法计数时，在状态“1111”输出进位信号，在进行减法计数时，在状态“0000”输出借位信号。

 module HC191(clk,s_n,ld_n,und,d,q,ocb);input clk,s_n,ld_n,und;input [3:0] d;output reg [3:0] q;output wire ocb;// 进位和借位逻辑assign ocb = (~und &( q==4'b1111 )) |   ( und &(q == 4'b0000));// 计数过程always @(posedge clk or negedge ld_n)if ( !ld_n )  q <= d;else if ( !s_n )if ( !und )  q <= q + 1'b1;else   q <= q - 1'b1;endmodule

分频器及其应用

CD4060: 14级异步二进制计数器/分频器，带RC或者晶振电路。

分频器是一种时序逻辑电路，用于降低信号的频率。设分频器时钟信号的频率用fclk表示，分频输出信号的频率用ffpout表示，则N分频器输出信号的频率与时钟信号频率之间的关系为：ffpout=fclk/N。根据分频系数N的特点，可将分频器分为偶分频器，奇分频器和半小数分频器三种基本类型。通用分频器的实现方法是：应用 N 进制计数器(状态：0~N-1)，将待分频的信号作为计数器的时钟脉冲，分频信号作为输出。设 M 为 1~N-1 之间的任意整数，在计数器从 0 计到 M-1 期间，分频信号输出为低（或高）电平，再从 M 计到 N-1 期间，分频信号输出为高（或低）电平。其中 M 的具体数值可根据占空比的要求进行调整。

 module fp_N ( clk,en,N,M,fp_out );input clk,en;       // en为分频器控制(enable)信号，高电平有效input [11:0] N;    // 分频系数N，定义为12位时最大分频系数为4095       input [11:0] M;     // 高低电平分界设置，根据需要可在1~4095之间调整output wire fp_out;      // 分频输出信号// 定义内部计数器reg [11:0] cnt;           // 容量应满足2n≥Nassign fp_out = ( cnt < M ) ? 1'b0 : 1'b1; // 分频输出// 分频过程always @( posedge clk )    if ( !en )  cnt <= 12'b0;            // 控制信号无效时 else  if ( cnt < N-1 )cnt <= cnt + 1'b1; else  cnt <= 12'b0;   endmodule

偶分频器

偶分频器的分频系数N为偶数。输出为方波的偶分频器除了通用分频器，取M=N/2的实现方法之外，还有另一种实现方法：应用N/2进制计数器，将待分频的信号作为计数器的时钟脉冲，分频信号作为输出。每当计数器计满N/2个脉冲时，控制分频输出信号翻转，同时将计数器清零，在下次时钟到来时重新开始计数。如此循环反复，可以实现任意偶数分频。

  module fp_even( clk,en,N_even,fp_out );input clk,en;                  // en为分频器控制(enable)信号，高电平有效input [11:0] N_even;        // 偶分频系数N，定义12位时最大分频系数为4094output reg fp_out;           // 分频信号输出// 定义内部n位计数器reg [11:0] cnt;               // 计数容量应满足2n≥(N/2)// 分频过程always @ ( posedge clk )if ( !en )                    // 控制信号无效时 begin  cnt <= 12'b0;  fp_out<= 1'b0;  endelseif ( cnt < ( N_even/2-1 ))cnt <= cnt + 1'b1; elsebegin  cnt <= 12'b0; fp_out<= ~fp_out;  end
endmodule

奇分频器

奇分频器的分频系数 N 为奇数。如果不要求分频输出信号为方波，奇分频可以用通用分频器实现。如果要求分频输出信号为方波，则具体的实现方法是：应用两个N进制计数器，将待分频的信号作为计数器的时钟脉冲，分别在时钟脉冲的上升沿和下降沿进行N进制计数。当计数器从0计到(N-1)/2时分频输出为低电平，再从(N+1)/2计到N-1时分频输出为高电平，分别得到两个占空比非50%的分频信号，然后将两个分频输出信号相或即可得到方波信号。

  module fp_odd(clk,en,N_odd,fp_out);input clk,en;                     // en为分频器控制信号，高电平有效input [11:0] N_odd;            // 奇分频系数N，定义为12位最大分频系数为4095output wire fp_out;reg [11:0] cnt1,cnt2;         // 内部n位计数器,计数容量应满足2n>N(* synthesis,probe_port,keep *) wire  fp1,fp2;  // 内部线网assign fp1 = (cnt1 <= (N_odd-1)/2)? 0:1;  // 输出逻辑assign fp2 = (cnt2 <= (N_odd-1)/2)? 0:1;assign fp_out = fp1 | fp2;always @( posedge clk )   // 上升沿计数if ( !en )   cnt1 <= 12'b0;else if ( cnt1 < N_odd-1 )   cnt1 <= cnt1 + 1'b1; else   cnt1 <= 12'b0; always @ ( negedge clk )    // 下降沿计数if ( !en )   cnt2 <= 12'b0;else if ( cnt2 < N_odd-1 )  cnt2 <= cnt2 + 1'b1;else   cnt2 <= 12'b0;endmodule

半整数分频器

半整数分频器是指分频系数为整数一半（如10.5）的分频器。半整数分频器的实现电路，其中模块N_Counter为上升沿工作的N进制计数器，co为其进位信号。

 module fp10p5(clk,fp_out);input clk;output wire fp_out;// 定义内部变量和信号reg [3:0] cnt;  (* synthesis,probe_port,keep *) wire co;reg q;wire cnt_clk;// 描述异或门和输出assign cnt_clk = clk ^ q;// 描述输出assign fp_out = q;// 进位信号  assign co = ( cnt == 4'd10 );  // 描述11进制计数器 always @( posedge cnt_clk ) if ( cnt == 4'd10 )    cnt <= 4'd0;elsecnt <= cnt + 1'b1;// 描述T'触发器always @( posedge co )q <= ~q ;
endmodule