實(shí)驗(yàn)12：邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器

本實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是描述一個(gè)帶有邊沿觸發(fā)的同步D觸發(fā)器電路，并通過STEP FPGA開發(fā)板的12MHz晶振作為觸發(fā)器時(shí)鐘信號(hào)clk，撥碼開關(guān)的狀態(tài)作為觸發(fā)器輸入信號(hào)d，觸發(fā)器的輸出信號(hào)q和~q，用來分別驅(qū)動(dòng)開發(fā)板上的LED，在clk上升沿的驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)撥碼開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)LED狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化。

從D觸發(fā)器的特性我們知道，它的狀態(tài)僅僅取決于時(shí)鐘信號(hào)達(dá)到之前瞬間的D信號(hào)。為了防止SR鎖存器的S、R被同時(shí)置1的情況，常采用維持阻塞結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器，其電路結(jié)構(gòu)如下，邊沿觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于CLK信號(hào)上升沿（或下降沿）到達(dá)時(shí)刻輸入信號(hào)的狀態(tài)。

用行為描述方式實(shí)現(xiàn)的D觸發(fā)器
程序清單dff.v

   module dff   (						//模塊名及參數(shù)定義
    input clk,rst,d,	
    output reg q,
    output wire qb   );
   assign qb = ~q;
   always @( posedge clk )   //只有clk上升沿時(shí)刻觸發(fā)
	if(!rst)				  //復(fù)位信號(hào)判斷，低有效
		q <= 1'b0;        //復(fù)位有效時(shí)清零
	else
		q <= d;           //觸發(fā)時(shí)輸出q值為輸入d
  endmodule

仿真文件dff_tb.v

   `timescale 1ns/100ps    //仿真時(shí)間單位/時(shí)間精度
  module dff_tb();       
   reg    clk,rst,d;         	//需要產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)定義
   wire   q,qb;      	  //需要觀察的輸出信號(hào)定義 
   //初始化過程塊
   initial
   begin
	 clk = 0;
	 rst = 0;
	 d = 0;
	 #50
	 rst = 1;
   end
   always #10 clk = ~clk;      //產(chǎn)生輸入clk，頻率50MHz
   always #15 d = ~d;
   //module調(diào)用例化格式
   dff  u1 (      //dff表示所要例化的module名稱，u1是我們定義的例化名稱
		.clk(clk),     //輸入輸出信號(hào)連接。
		.rst(rst),
		.d(d),
		.q(q),    //輸出信號(hào)連接
		.qb(qb)   
           );
  endmodule

1. 打開Lattice Diamond，建立工程。
2. 新建Verilog HDL設(shè)計(jì)文件，并鍵入設(shè)計(jì)代碼。
3. 根據(jù)邏輯綜合并分配管腳。clk/C1,rst_n/L14,d/M7,q/N13,qb/M12
4. 根據(jù)仿真教程，實(shí)現(xiàn)對(duì)本工程的仿真，驗(yàn)證仿真結(jié)果是否與預(yù)期相符。
5. 如果仿真無誤，構(gòu)建并輸出編程文件，燒寫至FPGA的Flash之中。
6. 觀察輸出結(jié)果。

1. 仿真結(jié)果如下圖所示：
2. 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：撥動(dòng)撥碼開關(guān)的第1位到ON，給D觸發(fā)器輸入1，則LED1滅，LED2亮輸出q=1，notq輸出0；撥到OFF時(shí)LED1亮，LED2滅，即q輸出0，notq輸出1（注意LED上拉到3.3V，所以LED管腳為0時(shí)亮）。