verilog 移位寄存器与流水灯「建议收藏」

全栈程序员-站长 • 2022年7月16日下午3:00 • 未分类 • 阅读 13

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

用Verilog写一个简单的多功能移位寄存器，并在移位寄存器的基础上进行修改，利用移位功能形成流水灯的效果
基本的功能如下：
在这里插入图片描述
寄存器示意图见下方虚拟面板图
有两种改进方式：
第一种是把最后一个功能改成循环右移，即此功能模式下，按一下时钟按键（代表时钟信号到来），高三位往右移一位，最低位移动到最高位。按一次移位一次，形成流水灯效果
第二种在第一种的基础上把按键时钟改成接入内部时钟，每隔一段时间时钟信号来临一次，无需手动操作，形成自动移位的流水灯效果

基本功能的移位寄存器的主要文件Virtual_Lab_Top.v中的代码：

//移位寄存器实验
`default_nettype none 
module Virtual_Lab_Top 
(
    input  wire  CLOCK,
    input  wire  [4:0] BUTTON, //按键
    input  wire [35:0] SWITCH, //开关
    output wire [35:0] LED,    //指示灯 
    output wire  [3:0] HEX0,   //数码管
	 output reg   [3:0] Z
); 

//输入端口赋值给内部信号
wire C    = BUTTON[1];
wire R    = BUTTON[0];
wire E    = SWITCH[6];
wire f1   = SWITCH[5];
wire f0   = SWITCH[4];
wire [3:0] X = SWITCH[3:0];

//实验逻辑
wire i;
wire [3:0] D;
assign i = f1&~f0&Z[3];
assign D = {4{~f1&f0}}&X|{4{f1&i}};

always @ (posedge C or posedge R)
begin
	if(R)
		Z<=0;
	else if(C&E&~f1)
		Z<=D;
	else
		Z<={i,Z[3:1]};
end

//内部信号赋值给输出端口（指示灯）观察
assign LED[3:0]  = Z[3:0];

//内部信号赋值给输出端口（数码管）观察
assign HEX0 = D;

endmodule

第一种改进后主要文件Virtual_Lab_Top.v中的代码：

//流水灯实验
`default_nettype none 
module Virtual_Lab_Top 
(
    input  wire  CLOCK,
    input  wire  [4:0] BUTTON, //按键
    input  wire [35:0] SWITCH, //开关
    output wire [35:0] LED,    //指示灯 
	 output reg   [3:0] Z
); 

//输入端口赋值给内部信号
wire C    = BUTTON[1];
wire R    = BUTTON[0];
wire E    = SWITCH[6];
wire f1   = SWITCH[5];
wire f0   = SWITCH[4];
wire [3:0] X = SWITCH[3:0];

//实验逻辑
wire i;
assign i = f1&~f0&Z[3];

always @ (posedge C or posedge R)
begin
	if(R)
		Z<=0;
	else if(C&E&~f1&~f0)
		Z<={Z[0],Z[3:1]};
	else if(C&E&~f1&f0)
		Z<=X;
	else
		Z<={i,Z[3:1]};
end

//内部信号赋值给输出端口（指示灯）观察
assign LED[3:0]  = Z[3:0];

endmodule

第二种改进：
把第一种改进的代码中的 wire C = BUTTON[1]; 这条语句删掉，然后把 always @ (posedge C or posedge R) 语句中的C改成CLOCK。我们要接入内部时钟，所以要先把按键时钟删掉。
加入分频器文件clock_divider.v，采用的是偶分频方法。一般板子的晶振频率太高，所以要将原有时钟频率分频降低，常见板子的晶振频率为50MHz，以这个频率为标准，在工程中的JuLabPocket_TOP.v文件中，将直接接入原频率的语句 wire CLOCK = CLOCK_50; 删去，然后在该文件合适处加入下列语句

//------------ 时钟 --------------------------------------------------------// 
	wire CLOCK_divided;
	//使用时钟分频器模块产生1kHz的时钟。可以修改RATIO参数改变输出频率。
	clock_divider #(.RATIO(10000000)) clk_inst(.clkin(CLOCK_50), .rst(1'b0), .clkout(CLOCK_divided));

   wire CLOCK = CLOCK_divided;  //用分频后的CLOCK_divided作为时钟

这样调用了分频器给时钟信号变量接入分频后的频率，如果流水灯移位的速度还是太快，可以把参数RATIO调大，太慢就调小，建议直接在后面加一个0或减一个0或着减半

完整的工程文件我已经上传到CSDN了，可以去我的主页查看并下载完整的工程文件进行使用,压缩包中有三个文件夹，对应三个版本的完整工程文件，基础版本的是shifter文件夹，第一种改进的是led文件夹，第二种改进的是CLOCK & led文件夹，若CLOCK & led文件夹的工程文件不能在Quartus II中正常打开，则把文件夹名中的&符号删掉再打开即可
前两种版本的工程内包含文件如下图，第三种的多了一个clock_divider.v：
在这里插入图片描述
WeLab虚拟面板设置图片：