用D触发器搭建4进制的计数器

Question

如题所述

Answer 1

解析：此题旨在检验对数字电路基础中的计数器设计理解。题目要求使用D触发器搭建一个4进制的计数器，直接用数字电路的传统方法设计。4进制计数器需有4个不同的状态，需使用两个D触发器。根据卡诺图和状态方程，确定触发器状态关系。D触发器特性方程代入状态方程，绘制电路图实现4进制计数器。电路包含两个D触发器，输出状态为Q1和Q0，次态方程为D0 = Q’0、D1 = Q’1Q0 | Q1Q’0，输出方程为C = Q1Q0。

代码实现：

verilog
module test(input wire clk, input wire rst_n, output wire[1:0] counter);
reg Q1, Q0;
wire D1, D0;
// D触发器状态关系
assign D0 = ~Q0;
assign D1 = (~Q1 & Q0) | (Q1 & ~Q0);
// 电路状态关系
always @(posedge clk || negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
Q0 <= 1'b0;
Q1 <= 1'b0;
end else begin
Q0 <= D0;
Q1 <= D1;
end
end
// 输出电路
assign counter = {Q1, Q0};
endmodule

此代码实现了一个基于D触发器的4进制计数器。关键在于理解计数器的状态转换逻辑，并正确使用Verilog语言描述。

题目2解析：题干中的代码确实存在门控时钟的问题，其核心在于时钟始终工作，不受使能信号控制。修改代码以加入门控时钟逻辑，确保时钟工作状态受使能信号控制。

修改后的代码示例：

verilog
module test(input wire clk, input wire rst_n, input wire out_en, input wire [63:0] data, output reg [63:0] out);
reg enl;
// 门控时钟逻辑
always @(posedge clk || negedge rst_n) begin
if(rst_n == 1'b0) begin
enl <= 1'b0;
out <= 64'b0;
end else begin
enl <= out_en;
out <= data;
end
end
// 使用门控时钟控制信号
assign clk_en = clk & out_en;
always @(posedge clk_en || negedge rst_n) begin
if(rst_n == 1'b0) begin
out <= 64'b0;
end else begin
out <= data;
end
end
endmodule

题目3解析：此题涉及单比特信号在不同时钟域间的跨域问题。对于慢速时钟域的信号sig_a跨至快速时钟域clk_rx，通过在快速时钟域内加入一个额外的脉冲来实现同步。具体电路设计通常包括一个D触发器和逻辑电路，确保在快速时钟域内正确接收慢速时钟域的信号。

题目4解析：此题考察时序分析和电路设计。涉及建立时间和保持时间的计算。时钟周期T需满足时钟周期T应满足：T≥T1max+Tmax，以确保信号在D1触发器内有足够的建立时间。触发器D2的保持时间需满足：Th≥T1min+Tmin，以确保信号在D2触发器内有足够的保持时间。这些条件确保电路在不同工艺、电压、温度条件下的稳定工作。