小梅哥FPGA学习笔记——计数器IP核调用及仿真

计数器IP核使用

FPGA设计方式

1、原理图输入（不推荐）系统比较大的时候修改十分困难
2、Verilog HDL设计方式
3、IP核输入方式（例如FFT的实现，包括的原理到最终实现，使用verilogHDL进行开发内容多开发周期太长，缩短开发周期）

计数器IP核配置

QuartusII 提供的LPM_counter IP核的使用

1、 选择输出是多少位
2、 选择计数方式为1向上计数2向下计数3创建一个端口选择是增计数或减计数

3、 选择计数器类型1直接二进制计数2模的形式，计数器计数到设置的最大值直接清零
4、 选择需要的端口1时钟使能信号2计数使能信号3进位输入:若使用这个信号，只有当进位输入有效，才会进行计数4进位输出：若使用信号，当计数结果满预设值，会输出一个进位输出。用于实现计数器级联。

5、 清零、加载、置位选项

Finish后添加IP核，qip信息文件

添加IP核到工程，counter.v就是需要添加等ip核文件。Counter_bb.v文件为blackbox黑盒文件，涉及到ip核具体实现有关，不需要关心。
添加counter.v文件后，代码如下

对于具体内容不用关心，只需要关心端口，将端口例化到用户设计中即可。
由于counter的ip核直接就可以作为输出，可以直接将counter设置为顶层模块进行输出。

Ip核实现到硬件RTL结构

总体框图

没有使用到到引脚就会默认接地

Counter1、2、3及查找表等结构构成计数器，更加接近FPGA内部的电路结构

功能仿真

编写testbench文件
测试文件中需要给出输入计数的激励
这里每五个低电平产生一个高电平给到计数输入口，重复五次。每得到一个高电平计数器计数一次。

`timescale 1ns/1ns`define clock_period  20//定义时钟周期，频率20ns，周期20MHz
module counter_tb;//定位输入端口，输入端口使用reg类型reg cin;//进位输入reg clk;//计数基准时钟
//定位输出端口，输出端口用wire类型wire cout;wire [3:0] q;counter counter_0(//模块例化，对新的测试模块命名为counter_0.cin    (cin),.clock  (clk),.cout   (cout),  .q      (q)     );//原模块名 新模块名（//.原模块接口1 （新模块接口1），//.原模块接口2 （新模块接口2），//）;//初始化时钟信号initial clk = 1 ;always #(`clock_period/2)clk = ~clk;//每到达时钟周期到一半时，对时钟进行翻转initial beginrepeat(20)begin//repeat重复循环5次cin = 0 ;#(`clock_period*5)cin = 1;//低电平保持五个时钟周期，高电平保持一个时钟周期，得到一个脉冲信号#(`clock_period)cin = 0;end#(`clock_period*200);$stop;endendmodule

仿真结果

由于设置ip核的最大计数值为10，计数器在计数满十次，在计数到9的时候，产生进位输出，下次的计数值为0。在0的时候产生一个毛刺的情况，可能是因为计数器ip核内有布局布线产生的。

更改ip核的设置

此时的进位标志只有当计数器计满时，产生进位标志。

IP核调用实现计数器级联

编写顶层模块，例化两个计数器，并进行级联。
顶层模块例化代码如下

module counter_top(cin,clk,cout,q);input cin;input clk;output cout;output [7:0] q;wire cout0;//顶层默克进行模块例化counter counter_0(//例化第一个模块.cin   (cin),.clock (clk),.cout  (cout0),//低位置位信号.q     (q[3:0])//低四位输出);counter counter_1(//例化第二个模块.cin   (cout0),//低位置位输出连接到高位输入.clock (clk),.cout  (cout),.q     (q[7:4])//高四位输出);endmodule

RTL视图如下所示。

编写顶层模块测试的testbench文件

`timescale 1ns/1ns`define clock_period  20//定义时钟周期，频率20ns，周期20MHz
module counter_top_tb;//定位输入端口，输入端口使用reg类型reg cin;//进位输入reg clk;//计数基准时钟
//定位输出端口，输出端口用wire类型wire cout;wire [7:0] q;counter_top counter_0(//模块例化，对新的测试模块命名为counter_0.cin    (cin),.clk  (clk),.cout   (cout),  .q      (q)     );//原模块名 新模块名（//.原模块接口1 （新模块接口1），//.原模块接口2 （新模块接口2），//）;//初始化时钟信号initial clk = 1 ;always #(`clock_period/2)clk = ~clk;//每到达时钟周期到一半时，对时钟进行翻转initial beginrepeat(300)begin//repeat重复循环5次cin = 0 ;#(`clock_period*5)cin = 1;//低电平保持五个时钟周期，高电平保持一个时钟周期，得到一个脉冲信号#(`clock_period)cin = 0;end#(`clock_period*200);$stop;endendmodule

仿真结果波形
计数到255时cout输出一个脉冲信号。实现两个四位计数器级联进行计数。最高能计数到11111111（b）=255（d）

更改计数器的设置

让计数器每10产生一次输出
这样的结果是计数到153时cout输出一个脉冲，然后清零。理由：四位计数器的高四位输出为9（hex），低四位的最高输出也为9，那么输出的最大数字为99（hex）=153（d）