[FPGA]Verilog实现8位串并转换器HC595

代码已经更新,新的代码按照电路编写,忠实于原电路的逻辑,已注于文末(11/16)
修复并行输出数据出错的bug,代码已更新(11/18)

想说的话...

这次的主角IC:HC595.

先介绍IC的功能,再分析代码,最后给出完整例程,请酌情阅读.

正文

IC介绍_HC595

The HC595 devices contain an 8-bit, serial-in, parallel-out shift register that feeds an 8-bit D-type storage register. The storage register has parallel 3-state outputs. Separate clocks are provided for both the shift and storage register. The shift register has a direct overriding clear (SRCLR) input, serial (SER) input, and serial outputs for cascading. When the output-enable (OE) input is high, the outputs are in the high-impedance state.

根据这段摘自HC595数据手册的简述可以大致了解其功能.

实际使用时,内部工作过程为:

SRCLK升沿,SER输入给第一位移位寄存器(Shift register),第二个SRCLK升沿到来,第一位移位寄存器的值移位给第二位移位寄存器,同时该时刻的SER输入给第一位移位寄存器,以此类推,直到八位移位寄存器均有数据后,QH'串行输出第八位移位寄存器的值(QH'是不受输出使能信号的控制的,一直都会输出第八位移位寄存器的值).另外,当RCLK升沿到来时,移位寄存器的值会被同时赋值给储存寄存器之中,QA~QH会并行输出储存寄存器中的值,当输出使能端为高电平时,并行输出为高阻态.

SRCLR是移位寄存器清空信号端口,低电平有效,会将移位寄存器的值置零.

电路连接图

功能表

逻辑图

代码实现

接下来使用Verilog实现该IC的逻辑功能,编程思想源于本文IC功能分析部分.

V1.0(此段代码停止维护,不再更新,建议查看页尾更新的代码)

/*
*作者:方清欢
*日期:2019.11.13
*功能:通过Verilog实现HC595
*备注:本代码仅关注并实现芯片宏观功能,并非针对其内部电路进行代码重现
*/

module HC595
(input SER//Serial data input
,input SRCLK//Serial data input clock
,input RCLK//Storage clock, which may be different from the SRCLK
,input _SRCLR//Shift register data clear
,input _OE//Output-enable
,output reg[7:0]Qp//Parallel data output
,output reg Qs//Serial data output
);
reg[7:0]sft=8'b0;//Shift register
always@(posedge SRCLK)
    if(_SRCLR)
        sft<=8'b0;
    else begin
        sft[0]<=SER;
        sft<=sft<<1'b1;
    end
always@(posedge RCLK)
    if(_OE)begin
        Qp<=8'bzzzz_zzzz;//Qs won't be affected by the _OE
    end
    else begin
        Qp<=sft;
        Qs<=sft[7];
    end
endmodule

V2.1

/*
*作者:方清欢
*创建日期:2019.11.16
*更新日期:2019.11.18(V2.1)
*功能:通过Verilog实现HC595
*备注:本代码针对内部电路进行代码重现
*/
module HC595
(input SER//Serial data input
,input SRCLK//Serial data input clock
,input RCLK//Storage clock, which may be different from the SRCLK
,input _SRCLR//Shift register data clear
,input _OE//Output-enable
,output[7:0]Qp//Parallel data output
,output Qs//Serial data output
);
reg[7:0]sft=8'b0;//Shift register
reg[7:0]stg=8'b0;//Storage register
always@(posedge SRCLK or negedge _SRCLR)
if(!_SRCLR)
    sft<=8'b0;
else
    sft<={sft[6:0],SER};
always@(posedge RCLK)
stg<=sft;
assign Qs=sft[7];
assign Qp=(_OE==1)?8'bzzzzzzzz:stg;
endmodule

本文至此结束.

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