D触发器实现计数器

1、分析

基于寄存器的计数器比较常见，时钟上升沿加1即可；基于D触发器的计数器，需要进行状态映射，将计数器的各位对应到各个触发器上，本质即为状态机的次态设计。

2、设计

以4进制计数器为例，使用D触发器实现该功能；

为实现4进制计数器，需要2个D触发器，状态编码如下：

cnt：00-01-10-11

Q1Q0：00-01-10-11

Q1Q0	Q1_nQ0_n
00	01
01	10
10	11
11	00

进一步得到状态方程：

Q0_n = ~Q0;

Q1_n = (~Q1&Q0) | (Q1&~Q0);

3、验证

代码：

`timescale 1ns / 1ps



module d_cnt(
input clk,
input rst_n,
output [1:0]cnt
    );
reg Q1,Q0;
wire Q1n,Q0n;
wire Q1_w,Q0_w;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
    if(!rst_n)
    begin
        {Q1,Q0} <= 2'b00;
    end
    else
    begin
        {Q1,Q0} <= {Q1n,Q0n};
    end
end

assign Q0_w = Q0;
assign Q1_w = Q1;

assign Q0n = !Q0_w;
assign Q1n = (!Q1_w&Q0_w)|(Q1_w&!Q0_w);
assign cnt = {Q1,Q0};
endmodule

仿真：

电路：