HDLBits 系列（42）根据仿真波形来设计电路之时序逻辑

前言

上篇博文讨论了组合逻辑的情况，最后留了几个题目，我也没做，感觉繁杂，有兴趣的可以挑战一下，地址为：
上篇博文链接
这篇博客，可以说是上篇博客的姊妹篇，简单的讨论下时序逻辑的类型，通过仿真波形来设计电路是一类题目，也应该是我们应该具备的电路设计能力。
写代码心里要有电路，给出电路要能转化为设计，给出波形图也要能给出电路设计，这都是需要努力的方向。

电路设计1

先给出一个最简单的时序波形，然后给出设计。
原题链接

原题复现

This is a sequential circuit. Read the simulation waveforms to determine what the circuit does, then implement it.

题目解析

很容易看出，这仅仅是对输入延迟一拍，并取反得到最后的结果。

我的设计

module top_module (
    input clk,
    input a,
    output q );
    reg q_r1 = 0;
    always@(posedge clk) begin
        q_r1 <= a;
    end
    assign q = ~q_r1;

endmodule

电路设计2

原题链接

原题复现

This is a sequential circuit. Read the simulation waveforms to determine what the circuit does, then implement it.

题目解析

这个题目还是需要多看一会的，对于p来说是一个时钟高电平跟随，低电平锁存的锁存器。
对于q是一个二分频电路，注意，是在时钟下降沿的时候，q翻转一次。
不得不让人吐槽的是，没有给出复位信号，所以我们只能在信号定义的时候给一个初值，至于初值是0还是1，没有要求，但是如果是做这个题目，就可能对应其中的一种。
在波形信息中，我只能看到这一点。如果设计还是不正确的话，就让这道题去si吧，心里知道怎么回事就好了，不得不说bug一条。

我的设计

module top_module (
    input clock,
    input a,
    output p,
    output q );
    
    reg p_mid = 0;
    always@(*)begin
        if(clock) p_mid = a;
        else p_mid = p_mid;
    end
    reg q_mid = 1;
    always@(negedge clock) begin
        q_mid <= ~q_mid;
    end
    assign q = q_mid;
    assign p = p_mid;

endmodule

电路设计3

题目链接

原题复现

This is a sequential circuit. Read the simulation waveforms to determine what the circuit does, then implement it.

Module Declaration
module top_module (
input clk,
input a,
output [3:0] q );

题目解析

这个题目其实就是一个带有使能的计数器，计数值最大为6，使能信号a低电平有效，无效期间置位为4。

我的设计

module top_module (
    input clk,
    input a,
    output [3:0] q );
    
    reg [3:0] q_mid;
    always@(posedge clk)begin
        if(a) q_mid <= 4;
        else if(q_mid == 6) q_mid <= 0;
        else q_mid <= q_mid + 1;
    end
    assign q = q_mid;

endmodule

电路设计4

题目链接

原题复现

This is a sequential circuit. The circuit consists of combinational logic and one bit of memory (i.e., one flip-flop). The output of the flip-flop has been made observable through the output state.

Read the simulation waveforms to determine what the circuit does, then implement it.
Module Declaration
module top_module (
input clk,
input a,
input b,
output q,
output state );

题目解析

这个题目暂时没有看出来，等待你的发现。

我的设计