【数电实验7】Verilog—外星萤火虫

【2022.05西南交大数电实验】

【本代码及波形已通过老师验收。仅供参考。】

【参考博客：[数电实验]外星萤火虫设计_难凉oh的博客-CSDN博客】

【建议：有些口语化的注释看完删掉比较好哈，怕老师查验的时候看起来太明显咯】

最后一次数电实验啦！！完结撒花~~祝大家实验考试顺利！！

目录

1 Quartus代码编写

2 test代码 

3 ModelSim仿真 

4 实验记录、实物接线与实验现象

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1 Quartus代码编写

        本代码将信虫、哨虫模式合在一起编写。

module yck_1716_7_1(clk, f0, p, sta, f1, f2);

input clk;	//50MHz的高精度时钟源输入
input f0;	//虫后的发光信号，信虫电路的输入
input p;		//位置信息：0表示不在边界地区，1表示在边界地区
input sta;	//状态安全信息：0表示安全，1表示敌人来犯

//f1与虫后的f0同频同相
output f1;	//信虫电路的输出，哨虫电路的输入
output f2;	//哨虫电路的输出
reg f1,f2;

parameter N0 = 5000;	//0.1毫秒的脉冲走过多少个时钟信号：0.1ms/(1/50MHz) = 0.1ms/20ns = 5000个
//防卫信号的脉冲宽度是0.1毫秒
//该信号是根据信虫信号f1进行的同步反馈
//如果安全(sta==0)，防卫信号是一个与f1同相的双脉冲信号f2a
//当敌人来犯(sta==1)，防卫信号是三脉冲信号f2b

reg [14: 0] cnt;	//计数
reg temp;	//寄存上一clk时刻f0值
reg flag;	//用以判断f0是否为上升沿给出的标志信号
	
always @ (posedge clk)
	begin
	
	if(!temp & f0)	//temp为上一clk时刻f0值
			flag <= 1'b1;	//判断f0上升沿，并给出标志信号
			
		if(flag)
			begin
				casex({p,sta})	//拼接在一起
					2'b0_x:	//哨虫不在边界地区，职能为信虫
					begin
						if(cnt < 3*N0)
							begin
								f1 <= 1'b1;
								f2 <= 1'b1;
								cnt <= cnt + 1'd1;
							end
						else 
							begin
								f1 <= 1'b0;
								f2 <= 1'b0;
								cnt <= 15'd0;
								flag <= 1'b0;	//脉冲产生结束，标志信号置0
							end
					end
					2'b1_0:  //哨虫在边界地区，且边界安全
					begin
						if(cnt < N0)
							begin
								f1 <= 1'b1;
								f2 <= 1'b1;		//对应f2a的第一处高电平区
								cnt <= cnt + 1'd1;
							end
						else if(cnt < 2*N0)
							begin
								f1 <= 1'b1;
								f2 <= 1'b0;		//对应f2a的低电平区
								cnt <= cnt + 1'd1;
							end
						else if(cnt < 3*N0)
							begin
								f1 <= 1'b1;
								f2 <= 1'b1;		//对应f2a的第二处高电平区
								cnt <= cnt + 1'd1;
							end
						else
							begin
								f1 <= 1'b0;
								f2 <= 1'b0;
								cnt <= 15'd0;
								flag <= 1'b0;	//脉冲产生结束，标志信号置0
							end
					end
					2'b1_1:  //哨虫在边界地区，且边界不安全
					begin
						if(cnt < N0)
							begin
								f1 <= 1'b1;
								f2 <= 1'b1;		//对应f2b的第一处高电平区
								cnt <= cnt + 1'd1;
							end
						else if(cnt < 2*N0)
							begin
								f1 <= 1'b1;
								f2 <= 1'b0;		//对应f2b的第一处低电平区
								cnt <= cnt + 1'd1;
							end
						else if(cnt < 3*N0)
							begin
								f1 <= 1'b1;
								f2 <= 1'b1;		//对应f2b的第二处高电平区
								cnt <= cnt + 1'd1;
							end
						else if(cnt < 4*N0)
							begin
								f1 <= 1'b0;
								f2 <= 1'b0;		//对应f2b的第二处低电平区
								cnt <= cnt + 1'd1;
							end
						else if(cnt < 5*N0)
							begin
								f1 <= 1'b0;
								f2 <= 1'b1;		//对应f2b的第三处高电平区
								cnt <= cnt + 1'd1;
							end
						else
							begin
								f1 <= 1'b0;
								f2 <= 1'b0;
								cnt <= 15'd0;
								flag <= 1'b0;	//脉冲产生结束，标志信号置0
							end
					end
				endcase
			end
		else	cnt <= 15'd0;	
	
	temp <= f0;
	
	end

endmodule

2 test代码 

        得到测试v文件的步骤见博客【数电实验5】Verilog—可控分频器设计 & ModelSim的使用_kokoのadventure的博客-CSDN博客_可控分频器设计

        参考博客中的占空比存在问题，本人根据自己的理解进行了修正如下： 

`timescale 1 ns/ 1 ns
module yck_1716_7_1_vlg_tst();
// constants                                           
// general purpose registers

// test vector input registers
reg clk;
reg f0;
reg p;
reg sta;
// wires                                               
wire f1;
wire f2;

// assign statements (if any)                          
yck_1716_7_1 i1 (
// port map - connection between master ports and signals/registers   
	.clk(clk),
	.f0(f0),
	.f1(f1),
	.f2(f2),
	.p(p),
	.sta(sta)
);
initial                                                
begin                                                  
// code that executes only once                        
// insert code here --> begin                          
	clk = 0;
	f0 = 0;
	p = 0;
	sta = 0;

	#11000000 p = 1;	//11ms后由信虫模式变为哨虫模式
	#10000000 sta = 1;	//再10ms后敌人来犯
	
// --> end                                             
$display("Running testbench");    //可删掉哦                       
end

always #10 clk = ~clk;  //50MHz时钟信号
                                                    
always                                                                  
begin                                                   
// insert code here --> begin                          
	
	//产生虫后信号f0
	//繁殖季占空比为50%
	//正常时是30%占空比的毫秒脉冲，年老时占空比逐渐减小，周期逐渐增大，直至死亡
	
	//题设：f0的频率范围是0.5kHz(周期2.0ms)~1.2kHz（周期0.83ms）
	//此处f0取1kHz
	//题设：占空比1%~30%
	
	f0 = 1;	#500000;		//0.5ms	繁殖季占空比为50%
	f0 = 0;	#500000;		//0.5ms

	f0 = 1;	#300000;		//0.3ms	正常占空比为30%
	f0 = 0;	#700000;		//0.7ms 这里正常状态的数量可以自己选哈，这里就设置两个正常状态
	
	f0 = 1;	#300000;		//0.3ms	正常占空比为30%
	f0 = 0;	#700000;		//0.7ms
	
	f0 = 1;	#200000;		//0.2ms	开始衰老占空比为20%
	f0 = 0;	#800000;		//0.8ms
	
	f0 = 1;	#100000;		//0.1ms	占空比为10%
	f0 = 0;	#900000;		//0.9ms 
	
	f0 = 1;	#50000;		    //0.5ms	占空比为5%
	f0 = 0;	#950000;		//0.95ms
		
// --> end                                             
end                                                    
endmodule

        其中，正常状态（占空比为30%）的设置为了一个周期出现两次。 

3 ModelSim仿真 

         生成相关波形的相关步骤见博客【数电实验5】Verilog—可控分频器设计 & ModelSim的使用_kokoのadventure的博客-CSDN博客_可控分频器设计

         测试波形如下：

4 实验记录、实物接线与实验现象

信号名	主板器件	PIN		信号名	主板器件	PIN
clk	50MHz	PIN_90		f2	IO1/LED1	PIN_50
p	Key0/SW0/LED8	PIN_24		f1	IO0/LED0	PIN_46
sta	Key1/SW1/LED9	PIN_31
f0	ECLK	PIN_23

Top-level Entity name	Family	Device
yck_1716_7_1	Cyclone IV E	EP4CE6E22C8
Total logic elements	Total registers	Total pins
58 / 6,272 ( < 1 % )	19	6 / 92 ( 7 % )
Total memory bits	Embedded Multiplier 9-bit elements	Total PLLs
0 / 276,480 ( 0 % )	0 / 30 ( 0 % )	0 / 2 ( 0 % )

 

        注意！选择脉冲波（或称矩形波）（可调占空比）而不是方波进行输出：

        20%：

        30%： 

         50%：

        黑夹子接GND（不一定接图上位置的GND，随便哪个GND都行），红夹子接ECLK： 

 

         信虫模式：

        哨虫模式（安全）：

        哨虫模式（敌袭）：