【数电实验5】Verilog—可控分频器设计 & ModelSim的使用

【2022.04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：【swjtu】数字电路实验4-可控分频器设计_码龄零年_921的博客-CSDN博客_可控分频器设计】

【2022.05.06更新：若出现Can't generate test bench files -- select a valid simulation tool，则通过菜单栏Assignments—Settings弹出窗口中EDA Tool Settings—Simulation设置为ModelSim，重新编译即可解决：

 】 

目录

1 Quartus代码编写

2 test代码生成

        代码解读： 

3 ModelSim仿真

        打开ModelSim，创建ModelSim工程

        编译  ​         

        配置仿真

        添加波形，设置仿真时长

        运行仿真

        可通过绿色加号添加标尺

        显示设置

        最终效果

4 原始数据记录 

---

1 Quartus代码编写

clk_in 分频器时钟输入;

sel 选择开关;

clk_out 分频器信号输出;

rst_n 清零信号

module yck_1716_5_1(clk_in, sel, clk_out, rst_n);	
	
    input clk_in;
	input sel;
	input rst_n;       
	output reg clk_out;
	
	reg [15: 0]count;

	parameter num1 = 50000000 / 11716;		// 11716为学号后五位 (1/11716)/(1/50000000) 求得与多少个时钟周期相当
	parameter num2 = 50000000 / 1716;		// 1716为学号后四位 (1/1716)/(1/50000000)

	always@(posedge clk_in or negedge rst_n)
	begin
		
		if(!rst_n)
		begin
			count <= 16'd0;
			clk_out <= 1'b0;
		end
		
		else if((count < num1 / 4 & sel)	| (count < num2 / 4 & !sel))	//clk_out的占空比D=25%,即1/4
			begin
				count <= count + 16'd1;
				clk_out <= 1'b1;            //赋为高电平
			end
			
			else if((count < num1 - 1 & sel) | (count < num2 - 1 & !sel))
			begin
				count <= count + 16'd1;
				clk_out <= 1'b0;            //赋为低电平
			end
			
			else
				count <= 16'd0;	
	end

endmodule

parameter的用法：Verilog中的parameter_qq_16923717的博客-CSDN博客_parameter verilog

2 test代码生成

         对 yck_1716_5_1.v 进行 Start Compilation ，而后自动生成test bench代码（如果没有Start Compilation 直接生成test bench代码会报错的）：        

        在下栏中找到所生成vt文件的路径：

        将vt文件中四个位置的代码进行修改如下：

        timescale：

`timescale 10 ns/ 1 ns

        删去：

reg eachvec;

        初始化代码： 

initial
begin                                                  
// code that executes only once                        
// insert code here --> begin                          
rst_n = 1'b0;
sel = 1'b0;
clk_in = 1'b0;
#100
rst_n = 1'b1;
#300000
sel = 1'b1;                                                       
// --> end                                             
$display("Running testbench");                       
end 

        always：

always                                                 
// optional sensitivity list                           
// @(event1 or event2 or .... eventn)                  
begin                                                  
// code executes for every event on sensitivity list   
// insert code here --> begin                          
#1
clk_in = ~clk_in;                                                                                                     
// --> end                                             
end     

        新建一个v文件，将修改后的所有代码复制，粘贴到该文件中，而后编译保存。

// Copyright (C) 2018  Intel Corporation. All rights reserved.
// Your use of Intel Corporation's design tools, logic functions 
// and other software and tools, and its AMPP partner logic 
// functions, and any output files from any of the foregoing 
// (including device programming or simulation files), and any 
// associated documentation or information are expressly subject 
// to the terms and conditions of the Intel Program License 
// Subscription Agreement, the Intel Quartus Prime License Agreement,
// the Intel FPGA IP License Agreement, or other applicable license
// agreement, including, without limitation, that your use is for
// the sole purpose of programming logic devices manufactured by
// Intel and sold by Intel or its authorized distributors.  Please
// refer to the applicable agreement for further details.

// *****************************************************************************
// This file contains a Verilog test bench template that is freely editable to  
// suit user's needs .Comments are provided in each section to help the user    
// fill out necessary details.                                                  
// *****************************************************************************
// Generated on "04/24/2022 00:14:15"
                                                                                
// Verilog Test Bench template for design : yck_1716_5_1
// 
// Simulation tool : ModelSim (Verilog)
// 

`timescale 10 ns/ 1 ns
module yck_1716_5_1_vlg_tst();
// constants                                           
// general purpose registers

// test vector input registers
reg clk_in;
reg rst_n;
reg sel;
// wires                                               
wire clk_out;

// assign statements (if any)                          
yck_1716_5_1 i1 (
// port map - connection between master ports and signals/registers   
	.clk_in(clk_in),
	.clk_out(clk_out),
	.rst_n(rst_n),
	.sel(sel)
);
initial                                                
begin                                                  
// code that executes only once                        
// insert code here --> begin                          
rst_n = 1'b0;
sel = 1'b0;
clk_in = 1'b0;
#100
rst_n = 1'b1;
#300000
sel = 1'b1;                                                       
// --> end                                             
$display("Running testbench");                       
end                                                    
always                                                 
// optional sensitivity list                           
// @(event1 or event2 or .... eventn)                  
begin                                                  
// code executes for every event on sensitivity list   
// insert code here --> begin                          
#1
clk_in = ~clk_in;                                                                                                     
// --> end                                             
end                                               
endmodule

        代码解读： 

        ① `timescale   时间尺度 / 时间精度

        写在所有仿真文件（.v）的代码首行，时间尺度、精度单位定义，时间尺度预编译指令，用来定义模块仿真时的时间单位和时间精度。

        注意：仿真时间单位和时间精度的数字只能是1、10、100，不能为其它的数字。而且，时间精度不能比时间单位还要大。最多两者一样大。

        【转自`timescale 1ns/1ns 解读_三个刺客的博客-CSDN博客_1ns】

        ② # + 数字

        # 是延迟的意思，# 号后面数字是延迟的数量，延迟的单位由`timescale控制。

        比如有：`timescale 1ns/1ps 意思就是时间单位为1ns，精度是1ps 那么，#10.5 就是延迟10.5ns的意思。

        注意：在同步时序数字逻辑电路的verilog代码中，不能加入“#”进行延迟，这不是代码编写阶段能决定的。

        【转自在verilog中#的用法_Tiger-Li的博客-CSDN博客_verilog中#】

                

        ③ 关于被删去的 @eachvec

        当测试文件中有时钟信号，并且有@eachvec时，仿真时间很短，如果在它之前有在always过程块里规定时钟信号的翻转的话，这个时钟信号也不会翻转，那一行注释删掉的话仿真才能得到一段很长的波形。

        但是当测试文件中没有时钟信号，去掉这一行，仿真就没有波形。推断eachvec是类似时钟信号一样的驱动信号。

        在没有clk的程序中，保留eachvec；有clk的程序中，屏蔽eachvec。
        【转自【FPGA】TestBench中关于@eachvec_xiao_-_zhu的博客-CSDN博客】

3 ModelSim仿真

        打开ModelSim，创建ModelSim工程：

        编译：           

        配置仿真：

 

        添加波形，设置仿真时长：

 

        运行仿真：

        可通过绿色加号添加标尺：

        显示设置：

 

        最终效果：

        1716Hz，周期为 1 / 1716 ≈ 5.8275 * 10^(-4) s，图上为 582740 ns：

        145680 ns : 437060 ns ≈ 1 : 3 

         11716Hz，周期为 1 / 11716 ≈ 8.535 * 10^(-5) s，图上为 85340 ns：

        21320 ns : 64020 ns ≈ 1 : 3

         50MHz，周期为 1 / 50000000 = 2 * 10^(-8) s，图上为 20 ns：

4 原始数据记录 

Top-level Entity name	Family	Device
yck_1716_5_1	Cyclone IV E	EP4CE6E22C8
Total logic elements	Total registers	Total pins
36 / 6,272 ( < 1 % )	17	4 / 92 ( 4 % )
Total memory bits	Embedded Multiplier 9-bit elements	Total PLLs
0 / 276,480 ( 0 % )	0 / 30 ( 0 % )	0 / 2 ( 0 % )

信号名	主板器件	PIN
clk_in	50MHz	PIN_90
clk_out	IO0	PIN_46
rst_n	Key1/SW1	PIN_31
sel	Key0/SW0	PIN_24

        Frq0 = 1716.06Hz，Duty0 = 25.00% ：

         Frq0 = 11718Hz，Duty0 = 24.98% ：