FPGA 学习之路（五）边沿检测技术

所谓边沿检测，就是检测输入信号即上升沿或者下降沿的检测。
边沿检测的电路很好实现：上一时刻为低电平，而当前时刻为高电平，此时就为上升沿；上一时刻为高电平，而当前时刻为低电平，此时就为上升沿。
通过边沿采样技术实现上升沿捕获进而实现外部信号的上升沿触发。

边沿检测电路的实现方法;

1、always @ (posedge signal)

FPGA不便于处理此类触发信号，除非外部输入信号作为全局时钟使用。另外众所周知由于电路不能能避免抖动现象，所以用这个检测方法是明显不合理的。

2、一级D触发器实现; 我们先看下代码，

module shizhong
(
    input               clk,
    input               rst_n,
    input               spi_cs,     
    output   mcu_write_done 
);
reg spi_cs_r0;      
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
    if(!rst_n)
        begin
        spi_cs_r0 <= 1; 
        end
    else
        begin
        spi_cs_r0 <= spi_cs;        
        end
end

assign  mcu_write_done = (~spi_cs_r0 & spi_cs) ? 1'b1 : 1'b0;  //posedge

endmodule 

代码综合后RTL视图如下：

正常工作，没有复位的情况下，工作流程如下：
（1）D触发器经过时钟clk的触发，输出spi_cs信号，保存了t0时刻的信号。
（2）同时由spi_cs直接输出到与门，保留了当前时刻t1的触发信号
（3）经过与门输出信号pos_edge，neg_edge
a) 只有t0时刻为高，且t1时候为低的时候，与门输出高，此时为下降沿。
b) 只有to时候为低，且t1时候为高的时候，与门输出高，此时为上升沿。

一级D触发器在寄存器比较时，前一时刻通过D触发器已经统一到FPGA的时钟域，而当前时刻直接从外部输入，与FPGA整体逻辑电路不在同一时钟域，为提高系统的稳定性我们可以采用第三种方法即二级D触发器。

3、二级D触发器；我们仍然先看代码：

module shizhong
(
    input               clk,
    input               rst_n,
    input               spi_cs, 
    output   mcu_write_done 
);
reg spi_cs_r0,      spi_cs_r1;      
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
    if(!rst_n)
        begin
        spi_cs_r0 <= 1; spi_cs_r1 <= 1;
        end
    else
        begin
        spi_cs_r0 <= spi_cs; spi_cs_r1 <= spi_cs_r0;
        end
end

assign  mcu_write_done = (~spi_cs_r1 & spi_cs_r0) ? 1'b1 : 1'b0;

endmodule 

代码综合后RTL视图如下：

正常工作，没有复位的情况下，工作流程如下：
（1）一级D触发器经过时钟clk的触发，输出当前spi_cs信号，保存了t0时刻的信号。送往与门。
（2）二级D触发器经过时钟clk的触发，输出上一时刻spi_cs信号，保存了t1时刻的信号。通过非们送往与门。
（3）经过与门输出信号pos_edge，neg_edge
a) 只有t0时刻为高，且t1时候为低的时候，与门输出高，此时为下降沿。
b) 只有to时候为低，且t1时候为高的时候，与门输出高，此时为上升沿。

利用CLK打两拍，实现了上一时刻信号和本时刻信号和FPGA整体逻辑电路统一到同一时钟域。

这里要加两级的触发器的另一个原因，因触发器跳转产生滞后信号只能在时钟的上升沿，而被检测信号tigger并不一定是在一级触发器跳转的时钟上升沿到来，这样一级触发器所产生的滞后信号与tigger相差就达不到一个CLK周期，所以产生的脉冲信号就小于一个CLK周期了，不利于后面电路对其的应用。

边沿检测应用：
（1）将时钟边沿使能转换为边沿检测使能，使时钟同步化。
（2）捕获信号的突变（UART，SPI等信号使能突变）
（3）逻辑分析仪中信号的边沿检测。

实现指标及存在缺陷:
（1）增大CLK信号可以增强边沿检测的效率，但不能滤去跳变的杂波。
（2）减少CLK可以有效滤去跳变的杂波，但不能及时检测到边沿跳变。
（3）增加DFF能更好的滤除杂波，寄存信号，但同时检测延时大。

本文所引用到的博文为：http://blog.chinaaet.com/crazybingo/p/11194