HDLbits 刷题答案 3.2.1 Latches and Flip-Flops（下）

3.2.1 Latches and Flip-Flops

3.2.1.12 D flip-flop

写一个top_module，包含选择器和触发器

module top_module (
    input clk,
    input w, R, E, L,
    output Q
);
    wire tmp0,tmp1;
    
    assign tmp0 = E ? w : Q;
    assign tmp1 = L ? R : tmp0;
    
    always @ (posedge clk) begin
        Q <= tmp1;
    end
endmodule

3.2.1.13 DFFs and gates
实现如图所示电路

module top_module (
    input clk,
    input x,
    output z
); 
    reg q1 = 0;
    reg q2 = 0;
    reg q3 = 0;
    
    always @ (posedge clk) begin
        q1 <= x ^ q1;
        q2 <= x & ~q2;
        q3 <= x | ~q3;
    end
    
    assign z = ~ (q1 | q2 | q3);
endmodule

由于最终输出Z 不受时钟信号clk的影响，所以Z的赋值不应该放在always块中
assign赋值，一旦q1,q2或q3发生变化，输出Z就发生变化

3.2.1.14 Create circuit from truth table

仅用d型触发器和门实现JK触发器。注:Qold是时钟上升沿前的D触发器的输出。

module top_module (
    input clk,
    input j,
    input k,
    output Q); 
    
    always @ (posedge clk) begin
        case ({j,k})
            2'b00 : Q <= Q;
            2'b01 : Q <= 1'b0;
            2'b10 : Q <= 1'b1;
            2'b11 : Q <= ~Q;
        endcase
    end

endmodule

3.2.1.15 Detect and edge

当监测到输入信号in有一个上升沿时，输出pedge输出1，否则输出0

module top_module (
    input clk,
    input [7:0] in,
    output [7:0] pedge
);
    reg [7:0] tmp;
    
    always @ (posedge clk) begin 
        tmp <= in;
        pedge <= (~tmp) & in;
    end
endmodule

这里我用了两个D触发器，tmp用来存储前一个变化状态
只有在前一个变化状态为0，in的当前状态为1的时候，输出pedge才是1

反之，若检测下降沿，只需要将pedge <= (~tmp) & in改成pedge <= tmp & (~in)即可
前一个状态为1，in的当前状态为0，即为下降沿

3.2.1.16 Detect both edges

判断是否 上升沿或者下降沿

module top_module (
    input clk,
    input [7:0] in,
    output [7:0] anyedge
);
    reg [7:0] tmp;
    
    always @ (posedge clk) begin
        tmp <= in;
        anyedge <= tmp ^ in;
    end

endmodule

对上一个状态和现状图亦或，若不同，则in发生跳变

3.2.1.17 Edge capture register

当监测到输入信号in从高电平跳变的低电平时，输出信号out会在下一个时钟上升沿输出in前一个状态，并一直保持，直到复位信号reset有效时（高电平有效），才能将输出信号out置为低电平

module top_module (
    input clk,
    input reset,
    input [31:0] in,
    output [31:0] out
);
    reg [31:0] tmp;
    
    always @ (posedge clk) begin
        tmp <= in;
        if(reset) begin
            out <= 32'd0; 
        end
        else begin
           out <= ((~in) & tmp) | out;
        end
    end
endmodule

监测到时钟上升沿时，先将in赋值给tmp，如果在if-else语句中，对tmp赋值，会出现时序错误

3.2.1.18 Dual-edge triggered flip-flop

实现双边沿触发器

module top_module (
    input clk,
    input d,
    output q
);
    reg q1,q2;
    
    always @ (posedge clk) begin
        q1 <= d; 
    end
    
    always @ (negedge clk) begin
        q2 <= d;
    end
    
    assign q = clk ? q1 : q2;
endmodule