FPGA入门基础学习--D触发器、波形、代码

王工1465177751

在学习verilog之前，我们先学习一下D触发器以及它的代码。

FPGA的设计基础是数字电路，因此很多同学会认为我们要先学好数字电路之后，才学习FPGA。但是，数字电路教材的内容很多.例如：JK触发器、RS触发器、真值表、卡诺图等。但是，这里的很多内容其实已经过时了。此外，对于FPGA的学习来讲，我们只用到了其中很少很少的一部分内容。如果没有数字电路的基础，我们建议就看一部分，知道D触发器就够了。

那么D触发器是什么样子的呢?

这个就是D触发器的示意图。其中，clk为时钟，rst_n为复位，d为输入，q为输出。这个功能非常简单，复位有效的时候，这个q的值你可以认为是0。如果复位无效的时候，那么在时钟上升沿的时候，就把d的值给了q。就是这么简单，记住这个动作，先有时钟上升沿，再有把d的值给了q。这就意味着，时钟上升沿的时候q的值还是没变的。只有时钟上升沿之后，q的值才变化。这是一个很重要的概念，也就是说先有时钟上升沿才有q的变化。如果下一个时钟上升沿没有到来，那么q的值就保持不变。因此，q的值是在时钟上升沿之后一点点变化。这就是D触发器，我们所有的FPGA电路都是基于这个结构来进行设计的。就是这么简单，诸如JK触发器、RS触发器之类完全不需用到。我们就用最简单的结果来进行设计。有些同学会问为什么如此简单就足以进行设计呢？其实我们要做一个系统，一个稳定的系统，一定是从一个最简单的结构搭建起来的，而不会是一个很复杂的结构，因此我们FPGA电路里面就是利用D触发器的稳定性，把它搭建起来的。

那么D触发器所对应的波形图是怎么样的呢?

这个是波形图，你可以看一看q，它都是在时钟上升沿之后变化的，在第2个时钟上升沿，看到d的值为0，那么q就输出0，q的值就保持不变了直到下一个时钟上升沿的到来。下一个时钟上升沿d的值为1，那么q就输出1，如此类推。这就是我们d触发器的功能，非常非常地简单。

那么这个D触发器在FPGA里面用verilog代码怎么描述呢?

其实就是这样的代码，可以看出来，这个代码跟这个D触发器是完全一样的，描述的就是D触发器。怎么讲，可以分析一下这个代码：

1····总是（always）在时钟（clk）上升沿（posedge）的时候或者下降沿（negedge）复位（rst_n）的时候执行2~8的代码，如果不满足则q的值不变。

2····如果是复位就执行3的代码；

3····q就等于0；

5····如果不是复位，而是时钟上升沿就执行6的代码；

6····将d的值给了q；

这个代码描述的就是一个D触发器，一个always就生成了一个D触发器。你可以认为D触发器就是我们电路上的一个元件。

总结要点：

1. q的值只有在时钟上升沿才变化。

2. 时钟上升沿时，将d的值赋给q。即先有上升沿，才有信号变化。

为什么强调先有上升沿，才有信号变化呢？有什么用呢？例如：

明德扬的波形，默认的情况下都是同步信号，这意味着en和dout都是由D触发器产生的。因此信号的变化，都是在时钟上升沿之后才开始的，en也是在时钟上升沿之后一点点才变化的；在2的上升沿这个点上看到en的值是0的，因为en还没变化；而在3的上升沿这个点上看到en的值是1，dout的值是0；最后，在10的上升沿这个点上看到dout的值是1。