實(shí)驗11：RS觸發(fā)器

• （1）熟悉和掌握FPGA開(kāi)發(fā)流程和Lattice Diamond軟件使用方法；
• （2）通過(guò)實(shí)驗理解和掌握RS觸發(fā)器原理；
• （3）學(xué)習用Verilog HDL語(yǔ)言行為級描述方法描述RS觸發(fā)器電路。

本實(shí)驗的任務(wù)是描述一個(gè)RS觸發(fā)器電路，并通過(guò)STEP FPGA開(kāi)發(fā)板的12MHz晶振作為觸發(fā)器時(shí)鐘信號clk，撥碼開(kāi)關(guān)的狀態(tài)作為觸發(fā)器輸入信號S,R，觸發(fā)器的輸出信號Q和非Q，用來(lái)分別驅動(dòng)開(kāi)發(fā)板上的LED，在clk上升沿的驅動(dòng)下，當撥碼開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化時(shí)LED狀態(tài)發(fā)生相應變化。

基本RS觸發(fā)器可以由兩個(gè)與非門(mén)按正反饋方式閉合構成。通常將Q端的狀態(tài)定義為鎖存器的狀態(tài)，即Q=1時(shí)，稱(chēng)為鎖存器處于1的狀態(tài)；Q=0時(shí)，稱(chēng)鎖存器處于0的狀態(tài)，電路具有兩個(gè)穩態(tài)。電路要改變狀態(tài)必須加入觸發(fā)信號，因是與非門(mén)構成的基本RS觸發(fā)器，所以，觸發(fā)信號是低電平有效。非Rd和非Sd是一次信號，只能一個(gè)個(gè)加，即它們不能同時(shí)為低電平，因為會(huì )有邏輯矛盾（Q == 非Q）。

用數據流描述實(shí)現的RS觸發(fā)器
程序清單rsff.v
<code verilog> module rsff

 ( 
  input wire clk,r,s,			//rs觸發(fā)器輸入信號		
  output reg q,				//輸出端口q，在always塊里賦值，定義為reg型
  output wire qb				//輸出端口非q
 );
 assign qb = ~q;
 always@(posedge clk)
begin
	case({r,s})
		2'b00:  q <= q;      //r,s同時(shí)為低電平，觸發(fā)器保持狀態(tài)不變
		2'b01:  q <= 1'b1;	   //觸發(fā)器置1狀態(tài)
		2'b10:  q <= 1'b0;   //觸發(fā)器置0狀態(tài)
		2'b11:  q <= 1'bx;   //r,s同時(shí)為高電平有效，邏輯矛盾，觸發(fā)器為不定態(tài)
	endcase
end
endmodule
</code>

仿真文件rsfftb.v

  `timescale 1ns/100ps    //仿真時(shí)間單位/時(shí)間精度
   module rs_ff_tb();       
    reg    clk,r,s;         	//需要產(chǎn)生的激勵信號定義
    wire   q,qb;      	  //需要觀(guān)察的輸出信號定義
    //初始化過(guò)程塊
    initial
    begin
	  clk = 0;
	  r = 0;
	  s = 0;
	  #50
	  r = 0;
	       s = 1;
	  #50
	  r = 1;
          s = 0;
	  #50
	  r = 1;
	       s = 1;
	  #50
	  r = 0;
	       s = 1;
    end
   always #10 clk = ~clk;      //產(chǎn)生輸入clk，頻率50MHz
   //module調用例化格式
   rs_ff  u1 (      //rs_ff表示所要例化的module名稱(chēng)，u1是我們定義的例化名稱(chēng)
		.clk(clk),     //輸入輸出信號連接。
		.r(r),
		.s(s),
		.q(q),    //輸出信號連接
		.qb(qb)   
             );
  endmodule

1. 打開(kāi)Lattice Diamond，建立工程。
2. 新建Verilog HDL設計文件，并鍵入設計代碼。
3. 綜合并分配管腳，將輸入信號clk,r,s分配至撥碼開(kāi)關(guān)，將輸出信號q,qb分配至板卡上的LED。clk/C1,r/M7,s/M8,q/N13,qb/M12
4. 根據仿真教程，實(shí)現對本工程的仿真，驗證仿真結果是否與預期相符。
5. 如果仿真無(wú)誤，構建并輸出編程文件，燒寫(xiě)至FPGA的Flash之中。
6. 觀(guān)察輸出結果。

1. 仿真結果如下圖所示：
2. 實(shí)驗現象：撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)撥至01，led1亮，led2滅。撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)撥至10，led1滅，led2亮。撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)撥至00，保持上一個(gè)狀態(tài)。