【從零開(kāi)始走進(jìn)FPGA】你想干嘛——邊沿檢測技術(shù)

　　一、為什么要講邊沿檢測

　　也許，沒(méi)有那么一本教科書(shū)，會(huì )說(shuō)到這個(gè)重要的思想;也許，學(xué)了很久的你，有可能不知道這個(gè)重要的思想吧。很慚愧，我也是在當年學(xué)了1年后才領(lǐng)悟到這個(gè)思想的。

　　說(shuō)實(shí)話(huà)，我的成長(cháng)很艱辛，沒(méi)有人能給我系統的指導，而我得撐起這一片藍天，于是乎無(wú)數個(gè)漏洞，我一直在修補我的不足。我沒(méi)能對自己滿(mǎn)足過(guò)，不是說(shuō)我“貪得無(wú)厭”，而是，我不夠“完美”。人可以不完美，但不可以不追求完美;或許終點(diǎn)永遠達不到，但努力的過(guò)程，你一直在靠近完美;有方向感地奮斗，讓你永遠立于不敗之地。

　　也許我看的書(shū)不夠多，但學(xué)校暑假那邊關(guān)于的FPGA的書(shū)，我都翻過(guò)一遍了;特權的《深入淺出玩轉FPGA》是我所看過(guò)的書(shū)中，唯一一本涉及到這個(gè)重要思想的書(shū)，也許這就是有過(guò)項目實(shí)戰的人出的書(shū)，和官方理論教材的區別吧。

　　說(shuō)起邊沿檢測，還有過(guò)一個(gè)故事：

　　話(huà)說(shuō)七哥當年，去一家FPGA公司面試?？脊俳o他一支筆，讓他用邏輯門(mén)畫(huà)出邊沿檢測電路。話(huà)音剛落，七哥持筆揮霍，數秒鐘內畫(huà)出了邊沿檢測的電路圖，并且給出了完美的解釋。瞬間思維的展現與重要應用的說(shuō)明，讓考官目瞪口呆。據說(shuō)，七哥贏(yíng)了，這之后，七哥便被那家公司錄用了，一路牛逼，到了今天，證明了自己，取得了很大的成績(jì)。

　　二、什么是邊沿檢測

　　所謂邊沿檢測，就是檢測輸入信號，或者FPGA內部邏輯信號的跳變，即上升沿或者下降沿的檢測。這在FPGA電路設計中相當的廣泛，幾乎我每一個(gè)稍微完善的工程都會(huì )應用到這個(gè)思想;后續章節的講解，也不少這個(gè)思維的應用。

　　以下是七哥當年用決定自己工作的一張圖，Bingo在Quartus II Block中用邏輯門(mén)畫(huà)了出來(lái)：

　　如上圖5個(gè)信號：

　　正常工作，沒(méi)有復位的情況下，工作流程如下：

　　(1)D觸發(fā)器經(jīng)過(guò)時(shí)鐘clk的觸發(fā)，輸出trigger信號，保存了t0時(shí)刻的信號。

　　(2)同時(shí)由trigger通過(guò)非門(mén)輸出信號，保留了當前時(shí)刻t1的觸發(fā)信號

　　(3)經(jīng)過(guò)與門(mén)輸出信號pos_edge，neg_edge

　　a) 只有t0時(shí)刻為高，且t1時(shí)候為低的時(shí)候，與門(mén)輸出高，此時(shí)為下降沿。

　　b) 只有to時(shí)候為低，且t1時(shí)候為高的時(shí)候，與門(mén)輸出高，此時(shí)為上升沿。

　　當然，在復位的時(shí)刻，DFF被復位，無(wú)法檢測觸發(fā)信號。

　　三、實(shí)現邊沿檢測的最優(yōu)化

　　1. Block或Verilog實(shí)現

　　一般為了防止觸發(fā)信號的波動(dòng)，加幾級觸發(fā)器，消除抖動(dòng)，使得信號更穩定。

　　此例程中，相對于上圖多了觸發(fā)器。其用觸發(fā)器對信號打慢兩拍，使得觸發(fā)信號然后在進(jìn)行相關(guān)的處理;再來(lái)檢測邊沿的上升沿，下降沿。

　　(1)用Block畫(huà)圖實(shí)現

　　(2)用verilog代碼實(shí)現

　　edge_tech_design.v代碼如下所示：

　　/*****************************************************

　　* Module Name : edge_tech_design.v

　　* Engineer : Crazy Bingo

　　* Target Device : EP2C8Q208C8

　　* Tool versions : Quartus II 11.0

　　* Create Date : 2011-6-25

　　* Revision : v1.0

　　* Description :

　　*****************************************************/

　　module edge_tech_design

　　(

　　input clk,

　　input rst_n,

　　input trigger,

　　output pos_edge,

　　output neg_edge

　　);

　　//Capture the rising_endge & falling_edge

　　reg trigger_r0,trigger_r1,trigger_r2;

　　always@(posedge clk or negedge rst_n)

　　begin

　　if(!rst_n)

　　begin

　　trigger_r0 <= 1'b0;

　　trigger_r1 <= 1'b0;

　　trigger_r2 <= 1'b0;

　　end

　　else

　　begin

　　trigger_r0 <= trigger;

　　trigger_r1 <= trigger_r0;

　　trigger_r2 <= trigger_r1;

　　end

　　end

　　assign pos_edge = trigger_r1 & ~trigger_r2;

　　assign neg_edge = ~trigger_r1 & trigger_r2;

　　endmodule

　　編譯后，分析Quartus II RTL圖，如下所示，與Bingo在Block用邏輯門(mén)設計的一樣，說(shuō)明了代碼的正確性。

　　(3)Modelsim-Altera仿真圖如下所示，在上升沿(下降沿)到來(lái)的時(shí)候，時(shí)序能夠及時(shí)準確的檢測到。

　　2. 邊沿檢測應用

　　邊沿檢測技術(shù)在項目應用中，非常低廣泛。如要有效捕獲信號跳變沿，邊沿檢測技術(shù)的應用是必不可少的。Bingo大致歸納了一下，有如下幾個(gè)方面

　　(1)將時(shí)鐘邊沿使能轉換為邊沿檢測使能，使時(shí)鐘同步化。

　　(2)捕獲信號的突變(UART，SPI等信號使能突變)

　　(3)邏輯分析儀中信號的邊沿檢測。

　　3. 實(shí)現指標及存在缺陷

　　沒(méi)有十全十美的東西，也沒(méi)有十全十美的電路、代碼;本章節中所介紹的邊沿檢測技術(shù)亦如此。有如下缺陷：

　　(1)增大CLK信號可以增強邊沿檢測的效率，但不能濾去跳變的雜波。

　　(2)減少CLK可以有效濾去跳變的雜波，但不能及時(shí)檢測到邊沿跳變。

　　(3)增加DFF能更好的濾除雜波，寄存信號，但同時(shí)檢測延時(shí)大。