目录

常规带使能计数器

加减计数器

环形计数器

约翰逊（Johnson）计数器（扭环形计数器）

简易秒表

低功耗可恢复计数器

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计数器的介绍

计数器是应用最广泛的逻辑部件之一。计数器可以统计输入脉冲的个数，具有计时、计数、分频、定时、产生节拍脉冲等功能。

计数器的种类繁多，根据计数器中触发器时钟端的链接方式，分为同步计数器和异步计数器；

根据计数方式，分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；

根据计数器中的状态变化规律，分为加法计数器、减法计数器和加/减计数器。
 

常规带使能计数器

介绍：带使能端的模100异步清零计数器为例

1. 设计代码

// 以带使能的模100异步清零计数器为例----------

`timescale 1ns/1ps
module cnt #(parameter COUNT=100)(
input clk,
input rst_n,
input cnt_en,
output reg [6:0]out//如果参数化中COUNT比较大，需要更改out的位宽来适配
    );
reg set;   

always@(posedge clk or negedge rst_n) //异步清零
begin 
if(!rst_n)begin 
    out<=7'd0;set<=1'b0;
end
else if(cnt_en)begin
//写法1：
        if(out!=COUNT-1)begin
            out<=out+1'b1;
            set<=1'b0;
        end
        else begin 
            out<=7'd0;
            set<=1'b1;
        end
/*     
//写法2：
     if(out==COUNT-1)begin 
        out<=7'd0;
        set<=1'b1;
    end
    else begin  
        out<=out+1'b1;
        set<=1'b0;   
    end */
end
else begin 
    out<=7'd0;set<=1'b0;
end    //maybe
end 
endmodule

2. 测试代码

module cnt_tst();
 
reg       clk     ;
reg       rst_n   ;
reg       cnt_en  ;
wire [6:0]out     ;
 
cnt U_cnt(
.clk     (clk    ),
.rst_n   (rst_n  ),
.cnt_en  (cnt_en ),
.out     (out    )
);
 
initial
begin
clk=1;
rst_n=0;
cnt_en=0;
#10 rst_n=1;
cnt_en=1;
#100 cnt_en=0;
#200 cnt_en=1;
#2000 cnt_en=0;
end
always #10 clk=~clk;
 
endmodule

3. 仿真波形

 

加减计数器

1. 设计代码

// ----------------------加减计数器-----------------


`timescale 1ns/1ns

module count_module(
	input clk,
	input rst_n,
	input mode,
	output reg [3:0]number,
	output reg zero
	);
    reg [3:0] num_temp;
    always @(posedge clk or negedge rst_n)
        begin
            if(~rst_n) begin
                num_temp <= 4'b0;
                number <= 4'b0;
            end
            else begin
                if (mode == 1'b1) begin
                    if(num_temp == 4'd9) begin
                      num_temp <= 4'd0;
                      number <= num_temp;
                    end
                    else begin
                       num_temp <= num_temp + 4'd1;
                       number <= num_temp;
                    end
                end
                else begin
                     if(num_temp == 4'd0) begin
                        num_temp <= 4'd9;
                        number <= num_temp;
                     end
                     else begin
                        num_temp <= num_temp - 4'd1;
                        number <= num_temp;
                     end
                end 
            end        
        end
    always @(posedge clk or negedge rst_n)
        begin
            if(~rst_n)
                zero <= 4'b0;
            else
                zero <= (num_temp == 4'b0);
        end
endmodule

2.测试代码

module testbench();

reg clk,rst_n;
reg mode;
reg [3:0]number;
reg zero;

count_module counter(
.clk   (clk),
.rst_n (rst_n),
.mode(mode),
.number(number),
.zero (zero)
);  

 initial
 begin
 clk=0;
 rst_n=0;
 mode = 1;
 #20 rst_n=1;
 #500 mode = 1;
 #500 mode = 0;
 #500 mode = 1;
 end
   
always #10 clk=~clk;
     
endmodule

3.仿真波形

 

环形计数器

环形计数器，n个触发器表示n个状态。所谓环形，是指“1”，在每一组数中出现的位置形成的效果图，像一个环一样，依次循环，以4bit环形计数器为例子，“1”的位置依次在第0bit、第1bit，第2bit，第3bit，再回到第0bit，依次类推，就像一个环。如 4bit环形计数器：复位有效时输出0001，复位释放后依次输出0010，0100，1000，0001，0010…。

1. 设计代码

//环形计数器
module ring_counter#(parameter word_size=4)(
input clk,
input rst_n,
input enable,
output reg [word_size-1:0]count
);
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
    count<={{(word_size-1){1'b0}},1'b1};
else if(enable==1'b1)count<={
   count[word_size-2:0],count[word_size-1]};
endmodule

2. 测试代码

module ring_counter_tst #(parameter word_size=4)();
reg clk;
reg rst_n;
reg enable;
wire [word_size-1:0]count;
ring_counter U_ring_counter(
.clk   (clk),
.rst_n (rst_n),
.enable(enable),
.count (count)
);   
 initial
 begin
 clk=0;
 rst_n=0;
 enable=0;
 #20 rst_n=1;
 #20 enable=1;
 
 end
   
always #10 clk=~clk;
     
endmodule

3. 仿真波形

 

约翰逊（Johnson）计数器（扭环形计数器）

约翰逊(Johnson)计数器又称扭环计数器,是一种用n位触发器来表示2n个状态的计数器。约翰逊(Johnson)计数器有一个非常明显地好处，相邻两组数只有一位不同，具体如下例子所示，因此在计数过程中不会存在竞争冒险问题。

以4bit约翰逊(Johnson)计数器为例，4bit约翰逊(Johnson)计数器，能表示8种状态，相邻两组数之间，仅有1bit不同：

0000 1000 1100 1110 1111 0111 0011

0001 0000 1000

为什么叫扭环形呢？小编的理解：相邻两组数的变化很像是扭了一下，如上图中1000 和1100，将1000的高三位放在1100中的低三位，再将1000中最低位0取反，放到1100中的最高位。

1. 设计代码

module johnson_counter#(parameter WIDTH = 4)(
input clk,
input rst_n,
output reg [WIDTH-1:0] cnt
);
   
  always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n)
      cnt <= { WIDTH { 1'b0 }};
    else
      cnt <= { ~cnt[0], cnt[WIDTH-1:1] };
  end
endmodule

2. 测试代码

module johnson_counter_tst #(parameter WIDTH = 4)();
reg clk;
reg rst_n;
wire [WIDTH-1:0] cnt;
 
johnson_counter U_johnson_counter(
. clk(clk),
. rst_n(rst_n),
. cnt(cnt)
);
 
initial
begin
clk=0;
rst_n=0;
#20 rst_n=1;
 
end
 
always #10 clk=~clk;
    
endmodule

3. 仿真波形

 

简易秒表

实现简易秒表的功能：具有两个输出，当输出端口second从1-60循环计数，每当second计数到60，输出端口minute加一，一直到minute=60，暂停计数。

1. 设计代码

`timescale 1ns/1ns

module count_module (
    input clk,
    input rst_n,
    output reg [5:0]second,
    output reg [5:0]minute
);

always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
    if(~rst_n) begin
        second <= 6'b0;
        minute <= 6'b0;
    end
    else begin
        if(minute == 6'd60) begin
            second <= second;
            minute <= minute;
        end
        else if(second == 6'd60)begin
            second <= 6'b1;
            minute <= minute + 6'b1;
        end
        else begin
            second <= second + 6'b1;
        end
    end
end
endmodule

2. 测试代码

module testbench();

reg clk,rst_n;
wire [5:0]second;
wire [5:0]minute;

count_module miaobiao_counter(
.clk   (clk),
.rst_n (rst_n),
.second(second),
.minute (minute)
);  

 initial
 begin
 clk=0;
 rst_n=0;
 #20 rst_n=1;
 end
   
always #10 clk=~clk;
     
endmodule

3. 仿真波形

 

 

低功耗可恢复计数器

这个暂时还没有找到资料，望批评指正~~

引用

计数器是非常基本的使用，没有计数器就无法处理时序。我在学习时发现市面上有几种不同的计数器写法，非常有趣，在此记录下来——咸鱼FPGA

【手撕代码】数字IC秋招中常见六种计数器（含源码）——IC媛

Verilog学习之路（9）—计数器和移位寄存器——Willliam_william