下面我们开始进行“真正”的波形设计,为什么说这是“真正”的呢?难道之前的波形设计都是假的吗?当然不是,因为波形设计在时序电路设计中最有价值,也最好用,组合逻辑的设计虽然我们也画波形了,主要是为了大家能够尽早接触这种方法,并不涉及画波形的精髓之处,对于组合逻辑的设计我们用真值表也可以设计出代码,前面的寄存器章节的时序逻辑电路又太简单,而我们在本章要画的计数器的波形则是以后设计中经常会用到的,也是非常重要的。 本章实例的重点就是如何控制好计数器,对于计数器来说只要控制好什么时候开始计数,什么时候清零的问题那么你就可以完全掌控计数器了。首先考虑什么时候开始计数的问题(也可以先考虑什么时候清零的问题),这个系统除了时钟和复位没有外界的其他输入了,所以只要复位一撤销,时钟沿来到就可以立刻进行计数,所以我们不需要太关系计数开始的条件,也可以默认为没有条件。 然后是考虑计数器什么时候清零的问题,有人可能会问,计数器不是会计数满自动清零吗?是的,但计数到多少后清零是不是需要我们考虑呢。这就引入了一个新的问题,计数 1s 的时间需要计数器计数多少个数。有很多学习者对这一块是相当的迷糊,经常容易计算错,那样就会导致计数的个数不准,从而导致系统出现各种问题。我们计数的时钟就用系统时钟 50MHz,换算成时间为[1/(5010^310^3)Hz]s = 0.000_000_02s,也就是说 50MHz 频率的时钟一个周期的时间为 0.000_000_02s,计数 1s 的时间需要多少个 0.000_000_02s 呢,经计算得需要(1/0.000_000_02s)个 = 50_000_000 个,所以我们的计数器需要在 50MHz 的时钟下计 50_000_000 个数才可以。但是我们是从 0 开始计数的,所以在 50MHz 的时钟频率下计数 1s 的时间最终的计数值为 49_999_999。但是不要忘记了我们要实现的是在 1s 的时间内闪烁,就是说在 1s 的时间内,led 点亮 0.5s,熄灭 0.5s,这样的观赏效果最佳。我们真的需要让计数器的计数值到 49_999_999 这么多吗?首先这个想法当然是可以的,但是计数到49_999_999 需要 26 位宽的寄存器,这显然需要使用很多的寄存器,会占用很多资源,虽然我们的资源足够,但更精简的设计可以让我们整个系统的性能达到最优,所以我们希望减少一些寄存器的使用,这样位宽就可以变小一些,从而节约一些寄存器资源。因为 led 灯实现 1s 内闪烁的效果,也就是 led 灯的电平为高和低电平交替进行,即每 0.5s 的时间将控制 led 灯的管脚取反就可以了。那么我们就可以让计数器减少一半的计数时间(个数),也就是计数 0.5s 的时间,计数器计数的值为 0~24_999_999,需要 25 位宽的寄存器。