В мире цифрового дизайна счетчики играют решающую роль в различных приложениях. Одним из широко используемых типов счетчиков является счетчик колец Джонсона. В этой статье блога мы рассмотрим реализацию счетчика колец Джонсона с использованием Verilog. Мы предоставим понятные объяснения, примеры кода и пошаговые инструкции, которые помогут вам освоить эту важную последовательную схему.

Что такое счетчик колец Джонсона?
Прежде чем углубляться в детали реализации, давайте кратко разберемся, что такое счетчик колец Джонсона. Кольцевой счетчик Джонсона — это тип счетчика на основе сдвигового регистра, который циклически проходит через последовательность состояний. Он обладает уникальной характеристикой: только один бит меняет свое состояние одновременно, что приводит к непрерывной последовательности 0 и 1. Это свойство делает его полезным в таких приложениях, как частотное разделение, генерация временной задержки и генерация кода Грея.

Метод 1: подход с использованием сдвигового регистра
Один из способов реализации кольцевого счетчика Джонсона — использование сдвигового регистра и соединений обратной связи. Вот пример кода Verilog, демонстрирующий этот подход:

module johnson_ring_counter(
  input clk,
  input reset,
  output reg [n-1:0] q
);
  always @(posedge clk, posedge reset) begin
    if (reset)
      q <= 0;
    else
      q <= {q[n-2:0], q[n-1]};
  end
endmodule

В этом коде qпредставляет собой выходной сигнал счетчика кольца Джонсона, clk — тактовый вход, а reset — вход сброса.. Счетчик сдвигает свое состояние на одну позицию в каждом такте, а последний бит возвращается к первому биту с помощью оператора конкатенации {}.

Метод 2: подход включения/отключения
Другой способ реализации счетчика колец Джонсона — использование механизма включения/отключения. Такой подход позволяет контролировать работу счетчика, включая или отключая режим переключения. Вот пример кода Verilog, использующего этот метод:

module johnson_ring_counter(
  input clk,
  input reset,
  input enable,
  output reg [n-1:0] q
);
  always @(posedge clk, posedge reset) begin
    if (reset)
      q <= 0;
    else if (enable)
      q <= {q[n-2:0], q[n-1]};
  end
endmodule

В этом коде введен дополнительный вход enable, который определяет, должен ли счетчик сдвигаться или удерживать свое текущее состояние. Когда enableимеет высокий уровень, счетчик меняет свое состояние; в противном случае оно остается неизменным.

Метод 3: использование VHDL
Если вы предпочитаете VHDL Verilog, вы также можете реализовать счетчик кольца Джонсона с использованием VHDL. Основная концепция остается той же, но синтаксис другой. Вот пример кода VHDL для счетчика колец Джонсона:

library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;
entity johnson_ring_counter is
  generic (n: integer := 4);
  port (
    clk   : in  std_logic;
    reset : in  std_logic;
    q     : out std_logic_vector(n-1 downto 0)
  );
end entity johnson_ring_counter;
architecture behavioral of johnson_ring_counter is
begin
  process (clk, reset) is
  begin
    if reset = '1' then
      q <= (others => '0');
    elsif rising_edge(clk) then
      q <= q(n-2 downto 0) & q(n-1);
    end if;
  end process;
end architecture behavioral;

Этот код VHDL имеет структуру, аналогичную примерам Verilog, но с синтаксисом и конструкциями, специфичными для VHDL.

В этой статье мы рассмотрели различные методы реализации счетчика колец Джонсона с использованием Verilog и даже предоставили пример с использованием VHDL. Мы рассмотрели два подхода: подход с использованием сдвигового регистра и подход с включением/отключением. Понимая эти методы и имея под рукой примеры кода, вы можете легко включить счетчик колец Джонсона в свои проекты цифрового дизайна. Так что вперед, экспериментируйте и используйте возможности кольцевых счетчиков Джонсона в своем следующем проекте FPGA или цифрового дизайна!