下降沿采樣寄存器

01

在設計雙邊沿采樣電路（Dual-edge triggered flip-flop）之前，先從單邊沿采樣電路設計（Edge capture register）開始。

題目：對于32位向量中的每個位，當輸入信號從一個時鐘周期的1變為下一個時鐘周期的0時捕獲。“捕獲”表示在寄存器復位（同步復位）之前，輸出將保持為1。

每個輸出位的行為都類似于SR觸發器：應在從1到0的跳變發生后的周期內將輸出位設置（設置為1）。復位為高電平時，應在時鐘的上升沿將輸出位復位（清零）。如果以上兩個事件同時發生，則復位優先。

在下面的示例波形中，為清楚起見，分別顯示了reset，in [1]和out [1]。

這里要注意的是，這題與專題十的邊緣檢測不一樣，本題是邊緣“捕獲”，即捕獲到下降沿之后要一直保持1，直到復位信號為1才變位0。

module top_module (
    input clk, 
    input reset, 
    input [31:0] in, 
    output [31:0] out 
); 
    reg[31:0] p1,in_last; 
    always@(posedge clk) begin 
        in_last <= in; 
        if(reset) 
            out <= 0; 
        else begin 
            p1 = in_last&~in; 
            if(p1!=0) 
                out <= p1|out; 
            else 
                out <= out; 
        end 
    end 
endmodule

第9行 in_last <= in ; 記錄信號in上一個cycle的狀態；

第13行 p1 = in_last&~ in ;檢測下降沿，簡答來說就是檢測輸入信號in由1變0。

第14-17行的mux是保持“捕獲”or“未捕獲”狀態，**if(p1!=0)**表示有下降沿信號發生，**out <= p1|out; **表示繼續更新置1的位數；else p1==0，則out保持原來的狀態，即已經被捕獲的位保持“1”狀態、還未被捕獲的位保持“0”狀態。

正確的仿真波形如下圖所示：

這里有一個很重要的細節： 第十三行用的是阻塞賦值p1 = in_last&~in; 。即要等p1信號更新完畢之后才能進行if的判斷，假如用非阻塞語句會導致out會晚一個周期才有反應，錯誤波形如下：

雙邊沿采樣觸發器

02

題目：您熟悉在時鐘的上升沿或時鐘的下降沿觸發的觸發器。雙沿觸發觸發器在時鐘的兩個邊沿觸發。但是，FPGA沒有雙沿觸發觸發器，因此始終不接受@（posedge clk或negedge clk）作為合法敏感性列表。

構建功能上類似于雙沿觸發觸發器的電路：

module top_module (
    input clk,
    input d,
    output q
);
    reg q1,q2;
    always@(posedge clk)begin
        q1 <= d;
    end

    always@(negedge clk)begin
        q2 <= d;
    end
    assign q = clk?q1:q2;

endmodule

還有一種可行的方案：

module top_module(
  input clk,
  input d,
  output q);

  reg p, n;

  // A positive-edge triggered flip-flop
    always @(posedge clk)
        p <= d ^ n;

    // A negative-edge triggered flip-flop
    always @(negedge clk)
        n <= d ^ p;

    // Why does this work? 
    // After posedge clk, p changes to d^n. Thus q = (p^n) = (d^n^n) = d.
    // After negedge clk, n changes to p^n. Thus q = (p^n) = (p^p^n) = d.
    // At each (positive or negative) clock edge, p and n FFs alternately
    // load a value that will cancel out the other and cause the new value of d to remain.
    assign q = p ^ n;   
endmodule