實驗12：邊沿觸發的D觸發器

• （1）熟悉和掌握FPGA開發流程和Lattice Diamond軟件使用方法；
• （2）通過實驗理解和掌握D觸發器原理；
• （3）學習用Verilog HDL語言行為機描述方法描述D觸發器電路。

本實驗的任務是描述一個帶有邊沿觸發的同步D觸發器電路，并通過STEP FPGA開發板的12MHz晶振作為觸發器時鐘信號clk，撥碼開關的狀態作為觸發器輸入信號d，觸發器的輸出信號q和~q，用來分別驅動開發板上的LED，在clk上升沿的驅動下，當撥碼開關狀態變化時LED狀態發生相應變化。

從D觸發器的特性我們知道，它的狀態僅僅取決于時鐘信號達到之前瞬間的D信號。為了防止SR鎖存器的S、R被同時置1的情況，常采用維持阻塞結構的D觸發器，其電路結構如下，邊沿觸發器的次態僅僅取決于CLK信號上升沿（或下降沿）到達時刻輸入信號的狀態。

用行為描述方式實現的D觸發器
程序清單dff.v

   module dff   (						//模塊名及參數定義
    input clk,rst,d,	
    output reg q,
    output wire qb   );
   assign qb = ~q;
   always @( posedge clk )   //只有clk上升沿時刻觸發
	if(!rst)				  //復位信號判斷，低有效
		q <= 1'b0;        //復位有效時清零
	else
		q <= d;           //觸發時輸出q值為輸入d
  endmodule

仿真文件dff_tb.v

   `timescale 1ns/100ps    //仿真時間單位/時間精度
  module dff_tb();       
   reg    clk,rst,d;         	//需要產生的激勵信號定義
   wire   q,qb;      	  //需要觀察的輸出信號定義 
   //初始化過程塊
   initial
   begin
	 clk = 0;
	 rst = 0;
	 d = 0;
	 #50
	 rst = 1;
   end
   always #10 clk = ~clk;      //產生輸入clk，頻率50MHz
   always #15 d = ~d;
   //module調用例化格式
   dff  u1 (      //dff表示所要例化的module名稱，u1是我們定義的例化名稱
		.clk(clk),     //輸入輸出信號連接。
		.rst(rst),
		.d(d),
		.q(q),    //輸出信號連接
		.qb(qb)   
           );
  endmodule

1. 打開Lattice Diamond，建立工程。
2. 新建Verilog HDL設計文件，并鍵入設計代碼。
3. 根據邏輯綜合并分配管腳。clk/C1,rst_n/L14,d/M7,q/N13,qb/M12
4. 根據仿真教程，實現對本工程的仿真，驗證仿真結果是否與預期相符。
5. 如果仿真無誤，構建并輸出編程文件，燒寫至FPGA的Flash之中。
6. 觀察輸出結果。

1. 仿真結果如下圖所示：
2. 實驗現象：撥動撥碼開關的第1位到ON，給D觸發器輸入1，則LED1滅，LED2亮輸出q=1，notq輸出0；撥到OFF時LED1亮，LED2滅，即q輸出0，notq輸出1（注意LED上拉到3.3V，所以LED管腳為0時亮）。