边沿检测电路设计verilog

Abstract

边沿检测电路(edge detection circuit)是个常用的基本电路。

Introduction

所谓边沿检测就是对前一个clock状态和目前clock状态的比较，如果是由0变为1，能够检测到上升沿，则称为上升沿检测电路(posedge edge detection circuit),若是由1变为0，能够检测到下降沿,则被称为下降沿检测电路(negedge edge dttection circuit)，能够同时检测上升沿与下降沿的电路称为双沿检测电路(double edge detection)。

上升沿检测电路

Method 1:  使用两个reg

r_data_in0与r_data_in1为DFF，分别hold住上一个与目前clock的i_data_in，当i_data_in由1变为0时，则

r_data_in0    1  1  1  0  0  0

r_data_in1        1  1  1  0  0  0   //对r_data_in0取反相与

o_rising_edge得到一个时钟周期的高电平。

Posedge detection.v / verilog 

 1 module posedge_detection (
 2    input  clk,
 3    input  rst_n,
 4   input  i_data_in,
 5    output o_rising_edge
 6 );
 7  
 8  reg r_data_in0;
 9  reg r_data_in1;
10 
11  assign o_rising_edge = ~r_data_in0 & r_data_in1;
12  
13  always@(posedge clk, negedge rst_n) begin
14   if (!rst_n) begin
15      r_data_in0 <= 0;
16      r_data_in1 <= 0;
17    end
18    else begin
19     r_data_in0 <= r_data_in1;
20      r_data_in1 <= i_data_in;
21    end
22  end
23  
24  endmodule

这种写法经过综合后RTL为一个两位的DFF与一个AND。

Methord 2: 使用一个reg

posedge_detection2.v / verilog 

module posedge_detection2(
    input clk,
    input rst_n,
    input i_data_in,
    output reg o_rising_edge       
);

reg r_data_in0;

always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
  if(!rst_n)
  r_data_in0 <= 0;
  else begin
   r_data_in0 <= i_data_in;
   if({r_data_in0,i_data_in} == 2'b01)
   o_rising_edge <= 1;
   else 
   o_rising_edge <= 0;  
        
 end

end
endmodule 

这种写法综合成RTL之后只有一个D-FF和一个Equal，右边的o_rising_edge 的D-FF主要是因为always过程块内的reg。

Vwf仿真图形如下

下降沿检测与上升沿相似，不在叙述

双沿检测电路(double edge detection)

r_data_in0与r_data_in1位reg，分别hold住上一个clock和目前的clock得i_data_in，就是i_data_in由1变0，或者由0变1，也就是r_data_in1为1，r_data_in0为0，或者是r_data_in1为0，r_data_in0为1，因此用异或(xor)连接两个寄存器。

Method1 : 使用两个reg

Double_edge_detection.v/ verilog

 module doubleedge_detection (
   input  clk,
   input  rst_n,
   input  i_data_in,
   output o_double_edge
 );
 
 reg r_data_in0;
 reg r_data_in1;
 
 assign o_double_edge = r_data_in0 ^ r_data_in1;
 
 always@(posedge clk, negedge rst_n) begin
   if (!rst_n) begin
     r_data_in0 <= 0;
     r_data_in1 <= 0;
   end
  else begin
    r_data_in0 <= r_data_in1;
    r_data_in1 <= i_data_in;
   end
 end

endmodule

Method2 :使用一个reg

Double_edge_detection2.v/verilog

 module doubleedge_detection2 (
   input      clk,
   input      rst_n,
   input      i_data_in,
   output reg o_double_edge
 );

 reg r_data_in0;

 always@(posedge clk, negedge rst_n) begin
   if (!rst_n)
     r_data_in0 <= 0;
  else begin
    r_data_in0    <= i_data_in;
    
     if ({r_data_in0, i_data_in} == 2'b10)
      o_double_edge <= 1;
    else if ({r_data_in0, i_data_in} == 2'b01)
      o_double_edge <= 1;
    else
       o_double_edge <= 0;
       
     // another method
     // o_double_edge <= r_data_in0 ^ i_data_in;
  end
 end
 
 endmodule

Conclusion

什么时候使用这种电路呢？当input是非同步信号时，为了要让input与同步的FSM一起处理，必须先经过边沿检测，使之与clock同步,然后才能跟FSM一起运作。