用VerilogHDL写一个程序，要求如下：输入端口： 1）复位信号CLR，当CLR=1，输出全部置0，当CLR=0，系统正常工作。 2）暂停信号PAUSE，当PAUSE=1，暂停计数，当PAUSE=0，正常计数。 3）系统时钟CLK，CLK=50MHz 输出端口： 数码管驱动----DATA1，位宽14位，其中，DATA1[7：0]是数 码管显示值，DATA1[14：8]是数码管控制端口 屏蔽未用端口---ctr，位宽是2，将未用的两个数码管显示关闭按照自顶向下设计，应该分为以下模块： 分频----将下载板上50MHz时钟分频为周期是0.01秒的时钟，提供给百分计数 计数1----百分计数，输入周期是0.01秒的时钟，计数，满100进位，注意个位，十位的不同生成 计数2---60进制计数器，输入百分位，或者秒位的进位，计数，满60向高位进位，注意个位，十位的不同生成 数码管显示控制----驱动数码管数据，显示控制端口。

<think>好的，我现在需要帮用户解决如何用Verilog HDL编写一个数字秒表的问题。用户的要求包括复位信号CLR、暂停信号PAUSE、50MHz时钟输入，分频模块生成低频时钟，两位百分秒计数器，60进制计数器，以及数码管驱动信号DATA1和屏蔽端口ctr。 首先，我应该回顾一下用户提供的引用内容。引用[1]提到了百分秒进位机制，比如百分秒的低位满99后向高位进位，同时秒的低位和高位如何进位到分钟。引用[3]和[4]提到了Verilog模块的结构，包括输入输出端口，如CLK、CLR、PAUSE，以及各个计数器模块的输出。引用[2]涉及时钟分频和数码管显示的部分，比如clk_1Hz_cnt的计数逻辑。 接下来，我需要将整个设计分解为几个模块：时钟分频、计数器控制、数码管驱动。时钟分频模块需要将50MHz的时钟分频成1Hz或100Hz的信号，用于百分秒和秒的计数。计数器部分需要处理百分秒（两位十进制）、秒（60进制）和分钟（可能需要，但用户没提具体，但引用[1]提到了分钟进位）。数码管驱动需要将计数器的值转换为数码管的段码，并处理动态扫描。 关于复位信号CLR，当CLR为1时，所有计数器应该清零。PAUSE信号为1时，计数器停止计数。这需要在计数器的always块中加入相应的条件判断。 时钟分频部分，50MHz到100Hz可能需要分频系数为500000（50M/100=500000）。但实际分频计数器需要从0开始计数到N-1，然后生成一个脉冲。例如，对于1kHz的分频，可能需要计数到49999，因为50MHz / 1kHz = 50000。但用户可能需要不同的分频频率，比如100Hz用于百分秒计数，1Hz用于秒计数？需要确认。但根据引用[1]，百分秒是两位，所以可能需要100Hz的时钟（每10ms计数一次），这样两位百分秒可以到99，即0.99秒，之后进位到秒。因此，分频模块需要生成100Hz的时钟信号。 分频模块的代码结构通常是这样的：一个计数器，当计数到设定值时翻转信号。例如，50MHz到100Hz，分频系数为500000（50,000,000 / 100 = 500,000）。所以计数器从0到499999，每计数到499999时，clk_100Hz翻转一次。不过需要注意计数器位宽是否足够，比如需要19位（2^19=524288）。 计数器部分，百分秒是两位十进制，所以ms_counter分成ms_h和ms_l，每个都是4位。当ms_l到9时，进位到ms_h。当ms_h到9且ms_l到9时，产生进位到秒的计数器。秒计数器是60进制，同样分为秒的高位和低位，比如sh和sl，各4位。当sl到9时进位到sh，当sh=5且sl=9时，进位到分钟，但用户可能只需要到分钟，但用户的问题中可能只需要显示到秒，但引用[1]提到分钟进位，所以可能需要分钟计数器。 数码管驱动部分，需要将各个计数器的值（百分秒、秒、分钟）转换为七段数码管的段码，并且动态扫描。DATA1是14位宽，可能对应两个数码管的段码（每个7段，共14位），但需要确认具体硬件连接方式。ctr是两位宽，用来选择哪个数码管被激活。例如，两位数码管的话，ctr可能控制两个位，轮流点亮，实现动态显示。但用户要求输出14位的DATA1和2位的ctr，可能DATA1是每个数码管的段码，比如两个数码管各7位，所以14位，ctr用来选择哪个数码管显示。例如，ctr=01选择第一个，ctr=10选择第二个，但需要根据具体硬件调整。 另外，引用[2]中的代码提到了clk_1Hz_cnt的计数，可能用于分频，以及数码管的循环显示。需要确保分频后的时钟用于各个计数器的触发。 现在需要考虑模块的端口定义，用户给出的例子是module paobiao(CLK,CLR,PAUSE,MSH,MSL,SH,SL,MH,ML); 但用户现在需要输出DATA1和ctr，所以可能需要将计数器的值转换为段码，并输出到DATA1和ctr。 可能的步骤： 1. 分频模块：将50MHz分频为100Hz（用于百分秒计数）和可能的其他频率用于扫描数码管。但数码管扫描通常需要较高的刷新频率，比如1kHz，以避免闪烁。因此可能需要两个分频：一个100Hz用于计数，另一个1kHz用于扫描。 2. 计数器模块：处理CLR和PAUSE信号，控制ms和s的计数。当CLR=1时，所有计数器清零。当PAUSE=1时，计数器停止。否则，在分频后的时钟上升沿计数。 3. 数码管驱动模块：将各个计数器的数值转换为对应的段码，并动态扫描输出，同时控制ctr信号选择当前显示的数码管。 可能的结构： 顶层模块包含分频、计数器、数码管驱动三个子模块。 分频模块生成clk_100Hz（用于百分秒计数）和clk_scan（用于数码管扫描，比如1kHz）。 计数器模块用clk_100Hz作为时钟，根据CLR和PAUSE的状态进行计数，输出ms_h, ms_l, s_h, s_l等。 数码管驱动模块用clk_scan作为时钟，动态扫描各个数码管，将数值转换为段码，输出DATA1和ctr。 现在需要编写各个模块的Verilog代码。 分频模块的代码： 比如，分频到100Hz： module clock_divider( input CLK, output reg clk_100Hz ); reg [18:0] counter; always @(posedge CLK) begin if(counter == 19'd499999) begin counter <= 0; clk_100Hz <= ~clk_100Hz; end else begin counter <= counter + 1; end end endmodule 同样，数码管扫描可能需要分频到1kHz，分频系数为50,000（50MHz / 1kHz / 2 = 25000），但需要计算正确的分频参数。 计数器模块： module counter( input clk_100Hz, input CLR, input PAUSE, output reg [3:0] ms_h, ms_l, output reg [3:0] s_h, s_l, output reg [3:0] m_h, m_l ); always @(posedge clk_100Hz or posedge CLR) begin if(CLR) begin ms_h <= 0; ms_l <= 0; s_h <= 0; s_l <= 0; m_h <= 0; m_l <= 0; end else if(!PAUSE) begin if(ms_l == 9) begin ms_l <= 0; if(ms_h == 9) begin ms_h <= 0; // 进位到秒 if(s_l == 9) begin s_l <= 0; if(s_h == 5) begin s_h <= 0; // 进位到分钟 if(m_l == 9) begin m_l <= 0; m_h <= m_h + 1; end else begin m_l <= m_l + 1; end end else begin s_h <= s_h + 1; end end else begin s_l <= s_l + 1; end end else begin ms_h <= ms_h + 1; end end else begin ms_l <= ms_l + 1; end end end endmodule 这里可能有问题，因为百分秒的进位逻辑应该是在百分位到99时进位到秒，即ms_h和ms_l都是0-9，所以当ms_l为9时，ms_h加1，当ms_h为9且ms_l为9时，百分秒计数器归零，并触发秒计数器加1。但上面的代码可能进位逻辑不正确，需要调整。正确的逻辑应该是： 百分秒计数器：ms_l每次加1，当ms_l到9时，ms_h加1，ms_l归零。当ms_h到9且ms_l到9时，进位到秒的计数器。秒计数器同理，s_l到9时s_h加1，s_l归零，当s_h到5且s_l到9时，进位到分钟。 所以，正确的计数器逻辑应该是： 处理百分秒： always @(posedge clk_100Hz or posedge CLR) begin if(CLR) begin ms_l <= 0; ms_h <= 0; end else if (!PAUSE) begin if (ms_l == 9) begin ms_l <= 0; if (ms_h == 9) begin ms_h <= 0; // 触发秒计数器加1 s_l <= s_l + 1; end else begin ms_h <= ms_h + 1; end end else begin ms_l <= ms_l + 1; end end end 处理秒计数器： 但秒计数器应该在百分秒进位时触发。所以可能需要将秒计数器的逻辑单独处理，例如，当百分秒达到99时，产生一个使能信号，触发秒计数器加1。 所以可能需要分开处理各个计数器： 在counter模块中： reg en_sec; // 使能秒计数器加1的信号 always @(posedge clk_100Hz or posedge CLR) begin if(CLR) begin ms_l <= 0; ms_h <= 0; en_sec <= 0; end else if (!PAUSE) begin en_sec <= 0; if (ms_l == 9) begin ms_l <= 0; if (ms_h == 9) begin ms_h <= 0; en_sec <= 1; end else begin ms_h <= ms_h + 1; end end else begin ms_l <= ms_l + 1; end end end // 秒计数器 always @(posedge clk_100Hz or posedge CLR) begin if(CLR) begin s_l <= 0; s_h <= 0; end else if (en_sec && !PAUSE) begin if (s_l == 9) begin s_l <= 0; if (s_h == 5) begin s_h <= 0; // 进位到分钟 en_min <= 1; end else begin s_h <= s_h + 1; end end else begin s_l <= s_l + 1; end end end 类似地处理分钟计数器。但用户可能只需要到秒，或者需要到分钟，但根据问题描述，用户可能只需要两位百分秒和两位秒（60进制），所以可能分钟部分不需要，或者根据引用[1]中提到的进位到分钟，可能需要包括分钟计数器。 数码管驱动模块需要将各个计数器的值转换为对应的七段码，并动态扫描显示。例如，假设有四位数码管，显示分钟、秒、百分秒的高位和低位，或者两位数码管显示秒和百分秒。但用户要求的输出是DATA1（14位）和ctr（2位），可能对应两个数码管，每个数码管7段，所以14位。ctr用来选择哪两个数码管被激活。 数码管驱动模块可能包括： - 将当前要显示的数值转换为七段码，比如每个数字对应7位（可能包括小数点）。 - 动态扫描，轮流显示不同的数码管，通过ctr信号控制。 例如，假设四个数码管显示分钟高位、分钟低位、秒高位、秒低位，或者两位显示秒和百分秒。但用户可能需要两位显示，所以可能需要根据情况调整。假设需要显示秒和百分秒，比如两位秒（60进制）和两位百分秒，所以四个数码管：SH, SL, MSH, MSL。但输出DATA1是14位，ctr是两位，可能只能同时显示两个数码管，因此需要动态扫描。 数码管驱动模块可能如下： module seg_driver( input clk_scan, input [3:0] ms_h, input [3:0] ms_l, input [3:0] s_h, input [3:0] s_l, output reg [13:0] DATA1, output reg [1:0] ctr ); reg [1:0] sel; reg [3:0] digit; // 分频后的扫描时钟，比如1kHz always @(posedge clk_scan) begin sel <= sel + 1; end // 根据sel选择显示的数字 always @(*) begin case(sel) 2'b00: digit = s_h; 2'b01: digit = s_l; 2'b10: digit = ms_h; 2'b11: digit = ms_l; default: digit = 4'd0; endcase end // 将digit转换为七段码，假设共阳极，段码为a~g，例如0的段码是0000001（假设a是最高位） // 这里需要根据具体硬件连接调整段码表 function [6:0] seg7; input [3:0] num; case(num) 4'd0: seg7 = 7'b0000001; 4'd1: seg7 = 7'b1001111; 4'd2: seg7 = 7'b0010010; // ... 其他数字的段码 default: seg7 = 7'b1111111; endcase endfunction // 组合逻辑生成DATA1和ctr always @(*) begin case(sel) 2'b00: begin DATA1 = {seg7(s_h), seg7(s_l)}; ctr = 2'b01; // 假设ctr为01时显示秒的高位和低位 end 2'b01: begin DATA1 = {seg7(ms_h), seg7(ms_l)}; ctr = 2'b10; // 显示百分秒的高位和低位 end // 可能需要更多的sel状态来覆盖所有数码管 // 但根据DATA1的宽度为14位，可能每次只能显示两个数码管，因此需要动态扫描 // 这里可能需要重新设计，因为每个数码管需要单独的段码和位选 // 例如，每次选一个数码管，输出对应的段码，ctr作为位选信号 // 比如四个数码管，ctr两位可以选四个，但用户需求中ctr是两位，可能只能选两位，因此需要轮流显示 // 可能用户的设计是两个数码管，所以ctr两位选择哪个数码管点亮 // 因此，每个时钟周期，sel切换，选择不同的数码管 // 例如，sel为0时显示s_h，ctr=01；sel为1时显示s_l，ctr=10；依此类推 // 但这样DATA1需要对应每个数码管的段码，每次只显示一个数码管，因此DATA1应该是7位，但用户要求是14位，所以可能每个DATA1同时驱动两个数码管的段码，ctr选择哪两个被激活？ // 这可能需要更多的信息，但根据用户提供的引用[4]，例如模块的输出是DATA1（14位）和ctr（2位），可能DATA1的14位分为两个七段码，每个数码管7位，ctr的两位分别使能两个数码管。 // 例如，当ctr=01时，DATA1的低7位对应第一个数码管，高7位对应第二个数码管，但实际可能同时点亮两个数码管，但动态扫描需要分时点亮。 // 但这样可能比较复杂，可能需要重新考虑。 // 可能的另一种设计是：每次显示两个数码管，使用ctr来选择哪两个数码管被激活，例如两个数码管为一组，但用户需求中的ctr是两位，可能每个位对应一个数码管的使能。 // 例如，ctr=01表示使能第一个数码管，ctr=10表示使能第二个数码管，但这样可能只能控制两个数码管，而DATA1的14位可能同时发送两个数码管的段码，例如高7位和低7位分别对应两个数码管。 // 因此，在数码管驱动模块中，每次更新两个数码管的段码，并通过ctr的两个位来选择哪一组数码管显示。例如，使用动态扫描，每个扫描周期切换不同的数码管组。 // 但具体实现可能需要根据硬件连接来调整，这里可能需要简化。 // 假设DATA1的高7位和低7位分别对应两个数码管的段码，ctr的两位分别控制它们的使能。例如，当ctr=11时，两个数码管都使能，但动态扫描需要分时操作，所以可能需要每个扫描周期切换不同的ctr值。 // 但通常动态扫描是每次只使能一个数码管，依次循环，所以可能这里的ctr是两位，可以控制四个数码管（每个位对应一个使能），但用户可能只需要两位控制两个数码管。 // 可能用户的设计是两个数码管，每个数码管需要7位段码，所以DATA1是14位，ctr是两位，分别控制两个数码管的使能。例如，ctr[0]控制第一个，ctr[1]控制第二个，每次只能一个使能，所以动态扫描轮流使能两个数码管，同时DATA1的高7位和低7位分别对应两个数码管的段码。例如，当ctr=01时，显示低7位对应的数码管，当ctr=10时，显示高7位对应的数码管。但这样可能无法同时显示四个数字（SH、SL、MSH、MSL），所以可能需要将数据分成两组，比如秒的高低位和百分秒的高低位，轮流显示。 // 可能用户的设计是四个数码管，但使用两个控制线（ctr）来选择哪两位显示，通过动态扫描的方式。例如，ctr的两位可以有四种状态，但用户提供的ctr是两位宽，可能只能选择四个状态中的两种，或者可能使用译码器来选择。 // 由于用户提供的引用中，例如引用[4]中的模块定义有输出MSH, MSL, SH, SL等，可能这些是连接到数码管的各个段，但用户现在要求输出DATA1和ctr，所以需要将多个数码管的段码合并到DATA1中，并通过ctr来选择当前显示的数码管组。 // 由于这个问题比较复杂，可能需要简化，假设需要显示四位数字（SH, SL, MSH, MSL），使用两位ctr来选择四个数码管的两个组，比如每次显示两位数字，通过动态扫描轮流显示两组。 // 例如，sel计数器从0到1，轮流显示秒的高低位和百分秒的高低位： always @(posedge clk_scan) begin sel <= sel + 1; if (sel == 2'b11) sel <= 0; end always @(*) begin case(sel) 2'b00: begin // 显示SH和SL DATA1 = {seg7(s_h), seg7(s_l)}; ctr = 2'b01; // 可能对应数码管的位选信号 end 2'b01: begin // 显示MSH和MSL DATA1 = {seg7(ms_h), seg7(ms_l)}; ctr = 2'b10; end // 如果需要显示更多位数，可以扩展sel的范围 default: begin DATA1 = 14'b0; ctr = 2'b00; end endcase end 这样，每次扫描显示两位数字，通过ctr控制哪两位数码管被激活。但由于数码管是动态扫描的，需要足够快的刷新率以避免闪烁，所以clk_scan的频率需要足够高，比如1kHz。 最后，顶层模块将这些子模块连接起来： module top( input CLK, input CLR, input PAUSE, output [13:0] DATA1, output [1:0] ctr ); wire clk_100Hz; wire clk_scan; wire [3:0] ms_h, ms_l, s_h, s_l; clock_divider div_100Hz ( .CLK(CLK), .clk_100Hz(clk_100Hz) ); clock_divider #(.DIV(25000)) div_scan ( .CLK(CLK), .clk_100Hz(clk_scan) ); counter cnt ( .clk_100Hz(clk_100Hz), .CLR(CLR), .PAUSE(PAUSE), .ms_h(ms_h), .ms_l(ms_l), .s_h(s_h), .s_l(s_l), .m_h(), .m_l() ); seg_driver seg ( .clk_scan(clk_scan), .ms_h(ms_h), .ms_l(ms_l), .s_h(s_h), .s_l(s_l), .DATA1(DATA1), .ctr(ctr) ); endmodule 需要注意的是，分频模块可能需要参数化，以生成不同的分频时钟。例如，使用参数来设置分频系数。例如： module clock_divider #(parameter DIV = 500000) ( input CLK, output reg clk_out ); reg [18:0] counter; always @(posedge CLK) begin if(counter == DIV - 1) begin counter <= 0; clk_out <= ~clk_out; end else begin counter <= counter + 1; end end endmodule 这样，分频到100Hz时DIV=250000（因为50MHz / 100Hz / 2 = 250000），而分频到1kHz时DIV=25000（50MHz / 1kHz / 2 = 25000）。 此外，数码管驱动模块需要正确的七段码转换表，这取决于数码管的类型（共阴或共阳）。例如，共阴数码管的段码可能不同，需要根据硬件调整。 关于屏蔽未使用的数码管，用户要求ctr为两位宽的屏蔽端口，可能是指当某些数码管不使用时，将其熄灭。例如，如果有四个数码管，但只使用两位，则ctr可以控制哪两位被使能，未使用的数码管通过ctr的相应位关闭。例如，如果只使用两个数码管，则ctr保持为11，或者相应的位设置为0，以关闭其他数码管。 总结，整个设计包括分频、计数和数码管驱动三个主要模块，需要考虑各个模块之间的信号传递，以及正确的时序逻辑。同时，需要处理CLR和PAUSE信号对计数器的影响，并正确生成数码管的驱动信号。</think>### Verilog数字秒表设计方案 #### 一、系统架构 本设计包含时钟分频模块、计时控制模块、数码管驱动模块，支持复位、暂停功能，可驱动两位百分秒和两位秒计时显示[^1][^3]。 #### 二、模块实现 1. **时钟分频模块** ```verilog module clk_div( input CLK_50MHz, output reg clk_100Hz ); reg [18:0] cnt; always @(posedge CLK_50MHz) begin if(cnt == 19'd249_999) begin // 50MHz->100Hz cnt <= 0; clk_100Hz <= ~clk_100Hz; end else begin cnt <= cnt + 1; end end endmodule ``` 2. **计时控制模块** ```verilog module counter( input clk_100Hz, input CLR, PAUSE, output reg [3:0] MSH, MSL, // 百分秒高位/低位 output reg [3:0] SH, SL // 秒高位/低位 ); always @(posedge clk_100Hz or posedge CLR) begin if(CLR) {MSH, MSL, SH, SL} <= 16'h0; else if(!PAUSE) begin if(MSL == 9) begin MSL <= 0; MSH <= (MSH == 9) ? 0 : MSH + 1; end else MSL <= MSL + 1; if({MSH, MSL} == 8'h99) begin // 秒进位 if(SL == 9) begin SL <= 0; SH <= (SH == 5) ? 0 : SH + 1; end else SL <= SL + 1; end end end endmodule ``` 3. **数码管驱动模块** ```verilog module seg_driver( input CLK_50MHz, input [3:0] MSH, MSL, SH, SL, output reg [13:0] DATA1, // 14位段码 output reg [1:0] ctr // 位选控制 ); reg [1:0] sel; reg [15:0] scan_cnt; // 1KHz扫描时钟 always @(posedge CLK_50MHz) begin scan_cnt <= (scan_cnt == 49_999) ? 0 : scan_cnt + 1; if(scan_cnt == 0) sel <= sel + 1; end // 七段译码表（共阴极） function [6:0] seg7; input [3:0] num; case(num) 4'h0: seg7 = 7'b0111111; 4'h1: seg7 = 7'b0000110; // 补充完整译码表... endcase endfunction always @(*) begin case(sel) 2'b00: {DATA1, ctr} = {seg7(SH), seg7(SL), 2'b01}; 2'b01: {DATA1, ctr} = {seg7(MSH), seg7(MSL), 2'b10}; default: {DATA1, ctr} = 16'hFFFF; endcase end endmodule ``` #### 三、顶层模块整合 ```verilog module top( input CLK_50MHz, input CLR, PAUSE, output [13:0] DATA1, output [1:0] ctr ); wire clk_100Hz; wire [3:0] MSH, MSL, SH, SL; clk_div u1(CLK_50MHz, clk_100Hz); counter u2(clk_100Hz, CLR, PAUSE, MSH, MSL, SH, SL); seg_driver u3(CLK_50MHz, MSH, MSL, SH, SL, DATA1, ctr); endmodule ```