数字跑表原理

实例的内容及目标

1．实例的主要内容
本节通过Verilog HDL语言编写一个具有“百分秒、秒、分”计时功能的数字跑表，可以实现一个小时以内精确至百分之一秒的计时。
数字跑表的显示可以通过编写数码管显示程序来实现，本实例只给出数字跑表的实现过程。读者还可以通过增加小时的计时功能，实现完整的跑表功能。
2．实例目标
本实例主要实现了计数及进位的设计，通过几个always模块的设计实现一个特定用途的模块——数字跑表。通过本实例，读者应达到下面的一些实例目标。
• 初步掌握Verilog语言的设计方法。
• 完成一个数字跑表的设计。
 

原理简介

本数字跑表首先要从最低位的百分秒计数器开始，按照系统时钟进行计数。计数至100后向秒计数器进位，秒计数器以百分秒计数器的进位位为时钟进行计数。计数至60后向分计数器进位，分计数器以秒计数器的进位位为时钟进行计数，读者可以自行增加小时计数器。

数字跑表巧妙地运用进位位作为计数时钟来减少计数的位数。如果统一使用系统时钟作为计数时钟，那秒计数器将是一个6000进制的计数器，而分计数器将是一个3600000进制的计数器。这样将极大的浪费FPGA的逻辑资源。而使用进位位作为计数时钟，只需要一个100进制的计数器和两个60进制的计数器。

如图是本实例的数字跑表模块图。

在实际的设计中，为了使计数器更加简单，计数器使用高低位两个计数器实现。100进制计数器分别是高位10进制计数器，低位10进制计数器；60进制计数分别是高位6进制计数器，低位10进制计数器。这样整个数字跑表使用6个计数器实现。

同时由于10进制计数器重复使用了5次，可以使用独立的模块实现10进制计数器，这样就可以通过模块复用来节省整个模块使用的资源。

数字跑表提供了清零位CLR和暂停位PAUSE，百分秒的时钟信号可以通过系统时钟分频提供。分频至1/100s，即可实现真实的时间计数。详细的时钟分频设计读者可参考相关的资料实现，在本实例中不再提供。