基于Verilog的经典数字电路设计—计数器

在数字系统中，使用得最多的时序电路差不多就是计数器了。计数器不仅能够用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲、产生脉冲序列以及进行数字运算等等。

其实，计数也是一种最简单最基本的运算，就像我们心里默念的计数一样。不过不同的是，计数器是有一定频率的计数，具有一定的时间间隔，而我们心里默念的计数的时间间隔不一样罢了（也就是不够准确的啦），而计数器就是实现这种运算的逻辑电路，主要是通过对时钟（上升）脉冲的个数进行计数的。

计数器在我们身边也很普遍，比如手机中自带的跑步的计时器、电脑定时关机等等；所以，熟悉掌握计数器，不仅对于学习 Verilog 非常有用，而且，还能锻炼我们的逻辑能力和更深刻地理解数字电路的工作原理，从而对科技更加感兴趣！

一、计数器的 Verilog 代码实现和 RTL 电路实现

下面是计数器的 Verilog 代码实现：

module Counters(
    input Clk,
    input Up, // 可增可减（可逆）计数器
    output reg [7:0] Cout = 8'b0000_0000 // 8 位计数器
    );

   always @(posedge Clk)
      if (Up)
         Cout <= Cout + 1'b1;
      else
         Cout <= Cout - 1'b1;

endmodule

下面是计数器的 RTL 电路实现：

计数器的 RTL 电路图

时钟信号：Clk（时钟信号，就是电路的“心脏”，不可或缺）；

复位信号：rst_n（复位信号，也是一个合格的电路不应该缺少的一个输入信号，当复位信号为低电平时，输出全部置零，这就是所谓的低电平有效）当复位信号为高电平时，开始计数，每一个时钟信号的上升沿到来就计一次数，每计数满 256 个时钟周期为一个输出循环，输出置零，然后重新计数；当然，这里为了更好地读懂代码，并没有加入复位信号啊哈哈哈嗝。

计数值信号：Cout（显示计数值，根据自己设计的需要，可以对位数进行设置，比如最大计数值为 6，那么位数就可以设置为 3 bits）

其实，这个既是计数器，又能当分频器，而且还能当计时器哟（再者还可以当闹钟功能）这三者其实都是息息相关的，但是博主并没有把分频器和定时器的功能加上去，其实只需要增加一两个信号即可，小伙伴们能否想到怎么添加，从而使得这个程序既有计数器的功能，也有分频器的功能和定时器的功能呢？