流水灯基于Verilog语言实现及测试代码

百度文库 - 让每个人平等地提升自我
4
流水灯实验的Testbench报告
一、 设计源码（顺序方法）
module led(
input clk,
input rstn,
output reg[3:0]led
);
parameter T1s = 4'd10;
reg[3:0]cnt_1s;
always@(posedge clk or negedge rstn)
if(!rstn)begin
cnt_1s <= 0;
end
else if(cnt_1s == T1s)begin
cnt_1s <= 0;
end
else begin
cnt_1s <= cnt_1s + 1'b1;
end

always@(posedge clk or negedge rstn)
if(!rstn)begin
led <= 4'hf;
end
else if(led == 4'hf) begin
led <= 4'he;
end
else if(cnt_1s == T1s)begin
led <= {led[2:0],1'b1};
end
endmodule

二、 测试代码
`timescale 1 ns/1 ns

module led_tb();
reg clk ;
reg rstn;
wire[3:0] led;

parameter CYCLE = 20;
parameter RST_TIME = 3 ;
百度文库 - 让每个人平等地提升自我
4
led u( .clk (clk ),
.rstn (rstn ),
.led (led )
);

initial begin
clk = 0;
forever
#(CYCLE/2)
clk=~clk;
end

initial begin
rstn = 1;
#CYCLE;
rstn = 0;
#(CYCLE*RST_TIME);
rstn = 1;
end
endmodule

Testbench设计的几个步骤：
1、 设定时间标尺、timescale；
2、 定义信号类型，与输入对接的reg，与输出对接的wire；
3、 对待测设计的顶层模块进行例化，即将testbench与待测设计接口对接；
4、 给输入接口产生激励。

三、 结果分析

老师的源代码中设置的流水灯跳转周期是1S钟，但是在仿真的过程中，1S
实在是太漫长了，所以我将跳转周期改为10个时钟周期了。
百度文库 - 让每个人平等地提升自我
4
根据testbench可知，第一个时间周期结束，拉低复位信号。复位信号
产生低电平，always块得到反应，led=4’hf(即1111)；每次clk上升沿的时候
always都会响应，但是rstn为低电平时，计数的变量cnt_1s会一直清零，led
一直处于全灭状态。我在TESTBENCH中设置的rstn拉低持续3时钟周期，3
时钟周期后，rstn会变成高电平，在下一个clk上升沿，always又开始响应，
根据设计当led原状态为1111，触发后会跳转为1110，即第一个led亮。

之后，按设计初衷应该是每过10个时钟周期，led产生一次流水式变
化，但实际情况并非如此。

我们可以看到上图中黄线位置，led由0111经过10个时钟周期后变成
1111，但是1111只持续了一个周期就变成了1110.原来，在第二个always
中有这么一句
else if(led == 4'hf) begin
led <= 4'he;
end
虽然计时变量cnt_1s未满足条件，但是led==1111，仍然会使led发生
改变。
而且led==1111时，led是处于全灭状态，作为流水灯应该是不希望全
灭状态的出现，第四个灯亮完，应该马上跳转到第一个灯。即便如此在实
物电路中，这并不会影响功能的实现，因为多出的这一个时钟周期仅为20ns，
人的肉眼根本无法识别。

四、 程序优化
试想如果这不是一个流水灯实验，而是一个对精度有很高要求的电路，
不允许出现这么一段全1的状态，那么程序该如何修改？
其实led全为1的状态，主要是由于第二个always模块产生，所以只用
修改第二个always的内容，下面是我修改后的代码，和运行结果。
这段代码主要的关键就在于阻塞赋值。
百度文库 - 让每个人平等地提升自我
4
修改后：

运行结果：
对比运行结果，我们很容易发现，led没有再出现全1的状态，而是标
准的按照10个时钟周期跳转一次，达到预期效果。