小茗老师带你学习——Verilog-三态门_小茗老师

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小茗老师带你学习——Verilog-三态门

(2017-04-15 20:35:58)

标签：

三态门

verilog

fpga

我们所接触到的IO都是单纯的输入（input）或者输出(output)类型,而我们的一些总线协议如IIC等，要求信号为三态类型，也就是我们所说的输入输出（inout）类型。那么，本节大家一起来探讨三态门的用法。

项目需求

设计一个三态门电路，可以实现数据的输出和总线“挂起”。

系统架构

http://s12/mw690/003wCLthzy7agq0WkYPfb&690

三态门系统架构图

模块功能介绍

表模块功能描述表

模块名	功能描述
three_state	控制三态总线sda是否处于挂起状态

顶层模块端口描述

表顶层模块端口描述表

端口名	端口说明
clk	系统时钟
rst_n	系统低电平复位
data_buf	外部待传输数据输入
sda	三态数据总线

代码解释

1.三态门模块代码

00 module three_state(

01 //系统输入

02 clk,//系统50M输入

03 rst_n,//低电平复位信号

04 data_buf,

05 //系统输出

06 sda//三态总线

07 );

08 //-------------------系统输入-------------------

09 input clk;//系统50M输入

10 input rst_n;//低电平复位信号

11 input data_buf;//待传输数据

12 //-------------------系统输出-------------------

13 inout sda;//三态总线

14 //------------------寄存器定义------------------

15 reg flag;//三态门开关定义

16 reg [10:0]counter;//计数器定义

17 //------------------三态门赋值------------------

18 assign sda=(flag==1)?data_buf:1'bz;

19 //----------------开关控制计数器----------------

20 always@(posedge clk or negedge rst_n)

21 begin

22 if(!rst_n)

23 begin

24 counter<=0;//计数器复位

25 end

26 else

27 begin

28 if(counter<</span>25)//计数器范围

29 counter<=counter+1;//计数器累加

30 else

31 counter<=0;//计数器清零

32 end

33 end

34 //----------------开关/数据控制-----------------

35 always@(posedge clk or negedge rst_n)

36 begin

37 if(!rst_n)

38 begin

39 flag<=0;//开关关闭

40 end

41 else

42 begin

43 if(counter==25)

44 flag<=~flag;//开关信号翻转

45 end

46 end

47 endmodule

第18行代码就是三态门的赋值方式，三态门什么时候作为输出、什么时候作为输入是由开关信号flag控制的。当开关信号flag==1，sda的值等于待发送的数据data_buf（此时，sda相当于是output类型），当开关信号flag==0，sda的值变成高阻态（此时，sda相当于是input类型）。

20~33行代码为我们设计的一个定时器，用来控制开关信号的翻转。

43~44行代码表示当定时器到达预定值，开关电平开始翻转。

2.三态门模块测试代码

00 `timescale 1ns/1ns

01 module tb;

02 //-------------------系统输入-------------------

03 reg clk;//系统50M输入

04 reg rst_n;//低电平复位信号

05 reg data_buf;//待传输数据

06 //-------------------系统输出-------------------

07 wire sda;//三态总线

08 //-------------------测试激励-------------------

09 initial

10 begin

11 clk=0;//时钟赋初值

12 rst_n=0;//系统上电复位

13 data_buf=0;//data_buf赋初值

14 #1000 rst_n=1;//复位结束

15 #1000 data_buf=1;

16 #1000 data_buf=0;

17 #1000 data_buf=1;

18 #1000 data_buf=0;

19 end

21 always #10 clk=~clk;//产生50MHZ时钟

22 //-------------------模块实例化-------------------

23 three_state three_state(

24 //系统输入

25 .clk(clk),//系统50M输入

26 .rst_n(rst_n),//低电平复位信号

27 .data_buf(data_buf),

28 //系统输出

29 .sda(sda)//三态总线

30 );

31 endmodule

14~18行代码，模拟的是待传输数据的变化。

仿真结果分析

http://s5/mw690/003wCLthzy7agq4gslu24&690

三态门仿真结果

由仿真波形可以看出，当开关关闭（flag==0），sda总线放开，处于高阻状态，此时外部数据可以输入，相当于我们模块的输入。

当开关打开（flag==1），sda等于data_buf的值，说明此时，sda相当于我们模块的输出。

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