短脉冲计数

短脉冲计数

现有如下要求：时钟clk为20MHz，但是有一个pulse脉冲信号（脉宽最小为5ns），如何设计Verilog代码，可以计算脉冲的个数。

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当脉冲信号（pulse）的最小脉宽（5ns）小于时钟周期时，直接使用时钟采样可能会导致脉冲被遗漏，因为脉冲可能出现在时钟边沿之间，无法被采样到。为了解决这个问题，需要设计一个可靠的脉冲计数电路，使用异步捕捉和同步处理机制。

设计思路：

设计思路

1. 异步捕捉：通过一个异步置位的寄存器（captured）实现。当脉冲的上升沿发生时，立即设置该寄存器为高电平，无论时钟状态如何。
2. 同步处理：捕捉到的异步信号需要同步到时钟域，以避免亚稳态问题。使用两级触发器同步器（双触发器同步）来处理异步信号。
3. 边沿检测与计数：同步后的信号通过边沿检测（检测上升沿）来生成一个时钟周期的使能信号，用于增加计数器。这确保每个脉冲只被计数一次。
4. 清除机制：计数后，需要清除异步捕捉标志，以便捕捉新的脉冲。这通过生成一个同步清除信号（clear）实现，该信号异步清除捕捉标志。

代码：

`timescale 1ns/1nsmodule test (input       clk         ,       input       rst_n       ,     input       pulse       ,   // 脉冲信号，最小脉宽5nsoutput reg [7:0] count      // 脉冲计数器
);//当脉冲上升沿时异步置位，当清除信号或复位时异步清除
reg captured;
wire clear; // 清除信号，用于清除captured//捕捉逻辑：敏感于pulse的上升沿、clear的上升沿
always @(posedge pulse or posedge clear or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begincaptured <= 1'b0; // 复位时清除end else if (clear) begincaptured <= 1'b0; // 清除信号有效时清除end else begincaptured <= 1'b1; // 脉冲上升沿时置位end
end//同步
reg captured_sync1, captured_sync2,captured_sync3;always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begincaptured_sync1 <= 1'b0;captured_sync2 <= 1'b0;captured_sync3 <= 1'b0;end else begincaptured_sync1 <= captured;   // 第一级同步captured_sync2 <= captured_sync1; // 第二级同步captured_sync3 <= captured_sync2;end
end//边沿检测与计数逻辑
wire capture_pos; 
assign capture_pos = captured_sync2 & !captured_sync3;always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n) count <= 8'b0;else if(capture_pos)count <= count + 1'b1;else  count <= count;
end// 生成清除信号
assign clear = capture_pos;endmodule

TB:

`timescale 1ns / 1psmodule sim();reg clk    ;
reg rst_n       ;
reg pulse     ;wire [7:0] count    ;initial clk = 1;
always #25 clk <= ~clk; //20MHZtest u_test(.clk        (clk        ), .rst_n      (rst_n      ),.pulse      (pulse      ),.count      (count   ));initial beginrst_n = 0;pulse = 0;#200;rst_n = 1;#100;pulse = 1;#10;pulse = 0;#200;pulse = 1;#100;pulse = 0;#400;pulse = 1;#5;pulse = 0;#321;pulse = 1;#30;pulse = 0;end
endmodule

仿真结果：