一、项目需求：
1.使用七段显示器作为输出设备，在小脚丫FPGA核心板上创建一个2位数秒表。 秒表应从 0.0 秒计数到 9.9秒，然后翻转，计数值每0.1秒精确更新一次。
2.秒表使用四个按钮输入：开始、停止、增量和清除（重置）。 开始输入使秒表开始以10Hz时钟速率递增（即每0.1秒计数一次）； 停止输入使计数器停止递增，但使数码管显示当前计数器值； 每次按下按钮时，增量输入都会导致显示值增加一次，无论按住增量按钮多长时间； 复位/清除输入强制计数器值为零。
二、设计思路
1.使用分频器，把12M Hz变为10Hz。
2.加入一个数码管模块，其中数码管1需要显示小数点，数码管2只需显示0-9。
3.写一个0-99的计数器，使其可以翻转。
4.写一个按键防抖的模块，和按钮控制的代码。
三、实现的功能
1.数码管0.0-9.9的显示且翻转。
2.清零功能。
3.开始、暂停、递增功能。且长按按钮也只会递增一次。
四、主要代码片段及说明
1.0-99计数器片段
if (run ) begin
if (cnt[3:0] == 4'd9) begin
if (cnt[7:4] == 4'd9) begin
cnt <= 8'd0; // 个位和十位都为9，将计数器重置为0
end else begin
cnt[7:4] <= cnt[7:4] + 1'b1; // 十位加1
cnt[3:0] <= 4'd0;
end
end else begin
cnt[3:0] <= cnt[3:0] + 1'b1; // 个位加1
end
end
这段代码里，cnt占8比特，共8位。其中，前四位用来控制第一个数码管，充当十位，后四位用来控制第二个数码管，也就是个位。当识别到运行标志符“run”为1时，判断个位是否为9，若不为9，则加一个比特；若判断为9，则再判断十位是否为9，若是则置零，反之则十位加一，个位清零。
2.实现启动、停止、递增和清除功能的按键
always @(posedge clk10h or negedge rstn) begin
if (!rstn) begin
cnt <= 8'd0; // 复位计数器
run <= 0; // 清除运行标志位
flag <=1;
end else begin
// 处理按钮按下和释放事件
if (key[3] ==0 ) begin
run<=0;
cnt<=0;
end if (key[0] == 0 ) begin
// 如果按钮0被按下
run <= 1; // 设置运行标志位
end else if (key[1] == 0 ) begin
// 如果按钮1被按下
run <= 0; // 清除运行标志位
end else if (key[2] == 0 && flag==1) begin
// 如果按钮2被按下
begin
if (cnt[3:0] == 4'd9) begin
if (cnt[7:4] == 4'd9) begin
cnt <= 8'd0; // 个位和十位都为9，将计数器重置为0
end else begin
cnt[7:4] <= cnt[7:4] + 1'b1; // 十位加1
cnt[3:0] <= 4'd0;
end
end else begin
cnt[3:0] <= cnt[3:0] + 1'b1; // 个位加1
end
flag <=0;
end
end else if (key [2] == 1) begin
flag=1;
end
key0、1、2、3分别代表了开始、暂停、递增、清零，其中设置了两个运行标志位：run和flag，分别控制key0、1、3和key2。这两个运行标志位的意义是为了识别按键是否按下，若按下则运行下一步；即使按键被长按，该流程也可以仅被执行一次。其中，对于flag，当按键2被按下时，我们分析目前cnt的状态并根据状态选择递增的数字该如何表达（同上面的计数器）；在增加0.1后，我们要将flag重新变为0，等待下一次按键2按下时再变为1，再重新运行一遍。而其他按键，则分别识别其对应的按键是否被按下后，再进行run的赋值，以便后续计数器的判断。
3.数码管显示的模块
module segment (seg_data_1,seg_data_2,seg_led_1,seg_led_2);
input [3:0] seg_data_1;
input [3:0] seg_data_2;
output [8:0] seg_led_1;
output [8:0] seg_led_2;
reg [8:0] seg [9:0];
reg [8:0] segment [9:0];
initial
begin
segment[0] = 9'h3f;
segment[1] = 9'h06;
segment[2] = 9'h5b;
segment[3] = 9'h4f;
segment[4] = 9'h66;
segment[5] = 9'h6d;
segment[6] = 9'h7d;
segment[7] = 9'h07;
segment[8] = 9'h7f;
segment[9] = 9'h6f;
end
initial
begin
seg[0] = 9'b10111111;
seg[1] = 9'b10000110;
seg[2] = 9'b11011011;
seg[3] = 9'b11001111;
seg[4] = 9'b11100110;
seg[5] = 9'b11101101;
seg[6] = 9'b11111101;
seg[7] = 9'b10000111;
seg[8] = 9'b11111111;
seg[9] = 9'b11101111;
end
assign seg_led_1 = seg[seg_data_1];
assign seg_led_2 = segment[seg_data_2];
endmodule
因为题目中数码管需要显示小数点，所以让代表十位的数码管“seg”的所有数字都要显示小数点，代表个位的数码管“segment”的所有数字都不显示小数点，最后在模块的最后用assign分别定义。
4.时钟分频
divide# //Generate a 100ms Clock Signal
(.WIDTH(24),
.N(1200000)
)u1
(
.clk(clk),
.rst(rstn),
.clkout(clk10h)
);
时钟分频我们可以使用stepfpga提供的参考代码，并通过计算填入主要数据，最后得到10Hz的分频时钟。
5.按键防抖
module debounce (clk,rst,key,key_pulse);
input clk;
input rst;
input [3:0] key;
output [3:0] key_pulse;
reg [3:0] key_rst_pre;
reg [3:0] key_rst;
wire [3:0] key_edge;
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst) begin
key_rst <= {4{1'b1}};
key_rst_pre <= {4{1'b1}};
end
else begin
key_rst<=key;
key_rst_pre <= key_rst;
end
end
assign key_edge = key_rst_pre & (~key_rst);
reg [17:0] cnt;
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
cnt <= 18'h0;
else if(key_edge)
cnt <= 18'h0;
else
cnt <= cnt + 1'h1;
end
reg [3:0] key_sec_pre;
reg [3:0] key_sec;
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst)
key_sec <= {4{1'b1}};
else if (cnt==18'h3ffff)
key_sec <= key;
end
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst)
key_sec_pre <= {4{1'b1}};
else
key_sec_pre <= key_sec;
end
assign key_pulse = key_sec_pre & (~key_sec);
endmodule
由于机械触点的弹性作用，一个按键在闭合及断开的瞬间均伴随着一连串的抖动，因此我们采用一个模块来消除这种抖动。监测到按键按下的信号后，进行10-20ms延时，当前的抖动消失后再一次检测按键的状态。如果发现仍然是被按下的信号，我们就让接下来的程序启动；如果发现按键被释放，也做10ms-20ms的延时，以确认这是一次真正的按键释放。
五、关于GPT问询和仿真
以上为部分问询电子森林自带的ai助手的照片，在没有头绪的时候，gpt帮助了我很多。代码并不完全正确，借鉴完它之
后仍需自己整合调试。
上图为我在webid上截下的run.log的资源报告。
上图为对时钟进行的仿真。
六、遇到的主要难题及解决方法
1.如何显示小数点：如上文所述，可以让两个数码管的数字分别显示。
2.如何让按键就算长按也只运行一次：可以增加一个运行标志符，让系统自己识别一下按键是否已经按下了。
七、未来的计划和建议
1.通过未来系统的学习verilog语言，可以挑战难度更高的任务。
2.希望可以更加精简语句，尽量让代码效率更高。
3.希望能养成良好的代码习惯，让代码看起来更加美观、整齐。
克比尔饲养乌鸦Crihusky