FPGA基础学习——Verilog实现的边沿检测（上升沿下降沿检测）及Modelsim仿真

在数字电路设计中，边沿检测是一种常见的操作，用于检测信号的上升沿或下降沿。这种检测在各种应用中都很有用，如脉冲宽度调制（PWM）、时钟同步等。下面，我们将详细介绍如何使用Verilog编程语言实现边沿检测，以及如何使用Modelsim进行仿真验证。

一、边沿检测原理

边沿检测通常通过比较器实现，当输入信号从低电平跳变到高电平时，或者从高电平跳变到低电平时，会产生一个触发信号。这个触发信号可以用于触发其他逻辑操作或产生时钟信号等。

二、Verilog实现边沿检测

下面是一个简单的Verilog代码示例，用于实现边沿检测：

module edge_detector (
    input wire clk,            // 输入时钟信号
    input wire reset,           // 复位信号
    output reg trigger          // 触发信号
);
reg prev_state;                // 寄存器存储前一个状态
always @(posedge clk or posedge reset) begin
    if (reset) begin            // 如果复位信号为高电平，则重置触发器和寄存器状态
        trigger <= 0;
        prev_state <= 1;
    end else begin              // 否则，根据时钟信号和当前状态更新触发器和寄存器状态
        trigger <= ~trigger;     // 翻转触发器状态
        prev_state <= clk;       // 更新寄存器状态为当前时钟信号状态
    end
end
endmodule

在这个例子中，我们使用了两个寄存器：trigger和prev_state。trigger寄存器用于存储触发信号的状态，而prev_state寄存器用于存储上一个时钟周期的时钟信号状态。在每个时钟周期的上升沿，我们根据当前时钟信号状态和上一个时钟周期的状态来更新触发信号的状态。如果当前时钟信号状态与上一个时钟周期的状态不同，则触发信号的状态会被翻转。

三、Modelsim仿真验证

为了验证我们的Verilog代码是否正确实现了边沿检测功能，我们可以使用Modelsim进行仿真验证。下面是一个简单的Modelsim仿真测试平台：

module testbench;
    reg clk;                    // 输入时钟信号
    reg reset;                  // 复位信号
    wire trigger;               // 触发信号输出
    edge_detector dut (          // 实例化边沿检测模块
        .clk(clk),                // 连接时钟信号输入端口
        .reset(reset),             // 连接复位信号输入端口
        .trigger(trigger)          // 连接触发信号输出端口
    );
    initial begin                // 仿真初始化
        clk = 0;                  // 初始时钟信号为低电平
        reset = 0;                // 初始复位信号为低电平，表示不进行复位操作
        #10 reset = 1;             // 在仿真时间10单位后将复位信号置为高电平，表示进行复位操作
        #20 $finish;              // 在仿真时间20单位后结束仿真
    end
    always #5 clk = ~clk;         // 在每个仿真时间单位后翻转时钟信号状态，模拟时钟信号输入波形
endmodule

在这个测试平台中，我们使用了Modelsim的initial块来设置仿真初始化条件，并使用always块来模拟时钟信号的输入波形。我们还在仿真时间10单位后将复位信号置为高电平，以便观察边沿检测模块在复位条件下的行为。最后，我们使用$finish命令来结束仿真。通过运行这个测试平台，我们可以观察到触发信号在时钟信号的上升沿和下降沿时的正确行为。如果一切正常，我们就可以说我们的Verilog代码实现了正确的边沿检测功能。