4.1 实验十一RS触发器

4.1.1 实验目的

（1）熟悉和掌握FPGA开发流程和Quartus软件使用方法；

（2）通过实验理解和掌握RS触发器原理；

（3）学习用Verilog HDL语言行为级描述方法描述RS触发器电路。

4.1.2 实验任务

本实验的任务是描述一个RS触发器电路，并通过STEP FPGA开发板的12MHz晶振作为触发器时钟信号clk，拨码开关的状态作为触发器输入信号S,R，触发器的输出信号Q和，用来分别驱动开发板上的LED，在clk上升沿的驱动下，当拨码开关状态变化时LED状态发生相应变化。

4.1.3 实验原理

基本RS触发器可以由两个与非门按正反馈方式闭合构成。通常将Q端的状态定义为锁存器的状态，即Q=1时，称为锁存器处于1的状态；Q=0时，称锁存器处于0的状态，电路具有两个稳态。电路要改变状态必须加入触发信号，因是与非门构成的基本RS触发器，所以，触发信号是低电平有效。非Rd和非Sd是一次信号，只能一个个加，即它们不能同时为低电平，因为会有逻辑矛盾（Q == 非Q）。

4.1.4 Verilog HDL建模描述

(1）用数据流描述实现的RS触发器

程序清单rs_ff.v

module rs_ff
( 
input wire clk,r,s,			//rs触发器输入信号		
output reg q,				//输出端口q，在always块里赋值，定义为reg型
output wire qb				//输出端口非q
);

assign qb = ~q;

always@(posedge clk)
	begin
		case({r,s})
			2'b00:  q <= q;      //r,s同时为低电平，触发器保持状态不变
			2'b01:  q <= 1'b1;	   //触发器置1状态
			2'b10:  q <= 1'b0;   //触发器置0状态
			2'b11:  q <= 1'bx;   //r,s同时为高电平有效，逻辑矛盾，触发器为不定态
		endcase
	end
endmodule

（2）仿真文件rs_ff_tb.v

`timescale 1ns/100ps    //仿真时间单位/时间精度
 module rs_ff_tb();       
 
reg    clk,r,s;         	//需要产生的激励信号定义
wire   q,qb;      	  //需要观察的输出信号定义
 //初始化过程块
initial
begin
	clk = 0;
	r = 0;
	s = 0;
	#50
	r = 0;
	s = 1;
	#50
	r = 1;
	s = 0;
	#50
	r = 1;
	s = 1;
	#50
	r = 0;
	s = 1;
end
always #10 clk = ~clk;      //产生输入clk，频率50MHz
//module调用例化格式
rs_ff  u1 (      //rs_ff表示所要例化的module名称，u1是我们定义的例化名称
		.clk(clk),     //输入输出信号连接。
		.r(r),
		.s(s),
		.q(q),    //输出信号连接
		.qb(qb)   
);
endmodule

4.1.5实验步骤

1.打开Quartus，建立工程。

2.新建Verilog HDL设计文件，并键入设计代码。

3.综合并分配管脚，将输入信号clk,r,s分配至拨码开关，将输出信号q,qb分配至板卡上的LED。

信号	FPGA PINs
Clk	J5
r	J12
s	H11
q	N15
qb	N14

4.根据仿真教程，实现对本工程的仿真，验证仿真结果是否与预期相符。

5.如果仿真无误，构建并输出编程文件，烧写至FPGA的Flash之中。

6.观察输出结果。

4.1.6仿真结果和实验现象

（1）仿真结果如下图所示：

RS触发器仿真结果

（2）实验现象：

拨动拨码开关拨至01，led1亮，led2灭。

拨动拨码开关拨至10，led1灭，led2亮。

拨动拨码开关拨至00，保持上一个状态。