计数器的原理，设计及verilog实现

若计数器由n个触发器组成，则计数器的位数为n,所能计数的最大模数为2的n次幂。以下为同步二进制加法计数器电路;

驱动方程：状态图

状态方程（此时的Q0，Q1为上一次状态值）：

下例是同步4位2进制计数器的设计：该计数器具有异步清零，同步置数的功能，具有时钟端：clk;置数端：s;清零端：r；使能端：en;置数端: d[3:0];输出端：q [3:0];进位端：co。

module counter(clk,co,q,r,s,en,d);
input clk,r,s,en;  // 时钟，清零端，置数端，使能端
input[3:0] d; // 置数输入端
output co;  // 进位端
output[3:0] q; // 计数输出端
reg[3:0] q;  //4  位的计数寄存器
reg co;  //1  位进位寄存器
always@(posedge clk)  // 时钟上升沿触发
if(r) // 判断清零端是否为 1
begin q=0;end // 是的话把计数寄存器清 0
else
begin
if(s) // 判断置数端是否为 1
begin q=d;end// 是的话把置数输入端的值赋予计数寄存器
else
if(en)  // 判断使能端是否为 1
begin
q=q+4'b1;  // 是的话 q  自加 1
if(q==4'b1111) // 判断 q  是否计满
begin co=1;end  // 是的话进位端置 1
else
begin co=0;end  // 否的话进位端置 0
end
else
begin  q=q;end //  q  保持原值
end
endmodule

时序仿真图:

在编程时关于阻塞赋值和非阻塞赋值注意点：

1.阻塞赋值操作用“=”，阻塞是指在在进程语句（initial和always)中，当前的赋值语句阻断了其后的语句，也就是后面的语句必须等到当前的赋值语句执行完毕才能执行。赋值时实时的，计算完后面的马上赋值给左边的，然后再执行下一句，操作是串行的，且在一个always内完成。从理论上讲，它与后面的赋值语句只有概念上的先后，而无实质上的延迟。

always@(posedge clk)
begin
x=next_x;
y=x;
end

当执行”x=next_x“，x会立即到next_x，而下一句y=x之后执行，由于两条语句没有延迟（为导线），导致”y=next_x”。

2.非阻塞赋值用<=表示，非阻塞是指在进程语句中，当前的赋值不会阻断其后的语句，在进入进城后，所有的非阻塞语句同时赋值。

当执行“x<=next_x”时，并不会阻断“y<=x”的执行。因此语句”y<=x”中的x的值与语句“x<=next_x”的值不同，语句”x<=next_x”中的x的值是D触发器经过一个同步脉冲后的输出值，“y<=x”的x是第一个D触发器的初值。

综上总结即是：阻塞赋值是按需执行，非阻塞赋值是并行执行。

在verilog编程中，谨记以下八条原则：

1) 时序电路建模时，用非阻塞赋值。

2) 锁存器电路建模时，用非阻塞赋值。

3) 用always块建立组合逻辑模型时，用阻塞赋值。

4) 在同一个always块中建立时序和组合逻辑电路时，用非阻塞赋值。

5) 在同一个always块中不要既用非阻塞赋值又用阻塞赋值。

6) 不要在一个以上的always块中为同一个变量赋值。

7) 用$strobe系统任务来显示用非阻塞赋值的变量值

8) 在赋值时不要使用 #0 延迟

Tips:1.在always块内部的每一个信号都必须定义成寄存器类型；

2.if else的使用

if (表达式1）语句1；

else if (表达式2）语句2；

else if (表达式3）语句3；

….

else 语句n;

3.在每个always块里，必须要有begin…end。其他如if…else,case的分支语句，超过一句的也都要有begin…end.