【从零开始走进FPGA】你想干嘛——边沿检测技术

　　一、为什么要讲边沿检测
　　也许，没有那么一本教科书，会说到这个重要的思想;也许，学了很久的你，有可能不知道这个重要的思想吧。很惭愧，我也是在当年学了1年后才领悟到这个思想的。
　　说实话，我的成长很艰辛，没有人能给我系统的指导，而我得撑起这一片蓝天，于是乎无数个漏洞，我一直在修补我的不足。我没能对自己满足过，不是说我“贪得无厌”，而是，我不够“完美”。人可以不完美，但不可以不追求完美;或许终点永远达不到，但努力的过程，你一直在靠近完美;有方向感地奋斗，让你永远立于不败之地。
　　也许我看的书不够多，但学校暑假那边关于的FPGA的书，我都翻过一遍了;特权的《深入浅出玩转FPGA》是我所看过的书中，唯一一本涉及到这个重要思想的书，也许这就是有过项目实战的人出的书，和官方理论教材的区别吧。
　　说起边沿检测，还有过一个故事：
　　话说七哥当年，去一家FPGA公司面试。考官给他一支笔，让他用逻辑门画出边沿检测电路。话音刚落，七哥持笔挥霍，数秒钟内画出了边沿检测的电路图，并且给出了完美的解释。瞬间思维的展现与重要应用的说明，让考官目瞪口呆。据说，七哥赢了，这之后，七哥便被那家公司录用了，一路牛逼，到了今天，证明了自己，取得了很大的成绩。
　　二、什么是边沿检测
　　所谓边沿检测，就是检测输入信号，或者FPGA内部逻辑信号的跳变，即上升沿或者下降沿的检测。这在FPGA电路设计中相当的广泛，几乎我每一个稍微完善的工程都会应用到这个思想;后续章节的讲解，也不少这个思维的应用。
　　以下是七哥当年用决定自己工作的一张图，Bingo在Quartus II Block中用逻辑门画了出来：
　　


　　如上图5个信号：
　　


　　正常工作，没有复位的情况下，工作流程如下：
　　(1)D触发器经过时钟clk的触发，输出trigger信号，保存了t0时刻的信号。
　　(2)同时由trigger通过非门输出信号，保留了当前时刻t1的触发信号
　　(3)经过与门输出信号pos_edge，neg_edge
　　a) 只有t0时刻为高，且t1时候为低的时候，与门输出高，此时为下降沿。
　　b) 只有to时候为低，且t1时候为高的时候，与门输出高，此时为上升沿。
　　当然，在复位的时刻，DFF被复位，无法检测触发信号。
　　三、实现边沿检测的最优化
　　1. Block或Verilog实现
　　一般为了防止触发信号的波动，加几级触发器，消除抖动，使得信号更稳定。
　　此例程中，相对于上图多了触发器。其用触发器对信号打慢两拍，使得触发信号然后在进行相关的处理;再来检测边沿的上升沿，下降沿。
　　(1)用Block画图实现
　　


　　(2)用verilog代码实现
　　edge_tech_design.v代码如下所示：
　　
/*****************************************************

　　* Module Name : edge_tech_design.v

　　* Engineer : Crazy Bingo

　　* Target Device : EP2C8Q208C8

　　* Tool versions : Quartus II 11.0

　　* Create Date : 2011-6-25

　　* Revision : v1.0

　　* Description :

　　*****************************************************/

　　module edge_tech_design

　　(

　　input clk,

　　input rst_n,

　　input trigger,

　　output pos_edge,

　　output neg_edge

　　);

　　//Capture the rising_endge & falling_edge

　　reg trigger_r0,trigger_r1,trigger_r2;

　　always@(posedge clk or negedge rst_n)

　　begin

　　if(!rst_n)

　　begin
　　trigger_r0
　　trigger_r1
　　trigger_r2
　　end

　　else

　　begin
　　trigger_r0
　　trigger_r1
　　trigger_r2
　　end

　　end

　　assign pos_edge = trigger_r1 & ~trigger_r2;

　　assign neg_edge = ~trigger_r1 & trigger_r2;

　　endmodule
　　编译后，分析Quartus II RTL图，如下所示，与Bingo在Block用逻辑门设计的一样，说明了代码的正确性。
　　


　　(3)Modelsim-Altera仿真图如下所示，在上升沿(下降沿)到来的时候，时序能够及时准确的检测到。
　　2. 边沿检测应用
　　边沿检测技术在项目应用中，非常低广泛。如要有效捕获信号跳变沿，边沿检测技术的应用是必不可少的。Bingo大致归纳了一下，有如下几个方面
　　(1)将时钟边沿使能转换为边沿检测使能，使时钟同步化。
　　(2)捕获信号的突变(UART，SPI等信号使能突变)
　　(3)逻辑分析仪中信号的边沿检测。
　　3. 实现指标及存在缺陷
　　没有十全十美的东西，也没有十全十美的电路、代码;本章节中所介绍的边沿检测技术亦如此。有如下缺陷：
　　(1)增大CLK信号可以增强边沿检测的效率，但不能滤去跳变的杂波。
　　(2)减少CLK可以有效滤去跳变的杂波，但不能及时检测到边沿跳变。
　　(3)增加DFF能更好的滤除杂波，寄存信号，但同时检测延时大。