verilog四位十进制频率计仿真

### 实现四位十进制频率计的仿真

为了实现四位十进制频率计的仿真，可以采用Verilog编写相应的模块并构建测试平台。以下是具体的实现方法。

#### 1. 主要模块设计

首先是4位BCD码十进制频率计的主要功能模块的设计：

module bcd_counter(
    input wire clk,
    input wire reset,
    input wire start,
    output reg [3:0] count_out
);
    
    always @(posedge clk or posedge reset) begin
        if (reset)
            count_out <= 4'b0;
        else if (start && count_out < 9)
            count_out <= count_out + 1;
        else if (count_out == 9)
            count_out <= 4'b0;
    end
    
endmodule

此部分实现了基本的4位BCD计数逻辑，在接收到`clk`上升沿触发时会增加计数值直到达到最大值9之后重置为零[^1]。

接着是锁存器用于保存当前测量到的最大频率值以便于显示或其他处理操作：

module latch(
    input wire load,
    input wire [3:0] data_in,
    output reg [3:0] data_out
);

    always @(posedge load) begin
        data_out <= data_in;
    end
    
endmodule

该组件会在加载信号(`load`)有效的情况下更新其内部存储的数据至输入端口所给定的新数据。

最后是顶层文件负责连接各个子模块以及提供外部接口：

module top_level(
    input wire sys_clk,     // System clock
    input wire rst_n,       // Active low asynchronous reset
    input wire measure_ena, // Measurement enable signal
    output reg [3:0] freq_disp// Frequency display value
);

    wire [3:0] counter_val;

    // Instantiate the BCD Counter and Latch modules here.
    bcd_counter u_bcd_cnt (
        .clk(sys_clk),
        .reset(~rst_n),      // Invert because of active-low reset
        .start(measure_ena),
        .count_out(counter_val)
    );

    latch u_latch (
        .load(measure_ena),
        .data_in(counter_val),
        .data_out(freq_disp)
    );
    
endmodule

这里定义了一个名为`top_level`的实体来集成之前创建好的两个重要组成部分——BCD计数器和锁存器，并通过实例化语句完成它们之间的互联关系建立。

#### 2. 测试平台设置

对于上述描述的功能电路来说，还需要为其搭建合适的验证环境即Testbench来进行行为级模拟实验以确认预期工作性能良好与否。下面给出一段简单的TB代码作为参考：

module tb_top_level();
  
    parameter CLK_PERIOD = 20; // Assuming a period corresponding to 50MHz
  
    reg tb_sys_clk;
    reg tb_rst_n;
    reg tb_measure_ena;
    wire [3:0] tb_freq_disp;
  
    initial begin
        $dumpfile("wave.vcd");
        $dumpvars(0,tb_top_level);
        
        // Initialize Inputs
        tb_sys_clk = 0;
        tb_rst_n = 0;
        tb_measure_ena = 0;
      
        // Apply Reset
        #(CLK_PERIOD * 2); 
        tb_rst_n = 1;
      
        // Start measurement after some delay
        #(CLK_PERIOD * 10);
        tb_measure_ena = 1;
        #(CLK_PERIOD * 5);
        tb_measure_ena = 0;
      
        // Wait for more cycles before ending simulation
        #(CLK_PERIOD * 20);
        $finish;
    end
  
    // Clock generation process
    always #(CLK_PERIOD / 2) tb_sys_clk =~ tb_sys_clk;
  
    // Instantiate DUT with connections between TB signals and ports
    top_level dut (
        .sys_clk(tb_sys_clk),
        .rst_n(tb_rst_n),
        .measure_ena(tb_measure_ena),
        .freq_disp(tb_freq_disp)
    );
  
endmodule

这段程序主要完成了如下几项任务：初始化所有必要的控制变量；施加复位脉冲使被测设备进入初始状态；随后激活一次测量请求观察输出变化情况；持续运行一段时间后结束仿真实验过程。