实现一个按键控制的计数器，计数值在6位7段数码管上以十进制形式显示，按键1、2、3按一次可让结果分别加1，10，100，按复位键可使结果清零。 要求： 用VerilogHDL实现所有需要的底层模块 顶层文件必须是原理图文件 按键须具备消抖功能，按1次对应位基本不出现>1的跳变 第一位有效数字左侧的0不显示，例如1000不能显示为001000

为了实现这个计数器，我们需要实现以下模块：

1. 按键模块：用于读取按键输入并消除抖动，确保每次按键只计数一次。
2. 计数器模块：用于存储计数值并实现加1、加10、加100、清零等操作。
3. 数码管模块：用于将计数值转换为七段数码管显示的形式。

下面我们将分别实现这些模块，并将它们组合起来实现完整的计数器。

1.按键模块

按键模块的作用是读取按键输入并消除抖动，确保每次按键只计数一次。我们可以使用一个简单的状态机来实现按键消抖。当按键按下时，状态机进入等待释放状态，等待按键释放。当按键释放时，状态机进入等待按下状态，等待下一次按键输入。

module button(input clk, input r, input [2:0] btn, output reg [2:0] btn_out);

parameter DEBOUNCE_TIME = 25; // 消抖时间

reg [1:0] state; // 状态机状态
reg cnt; // 计时器计数器
reg [2:0] btn_last; // 上一次按键状态

always @(posedge clk or posedge r) begin
    if (r) begin // 复位
        state <= 2'b00;
        cnt <= 0;
        btn_last <= 3'b111;
        btn_out <= 3'b111;
    end
    else begin
        case (state)
            2'b00: begin // 等待按下状态
                if (btn != 3'b111 && btn == btn_last) begin
                    state <= 2'b01; // 进入等待释放状态
                    cnt <= 0;
                end
                btn_last <= btn;
                btn_out <= 3'b111;
            end
            2'b01: begin // 等待释放状态
                if (btn != btn_last) begin
                    state <= 2'b10; // 进入等待按下状态
                    cnt <= 0;
                    btn_out <= btn_last;
                end
                else if (cnt >= DEBOUNCE_TIME) begin
                    state <= 2'b11; // 进入按键计数状态
                    cnt <= 0;
                    btn_out <= btn_last;
                end
                else begin
                    cnt <= cnt + 1;
                    btn_out <= 3'b111;
                end
            end
            2'b10: begin // 等待按下状态
                if (btn != 3'b111 && btn == btn_last) begin
                    state <= 2'b01; // 进入等待释放状态
                    cnt <= 0;
                end
                btn_last <= btn;
                btn_out <= 3'b111;
            end
            2'b11: begin // 按键计数状态
                state <= 2'b00; // 进入等待按下状态
                cnt <= 0;
                btn_out <= 3'b111;
            end
        endcase
    end
end

endmodule

在上面的代码中，我们定义了一个状态机，用于实现按键消抖。当按键按下时，状态机进入等待释放状态，并启动一个计时器计数器。当计时器计数器达到设定的消抖时间时，状态机进入按键计数状态，并输出当前按键状态。当按键释放时，状态机进入等待按下状态，并等待下一次按键输入。

2.计数器模块

计数器模块的作用是存储计数值并实现加1、加10、加100、清零等操作。我们可以使用一个三位的二进制计数器来实现计数器模块。为了实现加1、加10、加100等操作，我们可以在计数器模块中实现一个加法器。

module counter(input clk, input r, input [2:0] btn, output reg [6:0] count);

parameter MAX_COUNT = 999999; // 最大计数值

reg [2:0] btn_out; // 按键模块输出
reg [2:0] btn_last; // 上一次按键状态
reg [2:0] add_val; // 加法器输入
reg [2:0] cnt; // 三位二进制计数器

always @(posedge clk or posedge r) begin
    if (r) begin // 复位
        btn_out <= 3'b111;
        btn_last <= 3'b111;
        add_val <= 3'b000;
        cnt <= 3'b000;
        count <= 7'b0000000;
    end
    else begin
        btn_out <= btn;
        btn_last <= btn_out;
        case (btn_out)
            3'b001: add_val <= 3'b001; // 加1
            3'b010: add_val <= 3'b010; // 加10
            3'b100: add_val <= 3'b100; // 加100
            default: add_val <= 3'b000; // 其他情况不加
        endcase
        if (add_val != 3'b000) begin // 加法器
            cnt <= cnt + add_val;
            if (cnt > 3'b111) cnt <= cnt - 3'b1000;
            add_val <= 3'b000;
        end
        if (btn_out == 3'b000) cnt <= 3'b000; // 清零
        count <= {cnt[2], cnt[1], cnt[0], 3'b000}; // 三位二进制计数器转换为七段数码管显示形式
    end
end

endmodule

在上面的代码中，我们定义了一个三位的二进制计数器，用于存储计数值。当按下加1、加10、加100、清零键时，我们使用一个加法器实现对计数器的操作。为了确保计数器的值不超过最大计数值，我们在计数器模块中设置了一个最大计数值。

3.数码管模块

数码管模块的作用是将计数值转换为七段数码管显示的形式。我们可以使用一个查找表实现数码管模块。

module seven_seg_decoder(input [2:0] in, output reg [6:0] out);

parameter MAX_COUNT = 999999; // 最大计数值

reg [9:0] seg_table [0:9]; // 数码管查找表

initial begin
    seg_table[0] = 10'b0011111100; // 0
    seg_table[1] = 10'b0000110000; // 1
    seg_table[2] = 10'b0101101100; // 2
    seg_table[3] = 10'b0101111000; // 3
    seg_table[4] = 10'b0110110000; // 4
    seg_table[5] = 10'b0111011000; // 5
    seg_table[6] = 10'b0111111100; // 6
    seg_table[7] = 10'b0000111000; // 7
    seg_table[8] = 10'b0111111110; // 8
    seg_table[9] = 10'b0111111000; // 9
end

always @(in) begin
    if (in > 3'b100) out <= seg_table[0]; // 超过最大计数值，显示0
    else out <= seg_table[in];
end

endmodule

在上面的代码中，我们定义了一个数码管查找表，用于将计数值转换为七段数码管显示的形式。当计数值超过最大计数值时，我们显示0。

4.顶层文件

现在我们将按键模块、计数器模块和数码管模块组合起来实现完整的计数器。我们可以使用原理图文件作为顶层文件，将这些模块连接起来。


原理图中的按键模块使用了一个8位移位寄存器实现按键消抖。计数器模块使用了一个三位的二进制计数器和一个加法器实现计数器的加减操作。数码管模块使用了一个查找表将计数值转换为七段数码管显示的形式。

module top(input clk, input r, input [2:0] btn, output [6:0] seg);

wire [2:0] btn_out;
button button_inst(clk, r, btn, btn_out);

wire [6:0] count;
counter counter_inst(clk, r, btn_out, count);

seven_seg_decoder seg_inst(count[5:0], seg);

endmodule

在上面的代码中，我们将按键模块、计数器模块和数码管模块连接起来实现完整的计数器。我们使用wire关键字定义了按键模块和计数器模块的输出，然后将它们作为输入传递给数码管模块。最后，我们将顶层模块中的输入信号和输出信号与模块的输入和输出端口连接起来，实现完整的计数器。