使用Verilog设计与验证的双人赛跑计时秒表

"该资源是一份关于使用Verilog设计对两个运动员赛跑计时秒表的作业描述，包括秒表的功能、操作流程以及Verilog代码实现。" 在电子设计自动化（EDA）领域，Verilog是一种硬件描述语言，常用于描述数字系统的逻辑功能，如微处理器、接口控制器和定时器等。在这个特定的场景中，任务是设计一个能够计时并记录两个运动员赛跑时间的秒表。秒表的输入仅有时钟信号（clk）和一个按键（key），而key信号已经经过防抖动和脉冲宽度处理，每次按下key，它会在一个时钟周期内保持高电平。 秒表的操作流程如下： 1. 按下第一下key，秒表开始计数，并实时输出计数值。 2. 当第一个运动员到达终点时，按下第二下key，秒表记录第一个运动员的时间，但计数器仍在运行，持续输出计数值。 3. 当第二个运动员到达终点时，按下第三下key，秒表停止计数，此时的计数值代表第二个运动员的时间。 4. 随后，按下第四下key，秒表显示第一个运动员的计时，即第二次按键时保存的值。 5. 最后，按下第五下key，秒表清零，准备开始新的计时周期。 为了实现这个秒表，设计者采用了一种有限状态机（FSM）的方法。FSM通常由状态变量和转换条件组成，可以用来描述系统在不同条件下的行为。在这个设计中，FSM使用了ABC三位状态变量，通过卡诺图化简得到了次态方程，如A=BC, B=~BC+b~C, C=~A~C。每个状态对应秒表的不同操作，如开始计时（s_1）、持续计时（s_2）、暂停计时（s_3）、显示第一个运动员时间（s_4）和清零（s_0）。 设计中使用了三个D触发器来存储状态变量，一个四选一多路选择器根据当前状态选择计数值输出（out），同时还有一个二选一多路选择器和D触发器来处理play_1信号，以确定是否显示暂停时的计数值。Verilog代码展示了如何在时钟边沿触发事件，例如，当key上升沿时更新状态机，以及在时钟上升沿时根据当前状态更新计数值。 代码中的关键部分包括： 1. `always @(posedge clk)` 语句表示在时钟上升沿触发的时序逻辑。 2. `case` 语句用于根据当前状态执行不同的计数操作。 3. `always @(posedge key)` 语句处理按键事件，更新状态机状态。 通过这种方式，Verilog代码实现了秒表的逻辑功能，并可以通过Cadence NC进行仿真验证，确保其正确性和可靠性。完成此设计后，设计者还需要绘制电路结构示意图，以可视化地展示各组件之间的连接关系。