什么是边沿检测

1、什么是边沿检测

边沿检测用于检测信号的上升沿或下降沿，通常用于使能信号的捕捉等场景。

2、采用1级触发器的边沿检测电路设计（以下降沿为例）

2.1、设计方法

设计波形图如下所示：

各信号说明如下： 

sys_clk：基准时钟信号（这里设定为50MHz，周期20ns）

sys_rst_n：低电平有效的复位信号

in：输入信号，需要对其进行下降沿检测

~in：输入信号的反相信号

in_d1：对输入信号寄存一拍

in_neg：得到的下降沿指示信号，该信号为 ind1 && ~in

对上图进行分析：

信号in是我们需要对其进行下降沿检测的信号

信号~in是将信号in反向

信号in_d1是使用寄存器寄存in信号，即对其进行打拍，或者说是同步到系统时钟域下

输入信号开始为高电平，在L2处变为低电平，产生第1个下降沿，在L5出产生第2个下降沿

A处为产生的第1个下降沿指示信号，B处为产生的第2个下降沿指示信号

由此我们可以推导出边沿检测信号产生的一般方法：

将需要检测的信号寄存一拍，同步到系统时钟域下，得到信号 in_d1

将需要检测的信号反向，得到信号 ~in

将信号 in_d1 反向，得到信号 ~in_d1

通过组合逻辑电路可以得到下降沿信号 in_neg：assign  in_neg = ~in && in_d1

同样通过组合逻辑电路可以得到上升沿信号 in_pos：assign  in_pos = in && ~in_d1

双边沿检测就是将上两条加（或运算）起来就可以了，化简后有：双边沿信号 in_both = in ^ ind1

2.2、Verilog实现

根据上文分析不难编写Verilog代码如下：

2.3、RTL电路

上图为生成的RTL电路：该电路由一级D触发器+与逻辑门构成。

2.4、Testbench

Testbench文件需要例化刚刚设计好的模块，并设置好激励。

2.5、仿真结果

使用ModelSim执行仿真，仿真出来的波形如所示：

从波形图可以看到：

10ns后停止复位

在第1条参考线处输入信号 in 产生了第1个下降沿信号

在第3条参考线处输入信号 in 产生了第2个下降沿信号

在第1条参考线和第2条参考线之间的产生了一个周期的下降沿指示信号 in_neg

在第3条参考线和第4条参考线之间的产生了一个周期的下降沿指示信号 in_neg

3、采用2级触发器的边沿检测电路（以下降沿为例）

3.1、设计方法

设计波形图如下所示：

各信号说明如下： 

sys_clk：基准时钟信号（这里设定为50MHz，周期20ns）

sys_rst_n：低电平有效的复位信号

in：输入信号，需要对其进行下降沿检测

in_d1：对输入信号寄存1拍

in_d2：对输入信号寄存2拍

~in_d1：in_d1信号的反相信号

in_neg：得到的下降沿指示信号，该信号为 ~ind1 && ind2

对上图进行分析：

信号in是我们需要对其进行下降沿检测的信号

信号in_d1是使用寄存器寄存in信号，即对其打1拍

信号in_d2是使用寄存器寄存in_d1信号，即对其打1拍

信号~in_d1是将信号in_d1反向

输入信号开始为高电平，在L2处变为低电平，产生第1个下降沿，在L5出产生第2个下降沿

A处为产生的第1个下降沿指示信号，B处为产生的第2个下降沿指示信号

输出的下降沿指示信号落后下降沿一个时钟周期，这是因为对输入信号进行了寄存以消除亚稳态

由此我们可以推导出边沿检测信号产生的一般方法：

将需要检测的信号分别寄存1拍、2拍，同步到系统时钟域下，得到信号 in_d1、in_d2

将in_d1信号反向，得到信号 ~in_d1

将in_d2信号反向，得到信号 ~in_d2

通过组合逻辑电路可以得到下降沿信号 in_neg：assign  in_neg = ~in_d1 && in_d2

同样通过组合逻辑电路可以得到上升沿信号 in_pos：assign  in_pos = in_d1 && ~in_d2

双边沿检测就是将上两条加（或运算）起来就可以了，化简后有：双边沿信号 in_both = in_d1 ^ in_d2

3.2、Verilog实现

根据上文分析不难编写Verilog代码如下：

3.3、RTL电路

上图为生成的RTL电路：该电路由2级D触发器+与逻辑门构成。

3.4、Testbench

Testbench文件同2.4章。

3.5、仿真结果

使用ModelSim执行仿真，仿真出来的波形如所示：

从波形图可以看到：

10ns后停止复位

在第1条参考线处输入信号 in 产生了第1个下降沿信号

在第4条参考线处输入信号 in 产生了第2个下降沿信号

在第2条参考线和第3条参考线之间的产生了一个周期的下降沿指示信号 in_neg

在第5条参考线和第6条参考线之间的产生了一个周期的下降沿指示信号 in_neg

两级寄存器构成的边沿检测电路可以有效的防止亚稳态的产生，产生的使能信号会落后一个时钟周期。
        责任编辑：彭菁