用状态机实现序列检测器的设计
用状态机实现序列检测器实验报告
实验报告用状态机实现序列检测器实验一、实验目的1.用Verilog HDL描述有限状态机电路。
2.IPCORE的概念与设计。
二、实验内容1.应用有限状态机的设计思路，检测从FPGA片上ROM读出的串行数据是否是特定的数据。
2.每个人需要检测的数据是所用的电脑编号+200后转换的8位二进制数。
三、实验要求1.拟用按键、拨动开关实现系统的时钟，复位信号的输入。
2.一个7段数码显示译码器作为检测结果的输出显示，如果串行序列为”100101”，显示A，否则显示b（系统需要设计一个7段数码显示译码器模块）仍使用消抖模块，对由按键输入的时钟进行消抖处理。
3.读取的串行数据为rom中固化的一个宽度为1bit，深度为16bits的数据。
四、设计思路软件的设计框图如下,该实验可以分为几个模块，rom数据读出模块，串行检测模块，数码管显示模块,顶层模块。
输入的clk为按键消抖后输出的数据，按下一次检测一次，在时钟的上升沿读出数据，时钟的下降沿检测数据，串行模块输出的4bits的数据，直接送给数码管译码模块，译码输出。
五、设计原理1.ROM IP核的生成首先在ISE自己的工程中新建一个块内存，Block Memory Generator，配置深度为16，宽度为1bit，选择生成的类型为单端ROM，然后选择一个已经编写好的memory初始化文件。
Memory初始化文件，编写coe文件：这里我要写入的是226，所以二进制是11100010，写入的内容如下，：memory_initialization_radix=10;memory_initialization_vector=1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0;保存并选择载入。
2.读取rom中的数据根据时钟上升沿读取数据，所以可以写出rom读的代码，代码如下：module read_rom(clk,da,rst);input clk;input rst;output da;reg[3:0] counter;always@(posedge clk or posedge rst) beginif(rst)counter<=1'b0;else counter<=counter+1'b1;enddata_rom u1(.clka(clk), // input clka.addra(counter), // input [3 : 0] addra.douta(da) // output [0 : 0] douta);编写仿真激励文件，得到如下波形，分析可以知道，时钟上升沿数据被读取，读取的数据与我们在配置文件中写入的相同。
7位序列检测机设计
VHDL数字系统设计与测试实验报告（一）——有限序列检测器一、设计功能与要求1、实验要求：利用状态机原理设计一个7位序列检测器（1110010）。
2、功能分析：序列检测器一般有一个输入X和一个输出Y。
输入信号在不断变化，从而形成一个与时间相关的输入序列。
序列检测器就是当输入序列中包含特定串时，设置输出信号Y为高电平，表示检测到了特定串。
本设计中需要检测的序列是“1110010”。
二、设计思路序列检测器是一种同步时序电路，它用于搜索，检测输入的二进制代码串中是否出现指定的代码序列，1110010 序列检测器的原理图如下：CPX Y 0111010010010首先，要从一串二进制编码中检测出一个已预置的七位二进制码1110010，每增加一位相当于增加一个状态，再加上一个初始态，用八个状态可以实现。
状态机初始状态为S1；当自动机接收到一个“1”时，自动机进入S2状态；如果在S2状态接收到“1”时，自动机进入到S3状态；如果在S3状态接收到“1”时，自动机进入到S4状态；如果在S4状态接收到“0”时，自动机进入到S5状态；如果在S5状态接收到“0”时，自动机进入到S6状态；如果在S6状态接收到“1”时，自动机进入到S7状态；如果在S7状态接收到“0”时，自动机进入到S8状态；如果自动机处于S8状态，则表示接收到了一个连续的串“1110010”，此时可以设置输出信号为高电平。
其Moore型原始状态转移图如下：根据状态转移图可以得出Moore型原始状态转移表为：三、源代码library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity checkerarray isport(din:in std_logic;clk,clr:in std_logic;z:buffer std_logic);end checkerarray;architecture arch_check of checkerarray is type StateType is(s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7,s8);signal present_state,next_state:StateType; beginstate_comb:process(present_state,din)begincase present_state iswhen s1=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s2;elsenext_state<=s1;end if;when s2=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s3;elsenext_state<=s2;end if;when s3=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s4;elsenext_state<=s1;end if;when s4=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s4;elsenext_state<=s5;end if;when s5=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s2;elsenext_state<=s6;end if;when s6=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s7;elsenext_state<=s1;end if;when s7=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s3;elsenext_state<=s8;end if;when s8=>z<='1';if din='1'thennext_state<=s2;elsenext_state<=s1;end if;end case;end process state_comb;state_clocked:process(clk,clr) beginif(clr='1')thenpresent_state<=s1;elsif(clk'event and clk='1')thenpresent_state<=next_state;end if;end process state_clocked;end arch_check;四、仿真结果与说明上图即为在modelsim中进行仿真的波形图像。
实验三_用状态机实现序列检测器的设计
实验三_⽤状态机实现序列检测器的设计实验三⽤状态机实现序列检测器的设计⼀、实验⽬的：⽤状态机实现序列检测器的设计，并对其进⾏仿真和硬件测试。
⼆、原理说明：序列检测器可⽤于检测⼀组或多组由⼆进制码组成的脉冲序列信号，当序列检测器连续收到⼀组串⾏⼆进制码后，如果这组码与检测器中预先设置的码相同，则输出a，否则输出b。
由于这种检测的关键在于正确码的收到必须是连续的，这就要求检测器必须记住前⼀次的正确码及正确序列，直到在连续的检测中所收到的每⼀位码都与预置数的对应码相同。
在检测过程中，任何⼀位不相等都将回到初始状态重新开始检测。
例3-1描述的电路完成对序列数"11100101"的。
当这⼀串序列数⾼位在前（左移）串⾏进⼊检测器后，若此数与预置的密码数相同，则输出“a”，否则仍然输出“b”。
【例3-1】//顶层⽂件：module XULIEQI(clk,reset,din8,LED7S);input clk;input reset;input [7:0] din8;output [6:0] LED7S;wire [3:0] AB;xulie u1 (clk, din8, reset, din);schk u2 (din,clk,reset,AB);decl7s u3 (AB,LED7S);endmodule//串⾏检测：module schk(DIN,CLK,CLR,AB);input DIN,CLK,CLR;output[3:0] AB;reg [7:0] Q;reg [3:0] AB;parameteridle = 8'b00000000,a = 8'b00000001,b = 8'b00000010,c = 8'b00000100,d = 8'b00001000,g = 8'b01000000,h = 8'b10000000;parameter data=8’b11100101;always @(posedge CLK or negedge CLR) if(!CLR) beginQ <= idle;endelsebegincase(Q)idle:beginif(DIN==data[7]) Q<=a;else Q<=idle;enda:beginif(DIN== data[6]) Q<=b;else Q<=idle;endb:beginif(DIN== data[5]) Q<=c;else Q<=idle;endc:beginif(DIN== data[4]) Q<=d;else Q<=idle;endd:beginif(DIN== data[3]) Q<=e;e:beginif(DIN== data[2]) Q<=f;else Q<=idle;endf:beginif(DIN== data[1]) Q<=g;else Q<=idle;endg:beginif(DIN== data[0]) Q<=h;else Q<=idle;enddefault :Q<=idle;endcaseendalways @(Q)beginif(Q==h) AB <= 4'b1010 ;else AB <= 4'b1011 ;endendmodule//前端预置8位数据输⼊：module xulie(clk, din8, reset, din); input clk;input[7:0] din8;input reset;output din;parameters0 = 3'b000,s3 = 3'b011,s4 = 3'b100,s5 = 3'b101,s6 = 3'b110,s7 = 3'b111;reg[2:0] cur_state,next_state;reg din;always @ (posedge clk or negedge reset) if(!reset) cur_state <= s0;elsecur_state <= next_state;always @ (cur_state or din8 or din ) begincase (cur_state)s0 : begindin <= din8[7];next_state <= s1;ends1 : begindin <= din8[6];next_state <= s2;ends2 : begindin <= din8[5];next_state <= s3;ends3 : begindin <= din8[4];next_state <= s4;ends4 : begindin <= din8[3];next_state <= s5;endnext_state <= s6;ends6 : begindin <= din8[1];next_state <= s7;ends7 : begindin <= din8[0];next_state <= s0;enddefault : begindin <= 1'b0;next_state <= s0;endendcaseendendmodule提⽰：1.若对于D <= "11100101 "，电路需记忆：初始状态、1、11、111 、1110 、11100、111001、1110010、11100101共9种状态。
实验5 采用状态机实现序列检测器
实验5 采用状态机实现序列检测器一、实验目的1．掌握利用有限状态机实现一般时序逻辑分析的方法；2．掌握利用Verilog编写可综合的有限状态机的标准模板。
二、仪器设备计算机、Quartus II 9.0 开发软件。
三、实验内容与步骤：1.实验内容建立一个序列检测器设计文件，当检测到3个及3个以上1时输出为1。
2.实验步骤1）新建工程文件夹；2）启动Quartus II3）选择File->New Project Wizard，建立新工程；4）File->New->Verilog HDL File建立设计文件；5）选择Processing->Start->Start Analysis&Synthesis进行电路综合；6）选择Tools->Netlist Viewers->RTL Viewer，查看综合后得到的电路；7）选择Tools->Netlist Viewers->State Machine Viewer，查看综合后得到的有限状态机；8）选择Processing->Start->Start Fitter进行电路适配；9）选择Tools->Netlist Viewers->Technology Map Viewer，查看适配后得到的电路。
四、实验数据写出程序代码，及状态转换图。
五、讨论写出三段式有限状态机的建模方式。
六、其它实验原理要求说明：1.什么是有限状态机；2.什么是Moore有限状态机与Mealy有限状态机；3.说明用Verilog HDL设计有限状态机的一般步骤。
附：程序部分代码module seq_111(clk,clr,x,z);input clk,clr,x;output reg z;reg[1:0] state,next_state;parameter S0=2'b00,S1=2'b01,S2=2'b10,S3=2'b11;/*状态编码*/always @(posedge clk or posedge clr) /*该过程定义当前状态*/ begin if(clr) state<=S0; //异步复位，s0为起始状态else state<=next_state;endalways @(state or x) /*该过程定义次态*/begincase (________ )S0:begin case (x)1:next_state=S1;0:next_state=S0;endcaseendS1:begin if(x) next_state=S2;else next_state=S0; endS2:beginif(x) next_state=S3;else next_state=S0; endS3:begin if(x) next_state=S3;else next_state=S0; enddefault:next_state=S0; /*default语句*/endcaseendalways @(________) /*该过程产生输出逻辑*/begin case(state)S3: z=1'b1;default:z=1'b0;endcaseendendmodule。
实验三_用状态机实现序列检测器的设计
实验三_用状态机实现序列检测器的设计引言：序列检测器是一类常用的电子设计电路，它在接收到特定的输入序列时，会产生特定的输出序列。
在许多应用场景中，如通信系统、数字信号处理和自动控制等领域，序列检测器都发挥着重要的作用。
本实验将利用状态机的概念，设计并实现一个简单的序列检测器。
一、序列检测器的设计原理序列检测器的设计原理基于状态机的思想。
状态机是一种抽象的计算模型，它由一组状态、一组输入和一组转移动作组成。
在序列检测器中，输入序列被连续地输入，状态也会根据输入进行不断变化。
当状态机检测到了预设的特定输入序列时，就会产生相应的输出序列。
二、序列检测器的设计步骤1.确定输入和输出序列：首先确定所需检测的输入序列和对应的输出序列，这将决定状态机的状态转移条件。
2.绘制状态转移图：根据输入和输出序列，绘制状态转移图，即用状态变量和状态转移条件表示状态转移关系。
3.设计状态机的状态转移表：根据状态转移图，将所有可能的状态转移关系整理为一个状态转移表。
4.实现状态机的代码逻辑：根据状态转移表，编写代码实现状态机的逻辑功能。
三、设计实例在本实验中，我们以一个简单示例为例，演示序列检测器的设计流程。
假设输入序列为0101，当检测到该输入序列时，输出序列为011.确定输入和输出序列：输入序列为0101，输出序列为012.绘制状态转移图：根据输入和输出序列，绘制状态转移图如下：0/00，S0，1/1/1说明：状态S0表示未检测到特定输入序列，状态S1表示检测到特定输入序列。
3.设计状态机的状态转移表：根据状态转移图，得到状态转移表如下：输当前状态，0，1S0，S0，S1S1，S0，S14.实现状态机的代码逻辑：根据状态转移表，编写代码实现状态机的逻辑功能，伪代码如下：if (当前状态 == S0)if (输入 == 0)当前状态=S0;输出=0;} else if (输入 == 1)当前状态=S1;输出=0;}} else if (当前状态 == S1)if (输入 == 0)当前状态=S0;输出=1;} else if (输入 == 1)当前状态=S1;输出=1;}}四、实验总结本实验利用状态机的思想，设计并实现了一个简单的序列检测器。
实验三用状态机实现序列检测器的设计
仿真，分析结果
4、锁引脚
1）根据DE2_pin_assignments文件内容、格式制作 本设计引脚对应文件的引脚锁定文件： XUELIEQI.csv
• 由Processing->generate functional simulation netlist，提取功能仿真的网表
• 由processing -> start simulation 进行功能仿 真，并对结果进行分析。
• 时序仿真
• 由assignments->settings,更改仿真器的设置为 时序仿真：timing
• 双击波形文件下的空白区，得到如下对话框，点 击Noder Finder
弹出下面的对话框，单击List，选中AB、CLK、CLR 、DIN、Q几个端口，单击>_后，点击OK
• 由edit->end time ，设定仿真终止时间为 1us, 选中CLK点击 设置周期是10ns，
并对CLR,DIN作相应设置
• 由assigments->settings，对仿真工具设定为功 能仿真，并将激励文件调入
• 由Processing->generate functional simulation netlist，提取功能仿真的网表
• 由processing -> start simulation 进行功能仿
实验三 用状态机实现序列检测器的设计
任务分析
• 本次实验的核心是：应用有限状态机设计思路， 检测输入的串行数据是否是”11100101”。
实验三_用状态机实现序列检测器的设计1
实验三_用状态机实现序列检测器的设计1实验三_用状态机实现序列检测器的设计1实验三：用状态机实现序列检测器的设计引言：序列检测器是一种通过检测输入序列中的特定模式来实现特定功能的电路。
在本实验中，将使用状态机来设计和实现一个简单的序列检测器，以此来加深对状态机概念的理解。
一、实验目的：1.理解状态机的基本概念和工作原理2.学习使用状态转移图设计状态机3.设计并实现一个简单的序列检测器二、实验原理：1.状态机概念状态机是由有限个状态和输入信号、输出信号及状态转移函数所确定的一种特殊的信息处理系统。
它根据输入信号的变化，通过状态转移函数切换状态，根据当前状态和输入信号来确定输出信号。
2.状态转移图状态转移图是一种图示方法，用于描述状态机的状态、输入和输出之间的关系。
它由状态节点和状态转移边组成。
状态节点表示状态，状态转移边表示状态之间的转移条件。
三、实验内容：1.确定序列检测器的功能和输入输出规格在本实验中，我们设计一个序列检测器来检测输入序列"101"。
当检测到输入序列为"101"时，输出信号为1，否则输出信号为0。
2.设计状态转移图根据输入输出规格，设计状态转移图。
状态转移图应包括初始状态、输入信号、输出信号和状态转移条件。
假设状态为S0、S1和S2，其中S0为初始状态。
输入信号为X，输出信号为Y。
状态转移条件如下：-从S0状态到S1状态，当输入信号X为1时-从S1状态到S2状态，当输入信号X为0时-从S2状态到S0状态，当输入信号X为1时状态转移图如下所示：```01S0→S1→S2↑______```3.实现状态机电路根据状态转移图，可以实现状态机电路。
使用触发器来存储状态。
每个触发器的输出连接到其他触发器的输入。
根据状态转移图，配置触发器的输入和输出。
配置表如下所示：```状态XY下一个状态S000S0S010S1S100S2S110S1S201S0S210S1```根据配置表，配置触发器的输入和输出。
实验三_用状态机实现序列检测器的设计
实验三_用状态机实现序列检测器的设计
一、实验目的
①了解序列检测器的基本原理；
②使用状态机模型设计序列检测器；
③理解状态机的工作原理，以及应用状态机设计逻辑电路的思想与方法。
二、实验原理
序列检测器，又称序列检测器或序列检测装置，是将输入的序列信号，与一个事先给定的序列模式进行比较，以判断输入信号是否与给定的模式
相匹配。
当输入信号与给定模式完全匹配时，则检测出一个正确的模式序列。
如果输入的信号不与模式相匹配，则认为出错，并给出错误信号。
序列检测器有很多的组成部分，包括输出寄存器，状态寄存器，比较
状态机，其中比较状态机是序列检测器最重要的组成部分。
它主要功能是：获取模式序列，比较模式和输入序列，并根据比较结果生成对应的输出信号。
具体来说，比较状态机包括：输入处理模块，状态比较模块，指令控
制模块和输出触发模块。
三、实验内容
1、设计一个比较状态机，用于检测并确定序列是否与给定的模式序
列相同。
2、使用VHDL绘制比较状态机的模型，并编写代码实现。
3、真实应用比较状态机，设计一个校验器，用于检测序列是否符合一定的校验规则。
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1.掌握基于语言的ISE设计全流程；实验三：用状态机实现序列检测器的设计一、实验目的2.用状态机实现序列检测器的设计，并对其进行仿真和硬件测试。
3.掌握基于语言的ISE设计全流程；4.熟悉、应用VerilogHDL描述数字电路；二、实验原理与设计过程（一）实验容：序列检测器可用于检测一组或多组由二进制码组成的脉冲序列信号，当序列检测器连续收到一组串行二进制码后，如果这组码与检测器中预先设置的码相同，则输出A，否则输出b。
由于这种检测的关键在于正确码的收到必须是连续的，这就要求检测器必须记住前一次的正确码及正确序列，直到在连续的检测中所收到的每一位码都与预置数的对应码相同。
在检测过程中，任何一位不相等都将回到初始状态重新开始检测。
例3-1描述的电路完成对序列数"11100101"的。
当这一串序列数高位在前（左移）串行进入检测器后，若此数与预置的密码数相同，则输出“A”，否则仍然输出“b”。
（二）本次实验的核心是：应用有限状态机的设计思路，检测输入的串行数据是否是8’b11100101。
根据下载电路板的资源，拟用SW3---SW0，J4接口的E8,F8,C7,D7作为系统输入（系统由此需要设计一个8bits并行数据转串行的模块），一个7段数码显示译码器作为检测结果的输出显示，如果串行序列为”11100101”，显示A，否则显示b（系统需要设计一个7段数码显示译码器模块），为了显示可控，清晰，拟用V16,D18实现时钟，复位信号的输入。
（三）设计参考：本实验由顶层文件、串行检测、并行数据转串行、数码管显示四个模块组成：a)系统共包括4个模块：并行数据转串行数据模块、串行检测模块、数码管显示模块、消抖模块。
由于需要用按键V16作为时钟输入，为保证实验效果，调用实验二中应用的消抖模块，对时钟clk输入信号进行消抖。
b)对于并行数据转串行数据模块输入输出端口说明：i.clk-----系统时钟，由按键V16通过消抖模块后提供。
ii.din8-----8bits输入数据，需在时钟控制下，串行输出。
iii.reset----系统复位信号，当reset=1’b1时，系统输出复位，否则系统正常工作。
iv.din----------1bit输出信号。
该并行模块的设计如下：module xulie_u1(clk,din8,reset,din );input clk;input[7:0] din8;input reset;output din;parameters0 = 3'b000,s1 = 3'b001,s2 = 3'b010,s3 = 3'b011,s4 = 3'b100,s5 = 3'b101,s6 = 3'b110,s7 = 3'b111;reg[2:0] cur_state,next_state;reg din;always (posedge clk or posedge reset)if(reset)cur_state <= s0;elsecur_state <= next_state;always (cur_state or din8 or din )begincase (cur_state)s0 : begindin <= din8[7];next_state <= s1;ends1 : begindin <= din8[6];next_state <= s2;ends2 : begindin <= din8[5];next_state <= s3;ends3 : begindin <= din8[4];next_state <= s4;ends4 : begindin <= din8[3];next_state <= s5;ends5 : begindin <= din8[2];next_state <= s6;ends6 : begindin <= din8[1];next_state <= s7;ends7 : begindin <= din8[0];next_state <= s0;enddefault : begindin <= 1'b0;next_state <= s0;endendcaseendendmodule（四）对于串行检测模块其输入输出端口说明如下：a)din-----1bit的串行输入数据b)clk-----同步输入时钟c)clr ------异步清零信号，当CLR=1，系统输出置0，否则，系统正常工作d)AB--------4bits数据，如果系统检测到8’b11100101的串行输入，AB=4’b1010，否则，AB=4’b1011.e)其设计代码如下：module schk_u2(din,clk,reset,AB);input din;input clk;input reset;output[3:0] AB;reg[3:0] AB;reg[3:0] current_state,next_state;parameterst0=4'b0000,st1=4'b0001,st2=4'b0010,st3=4'b0011,st4=4'b0100,st5=4'b0101,st6=4'b0110,st7=4'b0111,st8=4'b1000;always (posedge clk or posedge reset)beginif(reset)current_state<=st0;elsecurrent_state<=next_state;endalways (current_state or din)begincase(current_state)st0:begin AB<=4'b1011; next_state<=(din==1)?st1:st0;endst1:begin AB<=4'b1011; next_state<=(din==1)?st2:st0;endst2:begin AB<=4'b1011; next_state<=(din==1)?st3:st0;endst3:begin AB<=4'b1011; next_state<=(din==0)?st4:st3;endst4:begin AB<=4'b1011; next_state<=(din==0)?st5:st1;endst5:begin AB<=4'b1011; next_state<=(din==1)?st6:st0;endst6:begin AB<=4'b1011; next_state<=(din==0)?st7:st1;endst7:beginif(din==1)begin AB<=4'b1010;next_state<=st8;endelsebegin AB<=4'b1011;next_state<=st0;endendst8:begin AB<=4'b1011; next_state<=(din==1)?st1:st0;endendcaseendendmodule（五）其中最后的LED驱动模块不做过多说明，只是简单的设计如下：module decled7s_u3(AB,led7 );input[3:0] AB;output[6:0] led7;reg[6:0] led7;wire[3:0] AB;initial led7=7'b0000000;always (AB)begincase(AB)4'b1010:led7<=7'b1110111;4'b1011:led7<=7'b1111100;default:led7<=7'b0111111;endcaseendEndmodule·（六）最终加入消抖模块综合结果如下：(七)综合模块代码：module XULIEQI(clk_50M,clk1,reset,din8,led7 );input clk_50M,clk1;input reset;input [7:0] din8;output [6:0] led7;wire [3:0] AB;wire din,clk;debounce_module u1(clk_50M,reset,clk1,clk);xulie_u1 u2(clk, din8, reset, din);schk_u2 u3(din,clk,reset,AB);decled7s_u3 u4(AB,led7);endmodule三、实验仿真（一）根据实验过程综合程序结果：（二）实验引脚约束文件如下：NET "clk1" LOC = "V16" |PULLDOWN ;NET "clk_50M" LOC = "C9" ;NET "din8[0]" LOC = "D7" ;NET "din8[1]" LOC = "C7" ;NET "din8[2]" LOC = "F8" ;NET "din8[3]" LOC = "E8" ;NET "din8[4]" LOC = "L13" ;NET "din8[5]" LOC = "L14" ;NET "din8[6]" LOC = "H18" ;NET "din8[7]" LOC = "N17" ;NET "led7[0]" LOC = "D5" ;NET "led7[1]" LOC = "C5" ;NET "led7[2]" LOC = "B6" ;NET "led7[3]" LOC = "E7" ;NET "led7[4]" LOC = "F7" ;NET "led7[5]" LOC = "A4" ;NET "led7[6]" LOC = "B4" ;NET "reset" LOC = "D18" ;NET "clk1" CLOCK_DEDICATED_ROUTE=FALSE;（三）并行模块的时序仿真情况为：（四）串行检测模块的相应仿真：四、思考题本次实验的设计代码表达的是Moore类型的状态机它的输出信号仅与当前的状态有关，与当前的输入无关。