数字逻辑状态机例子
fpga2段状态机设计
fpga2段状态机设计FPGA（现场可编程门阵列）是一种灵活的数字电路设计工具，它可以用来实现各种数字逻辑电路，包括状态机。
状态机是一种抽象的数学模型，用于描述系统在不同状态之间的转移和行为。
在FPGA中设计状态机需要考虑多个方面，包括状态的定义、状态转移条件、输出逻辑等。
首先，我们需要定义状态机的状态。
状态机可以是Mealy型或者Moore型。
Mealy型状态机的输出取决于当前状态和输入，而Moore型状态机的输出仅仅取决于当前状态。
在设计状态机时，我们需要明确定义每个状态以及状态之间的转移条件。
这可以通过状态转移图或者状态转移表来表示。
其次，我们需要考虑状态机的输入和输出。
输入可以是外部信号，输出可以是状态机的输出信号或者控制其他逻辑电路的信号。
在FPGA中，我们可以使用寄存器来存储状态机的当前状态，使用组合逻辑来实现状态转移条件和输出逻辑。
另外，时序是状态机设计中一个非常重要的考虑因素。
我们需要确保状态机的状态转移和输出逻辑在时钟的控制下按照预期进行。
在FPGA中，我们可以使用时钟信号来同步状态机的操作，确保状态机的稳定和可靠性。
最后，我们需要进行综合和布局布线，将状态机的逻辑电路映射到FPGA的可编程逻辑单元（PLC）和寄存器中。
在这个过程中，我们需要考虑逻辑优化、时序约束等问题，以确保状态机能够在FPGA中正确运行。
综上所述，设计FPGA中的状态机需要考虑状态定义、状态转移条件、输出逻辑、时序等多个方面。
在实际设计中，我们需要结合具体的应用场景和FPGA的特性来进行设计，以实现所需的功能并满足性能要求。
fpga 有限状态机例子
fpga 有限状态机例子有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种常见的设计模式，用于描述和实现具有有限数量状态的对象的行为。
在硬件设计中，有限状态机常常用于描述数字逻辑电路的行为。
以下是一个使用Verilog语言编写的简单有限状态机的例子：verilog复制代码module counter(input clk, reset, output reg [3:0] count);// 定义状态机的状态parameter IDLE = 4'b0000; // 初始状态parameter COUNTER = 4'b0001; // 计数状态// 状态机的当前状态reg [3:0] current_state;// 状态转移逻辑always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) begincurrent_state <= IDLE; // 如果reset信号为高，则进入IDLE状态end else begincase (current_state)IDLE: beginif (count == 4'b1000) current_state <= COUNTE R; // 如果计数达到8，则进入COUNTER状态endCOUNTER: begincurrent_state <= IDLE; // 在COUNTER状态下，计数完成后回到IDLE状态enddefault: begincurrent_state <= IDLE; // 如果状态机处于未知状态，则强制回到IDLE状态endendcaseendend// 计数逻辑always @(posedge clk) beginif (current_state == COUNTER) count <= count + 1; // 在COUNTER状态下，计数器递增endendmodule在这个例子中，我们定义了一个简单的4位计数器。
有限状态机的verilog例子
有限状态机的verilog例子有限状态机（Finite State Machine, FSM）是数字电路设计中的一种基本构件，它可以用来实现各种复杂的控制逻辑。
在Verilog中，可以用模块（module）来描述一个有限状态机，使用参数（parameters）来定义状态数量和状态转移逻辑。
以下是一个简单的有限状态机的Verilog例子，该FSM有3个状态（S0, S1, S2）和两个输入（clk, rst_n）以及一个输出（next_state, out）：```verilogmodule fsm(input wire clk, // 时钟信号input wire rst_n, // 低电平复位信号input wire [1:0] in, // 输入信号，这里位宽为2，可以扩展output reg next_state, // 下一状态输出output reg out // 输出信号);// 状态参数parameter S0 = 2'b00;parameter S1 = 2'b01;parameter S2 = 2'b10;// 状态寄存器reg [1:0] state;// 状态转移逻辑always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begin// 当处于复位状态时，状态寄存器和输出都初始化为0state <= S0;out <= 1'b0;end else begin// 根据当前状态和输入信号，更新下一状态和输出case (state)S0: beginnext_state <= S1;out <= 1'b1;endS1: beginnext_state <= S2;out <= 1'b0;endS2: beginnext_state <= S0;out <= 1'b1;enddefault: beginnext_state <= S0;out <= 1'b0;endendcaseendendendmodule```在这个例子中：- `clk` 是时钟信号。
数字逻辑实验报告
数字逻辑实验报告数字逻辑实验报告引言数字逻辑是计算机科学中的重要基础知识，通过对数字信号的处理和转换，实现了计算机的高效运算和各种复杂功能。
本实验旨在通过实际操作，加深对数字逻辑电路的理解和应用。
实验一：二进制加法器设计与实现在这个实验中，我们需要设计一个二进制加法器，实现两个二进制数的加法运算。
通过对二进制数的逐位相加，我们可以得到正确的结果。
首先，我们需要将两个二进制数输入到加法器中，然后通过逻辑门的组合，实现逐位相加的操作。
最后，将得到的结果输出。
实验二：数字比较器的应用在这个实验中，我们将学习数字比较器的应用。
数字比较器可以比较两个数字的大小，并输出比较结果。
通过使用数字比较器，我们可以实现各种判断和选择的功能。
比如，在一个电子秤中，通过将待测物品的重量与设定的标准重量进行比较，可以判断物品是否符合要求。
实验三：多路选择器的设计与实现在这个实验中，我们需要设计一个多路选择器，实现多个输入信号中的一路信号的选择输出。
通过使用多路选择器，我们可以实现多种条件下的信号选择，从而实现复杂的逻辑控制。
比如，在一个多功能遥控器中，通过选择不同的按钮，可以控制不同的家电设备。
实验四：时序电路的设计与实现在这个实验中，我们将学习时序电路的设计与实现。
时序电路是数字逻辑电路中的一种重要类型，通过控制时钟信号的输入和输出，实现对数据的存储和处理。
比如，在计数器中，通过时序电路的设计，可以实现对数字的逐位计数和显示。
实验五：状态机的设计与实现在这个实验中，我们将学习状态机的设计与实现。
状态机是一种特殊的时序电路，通过对输入信号和当前状态的判断，实现对输出信号和下一个状态的控制。
状态机广泛应用于各种自动控制系统中，比如电梯控制系统、交通信号灯控制系统等。
实验六：逻辑门电路的优化与设计在这个实验中，我们将学习逻辑门电路的优化与设计。
通过对逻辑门电路的布局和连接方式进行优化，可以减少电路的复杂性和功耗，提高电路的性能和可靠性。
第6章 VHDL状态机
4、状态机的VHDL设计相关语句
4.1 状态机的状态定义语句
一般在使用状态机之前应该定义状态的枚举类型， 定义可以在状态机描述的源文件中，也可以在专门的程 序包中。 TYPE m_state IS (st0,st1,st2,st3,st4,st5); 以上定义是将表征状态机的每一状态用文字符号来 表示的，即符号化的状态机，也可以直接在程序或开发 软件中指明状态机的编码方式：
图6.2 自动售货机状态转换图
6.4 状态机的VHDL设计
1、状态机的VHDL设计步骤
用VHDL设计状态机的步骤是：①分析控制器 设计指标，建立系统算法模型图，即状态转移图； ②分析被控对象的时序状态，确定控制器状态机的 各个状态及输入、输出条件；③应用VHDL语言完 成状态机的描述。
2、状态机的基本结构 状态机一般由三个模块构成：状态寄存器、 次态逻辑和输出逻辑。
（2）描述次态逻辑的进程：
process(current_state,其他输入信号) begin next_state<=current_state; case current_state is when state1=> … next_state<=某个状态; … when state2=> … end caN ST6 => r1 <= '1'; g2 <= '1'; nxstate <= ST7; WHEN ST7 => r1 <= '1'; y2 <= '1'; nxstate <= ST0; END CASE; END PROCESS; END eXemplar;
--Mealy型状态机的二段式描述:
组合逻辑举例之二：一个八位三态数据通路控制器
第六章运算和数据流动控制逻辑6.前言：6.1数字逻辑电路的种类：•组合逻辑：输出只是当前输入逻辑电平的函数（有延时），与电路的原始状态无关的逻辑电路。
也就是说，当输入信号中的任何一个发生变化时，输出都有可能会根据其变化而变化，但与电路目前所处的状态没有任何关系。
•时序逻辑：输出不只是当前输入的逻辑电平的函数，还与电路目前所处的状态有关的逻辑电路。
同步有限状态机是同步时序逻辑的基础。
所谓同步有限状态机是电路状态的变化只可能在在同一时钟跳变沿时发生的逻辑电路。
但状态是否发生变化还要看输入条件，如输入条件满足，则进入下一状态，否则即使时钟不断跳变，电路系统仍停留在原来的状态。
利用同步有限状态机可以设计出极其复杂灵活的数字逻辑电路系统，产生各种有严格时序和条件要求的控制信号波形，有序地控制计算逻辑中数据的流动。
6.2 数字逻辑电路的构成•组合逻辑：由与、或、非门组成的网络。
常用的组合电路有：多路器、数据通路开关、加法器、乘法器….•时序逻辑：由多个触发器和多个组合逻辑块组成的网络。
常用的有：计数器、复杂的数据流动控制逻辑、运算控制逻辑、指令分析和操作控制逻辑。
同步时序逻辑是设计复杂的数字逻辑系统的核心。
时序逻辑借助于状态寄存器记住它目前所处的状态。
在不同的状态下，即使所有的输入都相同，其输出也不一定相同。
组合逻辑举例之一：一个八位数据通路控制器它的Verilog HDL描述如下：`define ON 1 ‘b 1`define OFF 1 ‘b 0wire ControlSwitch;wire [7:0] Out, In;assign Out = (ControlSwith = = `ON) ? In : 8 ‘h00；它的逻辑电路结构如下：图6.1 数据通道开关的逻辑图108109它对数据通路所起的作用如下：组合逻辑举例之二：一个八位三态数据通路控制器它的Verilog HDL 描述如下：`define ON 1 ‘b 1`define OFF 1 ‘b 0wire LinkBusSwitch;wire [7:0] outbuf;inout [7:0] bus;assign bus = (LinkBusSwitch== `ON) ? outbuf : 8 ‘hzz它的逻辑电路结构和对数据通路的作用如下：它与组合逻辑举例之一的差别只在前者在开关断开时输出为零，而后者在开关断开时输出为高阻，即与总线脱离连接。
《VHDL状态机》课件
总结与展望
1 VHDL 状态机对数字电路设计的重要性
VHDL状态机能够将数字电路行为直观地表示出来，提高设计效率。
2 VHDL 状态机在工业自动化控制中的作用
VHDL状态机在自动化控制系统中扮演着重要的角色，提高系统的智能化。
3 VHDL 状态机的发展前景
随着数字电路和自动化技术的不断发展，VHDL状态机将继续发挥重要作用。
《VHDL状态机》PPT课件
VHDL状态机是一种描述数字电路行为的建模语言，本课件将介绍VHDL状态机 的定义、作用以及其在数字电路设计中的重要性。
什么是 VHDL 状态机
定义
VHDL状态机是一种用于描述数字电路中组合逻辑与时序逻辑之间关系的建模方法。
作用
VHDL状态机能够将数字电路行为清晰地表示出来，方便设计者进行分析和调试。
VHDL 状态机的设计方法
1
状态定义
确定所需的状态数量，并为每个状态指定一个唯一的编码。
2
状态转移
根据输入信号和当前状态，定义状态之间的转移条件。
3
输出定义
根据当前状态和输入信号，定义对应的输出信号。
1 VHDL 状态机设计实例
设计一个灯泡控制系统，根据不同输入信号以及当前状态控制灯泡的亮、灭。
VHDL 状态机的调试技巧
VHDL 状态机的基本结构
状态寄存器
用于存储当前状态信息，决 定下一状态的变化。
组合逻辑
根据输入信号和当前状态， 决定下一状态。
输出逻辑
根据当前状态和输入信号， 产生输出信号。
1 VHDL 状态机的两种类型
Moore 状态机：输出只与当前状态有关；Mealy 状态机：输出与当前状态和输入信号有关。
EDA技术与应用实践案例5 状态机：MOORE机、MEALY机(以序列检测器为主要内容)
案例5状态机：MOORE机、MEALY机(以序列检测器为主要内容)5.1 预习内容(1)状态机的基本概念，分类，原理，设计方法，时序情况。
(2)状态机的具体设计流程：逻辑抽象--状态定义--状态转换分析，画出状态图--根据状态图写出代码。
5.2 案例目的熟悉利用QuartusⅡ的代码输入方法设计状态机，并掌握编程配置以及硬件测试验证等一系列相关技术，并理解FPGA/CPLD技术中是如何解决生活中实际逻辑问题的。
5.3 案例环境状态机是数字系统设计中重要的内容之一。
无论是简单的译码电路还是复杂的CPU都可以用状态机来实现。
5.4 案例原理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这在数字通信领域有广泛的应用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1否则输出0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如图1所示当一串待检测的串行数据进入检测器后若此数在每一位的连续检测中都与预置的密码数相同则输出A 否则仍然输出B。
图1 8位序列检测器逻辑图comb_outputsstate_inputs resetclkFSM:s_machineCOM next_state current_state PROCESS REG PROCESS图2 一般状态机结构图5.5 案例步骤(1) 按照状态机的设计流程，完成逻辑抽象到状态图表示等一系列流程，根据状态图设计出硬件描述语言代码，完成代码的输入，编译、综合，通过对报错信息的分析调试代码直到代码完全正确。
完成电路的仿真，观察仿真波形是否符合电路的逻辑功能要求。
(2) 完成电路的引脚锁定，分别将各输入引脚锁定到按键或者跳线上，时钟输入端锁定在开发试验系统的时钟输出引脚上，将计数器的输出通过译码电路连接到7段数码管上进行显示。
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例：用三进程状态机实现一个简单自动售货机控制电路，电路框图如下。
该电路有两个投币口（1元和5角），商品2元一件，不设找零。
In[0]表示投入5角，In[1]表示投入1元，Out 表示是否提供货品。
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根据题意，可分析出状态机的状态包括： S0（00001）：初始状态，未投币或已取商品 S1（00010）：投币5角 S2（00100）：投币1元 S3（01000）：投币1.5元 S4（10000）：投币2元或以上
用独热码表示状态编码，如上所示。
相应状态转换图如下（按Moore 状态机设计）。
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自动售货机状态转换图
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设计代码
第一个Always 块：状态转移。
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第二个Always 块：状态转移的组合逻辑条件判断
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第三个Always 块：输出组合逻辑
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测试平台代码
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功能仿真结果
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综合结果。