基于FPGA的状态机的实现
第八次课-8章状态机精选全文
z<=0;
三、基于状态机的设计要点
1．起始状态的选择
起始状态是指电路复位后所处的状态，选择一 个合理的起始状态将使整个系统简洁高效。有的 EDA软件会自动为基于状态机的设计选择一个最佳 的起始状态。
2．状态转换的描述
一般使用case语句来描述状态之间的转换， 用case语句表述比用if-else语句更清晰明了。
有限状态机类型 有限状态机的Verilog描述 有限状态机的设计要点
一、两种有限状态机
二、有限状态机的Verilog描述
描述对象：
当前状态、下一状态、输出逻辑
描述方式： 单过程、双过程、三过程
单过程描述方式： 放在一个过程中描述，相当于采用时
钟信号同步，克服输出产生毛刺。但输出 逻辑相对于双过程，要延迟一个时钟周期。
end end
s3: begin if(x==0)
begin state<=s0; z<=0;
end else begin
state<=s4; z<=1; end end
s4: begin if(x==0)
begin state<=s0; end else begin state<=s4; z<=1; end end default:
双过程描述方式： 一个过程 由时钟信号触发的时序过程
（当时钟发生跳变时，状态机状态发生变 化。一般用case语句检查状态机的当前状态； 另一过程是组合过程，对于摩尔型，输出 只与当前状态有关，因此只需用case语句即 可，对米里型，因与当前状态和输入都有 关，因此可用case 语句和 if组合进行描述。
一种基于FPGA的低功耗、容错状态机设计方法
Ａｂ ｔａ ｔ Ｃｏ ｓｄ ｒｎ ｈ ｅ ｉ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ｍｐ ｉ ｎ ｐ ｏ ｌ ｍ ｓ ｏ Ｆｉｌ ｏ ｒ ｍ ｍａ ｌ Ｇａ ｅ ｓｒ ｃ ： ｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｔ ｅ ｒ ｌ ｉ ｔ ｎ ｏ ｒ ｃ ｎ ｕ ａ ｉ ｔ ｒ ｂ ｅ ｆ（ ｅｄ Ｐｒ ｇ ａ ｏ ｂｅ ｔ Ａｒ ａ ） Ｐ ｒ ｙ Ｆ ＧＡ ｎ ａ ｉ ｔ ｎ ａ ｄ ｓ ａ ｅ ｌ ｈ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ，ａ ｎ ｗ ｅ ｉ ｎ ｍ ｅ ｈ ｄ ｏ ｏ ｐ ｗｅ ｎ ａ ｌ ｔ ｌ ｒ ｎｃｅ ｉ ｖ ａ ｉ ｎ ｐ ｃ ｆｉ ｔ ｐ ｉ ｔｏ ｏ ｇ ａ ｃ ｅ ｄ ｓ ｇ ｔ ｏ ｆｌ ｗ ｏ ｒ ａ ｄ ｆ ｕ ｔ ｏ ｅ ａ —
ｓ ｒ ｔ ｒ ｏ ｃ ｆｒ ｄ ｔ ｒ ｏｒ ｎ ＲＡＭ ｏ ｐ ｒｎ ｈｅ ｃ ｎｓｓ ｅ ｙ ｏ ｈｅｔ ｏ ｋｓＲＡＭ ｕｔ ａ ａ ｔ ｕｃ ｕ ｅ ｔ ｏｎ ｉｍ ａ ａ ｅ ｒ ｓｉ ｂｙ ｃ ｍ ａ ｉ ｇ ｔ ｏ ｉ ｔ ｎｃ ｆｔ ＷＯ ｂｌ ｃ ｏ ｐｕｔｄ ｔ
第 ３ ７卷 第 ６期
２ ｌ Ｏ Ｏ 年 ６ 月
湖
南
大
学 学
报 （自 然 科 学 版 ）
Ｖｏ ７ Ｎｏ ６ Ｌ ３ ， ． Ｊ ｎ ２０ ｌ０ ｕ ．
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＨ ｎ ｎ Ｕ ｎ ｖ ｒ ｉｙ（ ｔ ｒ ｌＳｃｅｎ ｅ ） ｏ ｒ ａ ｕ ａ ｉ ｅ ｓ ｔ Ｎａ ｕ ａ ｉ ｃ ｓ ｏ
文 章 编 号 ： ６ ４２ ７ ２ １ ０ — ０ ７０ １ ７ － ９ ４（ ０ ０） ６０ ７ — ６
一
种 基 － Ｔ－ＦＰＧＡ 的 低 功 耗 、 错 状 态 机 设 计 方 法 容
李 列 文 ， 卫 华 胡 小龙 ， 桂 ，
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。
基于FPGA电梯控制系统实现
基于FPGA的电梯控制系统的实现摘要：本文通过使用fpga完成对6层的电梯控制系统。
可以使用状态机实现。
要求指示电梯所在楼层位置等其他必要的信号。
通过仿真结果验证其正确性，并在开发板上进行硬件测试。
关键字：信号并置；verilog；状态机；eda；fpga随高层楼宇的增加，电梯越来越多的走进了人们的生活，对人们的生活的影响越来越大。
为了让电梯更好的服务人们，各种电梯新技术不断地发展起来。
电梯控制系统是一个相当复杂的逻辑控制系统．系统要同时对几百个信号进行接收、处理。
由于用户对电梯功能的要求不断提高．其相应控制方式也在不断发生变化。
随着eda 技术的快速发展．基于fpga的微机化控制已广泛应用于电梯电路设计与控制的各个方面。
一、相关概念：eda在通信行业（电信）里的另一个解释是企业数据架构，eda给出了一个企业级的数据架构的总体视图，并按照电信企业的特征，进行了框架和层级的划分。
eda是电子设计自动化（electronic design automation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（cad）、计算机辅助制造（cam）、计算机辅助测试（cat）和计算机辅助工程（cae）的概念发展而来的。
fpga采用了逻辑单元阵列lca（logic cell array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块clb（configurable logic block）、输出输入模块iob（input output block）和内部连线（interconnect）三个部分。
fpga是由存放在片内ram中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的ram进行编程。
用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。
加电时，fpga芯片将eprom中数据读入片内编程ram中，配置完成后，fpga进入工作状态。
掉电后，fpga恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，fpga能够反复使用。
vhdl主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。
FPGA状态机实验
一．状态机1.实验内容：输入序列识别状态机：检测序列中是否连续出现四个或者四个以上的1或0，当满足以上情况时，输出变为1，当输入数据改变时，输出变为0。
2.实验目的：设计状态机，熟悉FPGA工具的使用，进行硬件功能仿真。
3.设计要求：输入：时钟KEY0，复位SW0，输入数据w输出：输出z LEDG0，输出显示：LEDR8-LEDR0。
4.设计方案设计采用9个状态的状态机，分别为IDLE，S1—出现一个0，S2出现两个0，S3出现3个0，S4出现4个0，K1—出现一个1，K2出现两个1，K3出现3个1，K4出现4个1一共9个状态。
时钟上升沿跳变，同步复位reset高电平有效，上电复位后状态state为IDLE。
5.验证方案验证主要侧重于在连续输入4个或4个以上0或1时，输出能否正确输出1，而在状态转换过程中程序是否如同设计时所预想的进行。
变化输入值，观察输出值。
`timescale `timescale 1ns/100psmodule tb_fsm;reg clk;reg reset,w;wire[8:0] outled;wire z;wire [2:0] state,NEXT_state;fsm dut(.clk(clk),.reset(reset),.w(w),.outled(outled),.z(z));initial beginclk=0;endalways #5 clk=~clk;initial beginreset=0;w=0;#4 reset=1;#3 reset=0;#12 w=0;// @(posedge clk)#12 w=0;#12 w=0;#13 w=0;#12 w=0;#12 w=0;#13 w=1;#200 $finish;Endendmodule6.仿真结果下面是通过ModelSim的仿真波形二．LPM参数化模块1.实验内容及目的实验内容：片内RAM块实验目的：使用LPM参数化模块库，片上RAM块显式例化与自动推导2.设计要求分别用模块库，生成宽度为8，深度为32位的RAM块。
FPGA用状态机实现序列检测器的设计说明书
******大学实验报告课程名称：基于FPGA的现代数字系统设计实验名称：用状态机实现序列检测器的设计姓名：******学号: **********班级：电子******指导教师：*************信息工程学院一、实验原理1、实验内容：应用有限状态机设计思路，检测输入的串行数据是否是”01111000”。
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。
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2、要求：系统主要包括3个模块：1）并行数据转串行数据模块（xulie.v）2）串行检测模块（schk.v）3）数码管显示模块（decled7s .v）于需要用按键V16作为时钟输入，按键D18作为系统复位输入，所以需调用实验二中应用的消抖模块，对两个按键输入信号进行消抖。
•并行数据转串行数据模块（xulie.v），串行检测模块（schk.v）均采用有限状态机的描述方式。
•并行数据转串行数据模块（xulie.v）功能描述：可以异步复位，可以在时钟控制下，将并行输入数据din[7:0]，按照din[7]，din[6]，din[5]，din[4]，din[3]，din[2]，din[1]，din[0]的顺序输出至串行检测模块的输入端口din。
•根据设计要求，先画出并行数据转串行数据模块的状态转移图，并写出HDL代码。
•比较实验指导书提供并行数据转串行数据模块的参考代码，总结有限状态机的HDL设计方法。
•串行检测模块（schk.v）输入信号：DIN-----1bit的串行输入数据CLK-----同步输入时钟CLR ------异步清零信号，当CLR=1，系统输出置0，否则，系统正常工作输出信号：AB--------4bits数据，如果系统检测到“01111000”这8bit的输入，AB=4’b1010，否则，AB=4’b1011.•串行检测模块（schk.v）•画出串行检测模块（schk.v）的状态转移图，并自行设计HDL源代码。
基于FPGA的直流电机PWM调速系统设计实现分析
基于FPGA的直流电机PWM调速系统设计实现分析1.引言直流电机广泛应用于各个领域，如工业控制、机器人等。
调速系统是直流电机应用中非常重要的一部分，直流电机的调速在一定范围内能够满足不同负载需求。
本文将介绍基于FPGA的直流电机PWM调速系统的设计实现分析。
2.系统设计2.1系统架构设计基于FPGA的直流电机PWM调速系统主要包括FPGA、PWM控制器、驱动电路和直流电机。
其中，FPGA负责进行调速算法的运算和时序控制，PWM控制器用于生成PWM信号，驱动电路控制直流电机的转速和方向。
2.2算法设计调速算法一般采用PID控制算法，通过测量直流电机的转速和负载情况，计算出PWM占空比，并调整PWM信号的频率和占空比以实现电机的调速。
在FPGA中，可以使用硬件描述语言（HDL）进行算法实现。
使用VHDL或Verilog等HDL语言，编写PID控制器、计数器和状态机等模块，实现调速算法的运算和时序控制。
3.系统实现3.1FPGA的选择FPGA是可编程逻辑芯片，具有灵活性和高性能的特点。
在选择FPGA 时，需要考虑系统的性能需求、资源使用和开发成本等因素。
常用的FPGA型号包括Xilinx系列和Altera（Intel）系列等。
3.2PWM控制器设计PWM控制器的设计主要包括频率和占空比的控制。
可以使用计数器和状态机实现PWM信号的生成。
计数器用于计数并产生PWM控制信号的频率，状态机用于控制计数器并调整PWM占空比。
3.3驱动电路设计驱动电路主要负责将FPGA生成的PWM信号转化为适合驱动直流电机的电压和电流信号。
驱动电路一般包括功率放大器、H桥驱动模块和电流反馈模块等。
通过控制H桥驱动模块的开关，可以实现直流电机的正反转和调速功能。
4.总结本文介绍了基于FPGA的直流电机PWM调速系统的设计实现分析。
通过使用FPGA进行调速算法的运算和时序控制，实现了对直流电机的精确调速。
系统设计包括FPGA选择、PWM控制器设计和驱动电路设计等。
基于有限状态机的QPSK调制系统发送模块FPGA实现
２１ ０２年 １ 月
电 讯 技 术
Ｔ ｌｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｅｅ ｏ ｎ ｃ ｔ ｇｎ ｅｉ ｇ ｏ
Ｖ０ ． ２ Ｎｏ １ １５ ．
Ｊｎ Ｏ ２ ａ ．２ ｌ
文章编 号 ：０ １ ９ Ｘ（０ ２ ０ — ０ ２— ４ １０ —８３ ２ １ ）１ ０ ７ ０
Ｘ ｎ７ ０ ５ ， ｈｎ ； Ｍｉｓ ｅＩｓ ｔｔ ， ｉ Ｆ ｒｅＥ ｇｎ ｅｉｇＵｎｖ ｒｉ ，Ｓ ｎ ｕ ｎ ７ ３ ０ ， ｈｎ ； ｉａ １０ １ Ｃ ｉａ ２． ｓｉ ｎｔｕｅ Ａ ｒ ｏ ｎ ｉｅ ｒ ｉ ｓ ｙ ａ ｙ ａ １ ８ ０ Ｃ ｉａ ｌ ｉ ｃ ｎ ｅ ｔ
（ ．ｆｒ ａ ｏ ｅｔ ｆ ｅ ａ ｈａｄＤ ｖｌ ｍ ｎ Ｓｃ ｏ ，Ａｒ ｏ ｅＥ ｇ ｅｒ ｇＵ ｉ ｒ ｔ， １ｈ ｏ ｔ ｎＣ ｎ ｅ ｓ ｒ ｎ ｅｅ ｐ ｅｔ ｅｔ ｎ ｉ Ｆｒ ｎｉ ｅ ｎ ｎ ｅ ｉ ｍ ｉ ｒｏＲ ｅ ｃ ｏ ｉ ｃ ｎ ｉ ｖ ｓｙ
数据各部分数据按先后顺序有序发送 ， 实现 了模块 间的无缝链接 ， 系统的数据发送稳定可靠。 使 关键 词 ： ＰＫ调 制 系统 ； 限状 态机 ； 送模 块 ；Ｐ Ａ 实现 ＱＳ 有 发 ＦＧ
中图分类 号 ： Ｎ １ ．２ Ｔ ９ １ ２ 文献标 识码 ： Ａ ｄｉ１ ．９９ ｊｉ ｎ １０ —８ ３ ．０ ２０ ．１ ｏ：０ ３ ６／ ． ｓ ．０ １ ９ｘ ２ １ ．１０ ５ ｓ
个方面 的原 因 ： 现快速 建模 、 高代码 复用 率和管 实 提
Ｈ ａｇ ｎ － ｎ ２ Ｅ Ｇ ｎ Ｂ Ｉ ｎ Ｐ Ｎ ｅ ｄｎ Ｗ ＮＧＭｉ ｆ ｇ ， Ｐ — ｇ ａ
Ｈ Ｎ ｉｅｇ ， Ｈ ＯＸ ｅｕ Ｇ ＯＳｅｇｑ ｎ Ａ Ｌ－ｎ Ｚ Ａ ｕ－ ｎ ，Ａ ｈｎ— ａｇ ｆ ｊ ｉ
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基于FPGA的状态机的实现
FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑设备，可以用来实现各种数字电路功能。
状态机（State Machine）是一种表示系统或算法行为的模型，通过定义一组状态和状态之间的转移来描述系统的动态行为。
基于FPGA的状态机的实现，可以通过FPGA的可编程性和并行计算能力来提供高性能和灵活性的方案。
在FPGA上实现状态机，主要包括定义状态和状态转移，并将其映射到FPGA的逻辑资源和时钟资源。
下面将从以下几个方面详细介绍基于FPGA的状态机的实现。
1.状态定义和状态转移规则
首先，需要定义状态和状态之间的转移规则。
状态可以由一组有限的位表示，每个位可以表示一个状态。
转移规则可以通过逻辑表达式或状态转移图的方式表示。
例如，可以使用if-else语句或case语句来实现逻辑表达式，并根据输入信号和当前状态确定下一个状态。
2.时钟资源分配
在FPGA上实现状态机需要使用时钟资源来驱动状态的转移。
时钟信号可以通过FPGA的时钟管理器进行分配，并通过时钟分频器来控制时钟频率。
需要根据状态转移的速度和系统的要求来确定时钟频率，以实现所需的功能和性能。
3.逻辑资源分配
FPGA中的逻辑资源包括查找表（Look-up Table，简称LUT）、寄存器、线路和多路器等。
这些逻辑资源可以被配置成所需的状态机功能。
状
态机的状态可以通过LUT和寄存器来存储和处理，状态转移可以通过线路
和多路器来实现。
需要根据具体的状态机设计和功能要求来合理分配逻辑
资源。
4.状态机控制器的设计
状态机控制器是用来控制状态机的工作流程的模块，它可以根据输入
信号和当前状态来确定下一个状态，并生成输出信号。
状态机控制器的设
计可以使用硬件描述语言（如Verilog、VHDL）进行实现，并结合逻辑资
源和时钟资源进行综合和布局布线。
5.时序和异步处理
在状态机设计中，时序和异步处理是需要考虑的重要因素。
时序问题
包括时钟延迟、时序约束和时序错误等，需要通过时序分析工具进行分析
和调试。
异步处理问题包括输入信号的同步和状态转移的同步等，需要设
计合理的同步电路和时序处理机制来解决。
总之，基于FPGA的状态机的实现可以通过定义状态和状态转移规则，分配时钟和逻辑资源，并设计状态机控制器来实现所需的功能和性能。
这
种实现方式具有高性能、灵活性和可重配置性等优点，适用于各种数字电
路和系统设计。
同时，需要注意时序和异步处理等问题，以保证状态机的
正确性和稳定性。