verilog经典三段式状态机设计实例
Verilog 有限状态机设计(课堂PPT)
begin
case( state )
state0:
out = 3'b001;
state1:
out = 3'b010;
state2:
out = 3'b100;
state3:
out = 3'b111;
default:
out = 3'b001;
endcase
end
endmodule
11
8.2 有限状态机的Verilog描述
begin if(clr) qout<=0;
//异步复位
else case(qout)
3'b000: qout<=3'b001;
3'b001: qout<=3'b010;
3'b010: qout<=3'b011;
3'b011: qout<=3'b100;
3'b100: qout<=3'b000;
default: qout<=3'b000; /*default语句*/
state2 = 2’b11, state3 = 2’b10; // 格雷码
always @( posedge clk or posedge clr ) begin
if( clr ) state <= state0; // 定义初态 state <= next_state; end
8
always @( state or start or step2 or step3 ) // 状态转换
EDA技术与应用
第八章 有限状态机设计
1
verilog 三态门函数
verilog 三态门函数Verilog 三态门函数是数字逻辑设计中常用的功能块，其特点在于可以实现高阻态输出。
在本文中，我们将逐步回答关于Verilog 三态门函数的一些基本问题，包括什么是三态门函数，如何定义和使用它们以及其在数字逻辑电路中的应用。
第一步：了解三态门函数的概念三态门函数是一种逻辑门类型，它具有三个输出状态，即低逻辑电平（0）、高逻辑电平（1）和高阻态（Z）。
当输出处于高阻态时，其与其他逻辑门相连不会产生冲突。
第二步：定义三态门函数在Verilog中，我们可以使用`tri`型来定义三态门函数。
例如，下面是一个简单的三态门函数的定义示例：verilogmodule TriStateGate (input wire a,input wire b,inout wire y);assign y = a ? b : 1'bz;endmodule在上述代码中，我们使用了`tri`类型来定义了一个名为`TriStateGate`的模块。
该模块具有3个输入：`a`、`b`和1个双向输出：`y`。
`assign`语句用于将输出`y`设置为`a`与`b`的逻辑与操作结果，当条件为真时，输出为`b`，否则为高阻态。
第三步：使用三态门函数要使用三态门函数，我们可以在其他的Verilog模块中实例化该模块，并将其连接到其他逻辑元素上。
例如，下面是一个使用以上定义的三态门函数的示例：verilogmodule TopModule (input wire a,input wire b,output wire q);wire x;TriStateGate triGate (.a(a),.b(b),.y(x));assign q = x;endmodule在上述代码中，我们首先定义了一个名为`TopModule`的模块。
该模块具有2个输入：`a`和`b`，以及一个输出：`q`。
我们还定义了一个中间信号线`x`，并将其与实例化的三态门函数模块进行连接。
verilog 状态机写法
verilog 状态机写法在Verilog中，有几种常用的状态机写法，包括Mealy状态机、Moore状态机和通用状态机。
下面简要介绍每种写法的特点：Mealy状态机：输出依赖于当前状态和输入信号。
输出的变化可以与状态的变化同步。
Verilog代码示例：module MealyFSM (input logic clk,input logic reset,input logic input_signal,output logic output_signal);enum logic [2:0] states;logic [2:0] current_state, next_state;always_ff @(posedge clk or posedge reset) beginif (reset)current_state <= states[0];elsecurrent_state <= next_state;endalways_comb begincase (current_state)states[0]: begin // State 0if (input_signal)next_state = states[1];elsenext_state = states[0];output_signal = input_signal & next_state[0]; // Output depends on current state and input signalendstates[1]: begin // State 1if (input_signal)next_state = states[0];elsenext_state = states[1];output_signal = input_signal | next_state[0]; // Output depends on current state and input signalend// Add more states and conditions as neededendcaseendEndmoduleMoore状态机：输出只依赖于当前状态。
EDA技术及应用—基于FPGA的电子系统设计：基于Verilog hdl的数字电路设计
10100
1111
15
10101
8421BC 余三码 D码
0000
0011
0001
0100
0010
0101
0011
0110
0100
0111
0101
1000
0110
1001
0111
1010
1000
1011
1001
1100
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
4位格雷码
0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000
4'b0011:a_to_g=7'b1111001; //显示3
4'b0100:a_to_g=7'b0110011; //显示4
4'b0101:a_to_g=7'b1011011; //显示5
4'b0110:a_to_g=7'b1011111; //显示6
4'b0111:a_to_g=7'b1110000; //显示7
4: y= {d[2:0],d[3]}; // rol
5: y= {d[3],d[3:1]}; // asr
6: y= {d[1:0],d[3:2]}; // ror2
7: y= d;
// noshift
default: y = d;
图6-2 基本门电路仿真结果
综合结果如图6-3所示。
图6-3 基本门电路综合结果
2、 三态逻辑电路
FSM状态机verilog代码
#M16`timescale 1ns/10ps//4-bits countermodule m16(output reg [3:0] ctr=0, input clock,input reset);always@(posedge clock) beginif(reset==1)ctr <= 0;elsectr <= ctr + 1;endendmodule#M555`timescale 1ns/10ps//clock and reset generation module m555(output reg clock, output reg reset);initialbegin#5 clock=1;reset=1;#500 reset=0;endalways#50 clock=~clock;endmodule# mealyfsm_testbench`timescale 1ns/10ps //1ns means delay unit and 10ps means delay precision module mealyfsm_testbench;wire clock;wire reset;wire xin;wire [1:0] yout;mealyfsm_testgen inst_mealyfsm_testgen(.clock(clock),.reset(reset),.xin(xin),.yout(yout));mealyfsm inst_mealyfsm(.clk(clock),.reset(reset),.xin(xin),.yout(yout));endmodule# mealyfsm_testgen`timescale 1ns/10ps //1ns means delay unit and 10ps means delay precision module mealyfsm_testgen(output clock,output reset,output reg xin,input [1:0] yout);wire [3:0] ctr;m555 inst_m555(.clock(clock),.reset(reset));m16 inst_m16(.ctr(ctr),.clock(clock),.reset(reset));always@(posedge clock) beginif(reset)xin <= 1'b0;elsebegincase(ctr)4'h0:xin <= 1'b1;4'h1:xin <= 1'b0;4'h2:xin <= 1'b0;4'h3:xin <= 1'b1;4'h4:xin <= 1'b0;4'h5:xin <= 1'b1;4'h6:xin <= 1'b1;4'h7:xin <= 1'b0;4'h8:xin <= 1'b1;4'h9:xin <= 1'b1;4'ha:xin <= 1'b1;4'hb:xin <= 1'b1;default:xin <= 1'b0;endcaseendendendmodule# moorefsm_testbench`timescale 1ns/10ps //1ns means delay unit and 10ps means delay precision module moorefsm_testbench;wire clock;wire reset;wire ready;wire rd_wr;wire oe;wire wr;moorefsm_testgen inst_moorefsm_testgen(.clock(clock),.reset(reset),.ready(ready),.rd_wr(rd_wr),.oe(oe),.wr(wr));moorefsm inst_moorefsm(.clk(clock),.reset(reset),.ready(ready),.rd_wr(rd_wr),.oe(oe),.wr(wr));Endmodule#moorefsm_testgen`timescale 1ns/10ps //1ns means delay unit and 10ps means delay precision module moorefsm_testgen(output clock,output reset,output reg ready,output reg rd_wr,input oe,input wr);wire [3:0] ctr;m555 inst_m555(.clock(clock),.reset(reset));m16 inst_m16(.ctr(ctr),.clock(clock),.reset(reset));always@(posedge clock)beginif(reset)beginready <= 1'b0;rd_wr <= 1'b0; endelsebegincase(ctr)4'h0:beginready <= 1'b0;rd_wr <= 1'b0;end4'h1:beginready <= 1'b1;rd_wr <= 1'b0;end4'h2:beginready <= 1'b0;rd_wr <= 1'b1;end4'h3:beginready <= 1'b0;rd_wr <= 1'b1;end4'h4:beginready <= 1'b1;rd_wr <= 1'b0;end4'h5:beginready <= 1'b1;rd_wr <= 1'b0;end4'h6:beginready <= 1'b1;rd_wr <= 1'b0;end4'h7:beginready <= 1'b0;rd_wr <= 1'b0;end4'h8:beginready <= 1'b1;rd_wr <= 1'b0;end4'h9:beginready <= 1'b0;rd_wr <= 1'b0;enddefault:beginready <= 1'b0;rd_wr <= 1'b0;endendcaseendendendmodule。
verilog hdl应用程序设计实例精讲
verilog hdl应用程序设计实例精讲网上现在有很多关于verilog hdl应用程序设计的资料，但是并没有一个很系统和全面的教程来帮助初学者快速入门。
本文就verilog hdl应用程序设计实例进行了精讲，从基本概念到应用实例一步一步地回答了初学者的问题，帮助大家理解verilog hdl的设计和应用。
一、verilog hdl的基本概念Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于描述数字系统，包括逻辑电路、集成电路等等。
它既可以进行仿真验证，也可以直接生成硬件电路。
简单来说，verilog hdl就是一种用来描述数字系统的语言。
1.1 模块与实例化在verilog hdl中，模块是最基本的设计单元，每个模块包含一个或多个端口和内部逻辑电路。
模块可以包含其他模块，这被称为实例化。
实例化可以理解为创建一个模块的实例，并根据实例进行连接。
1.2 端口和内部信号模块的端口是与其他模块或外部电路连接的接口，可以是输入、输出或双向。
内部信号是模块内部产生和使用的信号，只在模块内部可见。
1.3 组合逻辑与时序逻辑组合逻辑是指只有输入信号改变时才会改变输出信号的逻辑电路，而时序逻辑是指输出信号的改变还受到时钟信号的控制。
在verilog hdl中，可以使用逻辑门、逻辑运算符和条件语句来实现组合逻辑和时序逻辑。
二、verilog hdl应用程序设计实例接下来，我们通过一些实例来展示verilog hdl的应用程序设计。
2.1 4位全加器我们首先来实现一个4位全加器。
全加器是用来实现两个二进制数的加法的电路，它能够实现两个输入和一个进位的相加操作，输出结果和进位。
在verilog hdl 中，可以使用逻辑运算符和条件语句来实现全加器。
2.2 4位加法器我们可以使用四个全加器来实现一个4位加法器。
加法器是用来实现两个二进制数的加法的电路，它能够实现多位的相加操作，输出结果和进位。
2.3 4位计数器计数器是一种能够实现计数功能的电路，它能够根据时钟信号进行计数，并在达到一定数值时输出特定信号。
Verilog可综合有限状态机的4种写法
Verilog可综合有限状态机的4种写法Verilog可综合有限状态机的4种写法第一种：自然编码1.module fsm1(2.input i_clk,3.input rst_n,4.input A,5.output reg K1,6.output reg K2,7.output reg [1:0] state8.);[/color][/font]9.[font=Times New Roman][color=#000000]parameter Idle=2'b00,10. Start=2'b01,11. Stop=2'b10,12. Clear=2'b11;[/color][/font]13.[font=Times NewRoman][color=#000000][email=always@(posedge]always@ (posedge[/email]i_clk)14.if(!rst_n)15.begin16. state<=Idle;17. K2<=0;18. K1<=0;19.end20.else21.case(state)22. Idle:if(A)23. begin24. state<=Start;25. K1<=0;26. end28. begin29. state<=Idle;30. K2<=0;31. K1<=0;32. end33. Start:if(!A)34. state<=Stop;35. else36. state<=Start;37. Stop:if(A)38. begin39. state<=Clear;40. K2<=1;41. end42. else43. begin44. state<=Stop;45. K2<=0;46. K1<=0;47. end48. Clear:if(!A)49. begin50. state<=Idle;51. K1<=1;52. K2<=0;53. end54. else55. begin56. state<=Clear;57. K2<=0;58. K1<=1;60. default:61. state<=Idle;62. endcase63.endmodule第二种：采用独热编码，据说其可靠性和速度都不错1.module fsm2(2.input i_clk,3.input rst_n,4.input A,5.output reg K1,6.output reg K2,7.output reg [3:0] state8.);9.10.parameter Idle=4'b1000;11.parameter Start=4'b0100;12.parameter Stop=4'b0010;13.parameter Clear=4'b0001;14.15.always@(posedge i_clk)16.begin17. if(!rst_n)18. begin19. state<=Idle;20. K2<=0;21. K1<=0;22. end23. else24. case(state)25. Idle:if(A)26. begin28. K1<=0;29. end30. else31. begin32. state<=Idle;33. K2<=0;34. K1<=0;35. end36. Start:if(!A)37. state<=Stop;38. else39. state<=Start;40. Stop:if(A)41. begin42. state<=Clear;43. K2<=1;44. end45. else46. begin47. state<=Stop;48. K1<=0;49. K2<=0;50. end51. Clear:if(!A)52. begin53. state<=Idle;54. K2<=0;55. K1<=1;56. end57. else58. begin60. K2<=0;61. K1<=0;62. end63. default:state<=Idle;64.endcase65.end66.endmodule第三种：把输出直接指定为状态码，即把状态码的指定和状态机的输出联系起来，状态的变化直接用做输出据说可以提高输出信号的开关速度并节省电路资源（希望了解其机理的高手们能够解说下时怎样提高开关速度的？）1.module fsm3(2.input i_clk,3.input rst_n,4.input A,5.output K1,6.output K2,7.output reg [4:0] state8.);9.10.11.assign K2=state[4];12.assign K1=state[0];13.14.parameter Idle =5'b00000;15.parameter Start =5'b00010;16.parameter Stop =5'b00100;17.parameter StopToClear =5'b11000;18.parameter Clear =5'b01010;19.parameter ClearToIdle =5'b00111;20.21.always@(posedge i_clk)22.if(!rst_n)23.begin24. state<=Idle;25.end26.else27.case(state)28. Idle:if(A)29. state<=Start;30. else31. state<=Idle;32. Start:if(!A)33. state<=Stop;34. else35. state<=Start;36. Stop:if(A)37. state<=StopT oClear;38. else39. state<=Stop;40. StopToClear:state<=Clear;41. Clear:if(!A)42. state<=ClearToIdle;43. else44. state<=Clear;45. ClearToIdle:state<=Idle;46. default:state<=Idle;47.endcase48.endmodule第四：把状态的变化和输出开关的控制分成两部分考虑1.module fsm4(2.input i_clk,3.input rst_n,4.input A,5.output reg K1,6.output reg K2,7.output reg[1:0] state8.);9.10.11.//reg [1:0] state;12.reg [1:0] nextstate;13.parameter Idle=2'b00,14. Start=2'b01,15. Stop=2'b10,16. Clear=2'b11;17.always@(posedge i_clk)18.if(!rst_n)19. state<=Idle;20.else21. state<=nextstate;22.23.always@(state or A)24. case(state)25. Idle:if(A)26. nextstate=Start;27. else28. nextstate=Idle;29. Start:if(!A)30. nextstate=Stop;31. else32. nextstate=Start;33. Stop:if(A)34. nextstate=Clear;35. else36. nextstate=Stop;37. Clear:if(!A)38. nextstate=Idle;39. else40. nextstate=Clear;41. default:nextstate=2'bxx;42. endcase43.always@(state or rst_n or A)44.if(!rst_n)45. K1<=0;46.else47. if(state==Clear&&!A)48. K1<=1;49. else50. K1<=0;51.52.always@(state or rst_n or A)53.if(!rst_n)54. K2<=0;55.else56. if(state==Stop&&A)57. K2<=1;58. else59. K2<=0;60.endmodule。
verilog 状态机定义 -回复
verilog 状态机定义-回复如何使用Verilog定义状态机在电子设计领域中，状态机是一种常用的模型，用于描述系统在不同输入和条件下的不同状态和状态转移。
Verilog是一种硬件描述语言（HDL），广泛应用于电子设计自动化（EDA）工具以及可编程逻辑器件（如FPGA）的开发。
本文将逐步介绍如何使用Verilog定义状态机。
第一步：了解状态机的基本概念和Verilog的语法在开始使用Verilog定义状态机之前，首先需要对状态机的基本概念有一定的了解。
状态机由一组状态和状态之间的转移构成。
在Verilog中，通常使用有限状态机（FSM）来描述状态机。
Verilog的语法结构包括模块定义、端口定义、输入输出变量、内部变量、时钟和状态转移逻辑等。
第二步：定义状态和状态转移首先，需要使用Verilog定义状态。
每个状态在Verilog中都被表示为一个唯一的二进制编码。
可以使用参数或局部参数定义状态数。
例如，使用二进制`reg [1:0] state`定义一个包含4个状态的状态机。
然后，使用assign语句将每个状态与对应的二进制编码关联起来。
例如，`assign s0=2'b00;`表示状态0为二进制编码00。
接下来，需要定义状态之间的转移条件。
这可以通过使用if-else语句和逻辑运算符实现。
例如，当输入信号A为1时，从状态0转移到状态1，可以使用如下代码：`if(A==1) begin state = s1; end`。
第三步：定义时序控制在状态机中，时序控制是非常重要的，因为它决定何时进行状态转移和在特定状态下执行哪些操作。
时序控制通常使用时钟和触发器（flip-flop）实现。
在Verilog中，使用always块定义时序控制。
首先，需要定义一个时钟信号，并使用always块对时钟进行处理。
例如：`always (posedge clk) begin`表示在时钟的上升沿触发时执行always块内的逻辑。
Verilog-有限状态机设计
'define state1 2'b00
//不要加分号“;”
'define state2 2'b01
'define state3 2'b11
'define state4 2'b10
case(state)
'state1: …;
//调用，不要漏掉符号“'”
'state2: …;
……
要注意两种方式定义与调用时的区别，一般情况下，更倾向于采用方式1来定
if(x) next_state<=S3;
else next_state<=S0;
end
S3:begin
if(x)
next_state<=S1;
else next_state<=S2;
end
default: next_state<=S0;
/*default语句*/
endcase
end
always @(state) /*该过程产生输出逻辑*/
【例10.8】自动转换量程频率计控制器
/* 信号定义
clk:
时钟输入
reset:
系统复位信号
half_dollar: 投入5角硬币
one_dollar: 投入1元硬币
half_out: 找零信号
dispense: 机器售出饮料
collect:
提示取走饮料 */
第26页，共36页。
module FSM( clk, clr, out, start, step2, step3 ); input clk, clr, start, step2, step3;
有限状态机的Verilog设计与研究
微电子学与计算机
!""# 年第 !$ 卷第 !! 期
#$%&’( #$%&’() -./01
俞莉琼 付宇卓
# 上海交通大学微电子学院 上海 .<<<4< $ 摘 要 = 本文研究了用 "#$%&’( 实现有限状态机的各种不同的编码方式和描述风格 ! 并从综合 " 毛刺 " 面积 " 速度这
几 方 面 研 究 了不 同 实 现 方 式 的 利 弊 # 最 后 ! 以 >’? 芯 片 中 ,/@ @$A%;’$ 有 限 状 态 机 为 例 ! 我 们 用 ,#B%(6 ?’CD&%#$ $,? % 对七种设计进行了综合 ! 并分析了综合后的面积和时延信息 # 关键词 = "#$%&’( ! 有限状态机 ! 综合 ! 状态编码
态机 ! 这样不仅可以简化状态的定义 * 修改和调试 " 还 可 以 用 一 些 专 门 的 %-, 工 具 % 如 -" <4=3’ *-"
OPQ 从综合角度而言 " 组合输出消耗了一部分时
钟周期 " 即增加了由它驱动的下一个模块的输入延 时 %:02H= @)4’/ $! 这样不利于综合脚本的编写和综 合优化算法的实现 ! 综合的基本技巧是将一个设计 划分成 只 有 寄 存 器 输 出 且 所 有 的 组 合 逻 辑 仅 存 在 于模块输入端以及内部寄存器之间的各个子模块 ! 这样不仅能在综合脚本中使用统一的输入延时 " 还 能得到更优化的综合结果 ! 为了改进组合输出所带来的上述问题 " 可以改 用时序逻辑来描述输出向量 " 如后面两种描述风格 所示 !
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Moore型verilog源代码：FSM实现10010串的检测Moore状态转移图
module moorefsm(clk,rst,a,z);
input clk,rst;
input a;
output z;
reg z;
reg [3:0] currentstate,nextstate;
parameter S0 = 4'b0000;
parameter S1 = 4'b0001;
parameter S2 = 4'b0010;
parameter S3 = 4'b0011;
parameter S4 = 4'b0100;
parameter S5 = 4'b0101; always@(posedge clk or negedge rst) begin
if(!rst)
currentstate <= S0;
else
currentstate <= nextstate;
end
always@(currentstate or a or rst)
begin
if(!rst)
nextstate = S0;
else
case(currentstate)
S0: nextstate = (a==1)?S1:S0;
S1: nextstate = (a==0)?S2:S1;
S2: nextstate = (a==0)?S3:S1;
S3: nextstate = (a==1)?S4:S0;
S4: nextstate = (a==0)?S5:S1;
S5: nextstate = (a==0)?S3:S1;
default: nextstate = S0;
endcase
end
always@(rst or currentstate)
begin
if(!rst)
z = 0;
else
case(currentstate)
S0: z = 0;S1: z = 0;S2: z = 0;
S3: z = 0;S4: z = 0;S5: z = 1;
default: z = 0;
endcase
end endmodule
moorefsm测试模块testbench
module tb_fsm;
reg clk,rst;
reg a;
wire z;
moorefsm
fsm(.clk(clk),.rst(rst),.a(a),.z(z)); initial
begin
clk = 0;
rst = 1;
#5 rst = 0;
#3 rst = 1;
#20 a = 1;
#100 a = 1;
#100 a = 0;
#100 a = 0;
#100 a = 1;
#100 a = 0;
#100 a = 0;
#100 a = 1;
#100 a = 0;
#100 a = 0;
#100 a = 0;
#100 a = 0;
#100 a = 1;
#100 a = 0;
#100 a = 0;
#100 a = 1;
#100 a = 0;
#100 a = 1;
#100 a = 0;
end
always #50 elk = ~clk; endmodule
Mealy型verilog源代码：FSM实现10010串的检测module mealyfsm(clk,rst,a,z);
Mealy状态转移图
input clk;
input rst;
input a;
output z;
reg z;
reg [3:0] temp_z;
reg [3:0] currentstate,nextstate;
parameter S0 = 4'b0000;
parameter S1 = 4'b0001;
parameter S2 = 4'b0010;
parameter S3 = 4'b0011;
parameter S4 = 4'b0100;
always@(posedge clk or negedge rst) if(!rst) currentstate <= S0;
else
currentstate <= nextstate;
always@(currentstate or a or rst) if(!rst)
nextstate = S0;
else
case(currentstate)
S0: nextstate = (a == 1)? S1 : S0;
S1: nextstate = (a == 0)? S2 : S1;
S2: nextstate = (a == 0)? S3 : S1;
S3: nextstate = (a == 1)? S4 : S0;
S4: nextstate = (a == 0)? S2 : S0;
default:nextstate = S0;
endcase
always@(rst or currentstate or a) if(!rst)
temp_z = 0;
else
case(currentstate)
S0: temp_z = 0;
S1: temp_z = 0;
S2: temp_z = 0;
S3: temp_z = 0;
S4: temp_z = (a == 0)? 1 : 0;
default:temp_z = 0;
endcase
always@(posedge clk or negedge rst)
if(!rst)
z <= 0;
else
begin
if((temp_z == 1)&&(nextstate == S2))
z <= 1;
else
z <= 0;
end
endmodule
mealyfsm 测试模块testbench
module tb_fsm;
reg clk,rst;
reg a;
wire z; mealyfsm
fsm(.clk(clk),.rst(rst),.a(a),.z(z));
initial
begin
clk = 0;
rst = 1;
#5 rst = 0;
#3 rst = 1;
#20 a = 1;
#100 a = 1;
#100 a = 0;
#100 a = 0;
#100 a = 1;
#100 a = 0;
#100 a = 0;
#100 a = 1;
#100 a = 0;
#100 a = 0;
#100 a = 0;
#100 a = 0;
#100 a = 1;
#100 a = 0;
#100 a = 0;
#100 a = 1;
#100 a = 0;
#100 a = 1;
#100 a = 0;
end
always #50 clk = ~clk; endmodule。