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第5章時序狀態(tài)機設計第5章時序狀態(tài)機設計21有限狀態(tài)機狀態(tài)機設計實例5.1有限狀態(tài)機
有限狀態(tài)機及其設計技術是數字系統(tǒng)設計中的重要組成部分,是實現(xiàn)高效率、高可靠和高速控制邏輯系統(tǒng)的重要途徑。有限狀態(tài)機FSM(FiniteStateMachine),其在任意時刻都處于有限狀態(tài)集合中的某一種狀態(tài)。有限狀態(tài)機是指輸出取決于過去輸出部分和當前輸入部分的時序邏輯電路。有限狀態(tài)機又可以認為是組合邏輯和寄存器邏輯的一種組合。狀態(tài)機特別適合描述那些發(fā)生有先后順序或者有邏輯規(guī)律的事件,其實這就是狀態(tài)機的本質。狀態(tài)機就是對具有邏輯順序或時序規(guī)律的事件進行描述的一種方法。5.2狀態(tài)機設計實例1.穆爾型狀態(tài)機設計實例“1101”序列檢測器【例5.2-1】
穆爾型狀態(tài)機的VerilogHDL三always塊描述實例。modulemoore(inputclk,inputrst,inputdin,outputregdout);5.2狀態(tài)機設計實例parameters0=3'b000,s1=3'b001,s2=3'b010,s3=3'b011,s4=3'b100;//狀態(tài)說明reg[2:0]present_state,next_state; //現(xiàn)態(tài)、次態(tài)//狀態(tài)模塊always@(posedgeclkorposedgerst)beginif(rst)present_state=s0;elsepresent_state=next_state;end//次態(tài)always@(*)begincase(present_state)s0:if(din==1)next_state<=s1;elsenext_state<=s0;s1:if(din==1)next_state<=s2;elsenext_state<=s0;5.2狀態(tài)機設計實例s2:if(din==0)next_state<=s3;elsenext_state<=s2;s3:if(din==1)next_state<=s4;elsenext_state<=s0;s4:if(din==0)next_state<=s0;elsenext_state<=s2;default:next_state<=s0;endcaseendalways@(*)beginif(present_state==s4)dout<=1;elsedout<=0;endendmodule5.2狀態(tài)機設計實例【例5.2-2】穆爾型狀態(tài)機的Testbench仿真測試。5.2狀態(tài)機設計實例2.米利型狀態(tài)機設計實例“1101”序列檢測器【例5.2-3】米利型狀態(tài)機的VerilogHDL三always塊描述實例。modulemealy(inputclk,inputrst,inputdin,outputregdout);5.2狀態(tài)機設計實例parameters0=2'b00,s1=2'b01,s2=2'b10,s3=2'b11;reg[1:0]present_state,next_state;//狀態(tài)模塊always@(posedgeclkorposedgerst)beginif(rst)present_state=s0;elsepresent_state=next_state;end//次態(tài)模塊always@(*)begincase(present_state)s0:if(din==1)next_state<=s1;elsenext_state<=s0;s1:if(din==1)next_state<=s2;elsenext_state<=s0;5.2狀態(tài)機設計實例s2:if(din==0)next_state<=s3;elsenext_state<=s2;s3:if(din==1)next_state<=s1;elsenext_state<=s0;default:next_state<=s0;endcaseend//輸出模塊always@(*)beginif((present_state==s3)&&(din==1))dout<=1;elsedout<=0;endendmodule5.2狀態(tài)機設計實例【例5.2-4】米利型狀態(tài)機的VerilogHDL雙always塊描述實例。modulemealy(inputclk,inputrst,inputdin,outputregdout);parameters0=2'b00,s1=2'b01,s2=2'b10,s3=2'b11;reg[1:0]present_state,next_state;//狀態(tài)模塊always@(posedgeclkorposedgerst)beginif(rst)present_state=s0;elsepresent_state=next_state;end5.2狀態(tài)機設計實例//次態(tài)和輸出模塊always@(*)begindout<=0;case(present_state)s0:if(din==1)next_state<=s1;elsenext_state<=s0;s1:if(din==1)next_state<=s2;elsenext_state<=s0;s2:if(din==0)next_state<=s3;elsenext_state<=s2;s3:if(din==1)beginnext_state<=s1;dout<=1;endelsenext_state<=s0;default:next_state<=s0;endcaseendendmodule5.2狀態(tài)機設計實例【例5.2-5】米利型狀態(tài)機的VerilogHDL單always塊描述實例。modulemealy(inputclk,inputrst,inputdin,outputregdout);parameters0=2'b00,s1=2'b01,s2=2'b10,s3=2'b11;reg[1:0]state;//狀態(tài)模塊always@(posedgeclkorposedgerst)beginif(rst)beginstate=s0;dout<=0;end5.2狀態(tài)機設計實例elsebegindout<=0;case(state)s0:if(din==1)state<=s1;elsestate<=s0;s1:if(din==1)state<=s2;elsestate<=s0;s2:if(din==0)state<=s3;elsestate<=s2;s3:if(din==1)beginstate<=s1;dout<=1;endelsestate<=s0;default:state<=s0;endcaseendendendmodule5.2狀態(tài)機設計實例米利型狀態(tài)機的Testbench仿真測試米利型狀態(tài)機仿真:單always塊描述5.2狀態(tài)機設計實例【例5.2-6】狀態(tài)機描述實例,A是輸入,X是穆爾型輸出,Y是米利型輸出。modulemealy_moore( inputclk, inputrst_n, inputa, outputregx,y ); parameters0=2'b00,s1=2'b01,s2=2'b10,s3=2'b11;
reg[1:0]present_state,next_state; //狀態(tài)模塊 always@(posedgeclkornegedgerst_n)begin if(!rst_n)present_state<=s0;//在rst_n下降沿設s0為初態(tài) elsepresent_state<=next_state; end
5.2狀態(tài)機設計實例//第二個always是將present_state和輸入a作為敏感變量 always@(present_stateora)begin
case(present_state)
s0:begin
x<=0;y<=0;
next_state<=(a==1)?s2:s0; end s1:begin
x<=1;
if(a==0)begin
y<=1;next_state<=s0;
end elsebegin
y<=0;
next_state<=s1;
end
end5.2狀態(tài)機設計實例 s2:begin
x<=0;
if(a==0)begin
y<=1;
next_state<=s0;
end elsebegin
y<=0;
next_state<=s3;
end
end s3:begin
x<
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