练习八-利用有限状态机进行时序逻辑的设计

1，任务目的：

（1）掌握利用有限状态机实现一般时序逻辑分析的方法；
（2）掌握用Verilog编写可综合的有限状态机的模板；
（3）掌握用Verilog编写状态机模板的测试文件的一般方法。

案例：重复检测序列，实现检测功能是：5进制“10010。考虑到序列重叠的可能，有限状态机共提供8个状态（包括初始状态IDLE）。”

2，RTL代码，及原理框图

module	seqdet(
input				clk,
input				x,
input				rst,
output				z,
output	reg	[2:0]	state
);
//	独热码来做参数
parameter		IDLE = 3'd0;
parameter		A	 = 3'd1;
parameter		B	 = 3'd2;
parameter		C	 = 3'd3;

parameter		D	 = 3'd4;
parameter		E	 = 3'd5;
parameter		F	 = 3'd6;
parameter		G	 = 3'd7;

//  `define			IDLE	0
//  `define			A		1
//  `define			B		2
//  `define			C		3
//  `define			D		4
//  `define			E		5
//  `define			F		6
//  `define			G		7

assign	z = ((state == E) && (x==0)) ? 1 : 0;
//	当x序列 10010 最后一个 0刚到时刻，时钟沿立刻将状态变为E，此时z应该变为高

always@(posedge clk)	
	if(!rst)	
		state	<= IDLE;
	else 
		casex(state)
			IDLE: if(x == 1)	// 第一个码位对，记状态A
					state	<= A;
					
			A:	if(x == 0)		// 记状态B
					state	<= B;
					
			B:	if(x == 0)		//	C
					state	<= C;
				else
					state	<= F;	// 前功尽弃，到 F
					
			C:	if(x == 1)
					state	<= D;
				else
					state	<= G;	// 前功尽弃，到 G
			D:	if(x == 0)
					state	<= E;	// 全对，此时有输出
				else
					state	<= A;
// 第五个码位不对时，前功尽弃，只有刚进入的1位有用，回到第一个码位对状态，记状态A

			E:	if(x == 0)
					state	<= C;
				else
					state	<= A;	// 前功尽弃，只有刚输入的1码位对，记状态A
			F:	if(x == 1)
					state	<= A;
				else	
					state	<= B;	//	又有一个码对，记状态B
			G:	if(x == 1)
					state	<= F;	// 只有刚输入的1码位对，记状态A
					
			default:
					state	<= IDLE;	// 默认初始状态
		endcase

//  `undef			IDLE
//  `undef			A
//  `undef			B
//  `undef			C
//  `undef			D
//  `undef			E
//  `undef			F
//  `undef			G

endmodule

3，测试代码，输出波形

//	测试模块
module	seqdet_top;
reg		clk,	rst;
reg		[23:0]	data;

wire	[2:0]	state;

wire	z, x;
assign	x = data[23];
always 	#10		clk = ~clk;

always@(posedge clk)
		data = {data[22:0], data[23]};	
		// 形成数据向左移环形流，最高位与x连接

initial	begin
		clk = 0;	rst = 1;
#2;		rst	= 0;	
#30;	rst = 1;

data	= 24'b0000_1100_1001_0000_1001_0100;
#500;	$stop;
end

seqdet	u_seqdet(
.clk		(clk	),
.rst		(rst	),
.x			(x		),
.z			(z		),
.state		(state	)
);

endmodule