实验三_用状态机实现序列检测器的设计1

数字电路与逻辑设计实验实验名称：序列信号检测器的设计与实现学院: 信息与通信工程学院班级: xxxxxxxxxx学号: xxxxxxxxxx班内序号: xx姓名大学霸一、实验课题序列信号检测器的设计与实现二、实验任务及设计要求(1) 熟悉用VHDL语言设计时序逻辑电路的方法。

(2) 熟悉序列信号检测器的设计方法(3) 了解状态机的设计方法用VHDL语言设计实现一个序列信号检测器，当检测到“101”时，输出为“1”；其他情况时，输出为“0”，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。

三、设计思路与过程实验需要4个端口，时钟输入clk，数据输入d_in，输出f。

根据老师的要求后面还加入了时钟显示clk_out来保证数据输入在时钟上升沿之前1、设计思路序列检测器有输入信号d_in和输出信号f。

输入输出的的逻辑关系为：当外部输入x第一个为“1”，外部输出Z为“0”；当外部输入x第二个为“0”，外部输出Z为“0”；当外部输入x第三个为“1”，外部输出Z才为“1”。

要判断输入序列中的一段是否为“101”，电路需要用不同的状态来标记。

假设电路的初始状态A,d_in输入第一个“1”，检测器状态由A转换到B,B代表101序列中的第一个“1”，输出为f=0,如果之后继续输入“1”还会保持在这个状态；d_in输入“0”，检测器由B转换到C,C代表101序列中的“0”，输出f=0；d_in输入第三个值“1”时检测到完整的101序列，输出f=1，同时因为输入为“1”，状态由C又转换回B；如果d_in输入第三个值为“0”，状态由C退回到初始状态A，输出f=0。

以上为序列检测器的功能分析。

由此可以画出序列检测器的状态图状态表如下：2、实验过程(1) 用计算机QuartusII 9.0软件新建工程，新建VHDL，写入程序代码，运行调试直至编译成功。

(2) 新建波形仿真软件，设置endtime,输入输出信号，运行，观察仿真结果确认无误。

实验四：状态机实现序列检测器的设计一、实验目的1、了解和学习Quartus II 7.2软件设计平台。

2、了解EDA的设计过程。

3、通过实例，学习和掌握Quartus II 7.2平台下的文本输入法。

4、学习和掌握状态机的工作和设计原理。

5、掌握用VHDL 实现状态机的方法6、利用状态机设计一个序列检测器二、实验仪器PC机，操作系统为Windows7/XP，本课程所用系统均为WindowsXP（下同），Quartus II 7.2设计平台。

三、实验步骤1、创建工程，在File菜单中选择New Project Wizard，弹出对话框如下图所示在这个窗口中第一行为工程保存路径，第二行为工程名，第三行为顶层文件实体名，和工程名一样。

2、新建设计文本文件，在file中选择new，出现如下对话框：选择VHDL File 点击OK。

3、文本输入，在文本中输入如下程序代码： LIBRARY IEEE;USE IEEE. STD_LOGIC_1164. ALL;ENTITY fsm ISport(clk,x:IN STD_LOGIC;z:OUT STD_LOGIC);END fsm;ARCHITECTURE bhv OF fsm ISTYPE STATE IS(S0,S1,S2,S3);SIGNAL present_state:state;BEGINPROCESS(clk)BEGINIF(clk'EVENT AND clk='1')THENCASE present_state ISWHEN S0=>IF x='1'THENpresent_state<=S1;ELSE present_state<=S0;END IF;WHEN S1=>IF x='0'THEN present_state<=S2;ELSE present_state<=S0;END IF;WHEN S2=>IF x='1'THEN present_state<=S3; ELSE present_state<=S0;END IF;WHEN S3=>IF x='1'THEN present_state<=S0; END IF;END CASE;END IF;END PROCESS;z<='1'WHEN present_state<=S3ELSE '0';END bhv;然后保存到工程中，结果如下图所示：4、编译，如果有多个文件要把这个文件设为当前顶层实体，这样软件编译时就只编译这个文件。

实验三序列信号检测器的设计一、实验目的：1、理解序列信号检测器的工作原理；2、掌握原理图和文本输入的混合设计输入方法；3、理解状态划分；4、掌握状态机程序的编写方法；二、实验原理：序列检测器是时序数字电路中非常常见的设计之一。

它的主要功能是:将一个指定的序列从数字码流中识别出来。

接下来的设计就是针对“011”这个序列的检测器。

设input为数字码流输入，output为检出标记输出，高电平表示“发现指定序列”,低电平表示“没有发现指定的序列”。

设输入的码流为“001101101111011111...”,在时钟2～4中,码流input里出现指定序列“011”,对应输出output在第4个时钟变为高电平“1”,表示发现指定"011”，以此类推。

序列发生器模块采用的是M（n=4）序列发生器，详细可以参考《EDA技术与应用》一书的4.4团队协作及逻辑锁定。

三、实验内容（1）最终的顶层设计原理图如下：左侧的四个D触发器组成的电路为M序列信号发生器模块，它可以产生15位随机的二进制码流。

发生器产生的二进制码流每隔15个时钟周期重复出现一次。

详细的可以在最终的时序仿真图中看出来。

右侧的get_str模块为检测模块，给予状态机的结构编写的，具体如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity get_ser isport(clk : in std_logic;input : in std_logic;reset : in std_logic;serout : out std_logic_vector(1 downto 0);output : out std_logic);end entity;architecture rtl of get_ser is-- Build an enumerated type for the state machine type state_type is (s0, s1, s2, s3);-- Register to hold the current statesignal state : state_type;beginserout <= ('0'&input);-- Logic to advance to the next stateprocess (clk, reset)beginif reset = '1' thenstate <= s0;elsif (rising_edge(clk)) thencase state iswhen s0=>if input = '0' thenstate <= s1;elsestate <= s0;end if;when s1=>if input = '1' thenstate <= s2;elsestate <= s1;end if;when s2=>if input = '1' thenstate <= s3;elsestate <= s1;end if;when s3 =>if input = '1' thenstate <= s0;elsestate <= s1;end if;end case;end if;end process;-- Output depends solely on the current state process (state)begincase state iswhen s0 =>output <= '0';when s1 =>output <= '0';when s2 =>output <= '0';when s3 =>output <= '1';end case;end process;end rtl;（2）理解状态机请根据上图对照get_str程序理解检测“011”序列的基本编程思路。

序列检测器之状态机设计一、实验目的8位序列数“110110011”的检测，当这一串序列数高位在前（左移）串行进入检测器后，若此数与预置的“密码”数相同，则输出1，否则仍然输出0。

二、实验原理（1）状态机用于序列检测器的设计比其他方法更能显示其优越性。

（2）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，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。

由于这种监测器必须记住前一次的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。

在检测的过程中，任何一位不相等都将回到初始状态重新开始检测。

三、实验步骤（1）检测数据110110011，高位在前的程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY SCHK ISPORT(DIN,CLK, RST : IN STD_LOGIC;--串行输入数据位/工作时钟/复位信号 SOUT : OUT STD_LOGIC);--检验结果输出END SCHK;ARCHITECTURE behav OF SCHK ISTYPE states IS (S0, S1, S2, S3,S4, S5, S6, S7, S8);--定义各种状态SIGNAL ST, NST: states :=s0 ;--设定现态变量和次态变量BEGINCOM: PROCESS(ST, DIN) BEGIN --组合进程，规定各状态转换方式CASE ST IS --11010011WHEN s0 => IF DIN = '1' THEN NST <= s1 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s1 => IF DIN = '0' THEN NST <= s2 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s2 => IF DIN = '0' THEN NST <= s3 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s3 => IF DIN = '1' THEN NST <= s4 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s4 => IF DIN = '1' THEN NST <= s5 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s5 => IF DIN = '0' THEN NST <= s6 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s6 => IF DIN = '1' THEN NST <= s7 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s7 => IF DIN = '0' THEN NST <= s8 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s8 => IF DIN = '0' THEN NST <= s3 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN OTHERS => NST<=s0;END CASE;END PROCESS;REG: PROCESS (CLK,RST) BEGIN ---时序进程IF RST='1' THEN ST <= s0;ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN ST <= NST; END IF;END PROCESS REG;SOUT <= '1' WHEN ST=s8 ELSE '0' ;END behav ;（2）生成的RTL电路图如下所示：图（1）（3）生成symbol如图所示：图（2）（4）对其进行波形仿真得到波形如下所示：图（3）四、结果分析图（3）的波形显示，当有正确序列进入时，到了状态S8时，输出正确标志SOUT=1。

实验三_⽤状态机实现序列检测器的设计实验三⽤状态机实现序列检测器的设计⼀、实验⽬的：⽤状态机实现序列检测器的设计，并对其进⾏仿真和硬件测试。

⼆、原理说明：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，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a，否则输出b。

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。

例3-1描述的电路完成对序列数"11100101"的。

当这⼀串序列数⾼位在前（左移）串⾏进⼊检测器后，若此数与预置的密码数相同，则输出“a”，否则仍然输出“b”。

【例3-1】//顶层⽂件：module XULIEQI(clk,reset,din8,LED7S);input clk;input reset;input [7:0] din8;output [6:0] LED7S;wire [3:0] AB;xulie u1 (clk, din8, reset, din);schk u2 (din,clk,reset,AB);decl7s u3 (AB,LED7S);endmodule//串⾏检测：module schk(DIN,CLK,CLR,AB);input DIN,CLK,CLR;output[3:0] AB;reg [7:0] Q;reg [3:0] AB;parameteridle = 8'b00000000,a = 8'b00000001,b = 8'b00000010,c = 8'b00000100,d = 8'b00001000,g = 8'b01000000,h = 8'b10000000;parameter data=8’b11100101;always @(posedge CLK or negedge CLR) if(!CLR) beginQ <= idle;endelsebegincase(Q)idle:beginif(DIN==data[7]) Q<=a;else Q<=idle;enda:beginif(DIN== data[6]) Q<=b;else Q<=idle;endb:beginif(DIN== data[5]) Q<=c;else Q<=idle;endc:beginif(DIN== data[4]) Q<=d;else Q<=idle;endd:beginif(DIN== data[3]) Q<=e;e:beginif(DIN== data[2]) Q<=f;else Q<=idle;endf:beginif(DIN== data[1]) Q<=g;else Q<=idle;endg:beginif(DIN== data[0]) Q<=h;else Q<=idle;enddefault :Q<=idle;endcaseendalways @(Q)beginif(Q==h) AB <= 4'b1010 ;else AB <= 4'b1011 ;endendmodule//前端预置8位数据输⼊：module xulie(clk, din8, reset, din); input clk;input[7:0] din8;input reset;output din;parameters0 = 3'b000,s3 = 3'b011,s4 = 3'b100,s5 = 3'b101,s6 = 3'b110,s7 = 3'b111;reg[2:0] cur_state,next_state;reg din;always @ (posedge clk or negedge reset) if(!reset) cur_state <= s0;elsecur_state <= next_state;always @ (cur_state or din8 or din ) begincase (cur_state)s0 : begindin <= din8[7];next_state <= s1;ends1 : begindin <= din8[6];next_state <= s2;ends2 : begindin <= din8[5];next_state <= s3;ends3 : begindin <= din8[4];next_state <= s4;ends4 : begindin <= din8[3];next_state <= s5;endnext_state <= s6;ends6 : begindin <= din8[1];next_state <= s7;ends7 : begindin <= din8[0];next_state <= s0;enddefault : begindin <= 1'b0;next_state <= s0;endendcaseendendmodule提⽰：1.若对于D <= "11100101 "，电路需记忆：初始状态、1、11、111 、1110 、11100、111001、1110010、11100101共9种状态。

南昌大学实验报告姓名: 学号：6100210173 专业班级：中兴通信101实验类型：验证□综合■设计□创新□实验日期：2012、11、16实验四序列信号发生器与检测器设计一、实验目的1、.学习VHDL文本输入法2、学习有限状态机的设计3、设计序列信号发生器和检测器二．实验内容与要求1. 设计序列发生器，完成序列为0111010011011010的序列生成器2．用有限状态机设计序列检测器，实现串行序列11010的检测器3. 若检测到符合要求的序列，则输出显示位为“1”，否则为“0”4. 对检测到的次数计数三．设计思路1.设计分频器因为最终要把待检测序列的检测次数在数码管上显示出，所以必须设计一个分频器，将起始频率作为数码管的扫描频率，而将分频后的频率作为序列发生器的移位频率，所以在程序中设置10KHZ进行分频分成1HZ脉冲（10KHZ的扫描频率是为了让数码管的动态显示更加清晰）2.设计序列发生器在这次的设计序列发生器时没有用状态转移的方法来来形成一个16位的序列，而是通过直接设计一串16位的序列，通过对最高位的输出与并置来形成一串循环的16位序列，这样设计简单方便，易于操作与控制，也减少了在状态转移产生的误差，其主要的核心程序为：architecture bhv of p2 issignal bs: std_logic_vector(15 downto 0):="0111010011011010";beginxlout<=bs(15);process (clk1hz)beginif (clk1hz'event and clk1hz='1') thenbs<= bs(14 downto 0)&bs(15);先将序列最高位输出至序列检测器中，然后在一个脉冲作用下，将此时最高位变成最低位，其余14位不变，使序列循环移动，最终形成一个16位循环序列。

Nb大学实验报告学生姓名：EDA教父学号：6100xxxx99 专业班级：通信实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：2012-10-15 实验成绩：实验三序列信号发生器与检测器设计一、实验目的1、进一步熟悉EDA实验装置和QuartusⅡ软件的使用方法；2、学习有限状态机法进行数字系统设计；3、学习使用原理图输入法进行设计二、设计要求完成设计、仿真、调试、下载、硬件测试等环节，在EDA实验装置上实现一个串行序列信号发生器和一个序列信号检测器的功能，具体要求如下：1、先用原理图输入法设计0111010011011010序列信号发生器，其最后6BIT数据用LED显示出来；2、再设计一个序列信号检测器，检测上述序列信号，若检测到串行序列“11010”则输出为“1”，否则输出为“0”；三、主要仪器设备1、微机1台2、QuartusII集成开发软件1套3、EDA实验装置1套四、实验原理1、序列信号发生器复位信号CLRN。

当CLRN=0时，使CNT=0000，当CLRN=1时，不影响程序运行，每来一个CLK脉冲CNT加一。

2、序列信号检测器状态转移图：五、实验步骤1、信号发生器1）建立工作库文件夹，输入设计项目VHDL代码，如下：L I B R A R Y I E E E;U S E I E E E.S T D_L O G I C_1164.A L L;U S E I E E E.S T D_L O G I C_A R I T H.A L L;U S E I E E E.S T D_L O G I C_U N S I G N E D.A L L;E N T I T Y X L S I G N A L16_1I SP O R T(C L K,C L R N:I N S T D_L O G I C;L E D:B U F F E R S T D_L O G I C_V E C T O R(5D O W N T O0);L E D O U T:O U T S T D_L O G I C_V E C T O R(5D O W N T O0);Z O U T:O U T S T D_L O G I C);E N D X L S I G N A L16_1;A R C H I T E C T U R E o n e O F X L S I G N A L16_1I SS I G N A L C N T:S T D_L O G I C_V E C T O R(3D O W N T O0);S I G N A L Z R E G:S T D_L O G I C;--S I G N A L C N T8:S T D_L O G I C_V E C T O R(2D O W N T O0);B E G I Np r o c e s s(c l K)b e g i nc a s e c n t i sW H E N"1000"=>L E D<="101001";W H E N"1001"=>L E D<="010011";W H E N"1010"=>L E D<="100110";W H E N"1011"=>L E D<="001101";W H E N"1100"=>L E D<="011011";W H E N"1101"=>L E D<="110110";W H E N"1110"=>L E D<="101101";W H E N"1111"=>L E D<="011010";W H E N"0000"=>L E D<="110100";W H E N"0001"=>L E D<="101001";W H E N"0010"=>L E D<="010011";W H E N"0011"=>L E D<="100111";W H E N"0100"=>L E D<="001110";W H E N"0101"=>L E D<="011101";W H E N"0110"=>L E D<="111010";W H E N"0111"=>L E D<="110100";W H E N O T H E R S=>L E D<=N U L L;E N D C A S E;E N D P R O C E S S;P R O C E S S(C L K,C L R N)B E G I NI F(C L R N='0')T H E N C N T<="0000";E L S EI F(C L K'E V E N T A N D C L K='1')T H E NC N T<=C N T+'1';E N D I F;E N D I F;E N D P R O C E S S;P R O C E S S(C N T)B E G I NW H E N"0000"=>Z R E G<='0';W H E N"0001"=>Z R E G<='1';W H E N"0010"=>Z R E G<='1';W H E N"0011"=>Z R E G<='1';W H E N"0100"=>Z R E G<='0';W H E N"0101"=>Z R E G<='1';W H E N"0110"=>Z R E G<='0';W H E N"0111"=>Z R E G<='0';W H E N"1000"=>Z R E G<='1';W H E N"1001"=>Z R E G<='1';W H E N"1010"=>Z R E G<='0';W H E N"1011"=>Z R E G<='1';W H E N"1100"=>Z R E G<='1';W H E N"1101"=>Z R E G<='0';W H E N"1110"=>Z R E G<='1';W H E N"1111"=>Z R E G<='0';W H E N O T H E R S=>Z R E G<='0';E N D C A S E;E N D P R O C E S S;Z O U T<=Z R E G;L E D O U T<=L E D;e n d o n e;2）对其进行波形仿真，如下图：2、信号检测器1）建立工作库文件夹，输入设计项目VHDL代码，如下：LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY SCHK ISPORT(DIN, CLK, CLR : IN STD_LOGIC;ss : OUT STD_LOGIC_VECTOREND SCHK;ARCHITECTURE behav OF SCHK ISSIGNAL Q : INTEGER RANGE 0 TO 5 ;SIGNAL D : STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);BEGIND <= "11010" ;PROCESS( CLK, CLR )BEGINIF CLR = '1' THEN Q <= 0 ;ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THENCASE Q ISWHEN 0=> IF DIN = D(4) THEN Q <= 1 ; ELSE Q <= 0 ; END IF ;WHEN 1=> IF DIN = D(3) THEN Q <= 2 ; ELSE Q <= 0 ; END IF ;WHEN 2=> IF DIN = D(2) THEN Q <= 3 ; ELSE Q <= 2 ; END IF ;WHEN 3=> IF DIN = D(1) THEN Q <= 4 ; ELSE Q <= 0 ; END IF ;WHEN 4=> IF DIN = D(0) THEN Q <= 5 ; ELSE Q <= 2 ; END IF ;WHEN OTHERS => Q <= 0 ;END CASE ;END IF ;END PROCESS ;PROCESS( Q )BEGINIF Q = 5 THEN ss <= "1" ;ELSE ss <= "0" ;END IF ;END PROCESS ;END behav ;3）将其转换成可调用元件如图：3.序列信号检测器顶层文件1）调用序列信号发生器和序列信号检测器元件，建立工作库文件夹，输入设计项目原理图如下图：2）对总体进行波形仿真，如下图：4．管脚邦定六、实验心得只能copy到这，后面的自己写吧！DSFKLSD;GKJLSJDFG;LKSD;LG。

实验三_用状态机实现序列检测器的设计
一、实验目的
①了解序列检测器的基本原理；
②使用状态机模型设计序列检测器；
③理解状态机的工作原理，以及应用状态机设计逻辑电路的思想与方法。

二、实验原理
序列检测器，又称序列检测器或序列检测装置，是将输入的序列信号，与一个事先给定的序列模式进行比较，以判断输入信号是否与给定的模式
相匹配。

当输入信号与给定模式完全匹配时，则检测出一个正确的模式序列。

如果输入的信号不与模式相匹配，则认为出错，并给出错误信号。

序列检测器有很多的组成部分，包括输出寄存器，状态寄存器，比较
状态机，其中比较状态机是序列检测器最重要的组成部分。

它主要功能是：获取模式序列，比较模式和输入序列，并根据比较结果生成对应的输出信号。

具体来说，比较状态机包括：输入处理模块，状态比较模块，指令控
制模块和输出触发模块。

三、实验内容
1、设计一个比较状态机，用于检测并确定序列是否与给定的模式序
列相同。

2、使用VHDL绘制比较状态机的模型，并编写代码实现。

3、真实应用比较状态机，设计一个校验器，用于检测序列是否符合一定的校验规则。

数字电路与逻辑计实验报告序列信号检测器的设计与实现一、课题名称：序列信号检测器的设计与实现二、实验目的：（1）熟悉用VHDL语言设计时序逻辑电路的方法；（2）熟悉序列信号检测器的设计方法；（3）了解状态机的设计方法。

三、实验所用仪器及元器件：（1）计算机（2）直流稳压电源（3）数字系统与逻辑设计实验开发板四、实验内容：用VHDL语言设计实现一个序列信号检测器，当检测到“101”时，输出为“1”；其他情况时，输出为“0”，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。

五、设计思路与过程：第1步，画出原始状态图和状态表。

根据任务书要求，设计的序列检测器有一个外部输入x和一个外部输出Z。

输入和输出的逻辑关系为：当外部输入x第一个为“1”，外部输出Z为“0”；当外部输入x第二个为“0”，外部输出Z为“0”；当外部输入x第三个为“1”，外部输出Z才为“1”。

假定有一个外部输入x序列以及外部输出Z为:输入x： 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1输出Z： 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1要判别序列检测器是否连续接收了“101”，电路必须用不同的状态记载外部输入x的值。

假设电路的初始状态为A，x输入第一个值“1”，检测器状态由A装换到B，用状态B记载检测器接受了101序列的第一个值“1”，这时外部输出Z=0；x输入“0”，检测器状态由B装换到C，用状态C记载检测器接受了101序列的第二个值“0”，外部输出Z=0；x输入第三个值“1”，检测器状态由C装换到D，外部输出Z=1。

然后再根据外部输入及其他情况时的状态转移，写出相应的输出。

以上分析了序列检测器工作，由此可画出图一所示的原始状态图。

根据原始状态图可列出原始状态表，如表一所示。

0/0图一原始状态图表一：原始状态表第2步，在对原状态表进行简化，从状态表就可以看出B 、D 两个状态为等价状态。

从而可得简化后的状态表表二和状态图图二：图二 简化状态图表二：简化后的状态表第3步，状态分配：给A 分配编码00，B 分配01，C 分配11，则可得状态转移表三：表三：简化后的状态转移表第4步，选择存储器的类型，确定存储电路的激励输入： 选择使用D 触发器来完成此任务。