序列检测器的设计实验报告

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。

序列检测器设计实验内容：设计一个1110010序列检测器，即检测器检测到序列1110010时，输出为1，否则输出为0。

输入信号：一个时钟输入信号clk；一个输入端x以输入序列来检测；一个输入y用来选择是检测序列1110010或是检测自己输入的序列；一个输入k(7..0)用来输入想要检测器检测的序列；输出信号：一个7位输出信号q，用来输出正在检测的7位序列；一个1位输出信号unlk,当被检测序列符合时，输出unlk为1否则为0；中间信号：再定义两个7位的中间信号a和combination;执行操作：在上升的时钟沿时候，将从x输入的序列赋给7位a，在y等于1的情况下，令中间信号combination为1110010，否则，在y等于0的情况下，令中间信号combination为从k输入的七位长序列。

最后把a的值赋给q，如果a与combination输出unlk等于1否则等于0。

（1）序列检测器语言设计：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;entity xulie2 isport (clk,x:in std_logic;y:in std_logic;k:in std_logic_vector(7 downto 1);unlk:out std_logic;q:out std_logic_vector(7 downto 1)); end xulie2;architecture art of xulie2 issignal a:std_logic_vector(7 downto 1);signal combination: std_logic_vector(7 downto 1);beginprocess(clk)beginif clk'event and clk='1' thena<=a(6 downto 1)&x;if y='1' thencombination<="1110010";else combination<=k;end if;end if;q<=a;end process;unlk<='1' when(a=combination) else '0';end art;序列检测器波形图：其中ENDTIME=10.0us GRIDSIZE=100.0ns波形图分析：如图，选择输入端y输入为1时，q对应着输出从x输入的7位序列，如果从x输入的待检测的7位序列为1110010时，unlk为1，否则为0，当选择输入端y输入为0时，q依旧对应着输出从x输入的待检测的当前7为序列，但是只有当从x输入的7为序列与从k输入的7位序列一致时，输出端unlk才为1，否则为0。

VHDL数字系统设计与测试实验报告（一）——有限序列检测器一、设计功能与要求1、实验要求：利用状态机原理设计一个7位序列检测器（1110010）。

2、功能分析：序列检测器一般有一个输入X和一个输出Y。

输入信号在不断变化，从而形成一个与时间相关的输入序列。

序列检测器就是当输入序列中包含特定串时，设置输出信号Y为高电平，表示检测到了特定串。

本设计中需要检测的序列是“1110010”。

二、设计思路序列检测器是一种同步时序电路，它用于搜索，检测输入的二进制代码串中是否出现指定的代码序列，1110010 序列检测器的原理图如下：CPX Y 0111010010010首先，要从一串二进制编码中检测出一个已预置的七位二进制码1110010，每增加一位相当于增加一个状态，再加上一个初始态，用八个状态可以实现。

状态机初始状态为S1；当自动机接收到一个“1”时，自动机进入S2状态；如果在S2状态接收到“1”时，自动机进入到S3状态；如果在S3状态接收到“1”时，自动机进入到S4状态；如果在S4状态接收到“0”时，自动机进入到S5状态；如果在S5状态接收到“0”时，自动机进入到S6状态；如果在S6状态接收到“1”时，自动机进入到S7状态；如果在S7状态接收到“0”时，自动机进入到S8状态；如果自动机处于S8状态，则表示接收到了一个连续的串“1110010”，此时可以设置输出信号为高电平。

其Moore型原始状态转移图如下：根据状态转移图可以得出Moore型原始状态转移表为：三、源代码library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity checkerarray isport(din:in std_logic;clk,clr:in std_logic;z:buffer std_logic);end checkerarray;architecture arch_check of checkerarray is type StateType is(s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7,s8);signal present_state,next_state:StateType; beginstate_comb:process(present_state,din)begincase present_state iswhen s1=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s2;elsenext_state<=s1;end if;when s2=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s3;elsenext_state<=s2;end if;when s3=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s4;elsenext_state<=s1;end if;when s4=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s4;elsenext_state<=s5;end if;when s5=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s2;elsenext_state<=s6;end if;when s6=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s7;elsenext_state<=s1;end if;when s7=>z<='0';if din='1'thennext_state<=s3;elsenext_state<=s8;end if;when s8=>z<='1';if din='1'thennext_state<=s2;elsenext_state<=s1;end if;end case;end process state_comb;state_clocked:process(clk,clr) beginif(clr='1')thenpresent_state<=s1;elsif(clk'event and clk='1')thenpresent_state<=next_state;end if;end process state_clocked;end arch_check;四、仿真结果与说明上图即为在modelsim中进行仿真的波形图像。

七、状态图输入法实现序列检测器1、基本知识点序列检测器原理。

状态图输入法。

2、实验设备（1）PC机一台。

（2）DDA系列数字系统实验平台。

（3）QuartusⅡ配套软件。

3、实验概述序列检测器序列检测器是用于从二进制码流中检测出一组特定序列信号的时序电路。

接收的序列号与检测器预设值比较，相同则输出为1，否则输出为0.4、实验内容及步骤用状态图输入法实现序列检测器。

1，新建工程，工程文件夹名称为exp_detect3，工程名称和顶层实体名称均为exp_detect3，选择目标器件为EPF10K20TI144-4.2，状态图输入：选择菜单File——New——State Machine File命令，打开State Machine Editor窗口，选择Tools——State MachineWizard命令，弹出如下状态机创建向导对话框：点击OK，进入下一个页面，如下所示：在上图中选择复位Reset信号为异步，高电平有效，输出端午寄存器，点击Next，进入下图：在四个选框里分别如上图填入名称和控制信号。

进入下一个页面：如上设置后，进入下一个页面，点击finish，完成。

关闭状态机向导，生成所需的状态机，做适当调整，如下图所示：3，保存该设计文件为exp_detect3.smf，并添加到工程文件夹。

4，选择菜单Tools——Generate HDL File命令，打开对话框，选择VHDL，点击OK，分析成功后则自动生成exp_detect3.vhd。

代码如下：LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.all;ENTITY exp_detect3 ISPORT (clock : IN STD_LOGIC;reset : IN STD_LOGIC := '0';din : IN STD_LOGIC := '0';z : OUT STD_LOGIC);END exp_detect3;ARCHITECTURE BEHAVIOR OF exp_detect3 ISTYPE type_fstate IS (s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6);SIGNAL fstate : type_fstate;SIGNAL reg_fstate : type_fstate;BEGINPROCESS (clock,reset,reg_fstate)BEGINIF (reset='1') THENfstate <= s0;ELSIF (clock='1' AND clock'event) THENfstate <= reg_fstate;END IF;END PROCESS;PROCESS (fstate,din)BEGINz <= '0';CASE fstate ISWHEN s0 =>IF ((din = '1')) THENreg_fstate <= s1;ELSIF (NOT((din = '1'))) THENreg_fstate <= s0;-- Inserting 'else' block to prevent latch inferenceELSEreg_fstate <= s0;END IF;WHEN s1 =>IF ((din = '1')) THENreg_fstate <= s2;ELSIF (NOT((din = '1'))) THENreg_fstate <= s0;-- Inserting 'else' block to prevent latch inferenceELSEreg_fstate <= s1;END IF;WHEN s2 =>IF ((din = '1')) THENreg_fstate <= s3;ELSIF (NOT((din = '1'))) THENreg_fstate <= s0;-- Inserting 'else' block to prevent latch inference ELSEreg_fstate <= s2;END IF;WHEN s3 =>IF ((din = '1')) THENreg_fstate <= s3;ELSIF (NOT((din = '1'))) THENreg_fstate <= s4;-- Inserting 'else' block to prevent latch inference ELSEreg_fstate <= s3;END IF;WHEN s4 =>IF ((din = '1')) THENreg_fstate <= s1;ELSIF (NOT((din = '1'))) THENreg_fstate <= s5;-- Inserting 'else' block to prevent latch inference ELSEreg_fstate <= s4;END IF;WHEN s5 =>IF ((din = '1')) THENreg_fstate <= s6;ELSIF (NOT((din = '1'))) THENreg_fstate <= s0;-- Inserting 'else' block to prevent latch inference ELSEreg_fstate <= s5;END IF;WHEN s6 =>IF ((din = '1')) THENreg_fstate <= s2;ELSIF (NOT((din = '1'))) THENreg_fstate <= s0;-- Inserting 'else' block to prevent latch inferenceELSEreg_fstate <= s6;END IF;IF (NOT((din = '1'))) THENz <= '1';-- Inserting 'else' block to prevent latch inferenceELSEz <= '0';END IF;WHEN OTHERS =>z <= 'X';report "Reach undefined state";END CASE;END PROCESS;END BEHAVIOR;5，对代码进行编译。

《实验七序列检测器实验》实验报告杨丽斌计科二班学号：20080810218一、实验内容及相关描述：设计一个1110010 序列检测器，即检测器连续收到一组串行码“1110010”后，输出检测标志1，否则输出0。

代码序列检测器是一种同步时序电路，它用于搜索，检测输入的二进制代码串中是否出现指定的代码序列，001 序列检测器的原理图如下：CPX 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1Y 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0二、设计思路：本实验依然采用模块化的设计方法，用VHDL语言设计每一个模块，在顶层图上用图形化模式调用相应模块，组成相关的功能总共用到的模块有：1、分频器：将时钟信号进行十分频2、串行并出序列检测器3、串行并行并出序列检测器4、时钟信号扫描端口：用于扫描时钟信号，并根据信号使能相应的数码管5、数码管驱动模块：用于选择数码管6、其他小模块三、相关主要子模块的设计：1、分频器（clk_div）：将时钟信号进行十分频:（1）、VHDL语言（2）、波形仿真：波形仿真参数设置：网格时间：100ns，总时间：3us；时钟信号长度：100ns2、串行并出序列检测器：用时序电路设计方法，先做出其状态转移表，再根据状态转移表编写VHDL程序（1）、状态转移表：（2）VHDL语言程序：功能说明：根据所画的状态转移表，编写状态转移的VHDL语言，当输入的串行序列为：1110010时。

在时钟上升沿，输出Q变为1，并行输出的序列sequence为串行序列的并行输出（3）、波形仿真：波形仿真参数设置：网格时间：100ns，总时间：3us；时钟信号长度：100ns3、并入置数的序列检测器：设计说明;该序列检测器使用的是比较器的原理，（1）VHDL语言：功能描述：该序列检测器使用的是比较器的原理，在使能端en有效时，当输入序列为1110010时，输出Q=1，其他情况下Q=0（2）波形仿真图波形仿真参数设置：网格时间：100ns，总时间：3us；时钟信号长度：100ns4、时钟信号扫描模块：（1）VHDL语言：功能描述：用高频时钟信号作为扫描信号，将时钟信号通过计数器计数之后，以7个信号作为一次循环，从而将信号每次一位din扫描到数码管上（2）、波形仿真：波形仿真参数设置：网格时间：100ns，总时间：3us；时钟信号长度：100ns5、数码管驱动模块用于将时钟信号计数，从而选择驱动相应的数码管（1）VHDL语言：功能说明：通过设置7个状态，以时钟信号为标记，时钟信号到来时在每一个状态，选择驱动相应的数码管（2）波形仿真：波形仿真参数设置：网格时间：100ns，总时间：3us；时钟信号长度：100ns7、其他小模块：（1）、序列寄存器功能说明：在串行比较时将序列用用寄存器存储，并通过时钟信号的驱动依次输出波形仿真：波形仿真参数设置：网格时间：100ns，总时间：3us；时钟信号长度：100ns（2）、串行、并行检测器选择模块：VHDL语言：波形仿真：波形仿真参数设置：网格时间：100ns，总时间：3us；时钟信号长度：100ns四、顶层图：1、顶层图电路设计：功能描述及主要管脚说明：重要的管脚输入：din[6..0]:并行输入数据的序列比较En：串行输入数据Clk：数据输入时钟信号（低频）Clk2：扫描时钟信号（高频）Cho：串行、并行选择（0为串行，1为并行）输出：A-G：数码管管脚S[6..0]:连接相应数码管Q：序列检测结果（1为检测到序列1110010，0为没有检测到）2、波形仿真（注：由于时间端总长过小，仿真时会将分频模块先去掉以便能很好的观察到仿真结果，在器件测试时再加上分频模块）：波形仿真参数设置：网格时间：100ns，总时间：3us；时钟信号长度：100ns五、实验总结：这次实验的设计、以及相应的编写VHDL语言有以前做计算器的经验，很多模块还是很相似的，因此编写VHDL语言及相关的模块设计除了花了一点时间、并没有遇到多大的阻碍，但是在器件验证过程中却出现了一些问题：主要是高低频时钟信号选择的问题，在这个问题上花了比较多的时间。

实验三_用状态机实现序列检测器的设计引言：序列检测器是一类常用的电子设计电路，它在接收到特定的输入序列时，会产生特定的输出序列。

在许多应用场景中，如通信系统、数字信号处理和自动控制等领域，序列检测器都发挥着重要的作用。

本实验将利用状态机的概念，设计并实现一个简单的序列检测器。

一、序列检测器的设计原理序列检测器的设计原理基于状态机的思想。

状态机是一种抽象的计算模型，它由一组状态、一组输入和一组转移动作组成。

在序列检测器中，输入序列被连续地输入，状态也会根据输入进行不断变化。

当状态机检测到了预设的特定输入序列时，就会产生相应的输出序列。

二、序列检测器的设计步骤1.确定输入和输出序列：首先确定所需检测的输入序列和对应的输出序列，这将决定状态机的状态转移条件。

2.绘制状态转移图：根据输入和输出序列，绘制状态转移图，即用状态变量和状态转移条件表示状态转移关系。

3.设计状态机的状态转移表：根据状态转移图，将所有可能的状态转移关系整理为一个状态转移表。

4.实现状态机的代码逻辑：根据状态转移表，编写代码实现状态机的逻辑功能。

三、设计实例在本实验中，我们以一个简单示例为例，演示序列检测器的设计流程。

假设输入序列为0101，当检测到该输入序列时，输出序列为011.确定输入和输出序列：输入序列为0101，输出序列为012.绘制状态转移图：根据输入和输出序列，绘制状态转移图如下：0/00，S0，1/1/1说明：状态S0表示未检测到特定输入序列，状态S1表示检测到特定输入序列。

3.设计状态机的状态转移表：根据状态转移图，得到状态转移表如下：输当前状态，0，1S0，S0，S1S1，S0，S14.实现状态机的代码逻辑：根据状态转移表，编写代码实现状态机的逻辑功能，伪代码如下：if (当前状态 == S0)if (输入 == 0)当前状态=S0;输出=0;} else if (输入 == 1)当前状态=S1;输出=0;}} else if (当前状态 == S1)if (输入 == 0)当前状态=S0;输出=1;} else if (输入 == 1)当前状态=S1;输出=1;}}四、实验总结本实验利用状态机的思想，设计并实现了一个简单的序列检测器。

一、实验目的1. 理解序列检测器的工作原理和设计方法；2. 掌握时序电路的经典设计方法；3. 学习使用Verilog HDL语言进行状态机的设计；4. 通过实验验证序列检测器的功能。

二、实验原理序列检测器是一种同步时序电路，用于检测输入的一串二进制编码。

当输入序列与预设的编码相匹配时，输出高电平；否则，输出低电平。

序列检测器在数字通信、安全防盗、密码认证等领域有着广泛的应用。

序列检测器的基本工作原理如下：1. 预设一个编码序列，称为目标序列；2. 当输入序列与目标序列相匹配时，输出高电平；3. 当输入序列与目标序列不匹配时，输出低电平。

三、实验器材1. PC机一台；2. EDA教学实验系统一台；3. 下载电缆一根（已接好）；4. 导线若干。

四、实验步骤1. 设计序列检测器的Verilog代码；2. 在EDA教学实验系统上编译、仿真和下载Verilog代码；3. 连接实验电路，下载Verilog代码；4. 通过逻辑分析仪观察输出波形，验证序列检测器的功能。

五、实验内容1. 设计一个长度为4位的序列检测器，目标序列为1001；2. 设计一个长度为8位的序列检测器，目标序列为11001001；3. 通过实验验证序列检测器的功能。

六、实验代码```verilogmodule seqdet(input clk, // 时钟信号input rst, // 复位信号input [3:0] din, // 输入序列output reg out // 输出信号);// 定义状态localparam [1:0] IDLE = 2'b00,MATCH = 2'b01,NOMATCH = 2'b10;// 状态寄存器reg [1:0] state, nextstate;// 输出函数always @(posedge clk or posedge rst) beginif (rst) beginstate <= IDLE;out <= 1'b0;end else beginstate <= nextstate;out <= (state == MATCH) ? 1'b1 : 1'b0; endend// 激励函数always @() begincase (state)IDLE: beginif (din == 4'b1001) beginnextstate = MATCH;end else beginnextstate = NOMATCH;endendMATCH: beginnextstate = IDLE;endNOMATCH: beginnextstate = IDLE;enddefault: beginnextstate = IDLE;endendcaseendendmodule```七、实验结果与分析1. 长度为4位的序列检测器：当输入序列为1001时，输出高电平；当输入序列不为1001时，输出低电平。

数字系统设计与PLD应用实验报告实验名称：实验5序列检测器学院：大数据与信息工程学院专业：电子信息工程姓名：李晓雪学号：1108040198年级：大四任课教师：尉学军2014 年 12 月 7 日实验5 序列检测器一．实验目的（1）了解用状态机的方法设计序列检测器（2）实验一个11010串行序列检测器，用VHDL语言描述该电路二、实验原理序列检测器的示意图如图一所示11010序列检测器的状态转换图如图二所示三、实验内容（1）用VHDL语言编写11010序列检测器源程序。

给出正确仿真波形图。

（2）用VHDL分别设计一个包含（11010）和不包含的序列发生器。

（3）将上述两个序列发生器分别和序列检测器结合成一个文件（级联），并编译、模拟获得正确的仿真波形。

四、实验结果1、序列检测器（检测11010）根据状态转换通过VHDL语言实现序列检测器：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY jc11010 ISPORT(DIN,CLK,RST:IN STD_LOGIC;SOUT:OUT STD_LOGIC);END jc11010 ;ARCHITECTURE BEHA V OF jc11010 ISTYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3,S4);SIGNAL ST,NST:STA TES:=S0;BEGINCOM:PROCESS(ST,DIN) BEGINCASE ST ISWHEN S0=>IF DIN='1'THEN NST<=S1;ELSE NST<=S0;END IF; WHEN S1=>IF DIN='1'THEN NST<=S2;ELSE NST<=S0;END IF; WHEN S2=>IF DIN='1' THEN NST<=S2;ELSE NST<=S3;END IF; WHEN S3=>IF DIN='1' THEN NST<=S4;ELSE NST<=S0;END IF; WHEN S4=>IF DIN='1' THEN NST<=S2;ELSE NST<=S0;END IF; WHEN OTHERS=>NST<=S0;END CASE;END PROCESS;REG:PROCESS (CLK,RST)BEGINIF RST='1' THEN ST<=S0;ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN ST<=NST;END IF;END PROCESS REG;SOUT<='1' WHEN ST=S4 ELSE '0';END BEHA V;波形仿真结果：2.采用状态机方法设计序列发生器11010序列产生器的VHDL语言：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY csq11010 ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;Z :OUT STD_LOGIC);END csq11010 ;ARCHITECTURE RTL OF csq11010 ISTYPE STATE_TYPE IS(S0,S1,S2,S3,S4,S5);SIGNAL CURRENT_STATE,NEXT_STATE:STATE_TYPE; BEGINSYNCH: PROCESSBEGINWAIT UNTIL CLK'EVENT AND CLK='1'; CURRENT_STATE<=NEXT_STATE;END PROCESS;STATE_TRANS:PROCESS(CURRENT_STATE)BEGINCASE CURRENT_STATE ISWHEN S0=>NEXT_STATE<=S1;Z<='1';WHEN S1=>NEXT_STATE<=S2;Z<='1';WHEN S2=>NEXT_STATE<=S3;Z<='0';WHEN S3=>NEXT_STATE<=S4;Z<='1';WHEN S4=>NEXT_STATE<=S5;Z<='0';WHEN S5=>NEXT_STATE<=S0;Z<='1';END CASE;END PROCESS;END RTL;仿真波形结果：（产生的11010序列串）3、随机序列产生器（产生序列1100101）VHDL语言：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY SY4 ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;Z :OUT STD_LOGIC);END SY4 ;ARCHITECTURE RTL OF SY4 ISTYPE STATE_TYPE IS(S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6);SIGNAL CURRENT_STATE,NEXT_STA TE:STA TE_TYPE; BEGINSYNCH: PROCESSBEGINWAIT UNTIL CLK'EVENT AND CLK='1';CURRENT_STATE<=NEXT_STA TE;END PROCESS;STA TE_TRANS:PROCESS(CURRENT_STATE)BEGINCASE CURRENT_STATE ISWHEN S0=>NEXT_STATE<=S1;Z<='1';WHEN S1=>NEXT_STATE<=S2;Z<='1';WHEN S2=>NEXT_STATE<=S3;Z<='0';WHEN S3=>NEXT_STATE<=S4;Z<='0';WHEN S4=>NEXT_STATE<=S5;Z<='1';WHEN S5=>NEXT_STATE<=S6;Z<='0';WHEN S6=>NEXT_STATE<=S0;Z<='1';END CASE;END PROCESS;END RTL;波形仿真结果：3、11010序列产生器与11010序列检测器级联后的电路图：波形仿真结果：4、不包含11010的任意序列产生器与11010序列检测器级联后的电路图：波形仿真结果：。

电子技术设计实训报告指导教师：**小组成员：*201458244**201458244**201458244**201458244*成绩评定：教师签名：评定时间设计1.题目：“11001”序列检测器。

原始条件：逻辑器件：CMOS门电路集成芯片：74SL20 74LS00 74LS1122.要求完成设计的主要任务：1)能够运用数字逻辑的理论和方法，把时序逻辑电路设计和组合逻辑电路设计相结合，设计一个有实际应用的数字逻辑电路。

2)使用同步时序逻辑电路的设计方法，设计“11001”序列检测器。

写出设计中的过程。

画出课程设计图。

3)在试验设备上，使用74SL20 74LS00 74LS112集成电路连接、调试和测试“11001”序列检测器电路。

3.小组成员分工*设计序列*电子版实验报告，化简卡诺图*：画电路图、仿真电路图*：检查设计失误、物理机电路连线电路分析设计过程4.逻辑抽象：初始状态SS:11:11S2:110S3S:11004:11001S5根据任务书要求，设计的序列检测器有一个外部输入A 和一个外部输出 Y。

输入和输出的逻辑关系为：正常情况下Y=0，出现A=11001时，Y=15.状态转换图6.状态转换表表1由表1可知，S1和S5是等价状态，故可以合并。

下图为化简后的状态转换图。

''0101*1Q Q Q AQ Q +=7. 卡若图化简规定电路状态编码，电路需要5个状态。

需要3（2n-1<状态数≦2n ）个触发器。

现取Q 2Q 1Q 0=001表示S 1，Q 2Q 1Q 0=010表示S 2，Q 2Q 1Q 0=011表示S 3，Q 2Q 1Q 0=100表示S 4 ,即可得到：S 0:000 S 1:001 S 2:010 S 3 :011 S 4:100由上述转换表可以转化为卡诺图下面即可分解卡诺图⎪⎩⎪⎨⎧++=+=0111*01010*1)''(''Q AQ AQ Q A Q Q Q Q AQ Q '''201201*2Q Q Q A Q Q Q A Q +=''''011001*0Q Q A Q AQ Q AQ Q ++=''0101*1Q Q Q AQ Q +='''201201*2Q Q Q A Q Q Q A Q +=''''011001*0Q Q A Q AQ Q AQ Q ++=2AQ Y =8. 逻辑函数式由上述的卡诺图得到状态方程和输出方程⎪⎩⎪⎨⎧2AQ Y =化简得到上式与JK 触发器的特性方程对照比较可以得出（Q *=JQ ’+K ’Q ）)'()'(.....'''1001012.1101012AQ K Q K Q Q A K AQ Q A J AQ J Q Q A J ===⎪⎩⎪⎨⎧+=== 2AQ Y =9.JK 触发器具体实现电路图由上述的式子我们可以画出模拟电路图（完整电路图附页说明）10. 仿真软件仿真效果（截图说明）下面进行仿真实验，X3灯是为了显示0、1输入，X2灯是显示脉冲输入情况。

序列检测器实验报告序列检测器实验报告概述：序列检测器是一种用于判断输入序列是否符合特定规则的工具。

在本次实验中，我们使用了一种基于深度学习的序列检测器模型，并对其进行了性能评估和优化。

1. 实验背景序列检测器在许多领域中都有着广泛的应用，如自然语言处理、语音识别、图像处理等。

本次实验旨在通过搭建一个序列检测器模型，探索其在序列数据处理中的效果和潜力。

2. 实验设计我们选择了一组包含数字序列的数据集作为实验样本。

数据集中的每个序列都由一系列数字组成，我们的目标是通过训练序列检测器模型，使其能够准确地判断输入序列是否符合某种规则。

3. 模型搭建我们采用了一种基于循环神经网络（RNN）的模型来构建序列检测器。

RNN是一类特殊的神经网络，可以有效地处理序列数据。

我们使用了长短期记忆（LSTM）单元作为RNN的基本构建块，以提高模型对长期依赖关系的建模能力。

4. 实验步骤首先，我们将数据集划分为训练集和测试集，其中训练集用于模型的训练和参数优化，测试集用于评估模型的性能。

接下来，我们对训练集进行预处理，将每个数字序列转换为对应的数值表示。

然后，我们构建了一个包含多个LSTM 层的序列检测器模型，并通过反向传播算法对其进行训练。

5. 实验结果经过多次实验和参数调整，我们得到了一个性能较好的序列检测器模型。

在测试集上的评估结果显示，该模型能够以高准确率和较低的误判率判断输入序列是否符合规则。

此外，我们还对模型的训练时间和资源消耗进行了分析，发现其在处理大规模序列数据时表现出较好的效率。

6. 优化探索为了进一步提升序列检测器的性能，我们尝试了一些优化策略。

首先，我们增加了模型的深度，即增加了LSTM层的数量。

实验结果显示，增加模型深度可以提高模型的准确率，但也会增加训练时间和资源消耗。

其次，我们尝试了不同的优化算法和学习率调度策略，以寻找更好的模型参数配置。

最后，我们还尝试了集成学习的方法，将多个序列检测器模型的预测结果进行集成，以进一步提升模型的性能。

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。

实验四-序列检测一、实验目的：1.实验目的：通过学习硬件编程语言，掌握一般时序逻辑分析的方法。

2.学会使用Verilog语言编写实现任意序列检测。

3.学会使用Verilog编写测试文件testbech的方法并在Modelsim中实现时序仿真。

二、实验设备1.PC机一台2.Modelsim软件三、实验内容:序列检测器是能够与从二进制码流中检测出一组特定序列的信号的时序电路。

通过接受的序列号与检测其预设值比较，当检测到输入信号匹配时，输出响应的指示。

设计序列检测器，要求能够识别序列“10010”。

din为数字码流的输入，z是检测标记的输出，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”。

1.打开Modelsim软件，切换目录至常用位置，这里选择D:\seqdet。

（注，在D:\seqdet 目录下一保存有序列检测文件seqdet.v和测试文件seqdet_tb.v,源程序在附录里）2.然后新建工程，File ->New->Project,建立工程工程为seqdet，设置如下，并在接下来的步骤中添加序列检测文件seqdet.v和测试文件seqdet_tb.v。

4.编译文件编译无误后，进行仿真5.文件仿真在弹出的窗口中选择Design->work->seqdet_tb,默认选中优化选项。

选择OK6.添加信号到wave视图中。

在仿真状态下，切换到左侧导航窗口到object视图下，添加信号T，clk，rst，x，z，q到wave窗口中，添加完成后如图所示：7.运行仿真至1000ns，，波形图显示如图所示：8.结果分析：对上述图形分析如下，用蓝色表示的为第一次检测到匹配序列“10010”，黄色表示为第二次匹配序列，紫色表示为第三次匹配序列。

z分别在这三处匹配时输出高电平，其他为低电平，实现了序列检测的功能。

四，程序：①源程序模块seqdet.v ：module seqdet(input wire x, //信号输入input wire clk, //时钟信号input wire rst,output wire z,output reg [4:0] q //序列输出);wire [4:0] q_next;assign q_next ={q[3:0],x};assign z = (q_next== 5'b10010) ? 1'b1:1'b0;always @ (posedge clk,negedge rst)if(!rst)q <= 5'd0;elseq <= q_next;endmodule②测试程序模块seqdet_tb.v`timescale 1ns/1nsmodule seqdet_tb;localparam T =20;reg clk,rst;reg [23:0] data;wire z,x;wire [4:0] q;assign x = data[23];initialbeginclk =0;rst =1;#2 rst =0;#30 rst =1;data =20'b1100_1001_0000_1001_0100;#(T*1000) $stop;endalways #T clk = ~clk;always @ (posedge clk)#2 data = {data[22:0],data[23]};seqdet U1(.x(x),.z(z),.clk(clk),.q(q),.rst(rst));endmodule五、实验总结：通过本次实验，对Verilog硬件描述语言有了进一步认识，学会编写verilog语言的文本设计方法，并学会编写testbench测试程序。

序列检测器设计实践报告一、引言序列检测器是现代通信系统中的关键组件之一，它能够检测出接收到的数据序列是否符合特定规则或模式。

在本次实践中，我们通过使用Verilog HDL 语言和ModelSim 软件，成功设计了一个基于有限状态机的序列检测器。

本报告将详细介绍设计实践的目标、设计思路、实现过程以及结果与分析。

二、设计目标本次实践的设计目标是设计一个序列检测器，其输入为一串二进制数据序列，输出为判断该数据序列是否符合预定的模式。

具体要求如下：1. 输入数据序列长度为N。

2. 设计的状态机模型能够正确判断数据序列是否匹配给定的模式。

3. 能够根据实际需要，设计一个可重用的序列检测器。

三、设计思路为了实现序列检测器，我们采用了有限状态机（Finite State Machine）的设计方法。

基于有限状态机的序列检测器通常包含以下几个关键部分：1. 状态寄存器（State Register）：用于保存当前状态的寄存器。

2. 状态转移逻辑（State Transition Logic）：用于根据当前状态和输入决定下一状态。

3. 输出逻辑（Output Logic）：用于根据当前状态和输入决定输出。

在本次实践中，我们根据识别特定序列的要求设计了一个有限状态机模型。

具体步骤如下：1. 根据给定的数据序列模式，分析出可能的状态数以及状态转移条件。

2. 基于状态数和状态转移条件，设计状态转移表和状态转移条件的真值表。

3. 使用Verilog HDL语言，将状态寄存器、状态转移逻辑和输出逻辑实现为模块。

4. 将各个模块组合在一起，以实现完整的序列检测器。

四、实现过程1. 建立状态转移表和真值表根据给定的数据序列模式，我们设定了以下状态：- `S0`：初始状态；- `S1`：序列开始状态；- `S2`：序列匹配状态；- `S3`：序列不匹配状态。

根据分析，我们得到以下状态转移表和状态转移条件的真值表：状态/输入0 1S0 S1 S0S1 S2 S0S2 S2 S3S3 S1 S0状态/输入输出-S2 1S3 02. 实现Verilog HDL模块我们根据状态转移表和真值表，用Verilog HDL语言实现了状态寄存器、状态转移逻辑和输出逻辑。

实验七序列检测器实验一、实验目的1、掌握序列检测器的工作原理；2、掌握时序电路的经典设计方法；3、学习AHDL 语言的状态机的设计方法；二、原理代码序列检测器是一种同步时序电路，它用于搜索，检测输入的二进制代码串中是否出现指定的代码序列，001 序列检测器的原理图如下：三、实验内容设计一个 1110010 序列检测器，即检测器连续收到一组串行码“1110010”后，输出检测标志1，否则输出0。

要求用图形输入法完成：①作状态图和状态表；②状态化简，建立最简状态表；③写出状态编码；画出状态编码表；④建立激励函数，输出函数真值表；⑤写出激励函数和输出函数表达式；⑥画出逻辑电路测试图；⑦逻辑功能仿真，记录仿真波形并加以说明；⑧下载验证（两种以上的方式）根据实验要求，得到实验所需要的是八个状态，包括初始状态。

根据实验要求检现态S 次态/输出 S/QD=0 D=1初始状态 S0 S0 /0 S1/0接收到1 S1 S0 /0 S2/0接收到11 S2 S0 /0 S3/0接收到111 S3 S4 /0 S3/0接收到1110 S4 S5 /0 S0/0接收到11100 S5 S0 /0 S6/0接收到111001 S6 S7 /1 S2/0接收到1110010 S7 S0 /0 S1/0确定各种不同状态的的表示并且做出状态表根据所得到的状态表写出真值表达式D0*=D0D2’X’+D0D1’D2+D0’D1D2X’D1*=D0D1D2+D1D2’X+XD0’D1+D0’D2X+D1’D2X00 01 11 1000 101 1 111 1 110 1D2*= D0D2’X’+D0’D2’X+XD0’D1+D1D2X根据得到的函数方程，画出电路图如下得到序列波形图输出一个时钟信号以方便下载的时候能够比较方便的对输入的序列进行调试手动调整输入的序列已达到要求，方便检测。

同时在始终是下跳沿的是后调整输入，这样的话不会出现不能及时的出现z为1时的值Sel为q[2..0]的输出，通过它的值来选择7个输入的值的有效性，并确定result的值，使清零端有（无）效，以此来得到最后的输出为一还是为0实验心得：这次的实验收获颇多，一直没有自己用D触发器设计过元件，但是这次自己设计了一个，虽然在刚刚开始的时候听了同学的讲解，但是最终自己是弄懂了，并会连接和设计，在实验过程中，由于连线很复杂，容易将线结在一起，所以在连线时要尽量的化简，务必使线少一点，整个图清晰明了，然后检验时也会少去许多不必要的麻烦在对整个设计的进行状态分析时，要选择好做需要的状态过程，并且分析，不然在最后得方程画图时，会出现不了期望的结果。

序列检测器实验报告序列检测器是一种常见的信号处理技术，广泛应用于通信、雷达、生物医学和金融等领域。

本文将介绍序列检测器的原理、实验设计和实验结果，并对其应用进行讨论。

一、序列检测器的原理序列检测器是一种用于检测和识别输入信号序列的设备或算法。

它通过对输入信号进行观测和分析，判断信号是否符合特定的模式或规律。

常见的序列检测器包括有限状态机、卷积神经网络和隐马尔可夫模型等。

有限状态机是一种基本的序列检测器，它由一组状态和状态之间的转移规则组成。

在每个时刻，输入信号会触发状态之间的转移，最终达到一个终止状态。

通过定义状态和转移规则，可以实现对输入信号序列的检测和识别。

二、实验设计本实验旨在设计并实现一个简单的序列检测器，用于检测二进制信号序列中是否存在特定的模式。

实验使用MATLAB软件进行仿真，并基于有限状态机的原理进行设计。

1. 实验步骤（1）定义有限状态机的状态和转移规则；（2）生成一组随机的二进制信号序列作为输入；（3）根据状态和转移规则，对输入信号进行观测和分析；（4）判断输入信号是否符合特定的模式，并输出检测结果。

2. 实验参数为了简化实验设计，我们假设输入信号序列中的模式为"110"。

具体的状态和转移规则如下：（1）初始状态为S0；（2）当输入为"1"时，状态转移为S1；（3）当输入为"0"时，状态转移为S0；（4）当当前状态为S1且输入为"0"时，状态转移为S2；（5）当当前状态为S2且输入为"1"时，状态转移为S3；（6）当当前状态为S3且输入为"0"时，状态转移为S0。

三、实验结果经过实验设计和仿真，我们得到了以下实验结果：1. 输入信号序列：1011010110112. 检测结果：存在模式"110"通过对输入信号序列进行观测和分析，我们成功地检测到了模式"110"的存在。

实验四用状态机实现序列检测器的设计序列检测器是一种可以检测输入序列中是否包含特定模式的系统，常见的应用包括编码/解码、错误检测和通信协议等。

状态机是一种数学模型，可以描述系统在不同状态之间的转换关系。

本实验旨在利用状态机的概念和原理，设计一个简单的序列检测器。

一、实验目的本实验的目的是通过实践，加深对状态机原理的理解，并掌握利用状态机设计和实现序列检测器的方法和技巧。

二、实验原理状态机是由状态、输入和输出组成的，其中状态表示系统的各种工作状态，输入是输入信号，输出是根据输入信号和当前状态产生的输出信号。

在设计序列检测器时，需要针对特定的输入序列定义状态转换条件，并根据状态转换条件确定系统的下一个状态和输出信号。

通常使用状态转换表或状态转换图来描述系统的状态转换关系。

三、实验内容1、确定输入序列和输出信号的定义在设计序列检测器之前，首先需要明确输入序列和输出信号的定义。

例如，输入序列为0和1的连续序列，输出信号为检测到序列的结果。

2、定义状态集合根据输入序列的定义，确定系统的状态集合。

例如，系统的状态可以有两个：A和B。

3、定义状态转换条件根据输入序列的定义和状态集合，确定状态转换条件。

例如，当输入为0时，系统从状态A转换到状态B；当输入为1时，系统保持在状态A。

4、确定初始状态确定系统的初始状态。

例如，初始状态可以为A。

5、确定输出信号根据输入序列的定义和状态转换条件，确定状态对应的输出信号。

例如，当检测到输入序列时，系统输出检测到的信号。

6、绘制状态转换图根据状态集合、状态转换条件和输出信号，绘制系统的状态转换图。

状态转换图表示系统在不同状态之间的转换关系。

7、实现状态转换逻辑将状态转换图转化为状态转换表，然后根据状态转换表实现状态转换逻辑。

状态转换逻辑可以使用编程语言来实现，例如使用C、C++或Verilog等。

8、测试和验证使用合适的输入序列对设计的状态机进行测试和验证。

根据实际运行结果判断系统是否工作正常。

#### 实验目的1. 理解序列检测器的工作原理；2. 掌握时序电路的经典设计方法；3. 学习使用Verilog HDL语言进行状态机的设计；4. 验证序列检测器在实际电路中的性能。

#### 实验原理序列检测器是一种同步时序电路，用于检测特定的串行码序列。

它能够识别并响应特定长度的二进制序列，一旦检测到匹配序列，就会产生一个输出信号。

序列检测器在数字通信、数据存储和信号处理等领域有着广泛的应用。

#### 实验器材1. PC机一台；2. FPGA开发板；3. 下载电缆一根；4. 信号发生器；5. 示波器；6. 连接线若干。

#### 实验步骤1. 设计序列检测器：使用Verilog HDL语言设计一个序列检测器，该检测器能够检测到特定的序列，如“101”。

2. 实现状态机：将序列检测器设计为一个状态机，通过定义状态和状态转移图来实现序列检测功能。

3. 代码编写与仿真：在FPGA开发板上编写Verilog代码，并使用仿真软件进行功能验证。

4. 硬件实现：将Verilog代码下载到FPGA开发板上，通过信号发生器生成测试序列，并使用示波器观察输出信号。

5. 性能测试：测试序列检测器在实际电路中的性能，包括检测速度、误检率等。

#### 实验内容1. 状态机设计：根据序列检测器的要求，设计状态转移图，并定义状态编码。

2. Verilog代码编写：使用Verilog HDL语言编写序列检测器的代码，包括模块定义、信号定义、状态定义、状态转移和输出逻辑等。

3. 仿真验证：使用仿真软件对Verilog代码进行功能验证，确保序列检测器能够正确地检测到指定序列。

4. 硬件下载与测试：将Verilog代码下载到FPGA开发板上，生成测试序列，并使用示波器观察输出信号，验证序列检测器的实际性能。

#### 实验结果与分析1. 仿真结果：在仿真软件中，序列检测器能够正确地检测到指定序列“101”，输出信号符合预期。

2. 硬件测试结果：在FPGA开发板上，序列检测器能够正确地检测到指定序列“101”，输出信号与仿真结果一致。