fpga学习——状态机_fpga状态机

1.状态机

有限状态机是由寄存器和组合逻辑构成的硬件时序电路。其状态（即由寄存器组的1和0的组合状态所构成的有限个状态）只能在同一时钟跳变沿的情况下才能从一个状态转向另一个状态。转向哪个状态不但取决于输入值，还取决于当前状态。其可用于产生在时钟跳变沿时刻开关的复杂的控制逻辑，是数字逻辑的核心控制。

• Mealy状态机
  下一个状态 = F（当前状态，输入信号）
  输出信号 = G（当前状态，输入信号）
• Moor状态机
  下一个状态 = F（当前状态，输入信号）
  输出信号 = G（当前状态）
  写状态机前，先弄清楚状态转移图！！！
  

2.两段式描述状态机

• 一段描述状态转移
• 一段描述变量输出
  
  视频教程：【FPGA高级讲师-尤恺元-从入门到实战】

module ex_fsm(
   input  wire  sclk,
   input  wire  rst,
   output  reg  k1,
   output  reg  k2,
   input  wire  A
);

parameter  IDLE = 4'b0001;  //写出状态的表达式
parameter  START = 4'b0010;
parameter  STOP = 4'b0100;
parameter  CLEAR = 4'b1000;

reg  [3:0]  state;   //4'b0001,4'b0010,4'b0100,4'b1000
//四个状态：4'b0001,4'b0010,4'b0100,4'b1000。独热码占用寄存器数量多，但是组合逻辑资源消耗少,高速。
//用独热码时，每个状态用1比特表示。if(state == 4'b0001) ---> if(state[0] == 1'b1)
//四个状态：2'b00,2'b01,2'b10,2'b11。二进制编码用的寄存器数量少，但是用的组合逻辑资源较多

//第一段描述状态机
always @ (posedge sclk or negedge rst)
     if(rst == 1'b0)
	   state <= IDLE;
	 else  
	   case(state)
	     IDLE: if(A == 1'b1)   //输入A=1进行状态的跳转
		          state <= START;
		 START: if(A == 1'b0)
		          state <= STOP;
		 STOP: if(A == 1'b1)
                  state <= CLEAR;
         CLEAR: if(A == 1'b0)
                  state <= IDLE;	
         default: state <= IDLE;				  
	   endcase

//第二段用状态机控制变量输出---k1
always @ (posedge sclk or negedge rst)
     if(rst == 1'b0)
	    k1 <= 1'b0;
	 else if(state == IDLE && A== 1'b1)
        k1 <= 1'b0;
	 else if(state == CLEAR && A == 1'b0)
	    k1 <= 1'b1;

//k2
always @ (posedge sclk or negedge rst)
     if(rst == 1'b0)
	    k2 <= 1'b0;
	 else if(state == STOP && A == 1'b1)
	    k2 <= 1'b1;
	 else if(state == CLEAR && A == 1'b0)
	    k2 <= 1'b0;

endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54

3.仿真文件

`timescale  1ns/1ns

module tb_ex_fsm;

reg  sclk,rst;
reg A;
wire  k1,k2;

initial begin
   sclk <= 0;
   rst <= 0;
   #100;
   rst <= 1;
end

initial begin
   #200;
   in_data();
end

always  #10  sclk <= ~sclk;

ex_fsm tb_ex_fsm(
   .sclk(sclk),
   .rst(rst),
   .k1(k1),
   .k2(k2),
   .A(A)
);

task in_data();   //产生数据A
   integer i;
   begin
      for (i=0;i<1024;i=i+1)
	  begin
	     @(posedge sclk);
		 if(i<50)
		   A <= 0;
		 else if (i < 200)
		   A <= 1;
		 else if (i < 700)
		   A <= 0;
		 else if (i < 800)
		   A <= 1;
		 else if (i < 900)
		   A <= 0;
	  end
   end
endtask

endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51

后仿真：带有器件延时文件的仿真。
.sdo文件是延时文件
.vo是网表文件
库文件：quartus—>eda—>sim_ilb