数字IC设计——用Verilog实现序列检测器（有限状态机FSM）

Posted 2023-01-24 摆渡沧桑

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数字IC设计——用Verilog实现序列检测器（有限状态机FSM）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

数字IC设计——用Verilog实现序列检测器（有限状态机）
序列检测器在数据通讯，雷达和遥测等领域中用与检测步识别标志。它是一种用来检测一组或多组序列信号的电路。例如检测器收到一组串行码｛1110010｝后，输出标志1，否则，输出0。

一、“101” 序列检测器

序列检测器：有“101”序列输入时输出为1，其他输入情况下，输出为0。画出状态转移图，并用Verilog描述。

先分析输入序列时，产生的结果
序列检测器就是将一个指定序列从数字码流中识别出来。本例中将设计一个“101”序列的检测器。设X为数字码流的输入，Z为检测出标记输出，高电平表示发现指定的序列101.考虑码流为10101010101…则

时钟	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
输入X	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1
输出Z	0	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1

将上述功能转化为状态转移图：
用Verilog语言描述状态机


module Detect_101(
    input           clk,
    input           rst_n,
    input           data,
    output          flag_101
    );

parameter   S0 = 0,
            S1 = 1,
            S2 = 2,
            S3 = 3;

reg     [1:0]   state;

always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(rst_n == 1'b0)begin
        state <= S0;
    end
    else begin
        case(state)
        S0: 
            if(data == 1)
                state <= S1;
            else 
                state <= S0;
        S1: 
            if(data == 0)
                state <= S2;
            else 
                state <= S1;
        S2:
            if(data == 1)
                state <= S3;
            else 
                state <= S0;
        S3:
            if(data == 1)
                state <= S1;
            else 
                state <= S2;
        default:
                state <=S0;       
        endcase
    end
end

assign  flag_101 = (state == S3)? 1'b1: 1'b0;

endmodule

采用三段式状态机将时序逻辑和组合逻辑分开，把状态和输出单独列开，方便检查和维护。可以写成如下：


module Detect_101(
    input           clk,
    input           rst_n,
    input           data,
    output          flag_101
    );

parameter   S0 = 0,
            S1 = 1,
            S2 = 2,
            S3 = 3;

reg     [1:0]   state;
reg     [1:0]   next_state;
wire 			flag_101;

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
	if (! rst_n)
		state <= S0;
	else
		state <= next_state;
end

always @(*)begin
        case(state)
        S0: 
        	next_state = (data) ? S1:S0;
        S1: 
        	next_state = (data) ? S1:S2;
        S2: 
        	next_state = (data) ? S3:S0;
        S3: 
        	next_state = (data) ? S1:S2;
        default:
            state = S0;       
        endcase
end

always @(*)begin
	if (! rst_n)
		flag_101 = 1'b0;
	else if (state == S3)
		flag_101 = 1'b1;
	else
		flag_101 = 1'b0;
end

endmodule