Verilog HDL设计：基于状态机的嵌入式序列检测器

本课件主要介绍了嵌入式技术中的基于状态机的Verilog HDL设计方法，重点关注Mealy型有限状态机的实现。通过一个具体的"1101"序列检测器的设计案例，详细阐述了如何使用Verilog HDL进行状态机的描述。 在嵌入式系统设计中，状态机是一种常用的设计工具，它能够有效地管理和控制系统的状态转换。Mealy型状态机的特点是其输出不仅取决于当前状态，还依赖于输入信号。在Verilog HDL中实现Mealy型状态机通常包括两个主要步骤： 1. 状态转移图设计：首先，根据设计需求绘制状态转移图，明确每个状态之间的转换规则以及输出与输入的关系。在这个例子中，状态机有四个状态，用一位热编码表示：A（1000）、B（0100）、C（0010）和D（0001），其中A是初始状态。 2. Verilog HDL描述：状态机的Verilog代码通常包含两个`always`块。第一个`always`块描述组合逻辑，即根据当前状态和输入来计算输出和下一个状态。在示例中，使用`case`语句来处理每个状态下的不同情况。第二个`always`块则描述时序逻辑，通常在时钟边沿触发，更新当前状态寄存器的值。 具体到"1101"序列检测器，输入X是串行数据，输出Z表示是否检测到"1101"序列。当检测到该序列时，Z被置为1，否则保持为0。复位信号reset用于将状态机重置到初始状态A。时钟信号clk是上升沿有效，确保状态转换在时钟的每个周期正确进行。 代码结构如下： - 定义模块`sta_machine`，并声明输入X、clk、reset和输出z。 - 使用`parameter`定义各状态的二进制编码。 - 定义状态寄存器`current_state`和`next_state`。 - 第一个`always`块（组合逻辑）：根据当前状态和输入X计算输出Z和下一个状态`next_state`。 - 第二个`always`块（时序逻辑）：在时钟上升沿，将`next_state`的值复制到`current_state`，完成状态转换。 通过这种方式，可以构建出一个功能完整且可综合的Verilog状态机模型，适用于各种嵌入式系统中的序列检测或其他逻辑控制任务。在实际应用中，可以根据具体需求调整状态机的结构和逻辑，以满足不同的功能要求。