标签: 序列检测器

序列检测器 实验目的： 用状态机设计一个序列检测器，实现对序列 10010 的检测。 状态转换图如下： 图 1 序列检测器的状态转换图   对于以上状态图作出如下说明： （ 1 ）各箭头上方的数字表示状态跳转条件及相应的输出结果。如： S0—S1 上的 1/0 表示当输入的数据为 1 时，由状态 S0 跳转到状态 S1 ，并且输出为 0 ，表示还未检测到（或未检测完）数据流 10010 。同理，当完整地检测到 10010 时就输出 1 。 （ 2 ）从 S0~S5 共有六种状态，在设计程序的时候，通常是采用 3bit 数据类型表示即可，但是，为了适应高速数字电路的应用需求，扩大数据信号的时间窗（时间窗由建立时间和保持时间构成），避免出现不稳定的中间态，故此六种状态采用 6bit 的数据类型表示。 （ 3 ）下面描述一下状态跳转的过程： S0 为起始状态（或默认状态），当第一个 bit 到来的时候，判断其是否为 1 ，若为 1 则跳转到 S1 状态，并输出 0 作为标志信号，表示序列检测尚未完成；若为 0 则保持当前状态不变，同时输出标志信号 0 。 若当前状态为 S1 ，当前输入的 bit 为 0 ，则状态机跳转到 S2 状态，并输出标志信号 0 ；若当前输入的 bit 为 1 ，则保持当前状态不变。 若当前状态为 S2 ，当前输入的 bit 为 0 ，则状态机跳转到 S3 状态，并输出标志信号 0 ；若当前输入的 bit 为 1 ，则状态机跳转到 S1 状态，并输出标志信号 0 。 若当前状态为 S3 ，当前输入的 bit 为 1 ，则状态机跳转到 S4 状态，并输出标志信号 0 ；若当前输入的 bit 为 0 ，则状态机跳转到 S0 状态，并输出标志信号 0 。 若当前状态为 S4 ，当前输入的 bit 为 0 ，则状态机跳转到 S5 状态，并输出标志信号 1 ，检测到一个完整的“ 10010 ”序列； 若当前输入的 bit 为 1 ，则状态机跳转到 S1 状态，并输出标志信号 0 。 若当前状态为 S5 ，当前输入的 bit 为 0 ，则状态机跳转到 S3 状态，并输出标志信号 0 ；若当前输入的 bit 为 1 ，则状态机跳转到 S1 状态，并输出标志信号 0 。 除上述跳转过程外，各状态均需加上一条复位跳转路径，即：当复位信号 rst_n 当来的时候，任何状态都跳转到 S0 状态，输出 0 作为标志信号。 按照上面的状态跳转图写状态机，控制状态跳转和信号输出，程序代码如下截图所示： 接下来是写 testbench ，代码如下： 以上 testbench 的目的： （ 1 ）产生频率为 50MHz 的时钟信号和复位信号； （ 2 ）产生测试需要的比特流序列，该序列为 11100011010010100101100100100010 ，将它们送给序列检测器予以检测。 Quartus 综合所得的状态转换图如下图所示： 图 2 Quartus 综合所得的状态转换图 对比图 2 和图 1 可知，综合后所得的状态转换图与设计要求中的状态转换图一致，转换条件相同。下面，可以直接看仿真结果，仿真结果如图 3 所示： 图 3 仿真结果截图 由图 3 可知， in_data 是我们产生的比特流，它们是 111000110 10010 10010 1 100 10 010 0010 ，与期望的值是一致的。同时，在对比特流进行序列检测的过程中， flag 信号共出现了 4 次高电平，分别是在 i 为 18 与 17 之间、 13 与 12 之间、 7 与 6 之间以及 4 与 3 之间，这与序列 10010 在比特流中的位置是一致的（左起是第 31 位，右起是第 0 位）。故由此可知，序列检测器的检测功能正常。