FPGA學(xué)習(xí)系列：9.簡單狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)背景：

狀態(tài)機(jī)是描述各種復(fù)雜時(shí)序的時(shí)序行為，是使用HDL進(jìn)行數(shù)學(xué)邏輯設(shè)計(jì)中非常重要的方法之一，狀態(tài)機(jī)分為摩爾機(jī)和米粒機(jī)，當(dāng)輸出只和狀態(tài)有關(guān)系的話稱為摩爾機(jī)，當(dāng)輸出不僅和狀態(tài)有關(guān)系也和輸入信號(hào)有關(guān)系的時(shí)候稱為米粒機(jī)，米粒機(jī)和摩爾機(jī)的電路原型我就不在這里給大家介紹了。

狀態(tài)機(jī)是由狀態(tài)寄存器和組合邏輯電路構(gòu)成，能夠根據(jù)控制信號(hào)按照預(yù)先設(shè)計(jì)的狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，是協(xié)調(diào)相關(guān)信號(hào)的動(dòng)作，完成特定操作的控制中心。比如我們生活中遇到的問題，健康---感冒---健康，這個(gè)就是一個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移圖，從健康狀態(tài)到感冒狀態(tài)在到健康狀態(tài)。

設(shè)計(jì)原理:

我認(rèn)為對于我們初學(xué)者來說我們只要只要狀態(tài)機(jī)就是當(dāng)這個(gè)狀態(tài)也就是當(dāng)這個(gè)時(shí)鐘來的時(shí)候發(fā)生這件事情，當(dāng)下各時(shí)鐘來的時(shí)候發(fā)生另一件事，也就是說發(fā)生這件事后，跳轉(zhuǎn)下一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生另一件事情，兩個(gè)事情發(fā)生沒有關(guān)系。我們理解初學(xué)者理解這個(gè)就行了，不用理解高深的二段式，三段式。

我們會(huì)在下面的設(shè)計(jì)中用到簡單的狀態(tài)機(jī)讓大家明白簡單的狀態(tài)機(jī)。

我們的設(shè)計(jì)也是一個(gè)流水燈，我們的設(shè)計(jì)是在復(fù)位的時(shí)候讓4個(gè)等全熄滅，第一個(gè)上升沿點(diǎn)亮一個(gè)，第二個(gè)點(diǎn)亮下一個(gè)，依次類推。

我們的寫法可以這樣想，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)狀態(tài)也就是一個(gè)上升沿點(diǎn)亮第一個(gè)燈，然后跳轉(zhuǎn)下一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)亮第二個(gè)燈，第三個(gè)點(diǎn)亮下一個(gè)。。。。

設(shè)計(jì)架構(gòu)圖:

?

設(shè)計(jì)代碼:

設(shè)計(jì)模塊

0moduleled_run (clk,rst_n,led);

1

2 inputclk,rst_n; //定義輸入輸出

3

4 outputreg[3:0]led;

5

6 reg[10:0]count; //定義一個(gè)時(shí)間寄存器

7 regclk_1hz; //定義一個(gè)時(shí)鐘

8 reg[1:0]state;//定義狀態(tài)

9

10 always@(posedgeclk)

11 if(!rst_n)

12 begin

13 clk_1hz <=1;

14 count <=0;

15 end

16 elseif(count <(5/1/2-1))//計(jì)數(shù)來產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘

17 count <=count +1'd1;

18 else

19 begin

20 count <=26'd0;

21 clk_1hz <=~clk_1hz;

22 end

23

24 always@(posedgeclk_1hz)

25 if(!rst_n)

26 led <=4'b1111; //復(fù)位熄滅4個(gè)燈

27 else

28 case(state)

29 0 : begin //第一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)亮第一個(gè)燈，然后跳轉(zhuǎn)下 一個(gè)狀態(tài)

30 state <=1;

31 led <=4'b1110;

32 end

33

34 1 : begin //第2個(gè)狀態(tài)點(diǎn)亮第2個(gè)燈，然后跳轉(zhuǎn)下 一個(gè)狀態(tài)

35 state <=2;

36 led <=4'b1101;

37 end

38

39 2 : begin //第3個(gè)狀態(tài)點(diǎn)亮第3個(gè)燈，然后跳轉(zhuǎn)下 一個(gè)狀態(tài)

40 state <=3;

41 led <=4'b1011;

42 end

43 3 : begin //第4個(gè)狀態(tài)點(diǎn)亮第4個(gè)燈，然后跳轉(zhuǎn)0狀態(tài)

44 state <=0;

45 led <=4'b0111;

46 end

47

48 default:state <=0;//否則跳轉(zhuǎn)0狀態(tài)

49 endcase

50

51endmodule

測試模塊

0`timescale1ns/1ps//例化時(shí)標(biāo)

1

2moduletb();

3

4 regclk,rst_n;

5 wire[3:0]led;

6

7 initialbegin

8

9 clk =1;

10 rst_n =0;

11

12 #200.1rst_n =1;

13

14