FPGA Prototyping By Verilog Examples第五章 状态机FSM设计

本文介绍了几种实现上升沿检测的方法,包括Moore型和Mealy型有限状态机(FSM)的设计,并通过基本门电路实现了同样的功能。此外,还提供了一种按键消抖电路的FSM设计方案。

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上升沿检测电路之Moore型FSM

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// Listing 5.3
module edge_detect_moore
(
input wire clk, reset,
input wire level,
output reg tick
);

// symbolic state declaration
localparam [1:0]
zero = 2'b00,
edg = 2'b01,
one = 2'b10;

// signal declaration
reg [1:0] state_reg, state_next;

// state register
always @(posedge clk, posedge reset)
if (reset)
state_reg <= zero;
else
state_reg <= state_next;

// next-state logic and output logic
always @*
begin
state_next = state_reg; // default state: the same
tick = 1'b0; // default output: 0
case (state_reg)
zero:
if (level)
state_next = edg;
edg:
begin
tick = 1'b1;
if (level)
state_next = one;
else
state_next = zero;
end
one:
if (~level)
state_next = zero;
default: state_next = zero;
endcase
end
endmodule
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上升沿检测电路之Mealy型FSM

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// Listing 5.4
module edge_detect_mealy
(
input wire clk, reset,
input wire level,
output reg tick
);

// symbolic state declaration
localparam zero = 1'b0,
one = 1'b1;

// signal declaration
reg state_reg, state_next;

// state register
always @(posedge clk, posedge reset)
if (reset)
state_reg <= zero;
else
state_reg <= state_next;

// next-state logic and output logic
always @*
begin
state_next = state_reg; // default state: the same
tick = 1'b0; // default output: 0
case (state_reg)
zero:
if (level)
begin
tick = 1'b1;
state_next = one;
end
one:
if (~level)
state_next = zero;
default: state_next = zero;
endcase
end

endmodule
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上升沿检测电路之基本门电路设计

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// Listing 5.5
module edge_detect_gate
(
input wire clk, reset,
input wire level,
output wire tick
);

// signal declaration
reg delay_reg;

// delay register
always @(posedge clk, posedge reset)
if (reset)
delay_reg <= 1'b0;
else
delay_reg <= level;

// decoding logic
assign tick = ~delay_reg & level;

endmodule
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按键消抖电路FSM

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// Listing 5.6
module db_fsm
(
input wire clk, reset,
input wire sw,
output reg db
);

// symbolic state declaration
localparam [2:0]
zero = 3'b000,
wait1_1 = 3'b001,
wait1_2 = 3'b010,
wait1_3 = 3'b011,
one = 3'b100,
wait0_1 = 3'b101,
wait0_2 = 3'b110,
wait0_3 = 3'b111;

// number of counter bits (2^N * 20ns = 10ms tick)
localparam N =19;

// signal declaration
reg [N-1:0] q_reg;
wire [N-1:0] q_next;
wire m_tick;
reg [2:0] state_reg, state_next;

// body

//=============================================
// counter to generate 10 ms tick
//=============================================
always @(posedge clk)
q_reg <= q_next;
// next-state logic
assign q_next = q_reg + 1;
// output tick
assign m_tick = (q_reg==0) ? 1'b1 : 1'b0;

//=============================================
// debouncing FSM
//=============================================
// state register
always @(posedge clk, posedge reset)
if (reset)
state_reg <= zero;
else
state_reg <= state_next;

// next-state logic and output logic
always @*
begin
state_next = state_reg; // default state: the same
db = 1'b0; // default output: 0
case (state_reg)
zero:
if (sw)
state_next = wait1_1;
wait1_1:
if (~sw)
state_next = zero;
else
if (m_tick)
state_next = wait1_2;
wait1_2:
if (~sw)
state_next = zero;
else
if (m_tick)
state_next = wait1_3;
wait1_3:
if (~sw)
state_next = zero;
else
if (m_tick)
state_next = one;
one:
begin
db = 1'b1;
if (~sw)
state_next = wait0_1;
end
wait0_1:
begin
db = 1'b1;
if (sw)
state_next = one;
else
if (m_tick)
state_next = wait0_2;
end
wait0_2:
begin
db = 1'b1;
if (sw)
state_next = one;
else
if (m_tick)
state_next = wait0_3;
end
wait0_3:
begin
db = 1'b1;
if (sw)
state_next = one;
else
if (m_tick)
state_next = zero;
end
default: state_next = zero;
endcase
end

endmodule
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路漫漫其修远兮,吾将上下而求索
转载自:http://www.cnblogs.com/qiweiwang/archive/2011/04/12/2013415.html

转载于:https://www.cnblogs.com/chengqi521/p/6684565.html

### FPGA原型设计Verilog示例与教程 在FPGA开发中,使用Verilog进行原型设计是常见的实践方法。以下是一些关于如何利用Verilog语言进行FPGA原型设计的示例和教程,这些内容可以帮助开发者更好地理解FPGA设计流程以及Verilog的应用。 #### 基于VerilogFPGA设计基础 Verilog是一种硬件描述语言,广泛应用于FPGA设计中。它允许用户通过模块化的方式定义数字电路的行为和结构。例如,在《FPGA Prototyping by Verilog Examples: Xilinx Spartan-3 Version》一书中,Pong P. Chu 提供了丰富的Verilog代码示例,涵盖了从基本逻辑门到复杂系统的设计[^1]。这些示例不仅展示了如何用Verilog实现简单的组合逻辑电路,还详细介绍了时序逻辑电路的设计方法。 #### 贪吃蛇游戏的Verilog实现 对于初学者来说,将理论知识应用到实际项目中是非常重要的。以贪吃蛇游戏为例,可以使用Verilog实现该游戏的核心逻辑。具体实现包括以下几个方面: - **显示控制**:通过VGA接口驱动显示器,显示游戏画面。 - **键盘输入处理**:捕获用户的按键输入,更新蛇的方向。 - **游戏逻辑**:实现蛇的移动、食物生成及碰撞检测等功能。 一个典型的Verilog代码片段可能如下所示: ```verilog module snake_game ( input wire clk, // 时钟信号 input wire reset, // 复位信号 input wire [7:0] key, // 键盘输入 output reg [9:0] x_pos, // 蛇当前位置X坐标 output reg [9:0] y_pos // 蛇当前位置Y坐标 ); always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) begin x_pos <= 0; y_pos <= 0; end else begin case (key) 8'h01: begin // 向上 y_pos <= y_pos - 1; end 8'h02: begin // 向下 y_pos <= y_pos + 1; end 8'h03: begin // 向左 x_pos <= x_pos - 1; end 8'h04: begin // 向右 x_pos <= x_pos + 1; end default: begin // 保持当前位置不变 end endcase end end endmodule ``` 这段代码展示了如何根据键盘输入更新蛇的位置[^1]。当然,完整的贪吃蛇游戏还需要更多的功能模块支持。 #### 开发资源推荐 除了书籍中的示例外,还有一些在线资源可以帮助开发者更深入地学习VerilogFPGA设计。例如,fpga4fun网站提供了多种FPGA项目的实例,其中包括如何连接外部设备(如LCD显示屏)到FPGA上的信息[^2]。此外,《Digital Design and Computer Architecture》一书也包含了大量关于数字电路设计的理论知识和实际应用案例。 #### 高层次综合(HLS)技术的应用 随着FPGA技术的发展,高层次综合工具逐渐成为主流。这些工具允许开发者使用C/C++等高级语言编写算法,并自动将其转换为RTL级的Verilog或VHDL代码。这种方法大大提高了开发效率,尤其是在复杂计算任务的加速场景下。有关HLS技术的更多细节可以在相关文献中找到[^3]。
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