基于verilog的序列檢測(cè)器設(shè)計(jì)

摘 要：隨著科技的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的電子技術(shù)逐漸被現(xiàn)代電子技術(shù)取代，以FPGA/CPLD為硬件，以verilog語(yǔ)言為軟件的EDA技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，本文旨在以一個(gè)具體的序列檢測(cè)器的設(shè)計(jì)為例，將以硬件描述語(yǔ)言來設(shè)計(jì)芯片的流程呈現(xiàn)給大家。

關(guān)鍵詞：verilog；序列檢測(cè)器；狀態(tài)；EDA

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

在數(shù)字信號(hào)的傳輸和數(shù)字系統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和測(cè)試過程中，往往需要用到一組特定的串行數(shù)字信號(hào)，我們把產(chǎn)生序列信號(hào)的模塊電路稱作序列信號(hào)發(fā)生器，如要求產(chǎn)生一串序列“10001110”為例來給大家展示EDA設(shè)計(jì)有限狀態(tài)機(jī)的過程[1]。本電路由計(jì)數(shù)器與數(shù)據(jù)選擇器兩部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，該鎖存輸出的功能是為了消除電路產(chǎn)生的毛刺。

圖1 結(jié)構(gòu)框圖

Fig.1 Structure diagram

2 序列檢測(cè)器的基本工作過程（The basic working

process serial detector）

有限狀態(tài)機(jī)一般用來檢測(cè)一組或多組由二進(jìn)制碼組成的脈沖序列信號(hào)，廣泛應(yīng)用于在數(shù)字系統(tǒng)中。當(dāng)該特定序列檢測(cè)器連續(xù)接收到一組二進(jìn)制碼，如果這組二進(jìn)制碼與檢測(cè)器中預(yù)先設(shè)置的碼能匹配成功，就輸出1，否則輸出0。因?yàn)樵摍z測(cè)的關(guān)鍵在必須連續(xù)接受正確碼，中間只要出錯(cuò)以為，就必須重新進(jìn)行檢測(cè)，所以要求該檢測(cè)器記住前一次的正確碼及正確序列，直到在連續(xù)的檢測(cè)中所有的串行二進(jìn)制碼都能連續(xù)匹配成功。檢測(cè)二進(jìn)制碼中，只要有任何一位沒匹配成功都回到初始狀態(tài)重新開始匹配[2]。方框圖如圖2所示。

圖2 狀態(tài)流程圖

Fig.2 State flow diagram

3 狀態(tài)機(jī)的基本設(shè)計(jì)思想（The basic design idea of

state machine）

在數(shù)字系統(tǒng)中，當(dāng)狀態(tài)連續(xù)變化，我們可以采用狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)思想來提高設(shè)計(jì)效率，還可以增加程序的可讀性，從而降低錯(cuò)誤的概率。而有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)思路也是數(shù)字系統(tǒng)中一種常用的設(shè)計(jì)方法之一。通常情況，有限的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)機(jī)分為以下兩種，摩爾機(jī)和米立機(jī)。兩者不同在于，摩爾機(jī)中，它輸出只是當(dāng)前狀態(tài)值的函數(shù)，而且只在時(shí)鐘上跳沿時(shí)發(fā)生作用。而米立機(jī)的輸出是當(dāng)前輸入值、當(dāng)前輸出值、當(dāng)前狀態(tài)值三者共同的函數(shù)。本例從一串二進(jìn)制數(shù)碼中檢測(cè)出一個(gè)已預(yù)置的8位二進(jìn)制碼“10001110”，每當(dāng)增加一位二進(jìn)制碼相當(dāng)于增加一個(gè)狀態(tài)，連同初始態(tài)，總共需要用9個(gè)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)[3]。狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程如圖3所示。

圖3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

Fig.3 State transition diagram

注意：此圖僅作為參考，檢測(cè)不同的二進(jìn)制碼其過程不同！

4 設(shè)計(jì)過程（Design process）

4.1 硬件設(shè)備連接

（1）將EDA適配板JTAG接口用十芯排線和萬(wàn)用下載區(qū)的SOPC JTAG口連接起來，萬(wàn)用下載區(qū)的電源開關(guān)選擇到SOPC下載的一邊。

（2）將開發(fā)板上按要求設(shè)置好相關(guān)跳線。

（3）對(duì)EDA開發(fā)板供電。

4.2 軟件實(shí)現(xiàn)

（1）打開Quartus II軟件，由于在計(jì)算機(jī)軟硬件領(lǐng)域，一般的設(shè)計(jì)都是一項(xiàng)工程（Project），因此需要為工程建立一個(gè)放置此工程相關(guān)文件的文件夾，該文件夾作為EDA工程的工作目錄。創(chuàng)建一個(gè)工程，命名并保存到上述文件夾中。

（2）新建一個(gè)verilog代碼文件，主要模塊代碼如下：

always @ （posedge clk4 or posedge rst）

if （rst） begin key1_dff1<=1'b0；key1_dff2<= 1'b0；

key2_dff1<=1'b0； key2_dff2<=1'b0；end else begin

key1_dff1<=key1； key1_dff2<=key1_dff1；

key2_dff1<=key2； key2_dff2<=key2_dff1；end

assign value_0=key1_dff1 & ！key1_dff2；//serial value is 0；

assign value_1=key2_dff1 & ！key2_dff2；//serial value is 1；

（3）將設(shè)計(jì)文件加入工程。

（4）選擇目標(biāo)芯片。

（5）選擇配置器件的工作方式。

（6）選擇配置器件和編程方式。

（7）選擇輸出設(shè)置。

（8）選擇目標(biāo)芯片的閑置引腳的狀態(tài)。

（9）編譯。

（10）仿真。

（11）應(yīng)用RTL電路圖觀察器。

（12）引腳鎖定。

引腳分配如下：管腳標(biāo)號(hào)led0到led7分別接到LED流水燈的8位輸入端上，key1和key2接按鍵的輸入口，buzzer接led燈。100腳接rst使系統(tǒng)復(fù)位。管腳標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的I/O如下所示：

User Assignments Node Name

set_location_assignment PIN_79 -to led[0] set_location_assignment PIN_82 -to led[1]set_location_assignment PIN_83 -to led[2]

set_location_assignment PIN_84 -to led[3] set_location_assignment PIN_85 -to led[4] set_location_assignment PIN_91 -to led[5]

set_location_assignment PIN_94 -to led[6] set_location_assignment PIN_96 -to led[7] set_location_assignment PIN_100 -to rst

set_location_assignment PIN_99 -to key1 set_location_assignment PIN_98 -to key2 set_location_assignment PIN_41 -to clk4

set_location_assignment PIN_97 -to buzzer

5 結(jié)論（Conclusion）

經(jīng)過以上軟硬件設(shè)計(jì)，基本達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)“110”序列，當(dāng)檢測(cè)到該序列后點(diǎn)亮EDA開發(fā)板上對(duì)應(yīng)的LED燈。需要注意的是，時(shí)鐘頻率不要選擇太高，可以選擇幾百赫茲的頻率。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 韓芝俠.基于EDA技術(shù)的復(fù)雜數(shù)字電路設(shè)計(jì)[J].寶雞文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（01）：35-38.

[2] 周小仨.EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].電子制作，2014（15）：27-28.

[3] 李洪奇.可編程序列脈沖檢測(cè)器的設(shè)計(jì)[J].聊城大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003（02）：72-74.

作者簡(jiǎn)介：

周小仨（1980-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：嵌入式，EDA，單片機(jī)技術(shù)開發(fā).