HDLBits练习汇总-13-时序逻辑设计测试--状态机（一）

news2024/9/30 13:31:15

简单摩尔状态机1（Fsm1）

是一个摩尔状态机，具有两种状态，一种输入，一种输出。实现此状态机。请注意，重置状态为 B。使用异步复位。

Fsm1

模块声明

module top_module(
    input clk,
    input areset,    // Asynchronous reset to state B
    input in,
    output out);

答案

module top_module(
    input clk,
    input areset,    // Asynchronous reset to state B
    input in,
    output out);//  

    parameter A=0, B=1; 
    reg state, next_state;

    always @(*) begin    // This is a combinational always block
        // State transition logic
        case (state)
            B:begin
                if (in=='b0) begin
                    next_state = A;
                end else begin
                    next_state = state;
                end
            end
            A:begin
                if (in=='b0) begin
                    next_state = B;
                end else begin
                    next_state = state;
                end
            end
            default:next_state = A;
        endcase
    end

    always @(posedge clk, posedge areset) begin    // This is a sequential always block
        // State flip-flops with asynchronous reset
            if(areset=='b1)
                state<=B;
            else begin
                state<=next_state;
            end
    end

    // Output logic
    assign out = (state == B);

endmodule

简单摩尔状态机2（Fsm1s）

这是一个摩尔状态机，具有两种状态，一种输入，一种输出。实现此状态机。请注意，重置状态为 B。与简单摩尔状态机1，本例使用同步复位。

Fsm2

模块声明

module top_module(
    input clk,
    input reset,    // synchronous reset to state B
    input in,
    output out);

答案

module top_module(
    input clk,
    input reset,    // synchronous reset to state B
    input in,
    output out);//  

    parameter A=0, B=1; 
    reg state, next_state;

    always @(*) begin    // This is a combinational always block
        // State transition logic
        case (state)
            B:begin
                if (in=='b0) begin
                    next_state = A;
                end else begin
                    next_state = state;
                end
            end
            A:begin
                if (in=='b0) begin
                    next_state = B;
                end else begin
                    next_state = state;
                end
            end
            default:next_state = A;
        endcase
    end

    always @(posedge clk) begin    // This is a sequential always block
        // State flip-flops with synchronous reset
            if(reset=='b1)
                state<=B;
            else begin
                state<=next_state;
            end
    end

    // Output logic
    assign out = (state == B);

endmodule

简单摩尔状态机3（Fsm2）

这是一个摩尔状态机，具有两个状态、两个输入和一个输出。实现此状态机。使用异步复位。

Fsm3

模块声明

module top_module(
    input clk,
    input areset,    // Asynchronous reset to OFF
    input j,
    input k,
    output out);

答案

module top_module(
    input clk,
    input areset,    // Asynchronous reset to OFF
    input j,
    input k,
    output out); //  

    parameter OFF=0, ON=1; 
    reg state, next_state;

    always @(*) begin
        // State transition logic
         if(areset=='b1)
             next_state = OFF;
         else begin
            case (state)
                OFF:begin
                    if (j=='b1) begin
                        next_state = ON;
                    end 
                    else begin
                        next_state = state;
                    end
                end
                ON:begin
                    if (k=='b1) begin
                        next_state = OFF;
                    end 
                    else begin
                        next_state = state;
                    end
                end
            endcase
        end
    end

    always @(posedge clk, posedge areset) begin
        // State flip-flops with asynchronous reset
         if(areset=='b1)
                state<=OFF;
            else begin
                state<=next_state;
            end
    end

    // Output logic
    assign out = (state == ON);

endmodule

简单摩尔状态机4（Fsm2s）

这是一个摩尔状态机，具有两个状态、两个输入和一个输出。实现此状态机。使用同步复位。

fsm4

模块声明

module top_module(
    input clk,
    input areset,    // synchronous reset to OFF
    input j,
    input k,
    output out);

答案

module top_module(
    input clk,
    input reset,    // synchronous reset to OFF
    input j,
    input k,
    output out); //  

    parameter OFF=0, ON=1; 
    reg state, next_state;

    always @(*) begin
        // State transition logic
         if(reset=='b1)
             next_state = OFF;
         else begin
            case (state)
                OFF:begin
                    if (j=='b1) begin
                        next_state = ON;
                    end 
                    else begin
                        next_state = state;
                    end
                end
                ON:begin
                    if (k=='b1) begin
                        next_state = OFF;
                    end 
                    else begin
                        next_state = state;
                    end
                end
            endcase
        end
    end

    always @(posedge clk) begin
        // State flip-flops with synchronous reset
         if(reset=='b1)
                state<=OFF;
            else begin
                state<=next_state;
            end
    end

    // Output logic
    assign out = (state == ON);

endmodule

状态转换（Fsm3comb）

以下是具有一个输入、一个输出和四个状态的 Moore 状态机的状态转换表。使用以下状态编码：A=2’b00、B=2’b01、C=2’b10、D=2’b11。

仅实现此状态机的状态转换逻辑和输出逻辑（组合逻辑部分）。给定当前状态 ，根据状态转换表计算和输出。

Fsm3comb

模块声明

module top_module(
    input in,
    input [1:0] state,
    output [1:0] next_state,
    output out
);

答案

module top_module(
    input in,
    input [1:0] state,
    output [1:0] next_state,
    output out); //

    parameter A=0, B=1, C=2, D=3;

    // State transition logic: next_state = f(state, in)
    always @(*) begin
        case (state)
            A: next_state = (in=='b1)? B:A;
            B: next_state = (in=='b1)? B:C;
            C: next_state = (in=='b1)? D:A;
            D: next_state = (in=='b1)? B:C;
        endcase
    end
    // Output logic:  out = f(state) for a Moore state machine
    assign out = (state==D);
endmodule

简单独热状态转换（Fsm3onehot）

以下是具有一个输入、一个输出和四个状态的 Moore 状态机的状态转换表。使用以下独热状态编码：A=4’b0001、B=4’b0010、C=4’b0100、D=4’b1000。

通过假设独热编码的检查来导出状态转换和输出逻辑方程。仅实现此状态机的状态转换逻辑和输出逻辑（组合逻辑部分）。（测试平台将使用非一个热输入进行测试，以确保您不会尝试做更复杂的事情）。

状态转移

模块声明

module top_module(
    input in,
    input [3:0] state,
    output [3:0] next_state,
    output out);

答案

module top_module(
    input in,
    input [3:0] state,
    output [3:0] next_state,
    output out); //

    parameter A=0, B=1, C=2, D=3;

    // State transition logic: Derive an equation for each state flip-flop.
    assign next_state[A] = (!in)&&(state[A]||state[C]);
    assign next_state[B] = in&&(state[A]||state[B]||state[D]);
    assign next_state[C] = (!in)&&(state[B]||state[D]);
    assign next_state[D] = in&&state[C];

    // Output logic: 
    assign out = (state[D]=='b1);

endmodule

简单摩尔状态机5（Fsm3）

以下是具有一个输入、一个输出和四个状态的 Moore 状态机的状态转换表。实现此状态机。包括将 FSM 重置为状态 A 的异步复位。

简单摩尔状态机5

模块声明

module top_module(
    input clk,
    input in,
    input areset,
    output out);

答案

根据状态转移表可以绘制状态转移图，根据状态转移图编写状态机代码。

状态转移图

module top_module(
    input clk,
    input in,
    input areset,
    output out); //

    //parameter define
    parameter N=2,
            A=0,
            B=1,
            C=2,
            D=3;
            
    //初始化寄存器
    reg [N-1:0]state_c;
    reg [N-1:0]state_n;
    //同步时序always模块，格式化描述次态寄存器迁移到现态寄存器
    always @(posedge clk or posedge areset)begin
        if(areset)begin
            state_c <= A;
        end
        else begin
            state_c <= state_n;
        end
    end

    //组合逻辑always模块，描述状态转移条件判断
    always@(*)begin
        case(state_c)
        A:
            if(in==1)
                state_n = B;
            else
                state_n = state_c;
        B:
            if(in==0)
                state_n = C;
            else
                state_n = state_c;
        C:
            if(in==1)
                state_n = D;
            else
                state_n = A;
        D:
            if(in==1)
                state_n = B;
            else
                state_n = C;
        endcase
    end
    // Output logic
    assign out = (state_c==D);
    
endmodule

简单摩尔状态机6（Fsm3s）

以下是具有一个输入、一个输出和四个状态的 Moore 状态机的状态转换表。实现此状态机。包括将 FSM 重置为状态 A 的同步复位，这题与上题 的问题相同，但具有同步复位。

状态转移表

模块声明

module top_module(
    input clk,
    input in,
    input reset,
    output out);

答案

module top_module(
    input clk,
    input in,
    input reset,
    output out); //

    //parameter define
    parameter N=2,
            A=0,
            B=1,
            C=2,
            D=3;
            
    //初始化寄存器
    reg [N-1:0]state_c;
    reg [N-1:0]state_n;
    //同步时序always模块，格式化描述次态寄存器迁移到现态寄存器
    always @(posedge clk)begin
        if(reset=='b1)begin
            state_c <= A;
        end
        else begin
            state_c <= state_n;
        end
    end

    //组合逻辑always模块，描述状态转移条件判断
    always@(*)begin
        case(state_c)
        A:
            if(in==1)
                state_n = B;
            else
                state_n = state_c;
        B:
            if(in==0)
                state_n = C;
            else
                state_n = state_c;
        C:
            if(in==1)
                state_n = D;
            else
                state_n = A;
        D:
            if(in==1)
                state_n = B;
            else
                state_n = C;
        endcase
    end
    // Output logic
    assign out = (state_c==D);
    
endmodule

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滴哒主要用于延时和实时系统 模板为原子串口实验源码&#xff0c;入口为24行 120行为滴哒定时器的CTRL寄存器位时钟源设置 这个参数的必要性是用于溢出时间的计算参数之一 可以设置为HCLK或HCLK的8分频 延时函数理解 设置LOAD是设置重装载值 设置VAL清空计数值以及标志位 …
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强大的ANTLR4（2）

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每次在命令行里输入文本有点麻烦&#xff0c;可以将hello slb保存于hello.txt文本文件中&#xff0c;然后运行命令&#xff1a; antlr4-parse Hello.g4 r -tokens hello.txt出现如下内容&#xff1a; [0,0:4hello,<hello>,1:0] [1,6:8slb,<ID>,1:6] [2,9:8<EO…
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JDBC开荒

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docker 创建MySQL 一、简介 Java DataBase Connectivity &#xff0c;是Java程序访问数据库的标准接口 Java访问DB的时候&#xff0c;并不是直接通过TCP连接的&#xff0c;而是通过JDBC接口&#xff0c;而JDBC接口又是通过JDBC驱动来访问的 JDBC是Java标准库自带的&#xff0…
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