实验六-序列信号发生器及序列信号检测器的设计1.doc
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实验六-序列信号发生器及序列信号检测器的设计1.doc
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实验六、序列信号发生器与序列信号检测器的设计
一、实验目的
1、掌握序列发生器和检测器的工作原理;
2、初步学会用状态机进行数字系统设计。
二、实验要求
1、基本要求
1)设计一个“10001110”序列发生器;
2)设计一个“10001110”序列的检测器。
2、扩展要求
1)设计一个序列发生器,将8位待发生序列数据由外部控制输入进行预置,从而可随时改变输出序列数据。
2)将8位待检测预置数由按键作为外部输入,从而可随时改变检测密码。
写出该检测器的VHDL代码,并进行编译下载测试。
3)如果待检测预置数以右移方式进入序列检测器,写出该检测器的VHDL代码(两进程符号化有限状态机)。
三、实验原理
1、序列发生器原理
在数字信号的传输和数字系统的测试中,有时需要用到一组特定的串行数字信号,产生序列信号的电路称为序列信号发生器。
本实验要求产生一串序列“10001110”。
该电路可由计数器与数据选择器构成,其结构图如图6-1所示,其中的锁存输出的功能是为了消除序列产生时可能出现的毛刺现象:
Clock
计数器
序列产生
(数据选择器)
锁存输出
图6-1序列发生器结构图
2、序列检测器的基本工作过程:
序列检测器用于检测一组或多组由二进制码组成的脉冲序列信号,在数字通信中有着广泛的应用。
当序列检测器连续收到一组串行二进制码后,如果这组码与检测器中预先设置的码相同,则输出1,否则输出0。
由于这种检测的关键在于正确码的收到必须是连续的,这就要求检测器必须记住前一次的正确码及正确序列,直到在连续的检测中所收到的每一位码都与预置的对应码相同。
在检测过程中,任何一位不相等都将回到初始状态重新开始检测。
状态图如图6-2所示:
图6-2序列检测器状态图
3、利用状态机设计序列检测器的基本思想
在状态连续变化的数字系统设计中,采用状态机的设计思想有利于提高设计效率,增加程序的可读性,减少错误的发生几率。
同时,状态机的设计方法也是数字系统中一种最常用的设计方法。
一般来说,标准状态机可以分为摩尔(Moore)机和米立(Mealy)机两种。
在摩尔机中,其输出仅仅是当前状态值的函数,并且仅在时钟上升沿到来时才发生变化。
米立机的输出则是当前状态值、当前输出值和当前输入值的函数。
本实验要从一串二进制码中检测出一个已预置的8位二进制码10001110,每增加一位二进制码相当于增加一个状态,再加上一个初始态,用9个状态可以实现。
其状态机如图6-3所示。
图6-38位二进制码10001110的检测状态机
注意:
此图作为参考,检测不同的二进制码其过程不同!
四、实验步骤
1、建立一个工程项目,路径如:
D:
\20050837\sixth,项目名和顶层实体名为serial;
2、设计一个“10001110”的序列发生器,并进行编译仿真与下载测试;
3、根据图6-3状态转换图设计一个“10001110”的序列检测器。
并进行编译仿真与下载测试;
五、参考程序
1、“10001110”序列发生器
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYSENQGENIS
PORT(CLK,CLR,CLOCK:
INSTD_LOGIC;
YOUT:
OUTSTD_LOGIC);
ENDSENQGEN;
ARCHITECTUREARTOFSENQGENIS
SIGNALCOUNT:
STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);
SIGNALY:
STD_LOGIC:
=‘0’;
BEGIN
PROCESS(CLK,CLR)
BEGIN
IF(CLR=‘1’)THENCOUNT<="000";
ELSIF(CLK=‘1’ANDCLK'EVENT)THEN
COUNT<=COUNT+‘1’;
ENDIF;
ENDPROCESS;
PROCESS(COUNT)
BEGIN
CASECOUNTIS
WHEN"000"=>Y<=‘1’;
WHEN“001”=>Y<=‘0’;
WHEN"010"=>Y<=‘0’;
WHEN"011"=>Y<=‘0’;
WHEN"100"=>Y<=‘1’;
WHEN"101"=>Y<=‘1’;
WHEN“110”=>Y<=‘1’;
WHEN“111”=>Y<=‘0’;
WHENOTHERS=>Y<=‘-’;
ENDCASE;
ENDPROCESS;
PROCESS(CLOCK,Y)
BEGIN --消除毛刺的锁存器
IF(CLOCK'EVENTANDCLOCK=‘1’)THEN
YOUT<=Y;
ENDIF;
ENDPROCESS;
ENDART;
2、“10001110”序列信号检测器的VHDL描述
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITYDETECTIS
PORT(DIN,RST,CLK:
INSTD_LOGIC;
Q:
OUTSTD_LOGICVECTOR(3DOWNTO0));
ENDDETECT;
ARCHITECTUREARTOFDETECTIS
TYPESTATETYPEIS(ST0,ST1,ST2,ST3,ST4,ST5,ST6,ST7,ST8);
SIGNALP_STATE:
STATETYPE
BEGIN
PROCESS(CLK)
BEGIN
IFRST='1'THENP_STATE<=ST0;
ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN
CASEP_STATEIS
WHENST0=>
IFDIN=‘1’THENP_STATE<=ST1;
ELSEP_STATE<=ST0;ENDIF;
WHENST1=>
IFDIN=‘0’THENP_STATE<=ST2;
ELSEP_STATE<=ST1;ENDIF;
WHENST2=>
IFDIN=‘0’THENP_STATE:
=ST3;
ELSEP_STATE<=ST1;ENDIF;
WHENST3=>
IFDIN=‘0’THENP_STATE<=ST4;
ELSEP_STATE<=ST1;ENDIF;
WHENST4=>
IFDIN=‘1’THENP_STATE<=ST5;
ELSEP_STATE<=ST0;ENDIF;
WHENST5=>
IFDIN=‘1’THENP_STATE<=ST6;
ELSEP_STATE<=ST2;ENDIF;
WHENST6=>
IFDIN=‘1’THENP_STATE<=ST7;
ELSEP_STATE<=ST2;ENDIF;
WHENST7=>
IFDIN=‘0’THENP_STATE<=ST8;
ELSEP_STATE<=ST1;ENDIF;
WHENST8=>
IFDIN=‘1’THENP_STATE<=ST1;
ELSEP_STATE<=ST0;ENDIF;
ENDCASE;
ENDPROCESS;
ENDIF;
Q<="1010"WHENP_STATE=ST8ELSE"1011";--序列数检测正确,输出“A”
--序列数检测错误,输出“B”
ENDART;
序列检测器的另一种描述
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITYSCHKIS
PORT(DIN,CLK,CLR:
INSTD_LOGIC;--串行输入数据位/工作时钟/复位信号
AB:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));--检测结果输出
ENDSCHK;
ARCHITECTUREbehavOFSCHKIS
SIGNALQ:
INTEGERRANGE0TO8;
SIGNALD:
STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);--8位待检测预置数(密码=E5H)
BEGIN
D<="10001110";--8位待检测预置数
PROCESS(CLK,CLR)
BEGIN
IFCLR='1'THENQ<=0;
ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN--时钟到来时,判断并处理当前输入的位
CASEQIS
WHEN0=>IFDIN=D(7)THENQ<=1;ELSEQ<=0;ENDIF;
WHEN1=>IFDIN=D(6)THENQ<=2;ELSEQ<=0;ENDIF;
WHEN2=>IFDIN=D(5)THENQ<=3;ELSEQ<=0;ENDIF;
WHEN3=>IFDIN=D(4)THENQ<=4;ELSEQ<=0;ENDIF;
WHEN4=>IFDIN=D(3)THENQ<=5;ELSEQ<=0;ENDIF;
WHEN5=>IFDIN=D
(2)THENQ<=6;ELSEQ<=0;ENDIF;
WHEN6=>IFDIN=D
(1)THENQ<=7;ELSEQ<=0;ENDIF;
WHEN7=>IFDIN=D(0)THENQ<=8;ELSEQ<=0;ENDIF;
WHENOTHERS=>Q<=0;
ENDCASE;
ENDIF;
ENDPROCESS;
PROCESS(Q)--检测结果判断输出
BEGIN
IFQ=8THENAB<="1010";--序列数检测正确,输出“A”
ELSEAB<="1011";--序列数检测错误,输出“B”
ENDIF;
ENDPROCESS;
ENDbehav;
单进程状态机
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITYMOORE1IS
PORT(DATAIN:
INSTD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0);
CLK,RST:
INSTD_LOGIC;
Q:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));
ENDMOORE1;
ARCHITECTUREbehavOFMOORE1IS
TYPEST_TYPEIS(ST0,ST1,ST2,ST3,ST4);
SIGNALC_ST:
ST_TYPE;
BEGIN
PROCESS(CLK,RST)
BEGIN
IFRST='1'THENC_ST<=ST0;Q<="0000";
ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN
CASEC_STIS
WHENST0=>IFDATAIN="10"THENC_ST<=ST1;
ELSEC_ST<=ST0;ENDIF;
Q<="1001";
WHENST1=>IFDATAIN="11"THENC_ST<=ST2;
ELSEC_ST<=ST1;ENDIF;
Q<="0101";
WHENST2=>IFDATAIN="01"THENC_ST<=ST3;
ELSEC_ST<=ST0;ENDIF;
Q<="1100";
WHENST3=>IFDATAIN="00"THENC_ST<=ST4;
ELSEC_ST<=ST2;ENDIF;
Q<="0010";
WHENST4=>IFDATAIN="11"THENC_ST<=ST0;
ELSEC_ST<=ST3;ENDIF;
Q<="1001";
WHENOTHERS=>C_ST<=ST0;
ENDCASE;
ENDIF;
ENDPROCESS;
ENDbehav;
六、实验报告
根据以上的实验内容写出实验报告,包括程序设计、软件编译、仿真分析、硬件测试和详细实验过程;给出程序分析报告、仿真波形图及其分析报告。
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 实验 序列 信号发生器 信号 检测器 设计