实验四 用状态机实现序列检测器的设计

序列检测器可用于检测一组或多组由二进制码组成的脉冲序列信号，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数的对应码相同。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。例6-27描述的电路完成对序列数"11100101"的。当这一串序列数高位在前（左移）串行进入检测器后，若此数与预置的密码数相同，则输出“A”，否则仍然输出“B”。 实验四的主题是使用状态机实现序列检测器的设计，这是一个在数字逻辑和VHDL编程中常见的任务。序列检测器的主要作用是检测特定的二进制序列，并根据匹配与否产生相应的输出。在这个实验中，学生需要掌握如何用VHDL语言编写状态机的代码，以实现对预设序列"11100101"的检测。 我们要理解序列检测器的工作原理。当连续接收到的二进制码与设定的目标序列一致时，检测器将输出1，表示检测到了预设序列；如果不一致，则输出0。关键在于检测器必须能够记住之前的状态，以便连续比较每一位码。一旦发现不匹配，检测器会返回初始状态，重新开始序列的检测。 实验中，学生被要求利用EDA工具，例如EDA6000试验仪和PC机，来完成设计。他们需要编写VHDL源程序，该程序会在检测到预设序列时产生一个高电平脉冲，其他时间则保持低电平。选用的芯片类型是ACEX1K。 给出的VHDL代码段展示了状态机的实现。状态机通过信号`q`记录当前状态，其取值范围从0到8，分别代表序列中的每个位。在每个时钟上升沿，`PROCESS(clk)`中的代码更新状态。当清除信号`clr`为1时，状态重置为0。否则，根据输入数据`din`与目标序列`d`的比较，状态会向下一个位移动，如果匹配则状态递增，不匹配则返回0。`PROCESS(q)`负责在状态达到8（即完整序列匹配）时输出"A"，否则输出"E"。 实验结果通常会展示硬件描述语言(VHDL)转换后的逻辑结构，包括各种内部组件如寄存器、比较器和MUX等，以及它们之间的连接，用于验证设计的正确性。 这个实验不仅锻炼了学生对VHDL编程的理解，还让他们深入理解了状态机在序列检测中的应用，以及如何用硬件实现复杂的逻辑功能。通过这样的实践，学生可以更好地掌握数字系统设计的基本原理和方法。