Verilog HDL与modelism仿真实验.docx

序列检测器与数码管控制及显示实验 1、利用状态机设计一个序列检测器，序列检测器功能：将一个指定序列从数字码流中识别出来。本实验要求设计一个“1001_0101”序列的检测器。设X为数字码流的输入，Z为检测出标记输出，Z平时为低电平，一旦发现指定的序列1001_0101，则变为高电平。例如X码流为1100_1001_0101_1001....，则该序列检测器将在第12个比特位后检测到“1001_0101”，然后将Z置为高电平。 输出状态的改变可通过LED灯来指示。平时LED灯保持灭的状态，一旦检测到“1001_0101”，LED灯亮。 2、完成一个数码管控制及显示模块，要求对两个数码管进行控制，显示数字86。 【Verilog HDL与Modelsim仿真实验】 本次实验涵盖了Verilog HDL语言的应用，以及Modelsim软件的使用，主要分为两部分：序列检测器的设计和数码管控制及显示模块的实现。 **一、序列检测器** 序列检测器是数字系统中一种常见的逻辑单元，用于在连续的数据流中识别特定的模式。在这个实验中，目标是设计一个能够检测"1001_0101"序列的检测器。设计的核心是状态机，它会根据输入信号X的逐位变化来更新内部状态，直到匹配到指定序列。当检测到该序列时，输出Z由低电平变为高电平，这个变化可以通过LED灯的亮灭来直观地显示。 1. **实现原理** - 状态机通常包含若干个状态，每个状态对应输入序列的一个或多个比特位。初始状态可能是等待序列的第一个比特位，之后的状态则根据当前比特位和前一个比特位的关系来决定。 - 当检测到"1001_0101"时，状态机将进入一个特定的“匹配”状态，此时输出Z被激活。 - 由于输入时钟频率为40MHz，而码流速率是1MHz，所以需要对时钟进行分频，以确保每个比特位的处理时间。在这里，可能需要设计一个分频器（divide_40.v），将40MHz时钟降低到250KHz，以便与码流同步。 2. **设计步骤** - 编写状态机的Verilog代码（state_detect.v），定义状态变量、状态转移条件以及输出Z的逻辑。 - 编写分频器模块（divide_40.v），使时钟频率匹配码流速率。 - 在顶层文件（sequence_detect.v）中，连接这两个模块，并完成综合和编译，检查RTL视图和门级视图以验证设计正确性。 **二、数码管控制及显示** 这部分实验涉及对两个数码管的控制，目标是同时显示数字86。数码管显示通常通过驱动芯片或者直接控制GPIO来实现，每个数码管需要7位或8位的二进制数据来表示不同的数字或字符。 1. **实现方法** - 设计一个数码管控制器，该控制器可以接受两位16进制数（对应十进制的86），并将其转换为适合数码管显示的二进制码。 - 分别对两个数码管输出相应的控制信号，这些信号包括段选和位选，以点亮正确的段和数码管。 2. **设计步骤** - 编写数码管控制器的Verilog代码，考虑到数码管的段码映射和位选控制。 - 在顶层文件中，将控制器与输入数字（86）连接，并进行综合和编译。 - 仿真验证数码管显示是否正确，包括前仿真和后仿真，以检查静态和动态行为。 **仿真分析** 无论是序列检测器还是数码管显示，都需要在Modelsim中进行仿真，以验证设计的功能和性能。前仿真检查代码的语法和逻辑正确性，而后仿真则基于实际硬件模型进行，用于检查时序和性能问题。在实验过程中，观察并分析仿真波形，确保设计满足预期要求。 **实验总结** 通过这两个实验，不仅可以加深对Verilog HDL编程的理解，还能掌握状态机设计、时钟分频、数字显示等基本概念。同时，Modelsim的使用也提升了对数字系统仿真能力，有助于培养良好的硬件描述语言编程习惯和数字系统设计技能。