简单三段式状态机实验1-SOS

　　一直想从一段式状态机切换到三段式状态机，从书上和网上不断搜寻三段式案例及方法，感觉很简单，就想拿之前做过的实验把一段式改成三段式，可是写起来并非那么简单，很棘手，改完后也没有成功，尤其状态机里面的计数器，查了一些资料，就一句话带过，把计数器提出来，但怎么提、怎么来保证同步、怎么不让生成latch，并没有仔细的讲清楚。也许自己比较笨吧，一时半会改不出来，当时就想，是不是起步太高了，应该在找一个简单的例程改写，循序渐进。这时就重新阅读黑金的"Verilog那些事儿"教程，看里面哪个例程比较简单，容易改的，结果找到建模篇的实验五例程进行改写，改完后发现三段式写还是比较简单的，思路也比较清晰。当然我跟书上的思路有点不一样，我是这样做的：

    产生SOS信号，就是短音（100ms）、间隔(50ms)、长音(300ms)，三种音之间的一个组合，可以得到下面波形，这是SOS信号吗？好吧，就是利用三段式产生如下一个波形。

 由于不像占空比为50%波形那么有简单，中间要产生不同的占空比高低电平，那么就把它定义成18个状态，加上空闲状态，共19个状态，每个状态，输出高或低就行。

代码实现：

sos.v

  1 module sos(
  2             //input
  3             sys_clk,
  4             rst_n,
  5             start_cnt,
  6             
  7             //output
  8             sig_out
  9             );
 10 /*************************************************************/
 11 input         sys_clk;
 12 input         rst_n;
 13 input        start_cnt;
 14 
 15 output         sig_out;
 16 /*************************************************************/
 17 parameter    T1MS  = 16'd49_999;
 18 /*************************************************************/
 19 reg [15 : 0] cnt;
 20 always @(posedge sys_clk or negedge rst_n)
 21 if(!rst_n)
 22     cnt <= 16'd0;
 23 else if(!start_cnt || cnt == T1MS)
 24     cnt <= 16'd0;
 25 else if(start_cnt)
 26     cnt <= cnt + 1'b1;
 27 else
 28     cnt <= 16'd0;
 29 /*************************************************************/
 30 reg [15 : 0] cnt_ms;
 31 always @(posedge sys_clk or negedge rst_n)
 32 if(!rst_n)
 33     cnt_ms <= 16'd0;
 34 else if(start_cnt && cnt == T1MS)
 35     cnt_ms <= cnt_ms + 1'b1;
 36 else if(!start_cnt || cnt_ms == 11'd1950)
 37     cnt_ms <= 16'd0;
 38 /*************************************************************/
 39 parameter IDLE         = 5'd0    ;
 40 parameter SHORT_1   = 5'd1    ;
 41 parameter DLY_1        = 5'd2    ;
 42 parameter SHORT_2    = 5'd3  ;
 43 parameter DLY_2         = 5'd4    ;
 44 parameter SHORT_3    = 5'd5    ;
 45 parameter DLY_3         = 5'd6    ;
 46 parameter LONG_1    = 5'd7    ;
 47 parameter DLY_4         = 5'd8    ;
 48 parameter LONG_2    = 5'd9    ;
 49 parameter DLY_5         = 5'd10    ;
 50 parameter LONG_3    = 5'd11    ;
 51 parameter DLY_6         = 5'd12    ;
 52 parameter SHORT_4    = 5'd13    ;
 53 parameter DLY_7         = 5'd14    ;
 54 parameter SHORT_5    = 5'd15    ;
 55 parameter DLY_8         = 5'd16    ;
 56 parameter SHORT_6    = 5'd17    ;
 57 parameter DLY_9        = 5'd18    ;
 58 /*************************************************************/
 59 reg [4 : 0] state_crt,state_nxt;
 60 always @(posedge sys_clk or negedge rst_n)
 61 if(!rst_n)
 62     state_crt <= IDLE;
 63 else
 64     state_crt <= state_nxt;
 65 /*************************************************************/
 66 always @( * )
 67 case(state_crt)
 68     IDLE    :     state_nxt = SHORT_1;
 69     SHORT_1    :     if(cnt_ms == 11'd100 ) state_nxt = DLY_1;
 70                 else state_nxt = SHORT_1;
 71     DLY_1    :     if(cnt_ms == 11'd150 ) state_nxt = SHORT_2;
 72                 else state_nxt = DLY_1;
 73     SHORT_2    :     if(cnt_ms == 11'd250 ) state_nxt = DLY_2;
 74                 else state_nxt = SHORT_2;
 75     DLY_2    :     if(cnt_ms == 11'd300 ) state_nxt = SHORT_3;
 76                 else state_nxt = DLY_2;
 77     SHORT_3    :     if(cnt_ms == 11'd400 ) state_nxt = DLY_3;
 78                 else state_nxt = SHORT_3;
 79     DLY_3    :     if(cnt_ms == 11'd450 ) state_nxt = LONG_1;
 80                 else state_nxt = DLY_3;
 81     LONG_1    :     if(cnt_ms == 11'd750 ) state_nxt = DLY_4;
 82                 else state_nxt = LONG_1;
 83     DLY_4    :     if(cnt_ms == 11'd800 ) state_nxt = LONG_2;
 84                 else state_nxt = DLY_4;
 85     LONG_2    :     if(cnt_ms == 11'd1100) state_nxt = DLY_5;
 86                 else state_nxt = LONG_2;
 87     DLY_5    :     if(cnt_ms == 11'd1150) state_nxt = LONG_3;
 88                 else state_nxt = DLY_5;
 89     LONG_3    :     if(cnt_ms == 11'd1450) state_nxt = DLY_6;
 90                 else state_nxt = LONG_3;
 91     DLY_6    :     if(cnt_ms == 11'd1500) state_nxt = SHORT_4;
 92                 else state_nxt = DLY_6;
 93     SHORT_4    :     if(cnt_ms == 11'd1600) state_nxt = DLY_7;
 94                 else state_nxt = SHORT_4;
 95     DLY_7    :     if(cnt_ms == 11'd1650) state_nxt = SHORT_5;
 96                 else state_nxt = DLY_7;
 97     SHORT_5    :     if(cnt_ms == 11'd1750) state_nxt = DLY_8;
 98                 else state_nxt = SHORT_5;
 99     DLY_8    :     if(cnt_ms == 11'd1800) state_nxt = SHORT_6;
100                 else state_nxt = DLY_8;
101     SHORT_6    :     if(cnt_ms == 11'd1900) state_nxt = DLY_9;
102                 else state_nxt = SHORT_6;
103     DLY_9    :     if(cnt_ms == 11'd1950) state_nxt = IDLE;
104                 else state_nxt = DLY_9;
105     default :     state_nxt = IDLE;
106 endcase
107 /*************************************************************/
108 reg sig_out_temp;
109 always @(posedge sys_clk or negedge rst_n)
110 if(!rst_n)
111     sig_out_temp <= 1'b0;
112 else begin
113     case(state_nxt)
114     IDLE    : sig_out_temp <= 1'b0;
115     SHORT_1    : sig_out_temp <= 1'b1;
116     DLY_1    : sig_out_temp <= 1'b0;
117     SHORT_2    : sig_out_temp <= 1'b1;
118     DLY_2    : sig_out_temp <= 1'b0;
119     SHORT_3    : sig_out_temp <= 1'b1;
120     DLY_3    : sig_out_temp <= 1'b0;
121     LONG_1    : sig_out_temp <= 1'b1;
122     DLY_4    : sig_out_temp <= 1'b0;
123     LONG_2    : sig_out_temp <= 1'b1;
124     DLY_5    : sig_out_temp <= 1'b0;
125     LONG_3    : sig_out_temp <= 1'b1;
126     DLY_6    : sig_out_temp <= 1'b0;
127     SHORT_4    : sig_out_temp <= 1'b1;
128     DLY_7    : sig_out_temp <= 1'b0;
129     SHORT_5    : sig_out_temp <= 1'b1;
130     DLY_8    : sig_out_temp <= 1'b0;
131     SHORT_6    : sig_out_temp <= 1'b1;
132     DLY_9    : sig_out_temp <= 1'b0;
133     default : sig_out_temp <= 1'b0;
134     endcase
135 end
136 /*************************************************************/
137 assign sig_out = start_cnt ? (~sig_out_temp) : 1'b0; 
138 /*************************************************************/
139 endmodule
140 
141     
142     

View Code

sos_top.v

 1 `timescale 1ns/10ps
 2 module sos_top;
 3 /*************************************************************/
 4 reg          sys_clk;
 5 reg          rst_n;
 6 wire         start_cnt;
 7 /*************************************************************/
 8 initial begin
 9     sys_clk = 1'b0;
10     rst_n = 1'b0;
11     #100;
12     rst_n = 1'b1;
13 end
14 /*************************************************************/
15 always #10 sys_clk = ~sys_clk;
16 /*************************************************************/
17 reg [27:0] cnt;
18 always @(posedge sys_clk or negedge rst_n)
19 if(!rst_n)
20     cnt <= 28'd0;
21 else
22     cnt <= cnt + 1'b1;
23 
24 assign start_cnt = 1'b1;//~cnt[27];
25 /*************************************************************/
26 sos        u1_sos(
27                 //input
28                 .sys_clk(sys_clk),
29                 .rst_n(rst_n),
30                 .start_cnt(start_cnt),
31                 
32                 //output
33                 .sig_out(sig_out)
34               );
35 /*************************************************************/
36 endmodule

View Code

仿真波形：

最后输出进行反向，那是因为书上是驱动蜂鸣器的，而蜂鸣器工作是低电平有效，故输出取反。此实验没有下载到板子上验证，就是做了一个仿真，从仿真波形来看，与设计思想是对的。从上面的波形来看，感觉state_crt和state_nxt貌似基本上在同一时刻变换，其实不是的，state_nxt会比state_crt早一拍，把波形状态切换时刻放大就可以明显看到，如下波形：

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