为了设计一个Verilog有限状态机（FSM）来检测串行数据流中的“1001”模式，我们首先需要定义FSM的状态和转换逻辑。下面是这个设计的过程： ### 分析与设计 1. **状态定义**： - `S0`：初始状态，等待'1'。 - `S1`：检测到'1'后等待'0'。 - `S2`：在'1'后检测到'0'后等待第二个'0'。 - `S3`：在'10'后检测到第二个'0'后等待'1'。 - `S4`（可选）：检测到完整的'1001'序列，用于输出检测结果或执行某些操作。这个状态后，通常返回到`S0`或根据具体需求变化。 2. **状态转换**： - 从`S0`到`S1`：当输入是'1'时。 - 从`S1`到`S2`：当输入是'0'时。 - 从`S2`到`S3`：当输入是'0'时。 - 从`S3`到`S4`：当输入是'1'时。 - 从`S4`返回`S0`：完成检测后，准备开始下一次检测。 3. **输出逻辑**： - 在`S4`状态下，输出一个信号表示检测到'1001'。 ### 状态转换图 由于文字环境限制，不能直接绘制图形，但你可以用工具（如Microsoft Visio、Lucidchart等）或手动画一个状态图，状态转换如上所述。 ### Verilog代码 下面是根据上述设计的Verilog代码： ```verilog module SerialDetector( input clk, // 时钟信号 input rst_n, // 异步复位信号，低电平有效 input serial_in, // 串行输入数据 output reg detected // 检测到'1001'时输出高电平 ); // 定义状态机状态 typedef enum reg [1:0] { S0 = 2'b00, S1 = 2'b01, S2 = 2'b10, S3 = 2'b11, S4 = 2'b00 // 可以复用S0状态，视具体设计而定 } state_t; // 当前状态 reg [1:0] current_state, next_state; always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if (!rst_n) begin current_state <= S0; detected <= 1'b0; end else begin current_state <= next_state; case (current_state) S4: detected <= 1'b1; // 在S4状态下设置detected为高电平 default: detected <= 1'b0; endcase end end // 下一个状态逻辑 always @(*) begin case (current_state) S0: next_state = (serial_in == 1'b1) ? S1 : S0; S1: next_state = (serial_in == 1'b0) ? S2 : S0; S2: next_state = (serial_in == 1'b0) ? S3 : S0; S3: next_state = (serial_in == 1'b1) ? S4 : S0; // 如果S4状态后需要回到S0，则S4的处理与S0相同 S4: next_state = S0; default: next_state = S0; endcase end endmodule ``` 请注意，在实际应用中，你可能需要调整复位信号的行为，确保FSM能够在任何时间正确地重置到初始状态。此外，`detected`信号的保持和清除也需要根据实际需求来设计，这里设计为在`S4`状态置高，并在下一时钟周期（因为状态转换）自动置低（由于默认情况）。如果需要在检测到模式后保持高电平，则需要额外的逻辑来保持这个状态。
