写在前面的话
作为一个电子男，一直被女孩子认为是刻板、不懂浪漫的，其实不然，我们可以以我们独特的方式来表达我们的浪漫情怀。这一节，梦翼师兄就用我们电子男特有的方式对我们最亲爱的人说一声I Love You！
项目需求
设计一个电路，输入端cap_flow输入的是随机的大写字母数据流，输入端low_flow输入的是随机的小写字母数据流，输出端output_flow输出的是从两个输入字母流中检出的字符所组成的最深情的一句话I Love You！（注：大写字母数据和小写字母的产生方式均是用ASCII值来实现的）
解决方案
状态机通过检测cap_flow端口和low_flow端口的数据流，分11个状态来完成检测，其中8个状态依次捕获“I Love You”中每个字母的ASCII值，每当捕获到相应字符的ASCII值，则将相应字符的ASCII值输出到输出寄存器output_flow，另外3个状态是用于输出I之后空格的ASCII值、Love之后的空格的ASCII值以及You之后的“！”的ASCII值。
系统架构
模块功能介绍
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模块名 |
功能描述 |
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FSM |
检测出I Love You！ |
顶层模块端口描述
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端口名 |
端口说明 |
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clk |
系统时钟输入 |
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rst_n |
系统复位 |
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Cap_flow |
大写字母输入数据流 |
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Low_flow |
小写字母输入数据流 |
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out_flow |
输出数据流 |
代码解释
FSM模块代码
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/**************************************************** * Engineer : 梦翼师兄 * QQ : 761664056 * The module function：检测出I Love You！ *****************************************************/ 000 module fsm ( 001 clk, //系统输入时钟 002 rst_n, //系统复位 003 cap_flow, //大写字母数据流 004 low_flow, //小写字母数据流 005 out_flow //检测出的字母 006 ); 007 // 系统输入 008 input clk;//系统输入时钟 009 input rst_n;//系统复位 010 input [7:0] cap_flow;//大写字母数据流 011 input [7:0] low_flow;//小写字母数据流 012 // 系统输出 013 output reg [7:0] out_flow;//检测出的字母 014 //定义中间寄存器 015 reg [3:0] state;//状态寄存器 016 // 定义十个状态 017 localparam S1 = 4'b0000; 018 localparam S2 = 4'b0001; 019 localparam S3 = 4'b0010; 020 localparam S4 = 4'b0011; 021 localparam S5 = 4'b0100; 022 localparam S6 = 4'b0101; 023 localparam S7 = 4'b0110; 024 localparam S8 = 4'b0111; 025 localparam S9 = 4'b1000; 026 localparam S10 = 4'b1001; 027 localparam S11 = 4'b1010; 028 029 always @ (posedge clk or negedge rst_n) 030 begin 031 if (!rst_n) //复位时，输出空格，状态转移到S1 032 begin 033 out_flow <= " "; 034 state <= S1; 035 end 036 else 037 begin 038 case (state) 039 S1 : begin 040 if (cap_flow == "I")//检测到“I”，转到下一个状态 041 begin 042 out_flow <= cap_flow; 043 state <= S2; 044 end 045 else 046 begin 047 state <= S1; 048 end 049 end 050 051 S2 : begin 052 out_flow <= " ";//输出空格，转到下一个状态 053 state <= S3; 054 end 055 056 S3 : begin 057 if (cap_flow == "L")//检测到“L”，转到下一个状态 058 begin 059 out_flow <= cap_flow; 060 state <= S4; 061 end 062 else 063 begin 064 state <= S3; 065 end 066 end 067 068 S4 : begin 069 if (low_flow == "o")//检测到“o”，转到下一个状态 070 begin 071 out_flow <= low_flow; 072 state <= S5; 073 end 074 else 075 begin 076 state <= S4; 077 end 078 end 079 080 S5 : begin 081 if (low_flow == "v")//检测到“v”，转到下一个状态 082 begin 083 out_flow <= low_flow; 084 state <= S6; 085 end 086 else 087 begin 088 state <= S5; 089 end 090 end 091 092 S6 : begin 093 if (low_flow == "e")//检测到“e”，转到下一个状态 094 begin 095 out_flow <= low_flow; 096 state <= S7; 097 end 098 else 099 begin 100 state <= S6; 101 end 102 end 103 104 S7 : begin//输出空格，转到下一个状态 105 out_flow <= " "; 106 state <= S8; 107 end 108 109 S8 : begin 110 if (cap_flow == "Y")//检测到“Y”，转到下一个状态 111 begin 112 out_flow <= cap_flow; 113 state <= S9; 114 end 115 else 116 begin 117 state <= S8; 118 end 119 end 120 121 S9 : begin 122 if (low_flow == "o")//检测到“o”，转到下一个状态 123 begin 124 out_flow <= low_flow; 125 state <= S10; 126 end 127 else 128 begin 129 state <= S9; 130 end 131 end 132 133 S10 : begin 134 if (low_flow == "u")//检测到“u”，转到下一个状态 135 begin 136 out_flow <= low_flow; 137 state <= S11; 138 end 139 else 140 begin 141 state <= S10; 142 end 143 end 144 145 S11 : begin//输出“！”，转到第一个状态 146 out_flow <= "!"; 147 state <= S1; 148 end 149 150 default : state <= S1; //转到第一个状态 151 152 endcase 153 end 154 end 155 156 endmodule |
仿真代码
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/**************************************************** * Engineer : 梦翼师兄 * QQ : 761664056 * The module function：测试fsm模块 *****************************************************/ 00 `timescale 1ns/1ps//时间单位和精度定义 01 02 module fsm_tb; 03 //系统输入 04 reg clk;//系统输入时钟 05 reg rst_n;//系统复位 06 reg [7:0] cap_flow; //大写字母数据流 07 reg [7:0] low_flow;//小写字母数据流 08 // 系统输出 09 wire [7:0] out_flow;//检测出的字母 10 11 initial begin 12 clk = 1'b1; 13 rst_n = 1'b0; 14 #200.1 15 rst_n = 1'b1; 16 forever 17 begin 18 #20 19 cap_flow = 65 + {$random}%26; //大写字母数据流 20 low_flow = 97 + {$random}%26;//小写字母数据流 21 end 22 end 23 24 always # 10 clk = ~clk;//50M的时钟 25 26 fsm fsm( 27 .clk(clk), //系统输入时钟 28 .rst_n(rst_n), //系统复位 29 .cap_flow(cap_flow), //大写字母数据流 30 .low_flow(low_flow), //小写字母数据流 31 .out_flow(out_flow)//检测出的字母 32 ); 33 34 35 endmodule |
19和20行的代码解释：在Verilog测试中应用比较广泛的函数 $random,这个函数用于产生一个32位的随机数，它是一个带符号的整形数。下面给大家介绍一下如何用该函数产生某一范围的随机数，$random % a,其中a > 0,它可以产生一个范围为（-a + 1）~ (a - 1) 中的随机数，{$random }% a, 其中a > 0, 它可以产生一个范围为0~ (a - 1) 的随机数。由于英文字母总共有26个，我们可以利用如下语句来产生随机的大写字母流和小写字母流:
reg [7:0] cap_flow; //随机大写字母输入
reg [7:0] low_flow; //随机小写字母输入
cap_flow = 65 + {$random} % 26;
low_flow = 97 + {$random} % 26;
仿真分析
大写字母数据流和小写字母数据流每个时钟都发生变化，我们设计的系统从大、小写字母的数据流中检测出了 “ I Love You！”，说明我们的设计正确。