序列检测器 FPGA 设计 VHDL Vivado

名称：序列检测器 FPGA 设计 VHDL Vivado

软件：Vivado

语言：VHDL

功能介绍

本工程实现一个基于 FPGA 的序列检测器，使用 VHDL 语言完成核心逻辑设计，开发环境为 Vivado。设计以 sequence_detector 作为顶层模块，提供 100MHz 板载时钟输入、手动复位输入、多路待检测输入信号以及检测结果输出，可用于演示数字系统中典型的序列识别与状态判断功能。 电路接口包含 W0 至 W12 共 13 路输入信号，以及 T0 至 T13 共 14 路输出信号，配合检测输出 Z 和便于观察的 CLK_2S 信号，可以在实验平台上直观看到序列检测过程与输出变化。CLK_2S 用于生成较慢的观察节拍，适合教学实验、课程设计和 FPGA 入门项目调试。 该设计适合用于学习 VHDL 时序逻辑、状态机设计、复位控制、板载时钟分频、输入输出管脚约束以及 Vivado 工程仿真流程。工程同时配有 Testbench，可对序列检测逻辑进行行为仿真验证。

运行环境

开发语言：VHDL 开发软件：Vivado 顶层模块：sequence_detector 仿真模块：tb_sequence_detector 主要文件：sequence_detector.vhd、tb_sequence_detector.vhd、pins.xdc、sequence_detector.xpr 工程类型：FPGA 序列检测逻辑设计与仿真工程

设计思路

设计采用同步时序逻辑实现序列检测功能。系统以 CLK_100M_in 作为主时钟输入，在复位信号 RST_in 作用下完成内部状态初始化；随后根据输入端 W0 至 W12 的组合或时序变化推进检测逻辑，并通过 Z 输出检测结果。为了便于实验观察，设计中还引出 CLK_2S 慢速时钟信号，使关键输出变化可以更清晰地在开发板或波形中呈现。 序列检测器的核心思想是将待检测过程抽象为有限状态机或等效的时序判断逻辑。每一个输入条件对应当前检测进度的一次更新，当输入满足目标序列推进条件时进入下一检测阶段；当输入不满足要求时，逻辑根据设计规则保持、回退或重新开始检测。最终当完整序列条件成立时，检测输出 Z 给出有效指示。 工程结构围绕顶层 sequence_detector 展开，顶层负责端口定义、时钟/复位接入、输入信号采样、检测输出和观察信号输出。Testbench 用于向被测模块施加时钟、复位和输入激励，配合 Vivado 仿真波形观察 Z、CLK_2S 以及相关输出信号的变化，从而验证序列检测逻辑是否符合预期。

模块结构

模块结构如下： sequence_detector：顶层功能模块，负责接收 100MHz 时钟、复位信号和 W0-W12 输入信号，输出 T0-T13、检测结果 Z 以及 CLK_2S 观察时钟。 tb_sequence_detector：仿真测试模块，用于产生测试激励并验证 sequence_detector 的行为逻辑。 pins.xdc：Vivado 管脚约束文件，用于完成 FPGA 工程的输入输出端口约束分配。 sequence_detector.xpr：Vivado 工程文件，可用于打开和继续编译、仿真、实现工程。

开发板验证

工程包含 Vivado 管脚约束文件 pins.xdc，并生成了实现相关结果文件与 bit 文件，支持按约束进行 FPGA 板级实验验证。设计端口已围绕板载 100MHz 时钟、手动复位、输入开关/信号端以及输出观察端进行组织，适合将序列检测结果 Z、T0-T13 和 CLK_2S 接到实际硬件资源上观察运行效果。

演示视频

配有演示视频，展示序列检测器工程的运行或验证过程，便于下载前了解设计效果与操作流程。

仿真图/仿真说明/设计文档图片

包含 Vivado 仿真工程与 Testbench，配有仿真波形相关内容和设计文档图片。文档内容覆盖工程文件、程序文件、程序编译、管脚分配、仿真图、Testbench 等部分，可作为理解工程结构和复现实验流程的参考。

部分代码

以下展示顶层模块 sequence_detector 的部分代码，完整源码请下载压缩包查看。

entity sequence_detector is
    Port (
        CLK_100M_in : in STD_LOGIC;     -- 100MHz 板载时钟
        RST_in      : in STD_LOGIC;     -- 手动复位按键 (高电平或低电平有效，根据你的板子调整)
        W0,W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7,W8,W9,W10,W11,W12 : in STD_LOGIC;
		T0,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8,T9,T10,T11,T12,T13 : out STD_LOGIC;
        Z           : inout STD_LOGIC;    -- 检测输出
        CLK_2S      : inout STD_LOGIC     -- 2秒周期时钟，用于观察
    );
end sequence_detector;

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