参考文献

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介绍

在基带数字通信信道中，二进制串行传输是发射机和接收机之间共享信息的最普遍的方式。这些串行通道用于网络，在这些网络中，计算机、嵌入式系统甚至物联网设备都可以通过一些标准协议实现连接，如TCP、UDP、RS232等。

在二进制数据以高数据速率一次发送一位的通道中，二进制传输被称为流，携带的信息被称为包。这种类型的传播的挑战是定义传播的开始和结束。通常，标志用于允许接收方识别数据包的开始和结束。

为了实现此目标，定义位序列以识别消息的开头和结束，它们用于设置或清除标志。二进制序列检测器用于检测接收端的这些序列。

这个应用程序说明展示了如何使用Dialog的GreenPAK实现基于状态机的设计。在本例中，从二进制流中检测到模式“101”。

状态机设计

在数字设计中，有组合电路和顺序电路。前者仅使用输入的逻辑函数进行操作，而不依赖于以前的状态。然而，在后一类电路中，任何阶段的输出都依赖于前面的状态，这意味着电路中涉及到某些存储元素。

这也是二进制序列检测器的情况，必须使用前面的位来检测所需的序列。

在时序电路设计中，重要的是要确定系统的输出是否只依赖于当前状态，还是也依赖于输入电流。这两种结构的可能性分别被称为摩尔状态机或米尔顿状态机。在摩尔机器中，输出只依赖于当前的状态，而与当前的输入无关。在Mealy机器中，输出取决于当前状态和当前输入。Moore机器使用起来更安全，因为输出不会与时钟同步变化。本应用笔记使用摩尔机器。

在本例中，在二进制流中检测到模式“101”(X是输入)。当序列尚未被检测到时，系统的输出将保持在低电平。当序列被检测到时，输出变为高电平，直到在流中找到0为止。

图1显示了摩尔状态图。

州0（s₀）是第一个州。这里，系统等待0作为输出，直到检测到序列的第一个1。在这种情况下，它进入州1（s₁），它停留直到收到0。这是因为系统可以接收像“11111101”的流。当检测到0时，我们达到州2（s₂）.这是最终的决定状态。如果在这里检测到“0”，则意味着序列为“100”(这不是所需的模式)，因此机器将重置为状态0。如果我们在这里检测到一个' 1 '，这意味着接收到所需的模式，将机器设置为状态3 (S_3.)，在输出时达到高水平(1)。系统在状态3中等待，直到接收到' 0 '。

逻辑设计

从上一节中所示的状态图，可以获得以下转换表（参见表1）。

实际状态	下一个州		输出
	x = 0.	x = 1
S0	S0	S1	0
S1	S2	S1	0
S2	S0	S3	0
S3	S0	S3	1

可以得出结论，由于包括4个状态的实施，设计需要2个触发器。所有对话框的GreenPak IC都有D型触发器，因此如果所选的GreenPak没有异步状态机（ASM）模块，则实现必须生成触发器输入的功能。

逻辑功能依赖于流输入和先前状态，因此它们是X和Q1 / Q0的函数（触发器输出）。

对于第一个触发器(Q0输出)，逻辑函数的真值表必须如表2所示。

第一季度	Q0处	X	D0.
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	0
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	1	1
1	1	0	0
1	1	1	1

对于第二个触发器(Q1输出)，逻辑函数的真值表如表3所示。

第一季度	Q0处	X	D1
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	1
0	1	1	0
1	0	0	0
1	0	1	1
1	1	0	0
1	1	1	1

最后，对于系统输出(Z)，逻辑函数的真值表如表4所示。

第一季度	Q0处	Z
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

实现

我们可以通过各种方式实现GreenPak Desgin，具体取决于特定GreenPak版本中的资源。我们将探讨使用GreenPak触发器的实现，以及一些GreenPak中可用的内置ASM（异步状态机）。

FLIP - 基于FLOP的实施

在本例中，使用了2个人字拖和3个查找表。图2显示了框图。

在该图中，可以看出，输入（x）映射到引脚2，时钟输入被映射到引脚3（也连接到上升沿触发的触发器的时钟输入）和输出连接到引脚8.引脚2和引脚3被配置为数字 - 没有施密特触发器，没有电阻。引脚8用作输出，其输出使能绑定到VDD。

DFF0输入的逻辑功能实现为LUT2;其配置如图3所示。

对应于DFF1的输入的逻辑功能作为LUT3驾失，如图4所示配置。

最后，输出逻辑函数使用LUT0实现，因为我们只需要输入2位。配置如图5所示。

图3。LUT2配置

图4. LUT3配置

图5。LUT0配置

基于ASM的实现

本设计基于GreenPak5中的ASM(异步状态机)模块。由于所实现的系统具有同步特性，因此必须考虑该模块的异步特性。框图如图6所示。

从图中可以看出，输入(X)映射到pin4，时钟输入映射到pin3，输出连接到pin10。pin3和pin4配置为数字-在施密特触发器和没有电阻器。

pin10用作输出，其输出使能绑定到VDD。

解释d型人字拖的存在很重要。由于ASM的电平敏感和有源高过渡输入，使用nReset输入触发器来获得高电平，只有当所需的过渡必须完成时。

当相应状态未激活时，每个触发器都被重置（因此输出低）。当相应状态处于活动状态时，ASM输出转向高电平，触发器变为活动状态。

只有当时钟上有上升沿和输入的相应状态时，FF的输出才应该获得高电平。为了实现这一点，使用2位LUT1对信号进行反转。这有助于在输入较低的地方获取高层次的转换。使用这个方案，ASM能够执行同步行为。

基于图1所示的状态机，使用ASM编辑器配置ASM。只有当机器处于相应状态时，才能高的输出。这可以在图7中看到。

在图8和9中，示出了2位LUT1和触发器配置。

图8. 2位LUT1配置

图9. DFF配置

只有当检测到上升沿、X高且状态0有源时，DFF3输出才应该为1;因此，只有在满足这些条件时，才会从状态0过渡到状态1。

检测到相应边缘时，DFF4输出高，X为0(倒转信号高)，状态1为有源。这个输出处理从状态1到状态2的转换。

DFF5控制状态2到状态0的过渡，因此当在X中检测到时钟上升沿为0时，当状态2处于活动状态时，将其设置为输出高电平。DFF6是DFFX的补充。它控制从状态2到状态3的过渡，所以当在X中检测到上升沿和状态2活跃时，它的输出是高的。最后，DFF7处理状态3到状态0的转换。只有当检测到上升沿时，当状态3处于活动状态时，X为0时，它才高。

该设计的输出直接连接到ASM中的状态3的输出，因为当状态机在状态3上时，它必须高。

测试和结论

在捕获输入和输出的同时，使用逻辑分析仪测试此应用笔记中的两种设计。

图10和11示出了第一实现的信号。在图中，信道1是时钟，信道2是输入，通道3是输出。在图10中，“101”序列不存在于输入端，使得输出始终为0.在图11中，检测到“101”序列（它在时钟的第二上升沿开始），输出转动高直到检测到输入处的低电平。

图12和13示出了第二实施方式的信号。同样，信道1是时钟，通道2是输入，通道3是输出。

在图12中，“101”序列在输入处没有出现，因此输出保持为0。在图13中，“101”序列被检测到(它从时钟的第四个上升沿开始)，输出变为高电平，直到检测到输入端的低电平。

结论

在此应用笔记中，使用对话框的GreenPak IC的功能来实现两个版本的二进制序列检测器。在第一实施方式中，使用触发器和LUT，而在第二个中，使用ASM，触发器和LUT。

注意ASM与附加触发器的同步使用是很重要的。如果二进制序列很短(就像本例中那样)，那么基于触发器的实现可能比基于ASM的实现更简单。对于更复杂的设计，使用ASM可能更有效。