【状态机FSM & 序列检测 & 饮料机_2023.12.1】

同步状态机

概念

同步状态机（同一脉冲边沿触发）：有限个离散状态及某状之间的转移
异步状态机无法综合

分类

Moore状态机 只和状态有关，与输入无关
Mealy状态机 和状态和输入都有关
Mealy型比Moore型少一个状态

结构

由状态寄存器（触发器）作为状态记忆部件
仅当触发信号到达时刻才可能发生状态改变
n个触发器，最多2^n个状态

三要素

状态——状态方程
输出——输出方程
输入——驱动方程

状态分配

二进制码：触发器少/多个比特位改变，易产生毛刺
gray码：一个比特位改变/状态改变必须依序改变
独热码（001 010 100）：n个状态n个触发器，高速/电路较大
三段式three always最佳

设计步骤

1.分析输入输出端口信号
2.状态说明与状态转移图
3.根据状态转移图进行Verilog语言描述

1. 输入输出端口声明
2. 现态和次态声明：reg[x:0]state,next_state;
3. 给状态定义常量：parameter s0=3'd0,s1=3'd1......
4. 现态与次态转变：always@(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n) state<=s0; else state<=next_state; end
5. 状态转移说明：always@(posedge clk)begin case(state)…endcase end
6. 输出说明

4.测试代码编写，仿真

序列检测

代码

in输入：01010‘1011011’0

结果

当next_state为s9时，out置为1

自动售饮料机

要求

2.5元/瓶，硬币有0.5和1.0两种，考虑找零

设计

s0-0元
s1-0.5元
s2-1元
s3-1.5元
s4-2元
s5-2.5元
s6-3元
s0状态下，start=1，若检测到投币，一次新的售货操作开始
s1/s2/s3/s4状态下，若检测到cancel=1，取消操作，状态返回s0，并退回相应的币值
s5状态下，卖出饮料不找零；s6状态下，卖出饮料并找零；
s5/s6状态下，操作完成后，都返回s0
只有在s0状态下，hold=0，可发起新一轮操作，其它状态下都为1

实现

依次投入硬币：1,1,0,5,1，cancel置1