Verilog_有限状态机
名词解释
状态机就是一种能够描述具有逻辑顺序和时序顺序事件的方法。
状态机有两大类：Mealy型和Moore型。
Moore型状态机的输出只与当前状态有关，而Mealy型状态机的输出不仅取决于当前状态，还受到输入的直接控制，并且可能与状态无关。
当使用Verilog来描述一个简单状态机的设计时，应将状态寄存器的控制器的控制和状态机状态里的组合逻辑分开。
代码风格
一段式
当前状态、下一状态、当前输出值都写在一个always块中
二段式
当前状态、下一状态、当前输出值写在两个always块中
- 注意：这样三种组合方式，及有三种方式写这两个always块。
三段式
当前状态、下一状态、当前输出值分别写在各自的always块中，这样需要3个always块。
自动售报机Verilog实现
设计说明
设计一个简单的数字电路用于电子的报纸售卖机的投币器。
design code
- 假设报纸的价格为15分。
- 投币器只能接受5分和1角的硬币。
- 必须提供适当的数目的零钱，投币器不找零。
- 合法的硬币组合包括1个5分的硬币和1个一角的硬币，3个5分的硬币，1个1角的硬币和1个5分的硬币。2个1角的硬币是合法的，但是投币器不找零。
module vend(
input [1:0] coin,
input clock,
input reset,
output newspaper
);
//声明有限状态机的内部状态
wire [1:0] NEXT_STATE;
reg [1:0] PRES_STATE;
//状态编码
parameter s0 = 2'b00;
parameter s5 = 2'b01;
parameter s10 = 2'b10;
parameter s15 = 2'b11;
//用同步复位、时钟正跳变沿触发的状态触发器
always@(posedge clock)
begin
if(reset == 1'b1)
PRES_STATE <= s0;
else
PRES_STATE <= NEXT_STATE;
end
//组合逻辑
function [2:0] fsm; //状态变化及输出组合逻辑
input [1:0] fsm_coin;
input [1:0] fsm_PRES_STATE;
reg fsm_newspaper;
reg [1:0] fsm_NEXT_STATE;
begin
case(fsm_PRES_STATE)
s0: //状态为s0
begin
if(fsm_coin == 2'b10)
begin
fsm_newspaper = 1'b0;
fsm_NEXT_STATE = s10;
end
else if(fsm_coin == 2'b01)
begin
fsm_newspaper = 1'b0;
fsm_NEXT_STATE = s5;
end
else
begin
fsm_newspaper = 1'b0;
fsm_NEXT_STATE = s0;
end
end
s5: //状态为s5
begin
if(fsm_coin == 2'b10)
begin
fsm_newspaper = 1'b0;
fsm_NEXT_STATE = s15;
end
else if(fsm_coin == 2'b01)
begin
fsm_newspaper = 1'b0;
fsm_NEXT_STATE = s10;
end
else
begin
fsm_newspaper = 1'b0;
fsm_NEXT_STATE = s5;
end
end
s10: //状态为s10
begin
if(fsm_coin == 2'b10)
begin
fsm_newspaper = 1'b0;
fsm_NEXT_STATE = s15;
end
else if(fsm_coin == 2'b01)
begin
fsm_newspaper = 1'b0;
fsm_NEXT_STATE = s15;
end
else
begin
fsm_newspaper = 1'b0;
fsm_NEXT_STATE = s10;
end
end
s15: //状态为s15
begin
fsm_newspaper = 1'b1;
fsm_NEXT_STATE = s0;
end
endcase
fsm = {fsm_newspaper,fsm_NEXT_STATE};
end
endfunction
//每当硬币放入或当前状态改变时，组合逻辑动作
assign {newspaper,NEXT_STATE} = fsm(coin,PRES_STATE);
endmoduletestbench
module vend_tb;
reg clock;
reg reset;
reg [1:0] coin;
wire newspaper;
always #20 clock = ~clock;
initial
begin
clock = 0;
reset = 1;
#100;
reset = 0;
@(posedge clock) coin[1:0] = 2'b00;
@(posedge clock);
@(posedge clock) coin[1:0] = 2'b01;
@(posedge clock);
@(posedge clock) coin[1:0] = 2'b10;
@(posedge clock);
@(posedge clock) coin[1:0] = 2'b10;
@(posedge clock);
@(posedge clock) coin[1:0] = 2'b10;
@(posedge clock);
@(posedge clock) coin[1:0] = 2'b00;
@(posedge clock);
@(posedge clock) coin[1:0] = 2'b01;
@(posedge clock);
@(posedge clock) coin[1:0] = 2'b01;
@(posedge clock);
@(posedge clock) coin[1:0] = 2'b01;
#200 $finish;
end
initial begin
$fsdbDumpfile("test.fsdb");
$fsdbDumpvars();
end
vend u_vend(
.coin(coin),
.clock(clock),
.reset(reset),
.newspaper(newspaper)
);
endmodule