【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

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in输入:01010‘1011011’0
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结果

当next_state为s9时,out置为1
【状态机FSM & 序列检测 & 饮料机_2023.12.1】_第3张图片

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
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实现

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依次投入硬币:1,1,0,5,1,cancel置1
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