狀態機的一段式、二段式、三段式的區別
本篇文章描述狀態機的一段式、二段式、三段式區別
一、狀態機
再次給出狀態機的示意圖：
1.1、摩爾型，輸出只與狀態寄存器的輸出狀態有關
1.2、米粒型，輸出不僅與狀態寄存器的輸出狀態有關，還與組合邏輯的輸入有關
二、一段式、二段式、三段式區別
根據狀態機的結構，狀態機描述方式 可分為：一段式、二段式、三段式
1.1、一段式
整個狀態機寫到一個 always 模塊里面。在該模塊中既描述狀態轉移，又描述狀態的輸入和輸出。
1.2、二段式
用兩個 always 模塊來描述狀態機。
1.2.1、其中一個 always 模塊采用同步時序描述狀態轉移；
1.2.2、另一個 always模塊采用組合邏輯判斷狀態轉移條件，描述狀態轉移規律及其輸出，注意組合邏輯輸出要用阻塞賦值。
1.3、三段式
在兩個 always 模塊描述方法基礎上，使用三個 always 模塊。
1.3.1、 一個 always 模塊采用同步時序描述狀態轉移；
1.3.2、一個 always 采用組合邏輯判斷狀態轉移條件，描述狀態轉移規律，注意組合邏輯輸出要用阻塞賦值；
1.3.3、另一個 always 模塊描述狀態輸出(可以用組合電路輸出，也可以時序電路輸出)，注意組合邏輯輸出要用阻塞賦值。
1.4、綜合
可以看出兩段式有限狀態機與一段式有限狀態機的區別是將時序部分（狀態轉移）和組合部分（判斷狀態轉移條件和產生輸出）分開，寫為兩個always語句，即為兩段式有限狀態機。將組合部分中的判斷狀態轉移條件和產生輸出再分開寫，則為三段式有限狀態機。
三、自動售貨機、一段式
module auto_sell(
input clk,
input rst_n,
input coin_one,
input coin_half,
output reg water,
output reg coin_back
);
parameter ZERO = 3'b000;
parameter HALF = 3'b001;
parameter ONE = 3'b010;
parameter ONE_HALF = 3'b011;
parameter TWO = 3'b100;
//一段式狀態機
reg [2:0] status;
always@(posedge clk,negedge rst_n)begin
if(!rst_n)
begin
status <= ZERO;
water <= 0;
coin_back <= 0;
end
else
case(status)
ZERO :
begin
water <= 0;
coin_back <= 0;
if(coin_half)
status <= HALF;
else if(coin_one)
status <= ONE;
else
status <= status;
end
HALF :
begin
water <= 0;
coin_back <= 0;
if(coin_half)
status <= ONE;
else if(coin_one)
status <= ONE_HALF;
else
status <= status;
end
ONE :
begin
water <= 0;
coin_back <= 0;
if(coin_half)
status <= ONE_HALF;
else if(coin_one)
status <= TWO;
else
status <= status;
end
ONE_HALF :
begin
if(coin_half)
begin
status <= TWO;
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
end
else if(coin_one)
begin
status <= ZERO;
water <= 1'b1;
coin_back <= 1'b0;
end
else
begin
status <= status;
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
end
end
TWO :
begin
if(coin_half)
begin
status <= ZERO;
water <= 1'b1;
coin_back <= 1'b0;
end
else if(coin_one)
begin
status <= ZERO;
water <= 1'b1;
coin_back <= 1'b1;
end
else
begin
status <= status;
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
end
end
default:
begin
status <= ZERO;
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
end
endcase
end
endmodule
四、自動售貨機、二段式
1.1、二段式，寫法一
module auto_sell(
input clk,
input rst_n,
input coin_one,
input coin_half,
output reg water,
output reg coin_back
);
parameter ZERO = 3'b000;
parameter HALF = 3'b001;
parameter ONE = 3'b010;
parameter ONE_HALF = 3'b011;
parameter TWO = 3'b100;
//--------------------二段式 1 ok--------------------------
//二段式狀態機
reg [2:0] c_status;
reg [2:0] n_status;
//狀態轉移
always@(posedge clk,negedge rst_n)begin
if(!rst_n)
c_status <= ZERO;
else
c_status <= n_status;
end
//描述狀態轉移規律以及輸出
always@(posedge clk,negedge rst_n)begin
if(!rst_n)
begin
n_status <= ZERO;
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
end
else
case(c_status)
ZERO :
begin
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
if(coin_half)
n_status <= HALF;
else if(coin_one)
n_status <= ONE;
else
n_status <= ZERO;
end
HALF :
begin
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
if(coin_half)
n_status <= ONE;
else if(coin_one)
n_status <= ONE_HALF;
else
n_status <= HALF;
end
ONE :
begin
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
if(coin_half)
n_status <= ONE_HALF;
else if(coin_one)
n_status <= TWO;
else
n_status <= ONE;
end
ONE_HALF :
begin
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
if(coin_half)
n_status <= TWO;
else if(coin_one)
begin
n_status <= ZERO;
water <= 1'b1;
coin_back <= 1'b0;
end
else
n_status <= ONE_HALF;
end
TWO :
begin
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
if(coin_half)
begin
n_status <= ZERO;
water <= 1'b1;
coin_back <= 1'b0;
end
else if(coin_one)
begin
n_status <= ZERO;
water <= 1'b1;
coin_back <= 1'b1;
end
else
n_status <= TWO;
end
default:
n_status <= ZERO;
endcase
end
endmodule
1.2、二段式，寫法二
module auto_sell(
input clk,
input rst_n,
input coin_one,
input coin_half,
output reg water,
output reg coin_back
);
parameter ZERO = 3'b000;
parameter HALF = 3'b001;
parameter ONE = 3'b010;
parameter ONE_HALF = 3'b011;
parameter TWO = 3'b100;
//---------------------二段式 2 ok--------------------------------------
//二段式狀態機
reg [2:0] status;
//狀態轉移
always@(posedge clk,negedge rst_n)begin
if(!rst_n)
status <= ZERO;
else
begin
case(status)
ZERO :
begin
if(coin_half)
status <= HALF;
else if(coin_one)
status <= ONE;
else
status <= ZERO;
end
HALF :
begin
if(coin_half)
status <= ONE;
else if(coin_one)
status <= ONE_HALF;
else
status <= HALF;
end
ONE :
begin
if(coin_half)
status <= ONE_HALF;
else if(coin_one)
status <= TWO;
else
status <= ONE;
end
ONE_HALF :
begin
if(coin_half)
status <= TWO;
else if(coin_one)
begin
status <= ZERO;
end
else
status <= ONE_HALF;
end
TWO :
begin
if(coin_half)
begin
status <= ZERO;
end
else if(coin_one)
begin
status <= ZERO;
end
else
status <= TWO;
end
default:
status <= ZERO;
endcase
end
end
//輸出 時序邏輯
always@(posedge clk,negedge rst_n)begin
if(!rst_n)
begin
water <= 1'b1;
coin_back <= 1'b0;
end
else
case(status)
ONE_HALF:
begin
if(coin_one)
begin
water <= 1'b1;
coin_back <= 1'b0;
end
else
begin
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
end
end
TWO:
begin
if(coin_half)
begin
water <= 1'b1;
coin_back <= 1'b0;
end
else if(coin_one)
begin
water <= 1'b1;
coin_back <= 1'b1;
end
else
begin
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
end
end
default:
begin
water <= 1'b0;
coin_back <= 1'b0;
end
endcase
end
endmodule
五、自動售貨機、三段式
module auto_sell(
input clk,
input rst_n,
input coin_one,
input coin_half,
output reg water,
output reg coin_back
);
parameter ZERO = 3'b000;
parameter HALF = 3'b001;
parameter ONE = 3'b010;
parameter ONE_HALF = 3'b011;
parameter TWO = 3'b100;
//三段式狀態機
reg [2:0] c_status;
reg [2:0] n_status;
//狀態轉移
always@(posedge clk,negedge rst_n)begin
if(!rst_n)
c_status <= ZERO;
else
c_status <= n_status;
end
//狀態轉移規律及狀態輸出,組合邏輯輸出只與輸入有關
//如果有n_status = n_status,電路會出錯;
always@(*)begin
case(c_status)
ZERO :
begin
if(coin_half)
n_status = HALF;
else if(coin_one)
n_status = ONE;
else
n_status = ZERO;
end
HALF :
begin
if(coin_half)
n_status = ONE;
else if(coin_one)
n_status = ONE_HALF;
else
n_status = HALF;
end
ONE :
begin
if(coin_half)
n_status = ONE_HALF;
else if(coin_one)
n_status = TWO;
else
n_status = ONE;
end
ONE_HALF :
begin
if(coin_half)
n_status = TWO;
else if(coin_one)
n_status = ZERO;
else
n_status = ONE_HALF;
end
TWO :
begin
if(coin_half)
n_status = ZERO;
else if(coin_one)
n_status = ZERO;
else
n_status = TWO;
end
default:
n_status = ZERO;
endcase
end
always@(posedge clk,negedge rst_n)begin
if(!rst_n)
begin
water = 1'b1;
coin_back = 1'b0;
end
else
case(c_status)
ONE_HALF:
begin
if(coin_one)
begin
water = 1'b1;
coin_back = 1'b0;
end
else
begin
water = 1'b0;
coin_back = 1'b0;
end
end
TWO:
begin
if(coin_half)
begin
water = 1'b1;
coin_back = 1'b0;
end
else if(coin_one)
begin
water = 1'b1;
coin_back = 1'b1;
end
else
begin
water = 1'b0;
coin_back = 1'b0;
end
end
default:
begin
water = 1'b0;
coin_back = 1'b0;
end
endcase
end
endmodule
六、仿真腳本
`timescale 1ns/1ps module auto_sell_tb; reg clk; reg rst_n; reg coin_one; reg coin_half; wire water; wire coin_back; initial begin clk = 0; rst_n = 0; coin_one = 0; coin_half = 0; #20; rst_n = 1; //延時200us #10000 //投2.5元 coin_half = 1; #20; coin_half = 0; #20; coin_one = 1; #20; coin_one = 0; #20; coin_half = 1; #20; coin_half = 0; #20; coin_half = 1; #20; coin_half = 0; #20; //延時200us #10000 //投3元 coin_half = 1; #20; coin_half = 0; #20; coin_one = 1; #20; coin_one = 0; #20; coin_half = 1; #20; coin_half = 0; #20; coin_one = 1; #20; coin_one = 0; #20; //延時200us #10000 $stop; end auto_sell auto_sell_inst( .clk (clk), .rst_n (rst_n), .coin_one (coin_one), .coin_half (coin_half), .water (water), .coin_back (coin_back) ); always #10 clk = ~clk; endmodule
七、仿真結果
審核編輯：湯梓紅
聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容侵權或者其他違規問題，請聯系本站處理。
舉報投訴
-
寄存器
+關注
關注
31文章
5608瀏覽量
129957 -
仿真
+關注
關注
54文章
4482瀏覽量
138237 -
時序電路
+關注
關注
1文章
114瀏覽量
22293 -
狀態機
+關注
關注
2文章
499瀏覽量
29138
原文標題：筆記連載精選 |【狀態機：一段式、二段式、三段式】 【原理及verilog仿真】篇
文章出處：【微信號：HXSLH1010101010，微信公眾號：FPGA技術江湖】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。
發布評論請先 登錄
相關推薦
熱點推薦
“三段式”過電流保護含意
過流即過電流保護。三段式電流保護指的是電流速斷保護（第一段）、限時電流速斷保護（第二段）、定時限過電流保護（第三段），相互配合構成的一套過電
徹底搞懂狀態機（一段式、兩段式、三段式）！一個實例，三種方法對比看！！！（程序）
該模塊中既描述狀態轉移，又描述狀態的輸入和輸出；（2）二段式：用兩個always模塊來描述狀態機，其中一個always模塊采用同步時序描述
發表于 06-27 22:13
Verilog三段式狀態機描述及模版
三個always段完成。三段式建模描述FSM的狀態機輸出時，只需指定case敏感表為次態寄存器， 然后直接在每個次態的case分支中描述該狀態
發表于 07-03 10:13
Verilog三段式狀態機描述及模版
三個always段完成。三段式建模描述FSM的狀態機輸出時，只需指定case敏感表為次態寄存器， 然后直接在每個次態的case分支中描述該狀態
發表于 07-09 01:55
Verilog三段式狀態機描述（轉載）
時序電路的狀態是一個狀態變量集合，這些狀態變量在任意時刻的值都包含了為確定電路的未來行為而必需考慮的所有歷史信息。 狀態機采用Verilog
發表于 02-09 09:42
?1347次閱讀
雙電源自動轉換開關基礎知識（工作原理、工作步驟、選型、二段式和三段式的區別）
本文主要介紹了雙電源自動轉換開關基礎知識（工作原理、工作步驟、選型、二段式和三段式的區別）。它是一種可以在常用電源和備用電源之間進行自動轉換的開關。它是由
發表于 03-23 11:54
?5.6w次閱讀
FPGA三段式描述狀態機的好處
先談談第二點關于思維習慣。我發現有些人會有這樣一種習慣，先用一段式狀態機實現功能，仿真ok后，再將其轉成三段式，他們對這種開發方式的解釋是
發表于 07-14 14:59
?2523次閱讀
三段式狀態機編寫問題及三段式狀態機各部分功能分析
在 Verilog的江湖里，流傳著一段，兩段，三段式狀態機的傳說。它們各有優劣，本文就書寫三段式狀態機
三段式距離保護和三段式電流保護原理是相同的，它們有哪些區別？
上也有著相似之處。但是它們在實際應用中存在一些差異，下面我們將逐一分析它們的區別。 一、基本原理： 1. 三段式距離保護
隨著電流的增大，三段式過流保護的一段、二段保護動作時限變小？
為什么隨著電流的增大，三段式過流保護的一段、二段保護動作時限變小？ 隨著電流的增大，三段式過流保護的一段、
工商網監
評論