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新华电工培训班,新华电工培训学校简介：本文目录 前言 状态机简介 状态机分类 Mealy 型状态机 Moore 型状态机 状态机描述 一段式状态机 二段式状态机 三段式状态机 状态机优缺点 总结 扩展-四段式状态

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本文目录

前言

状态机简介

状态机分类
Mealy 型状态机
Moore 型状态机

状态机描述
一段式状态机
二段式状态机
三段式状态机

状态机优缺点

总结

扩展-四段式状态机

01. 前言

状态机是FPGA设计中一种非常重要、非常根基的设计思想，堪称FPGA的灵魂，贯穿FPGA设计的始终。

02. 状态机简介

什么是状态机：状态机通过不同的状态迁移来完成特定的逻辑操作（时序操作）状态机是许多数字系统的核心部件， 是一类重要的时序逻辑电路。通常括三个部分：
下一个状态的逻辑电路
存储状态机当前状态的时序逻辑电路
输出组合逻辑电路

03. 状态机分类

通常， 状态机的状态数量有限， 称为有限状态机（FSM） 。由于状态机所有触发器的时钟由同一脉冲边沿触发， 故也称之为同步状态机。

根据状态机的输出信号是否与电路的输入有关分为 Mealy 型状态机和 Moore 型状态机

3.1，Mealy 型状态机

电路的输出信号不仅与电路当前状态有关， 还与电路的输入有关

3.2，Moore 型状态机

电路的输出仅仅与各触发器的状态， 不受电路输入信号影响或无输入

状态机的状态转移图， 通常也可根据输入和内部条件画出。一般来说， 状态机的设计含下列设计步骤：

根据需求和设计原则， 确定是 Moore 型还是 Mealy 型状态机；

分析状态机的所有状态， 对每一状态选择合适的编码方式， 进行编码；

根据状态转移关系和输出绘出状态转移图；

构建合适的状态机结构， 对状态机进行硬件描述。

04. 状态机描述

状态机的描述通常有三种方法， 称为一段式状态机， 二段式状态机和三段式状态机。
状态机的描述通常含以下四部分：

利用参数定义语句 parameter 描述状态机各个状态名称， 即状态编码。状态编码通常有很多方法含自然二进制编码， One-hot 编码，格雷编码码等；

用时序的 always 块描述状态触发器实现状态存储；

使用敏感表和 case 语句（也采用 if-else 等价语句） 描述状态转换逻辑；

描述状态机的输出逻辑。

下面根据状态机的三种方法来具体说明

4.1，一段式状态机

1moduledetect_1( 2inputclk_i, 3inputrst_n_i, 4outputout_o 5); 6regout_r; 7//状态声明和状态编码 8reg[1:0]state; 9parameter[1:0]S0=2'b00; 10parameter[1:0]S1=2'b01; 11parameter[1:0]S2=2'b10; 12parameter[1:0]S3=2'b11; 13always@(posedgeclk_i) 14begin 15if(!rst_n_i)begin 16state.

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