HDLBits Fsm ps2

文章介绍了如何运用状态机的思想来解决数字逻辑设计中的问题,特别提到了设置状态机的位宽以处理多个状态,并给出了一个Verilog代码示例,展示了状态机在A、B、C、D四个状态间的转换逻辑,以及如何根据输入条件决定状态转移。

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1、这个题刚看到时确实没啥思路,主要是对状态机这个思想的运用还不熟练,不知道怎么发现多个状态

2、设置状态机时,如果有多个状态记得设置状态机的位宽。

3、要学会用状态机的思想来解决问题。

这个题的状态机示意图

 

完整代码如下:

module top_module(
    input clk,
    input [7:0] in,
    input reset,    // Synchronous reset
    output done); //
	parameter A=0,B=1,C=2,D=3;
    reg [2:0]state,next_state;
    always@(*)begin
        case(state)
            A:next_state=in[3]?B:A;
            B:next_state=C;
            C:next_state=D;
            D:next_state=in[3]?B:A;
            default:next_state=A;
        endcase
    end
            
    // State transition logic (combinational)
    always@(posedge clk)begin
        if(reset)begin
            state<=A;
        end
        else begin
            state<=next_state;
        end
        
    end
    // State flip-flops (sequential)
    assign done=(state==D);
    // Output logic

endmodule

 

 

### HDLBits FSM 设计思路与解题方法 #### 1. 状态机基本概念 状态机分为两种主要类型:**Moore型**和**Mealy型**。其中,Moore型的状态机输出仅依赖于当前状态,而Mealy型的状态机输出不仅取决于当前状态还可能受到输入的影响[^1]。 对于HDLBits中的FSM题目,通常涉及以下几个核心部分的设计: - **状态定义**:明确系统的各个状态及其含义。 - **状态转换逻辑**:描述如何从一个状态转移到另一个状态。 - **输出逻辑**:确定每个状态下应产生的输出信号。 --- #### 2. 题目解析 根据引用内容可知,目标是设计一个基于给定条件的有限状态机(FSM),具体如下: ##### (a) 水流控制系统 该问题要求设计一个能够响应水位变化并控制水流的装置。此任务属于实际应用类问题,需通过传感器反馈的信息调整设备行为[^2]。 ##### (b) Moore FSM 实现 提供了一个简单的两态(Moore型)模型实例——具有“A”和“B”两个状态,并特别指出初始重置位置设为“B”。此外强调本练习区别在于采用同步复位方式而非异步版本[^3][^4]。 --- #### 3. 解决方案框架 以下是解决此类问题的一般策略和技术要点说明: ##### (i) 明确需求规格说明书(SRS) 仔细阅读题目描述以理解预期功能以及任何特殊约束(比如特定类型的重启机制). ##### (ii) 绘制状态转移图(Diagram) 利用图形化表示帮助直观展示不同条件下可能发生的变化路径. 下面是一个简化版的例子: ```plaintext State A --input=0--> State B <--input=1-- ``` 此处假设存在单一布尔变量作为外部刺激源; 当其值等于零时促使系统进入"B"; 反之保持原状或者返回"A". ##### (iii) 编写Verilog代码片段 下面给出一段针对上述情形定制化的初步草稿供参考学习: ```verilog module fsm_example ( input wire clk, input wire reset, // Synchronous Reset Signal input wire sensor_input,// Water Level Sensor Input output reg out_signal // Control Output to Actuator ); // Define States parameter STATE_A = 1'b0; parameter STATE_B = 1'b1; reg current_state, next_state; always @(posedge clk or posedge reset) begin if(reset) current_state <= STATE_B; // Initialize on Sync Reset else current_state <= next_state; end always @(*) begin : state_transition_logic case(current_state) STATE_A:begin if(sensor_input == 1'b0) next_state = STATE_B; else next_state = STATE_A; end STATE_B:begin if(sensor_input == 1'b1) next_state = STATE_A; else next_state = STATE_B; end default:next_state=current_state;//Safety Default Clause endcase end assign out_signal=(current_state==STATE_A)?1'b1:1'b0;//Output Logic Based On Current_State endmodule ``` 注意这段脚本仅为示范用途,在真实项目开发前还需进一步验证和完善细节设置. --- #### 4. 关键技术点探讨 - **Reset Mechanism**: 同步步骤意味着只有当全局时钟脉冲到达之后才会生效;相对而言异步则不受限于此限制可以直接立即作用到电路内部元件上. - **Edge Detection vs Level Sensitivity**: 根据应用场景选取合适的检测模式可以有效提升整体性能表现. - **Optimization Techniques**: 对大型复杂结构考虑运用状态编码优化手段减少资源消耗提高运行效率. ---
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