Verilog HDL 有限状态机的设计

最新推荐文章于 2024-04-15 09:10:49 发布

北方爷们

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分类专栏： FPGA实验文章标签： Veriolg 状态机

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本文介绍使用VerilogHDL实现有限状态机的方法，包括Mealy和Moore两种类型的状态机。通过实例展示了两段式和三段式设计的区别，并提供了具体的Verilog代码。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Verilog HDL 有限状态机的设计

                                           【转自教科书】

有限状态机根据输出逻辑的不同可以分为Mealy状态机和Moore状态机，两者设计方法基本一致，唯一不同的是输出结果是否取决于输入信号。
Mealy 状态机：输出结果不仅取决于当前状态，还与输入信号有关；
Moore 状态机：输出结果只取决于系统当前状态。

有限状态机可分为三个主要变量：现状态、次状态和输出结果。

有限状态机的设计，根据使用的Always过程块的不同而分为：
【一段式】上述三个状态都放在一个always过程快中描述。而这种方法包含所有的逻辑设计，使得整体设计变得复杂增加设计难度。

【两段式】把现状态用一个always过程块描述，次状态和输出结果用另一个always过程块描述。

【三段式】分别把三个变量用三个always过程块分开描述。

现对下图进行两段式和三段式状态机设计：

状态机的状态转换图

两段式设计：

module state_ji(clk,rst,q,a,b,c,d,state,nextstate);
    input clk,rst,a,b,c,d;
    output q,state,nextstate;
    reg[2:0] q;
    reg[1:0] state,nextstate;
    parameter s0=2'b00, s1=2'b01, s2=2'b10, s3=2'b11;

    always@(posedge clk)
        begin
            if(rst) state <= s0;
            else    state <= nextstate;
        end
/*********************************************/     
//两段式状态机:把现状态写进一个always模块，
//          次状态和输出值写进一个always模块     
    always@(state or a or b or c or d)
        begin
            case(state )
                s0:begin
                    q <= 3'b001;
                        if(a)   nextstate <= s1;
                        else    nextstate <= s0;
                    end
                s1:begin
                    q <= 3'b010;
                        if(b)   nextstate <= s2;
                        else    nextstate <= s0;
                    end
                s2:begin
                    q <= 3'b100;
                        if(c)   nextstate <= s3;
                        else    nextstate <= s0;
                    end
                s3:begin
                    q <= 3'b111;
                        if(d)   nextstate <= s0;
                        else    nextstate <= s2;
                    end
            endcase
        end
endmodule

三段式设计：

module state_ji(clk,rst,q,a,b,c,d,state,nextstate);
    input clk,rst,a,b,c,d;
    output q,state,nextstate;
    reg[2:0] q;
    reg[1:0] state,nextstate;
    parameter s0=2'b00, s1=2'b01, s2=2'b10, s3=2'b11;

//三段式状态机:把现状态、次状态、输出值分别写进三个always模块
    always@(posedge clk)
        begin
            if(rst) state <= s0;
            else    state <= nextstate;
        end

    always@(state or a or b or c or d)
        begin
            case(state )
                s0:begin
                        if(a)   nextstate <= s1;
                        else    nextstate <= s0;
                    end
                s1:begin
                        if(b)   nextstate <= s2;
                        else    nextstate <= s0;
                    end
                s2:begin
                        if(c)   nextstate <= s3;
                        else    nextstate <= s0;
                    end
                s3:begin
                        if(d)   nextstate <= s0;
                        else    nextstate <= s2;
                    end
            endcase
        end

    always@(state)
        begin
            case(state)
                s0: q = 3'b001;
                s1: q = 3'b010;
                s2: q = 3'b100;
                s3: q = 3'b111;
            endcase
        end
******************************************************************/
endmodule