換個(gè)方式理解狀態(tài)機(jī)

狀態(tài)機(jī)概述

有限狀態(tài)機(jī)通常是由寄存器組和組合邏輯組成時(shí)序電路，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入信號可以控制下一個(gè)狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)，有限狀態(tài)機(jī)在電路中通常是作為控制模塊，作為整個(gè)電路模塊的核心而存在，它主要包括兩大類：Mealy型狀態(tài)機(jī)和Moore型狀態(tài)機(jī)。

Mealy型狀態(tài)機(jī):其組合邏輯的輸出不僅與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)，還與輸入有關(guān)。

如下圖所示：

Moore型狀態(tài)機(jī)：其組合邏輯的輸出只與當(dāng)前的狀態(tài)有關(guān)。

如下圖所示：

狀態(tài)機(jī)的編碼方式主要包括：二進(jìn)制碼（Binary），格雷碼（gray），獨(dú)熱碼(one hot)

比如說當(dāng)前工作四個(gè)狀態(tài)的話，其編碼方式如下表1所示：

格雷碼相對于二進(jìn)制碼而言，在狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的時(shí)候，只有單比特翻轉(zhuǎn)，它的功耗相對比較低，該部分后面的異步FIFO章節(jié)會(huì)重點(diǎn)講到。獨(dú)熱碼相對于格雷碼或者二進(jìn)制碼而言，它增加了兩個(gè)寄存器來表示狀態(tài)，但是它會(huì)更節(jié)省組合邏輯電路，因?yàn)樗诒容^狀態(tài)的時(shí)候，只需要比較一個(gè)比特位，那么其電路的速度和可靠性就會(huì)增加。

狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

應(yīng)用場景：編寫一個(gè)自動(dòng)售貨機(jī)，功能如下：

共有三種紙幣入口，分別支持10元，20元，50元。貨物售價(jià)為80元。需要支持找錢功能（注意，找錢有兩種情況， 90元和100元；而110元和120元的情況不符合實(shí)際應(yīng)用場景，所以不存在找錢的情況）。

分析：一共有十一種狀態(tài)：每種狀態(tài)對應(yīng)當(dāng)前售貨機(jī)已接受的金額，當(dāng)金額達(dá)到80,90,100的時(shí)候售貨機(jī)會(huì)輸出貨物，當(dāng)金額為80時(shí)，不找零，當(dāng)金額為90，100的時(shí)候要找零，零錢分別為10，20。

根據(jù)分析畫出如下的狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖：

狀態(tài)機(jī)的RTL以及仿真的testbench代碼鏈接：https://pan.baidu.com/s/1dKcwhzNS60Sw-7-UYXqyAQ

提取碼：9khq

在testbench里面模擬了三種情形：輸入為80,90,100的三種情況

仿真的testbench如下圖:

輸入信號：

ten_inst為1表示輸入10，twenty_inst為1表示輸入20，fifty_inst為1便是輸入50。

輸出信號：

out_inst為1表示要輸出貨物；

charge_inst為0，表示不找零，為2‘b11,表示找零20，為2‘b01表示找零10。