換個方式理解狀態機

狀態機概述

有限狀態機通常是由寄存器組和組合邏輯組成時序電路，根據當前狀態和輸入信號可以控制下一個狀態的跳轉，有限狀態機在電路中通常是作為控制模塊，作為整個電路模塊的核心而存在，它主要包括兩大類：Mealy型狀態機和Moore型狀態機。

Mealy型狀態機:其組合邏輯的輸出不僅與當前狀態有關，還與輸入有關。

如下圖所示：

Moore型狀態機：其組合邏輯的輸出只與當前的狀態有關。

如下圖所示：

狀態機的編碼方式主要包括：二進制碼（Binary），格雷碼（gray），獨熱碼(one hot)

比如說當前工作四個狀態的話，其編碼方式如下表1所示：

格雷碼相對于二進制碼而言，在狀態跳轉的時候，只有單比特翻轉，它的功耗相對比較低，該部分后面的異步FIFO章節會重點講到。獨熱碼相對于格雷碼或者二進制碼而言，它增加了兩個寄存器來表示狀態，但是它會更節省組合邏輯電路，因為它在比較狀態的時候，只需要比較一個比特位，那么其電路的速度和可靠性就會增加。

狀態機設計實例分析

應用場景：編寫一個自動售貨機，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元的情況不符合實際應用場景，所以不存在找錢的情況）。

分析：一共有十一種狀態：每種狀態對應當前售貨機已接受的金額，當金額達到80,90,100的時候售貨機會輸出貨物，當金額為80時，不找零，當金額為90，100的時候要找零，零錢分別為10，20。

根據分析畫出如下的狀態轉化圖：

狀態機的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。