状态机概述 如何理解状态机

换个方式理解状态机

状态机概述

有限状态机通常是由寄存器组和组合逻辑组成时序电路，根据当前状态和输入信号可以控制下一个状态的跳转，有限状态机在电路中通常是作为控制模块，作为整个电路模块的核心而存在，它主要包括两大类：Mealy型状态机和Moore型状态机。

Mealy型状态机:其组合逻辑的输出不仅与当前状态有关，还与输入有关。

如下图所示：

Moore型状态机：其组合逻辑的输出只与当前的状态有关。

如下图所示：

状态机的编码方式主要包括：二进制码（Binary），格雷码（gray），独热码(one hot)

比如说当前工作四个状态的话，其编码方式如下表1所示：

	二进制	格雷码	独热码
S0	00	00	0001
S1	01	01	0010
S2	10	11	0100
S3	11	10	1000

格雷码相对于二进制码而言，在状态跳转的时候，只有单比特翻转，它的功耗相对比较低，该部分后面的异步FIFO章节会重点讲到。独热码相对于格雷码或者二进制码而言，它增加了两个寄存器来表示状态，但是它会更节省组合逻辑电路，因为它在比较状态的时候，只需要比较一个比特位，那么其电路的速度和可靠性就会增加。

状态机设计实例分析

应用场景：编写一个自动售货机，功能如下：

共有三种纸币入口，分别支持10元，20元，50元。货物售价为80元。需要支持找钱功能（注意，找钱有两种情况， 90元和100元；而110元和120元的情况不符合实际应用场景，所以不存在找钱的情况）。

分析：一共有十一种状态：每种状态对应当前售货机已接受的金额，当金额达到80,90,100的时候售货机会输出货物，当金额为80时，不找零，当金额为90，100的时候要找零，零钱分别为10，20。

根据分析画出如下的状态转化图：

状态机的RTL以及仿真的testbench代码链接：https://pan.baidu.com/s/1dKcwhzNS60Sw-7-UYXqyAQ

提取码：9khq

在testbench里面模拟了三种情形：输入为80,90,100的三种情况

仿真的testbench如下图:

输入信号：

ten_inst为1表示输入10，twenty_inst为1表示输入20，fifty_inst为1便是输入50。

输出信号：

out_inst为1表示要输出货物；

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