有限状态机(FSM)
1.#include
2.#include
3.
4.struct parent
5.{
6.static char* expression;
7.static int index;
8.static int end_state;
9.static int doom_state;
10.
11. parent(char* expr);
12.virtual parent* transition() {}
13.};
14.
15.parent::parent(char* expr)
16.{
17. expression = new char[strlen(expr)];
18. strcpy(expression,expr);
19. end_state = 0;
20. doom_state = 0;
21. index = 0;
22.}
23.
24.struct state1:public parent
25.{
26. parent *ptr2,*ptr3,*ptr4,*ptr5;
27. state1():parent(expression) {}
28. parent* transition();
29.};
30.
31.struct state2:public parent
32.{
33. parent *ptr2;
34. state2():parent(expression) {}
35. parent* transition();
36.};
37.
38.struct state3:public parent
39.{
40. parent *ptr3,*ptr4;
41. state3():parent(expression) {}
42. parent* transition();
43.};
44.
45.struct state4:public parent
46.{
47. parent *ptr4;
48. state4():parent(expression) {}
49. parent* transition();
50.};
51.
52.struct state5:public parent
53.{
54. parent *ptr2,*ptr4,*ptr5;
55. state5():parent(expression) {}
56. parent* transition();
57.};
58.
59.parent* state1::transition()
60.{
61.switch(expression[index++])
62. {
63.case'A':
64.return ptr2;
65.case'B':
66.return ptr3;
67.case'C':
68.return ptr4;
69.case'D':
70.return ptr5;
71.case'/0':
72. doom_state = 1;
73.default:
74. doom_state = 1;
75. }
76.}
77.
78.parent* state2::transition()
79.{
80.switch(expression[index++])
81. {
82.case'E':
83.return ptr2;
84.case'I':
85. end_state = 1;
86.break;
87.case'/0':
88. doom_state = 1;
89.default:
90. doom_state = 1;
91. }
92.}
93.
94.parent* state3::transition()
95.{
96.switch(expression[index++])
97. {
98.case'F':
99.return ptr3;
100.case'M':
101.return ptr4;
102.case'J':
103. end_state = 1; 104.break;
105.case'/0':
106. doom_state = 1; 107.default:
108. doom_state = 1; 109. }
110.}
111.
112.parent* state4::transition() 113.{
114.switch(expression[index++]) 115. {
116.case'G':
117.return ptr4;
118.case'K':
119. end_state = 1; 120.break;
121.case'/0':
122. doom_state = 1; 123.default:
124. doom_state = 1; 125. }
126.}
127.
128.parent* state5::transition() 129.{
130.switch(expression[index++]) 131. {
132.case'O':
133.return ptr2;
134.case'H':
135.return ptr5;
136.case'L':
137. end_state = 1; 138.break;
139.case'N':
140.return ptr4;
141.case'/0':
142. doom_state = 1;
143.default:
144. doom_state = 1;
145. }
146.}
147.
148.char* parent::expression = NULL;
149.int parent::doom_state = 0;
150.int parent::end_state = 0;
151.int parent::index = 0;
152.
153.state1 s1;
154.state2 s2;
155.state3 s3;
156.state4 s4;
157.state5 s5;
158.
159.void build_state_machine()
160.{
161. s1.ptr2 = &s2;
162. s1.ptr3 = &s3;
163. s1.ptr4 = &s4;
164. s1.ptr5 = &s5;
165. s2.ptr2 = &s2;
166. s3.ptr3 = &s3;
167. s3.ptr4 = &s4;
168. s4.ptr4 = &s4;
169. s5.ptr2 = &s2;
170. s5.ptr4 = &s4;
171. s5.ptr5 = &s5;
172.}
173.
174.int main()
175.{
176. build_state_machine();
177.char input_string[80];
178. printf("Enter input expression: ");
179. scanf("%s",input_string);
180. parent state_machine(input_string);
181. parent *ptr;
182. ptr = s1.transition();
183.while(ptr->end_state !=1 && ptr->doom_state != 1) 184. {
185. ptr = ptr->transition();
186. }
187.if(ptr->end_state == 1)
188. printf("/nValid input expression");
189.else
190. printf("/nInvalid input expression");
191.
192.return 0;
193.}
1. expression = new char[strlen(expr)];这句中字符串后应该有空格存在，应加1.
2. 依照执行顺序，最开始执行的是全局对象s1到s5的构造函数。s1的构造函数执行
后expression将指向动态开辟的内存的地址，s2执行时，expression又指向另一新开辟内存，原理开辟的内存成为垃圾内存，形成内存泄露。
3. s1构造完后，本身的地址值是不变的，因而可用&s1代替ptr1等等。
4. 程序中对state_machine的使用仅仅是为了执行它的构造函数，将FSM重置为初始
状态。而将FSM重置为初始状态并不是初始化。FSM是一组静态变量。我们应该使用静态成员函数将FSM重置为起始状态。原则：不要使用构造函数来初始化静态数据成员。
基于上面的分析，做如下改动：
1. 用静态成员函数来reset()代替parent的构造函数。
2. 改正缺1错误。
3. 从main()中去掉state_machine，并直接调用parent::reset()。
4. 去掉每个statej的构造函数。
5. 去掉statej::ptri成员，并用&si代替。
6. 去掉build_state_machine()。
[cpp]view plaincopy
1.#include
2.#include
3.
4.struct parent
5.{
6.static char* expression;
7.static int index;
8.static int end_state;
9.static int doom_state;
10.
11.static void reset(char* expr);
12.virtual parent* transition() {}
13.};
14.
15.void parent::reset(char* expr)
16.{
17. expression = new char[strlen(expr) + 1];
18. strcpy(expression,expr);
19. end_state = 0;
20. doom_state = 0;
21. index = 0;
22.}
23.
24.struct state1:public parent
25.{
26. parent* transition();
27.};
28.
29.struct state2:public parent
30.{
31. parent* transition();
32.};
33.
34.struct state3:public parent
35.{
36. parent* transition();
37.};
38.
39.struct state4:public parent
40.{
41. parent* transition();
42.};
43.
44.struct state5:public parent
45.{
46. parent* transition();
47.};
48.
49.char* parent::expression = NULL;
50.int parent::doom_state = 0;
51.int parent::end_state = 0;
52.int parent::index = 0;
53.
54.state1 s1;
55.state2 s2;
56.state3 s3;
57.state4 s4;
58.state5 s5;
59.
60.parent* state1::transition()
61.{
62.switch(expression[index++])
63. {
64.case'A':
65.return &s2;
66.case'B':
67.return &s3;
68.case'C':
69.return &s4;
70.case'D':
71.return &s5;
72.case'/0':
73. doom_state = 1;
74.default:
75. doom_state = 1;
76. }
77.}
78.
79.parent* state2::transition()
80.{
81.switch(expression[index++])
82. {
83.case'E':
84.return &s2;
85.case'I':
86. end_state = 1;
87.break;
88.case'/0':
89. doom_state = 1;
90.default:
91. doom_state = 1;
92. }
93.}
94.
95.parent* state3::transition()
96.{
97.switch(expression[index++])
98. {
99.case'F':
100.return &s3;
101.case'M':
102.return &s4;
103.case'J':
104. end_state = 1; 105.break;
106.case'/0':
107. doom_state = 1; 108.default:
109. doom_state = 1; 110. }
111.}
112.
113.parent* state4::transition() 114.{
115.switch(expression[index++]) 116. {
117.case'G':
118.return &s4;
119.case'K':
120. end_state = 1; 121.break;
122.case'/0':
123. doom_state = 1; 124.default:
125. doom_state = 1; 126. }
127.}
128.
129.parent* state5::transition()
130.{
131.switch(expression[index++])
132. {
133.case'O':
134.return &s2;
135.case'H':
136.return &s5;
137.case'L':
138. end_state = 1;
139.break;
140.case'N':
141.return &s4;
142.case'/0':
143. doom_state = 1;
144.default:
145. doom_state = 1;
146. }
147.}
148.
149.int main()
150.{
151.char input_string[80];
152. printf("Enter input expression: ");
153. scanf("%s",input_string);
154. parent::reset(input_string);
155. parent *ptr;
156. ptr = s1.transition();
157.while(ptr->end_state !=1 && ptr->doom_state != 1) 158. {
159. ptr = ptr->transition();
160. }
161.if(ptr->end_state == 1)
162. printf("/nValid input expression");
163.else
164. printf("/nInvalid input expression");
165.
166.return 0;
167.}
程序分析和改进：
?main()的变量Ptr中记录了FSM的当前状态，而FSM管理着输入的字符串，这些都是对方的职责。由此造成了main和parent之间的高度耦合。我们应做到让二者各司其责：把字符串管理分离出来放到main中，当前状态放到parent中。原则：降低耦合性--将类之间的交互最小化。
?在parent中引入静态数据成员current指向当前状态：当FSM处于消亡状态时，current=null；当FSM处于结束状态时，current=&s6。这样可以去掉原来的数据成员end_state和doom_state。用end_state()和doom_state()来测试current。
1.#include
2.#include
3.
4.class parent
5.{
6.private:
7.static parent *current;
8.protected:
9.virtual parent* transition(char) { return NULL;}
10.public:
11.static void reset();
12.static void advance(char);
13.static int end_state();
14.static int doom_state();
15.
16.};
17.
18.struct state1:public parent
19.{
20. parent* transition(char);
21.};
22.
23.struct state2:public parent
24.{
25. parent* transition(char);
26.};
27.
28.struct state3:public parent
29.{
30. parent* transition(char);
31.};
32.
33.struct state4:public parent
34.{
35. parent* transition(char);
36.};
37.
38.struct state5:public parent
39.{
40. parent* transition(char);
41.};
42.struct state6:public parent
43.{
44. parent* transition(char);
45.};
46.
47.parent* parent::current = NULL;
48.state1 s1;
49.state2 s2;
50.state3 s3;
51.state4 s4;
52.state5 s5;
53.state6 s6;
54.
55.void parent::reset()
56.{
57. current = &s1;
58.}
59.void parent::advance(char x)
60.{
61.if(current)
62. current = current->transition(x);
63.}
64.
65.int parent::end_state()
66.{
67.return current == &s6;
68.}
69.
70.int parent::doom_state()
71.{
72.return current == NULL;
73.}
74.parent* state1::transition(char x)
75.{
76.switch(x)
77. {
78.case'A':
79.return &s2;
80.case'B':
81.return &s3;
82.case'C':
83.return &s4;
84.case'D':
85.return &s5;
86.default:
87.return NULL;
88. }
89.}
90.
91.parent* state2::transition(char x)
92.{
93.switch(x)
94. {
95.case'E':
96.return &s2;
97.case'I':
98.return &s6;
99.default:
100.return NULL;
101. }
102.}
103.
104.parent* state3::transition(char x) 105.{
106.switch(x)
107. {
108.case'F':
109.return &s3;
110.case'M':
111.return &s4;
112.case'J':
113.return &s6;
114.default:
115.return NULL;
116. }
117.}
118.
119.parent* state4::transition(char x) 120.{
121.switch(x)
122. {
123.case'G':
124.return &s4;
125.case'K':
126.return &s6;
127.default:
128.return NULL;
129. }
130.}
131.
132.parent* state5::transition(char x) 133.{
134.switch(x)
135. {
136.case'O':
137.return &s2;
138.case'H':
139.return &s5;
140.case'L':
141.return &s6;
142.case'N':
143.return &s4;
144.default:
145.return NULL;
146. }
147.}
148.
149.parent* state6::transition(char) 150.{
151.return NULL;
152.}
153.
154.int main()
155.{
156.char input_string[80];
157. printf("Enter input expression: ");
158. scanf("%s",input_string);
159. parent::reset();
160.int index = 0;
161. parent::advance(input_string[index++]);
162.while(!parent::end_state() && !parent::doom_state()) 163. {
164. parent::advance(input_string[index++]);
165. }
166.if(parent::end_state())
167. printf("/nValid input expression");
168.else
169. printf("/nInvalid input expression");
170.
171.return 0;
172.}
[cpp]view plaincopy
1.#include
2.#include
3.
4.struct state
5.{
6.virtual state* transition(char) = 0;
7.};
8.class fsm
9.{
10.private:
11.static state *current;
12.public:
13.static void reset();
14.static void advance(char);
15.static int end_state();
16.static int doom_state();
17.
18.};
19.
20.struct state1:public state
21.{
22. state* transition(char);
23.};
24.
25.struct state2:public state
26.{
27. state* transition(char);
28.};
29.
30.struct state3:public state
31.{
32. state* transition(char);
33.};
34.
35.struct state4:public state
36.{
37. state* transition(char);
38.};
39.
40.struct state5:public state
41.{
42. state* transition(char);
43.};
44.struct state6:public state
45.{
46. state* transition(char);
47.};
48.
49.state* fsm::current = NULL;
50.state1 s1;
51.state2 s2;
52.state3 s3;
53.state4 s4;
54.state5 s5;
55.state6 s6;
56.
57.void fsm::reset()
58.{
59. current = &s1;
60.}
61.void fsm::advance(char x)
62.{
63.if(current)
64. current = current->transition(x);
65.}
66.
67.int fsm::end_state()
68.{
69.return current == &s6;
70.}
71.
72.int fsm::doom_state()
73.{
74.return current == NULL;
75.}
76.state* state1::transition(char x)
77.{
78.switch(x)
79. {
80.case'A':
81.return &s2;
82.case'B':
83.return &s3;
84.case'C':
85.return &s4;
86.case'D':
87.return &s5;
88.default:
89.return NULL;
90. }
91.}
92.
93.state* state2::transition(char x)
94.{
95.switch(x)
96. {
97.case'E':
98.return &s2;
99.case'I':
100.return &s6;
101.default:
102.return NULL;
103. }
104.}
105.
106.state* state3::transition(char x) 107.{
108.switch(x)
109. {
110.case'F':
111.return &s3;
112.case'M':
113.return &s4;
114.case'J':
115.return &s6;
116.default:
117.return NULL;
118. }
119.}
120.
121.state* state4::transition(char x) 122.{
123.switch(x)
124. {
125.case'G':
126.return &s4;
127.case'K':
128.return &s6;
129.default:
130.return NULL;
131. }
132.}
133.
134.state* state5::transition(char x)
135.{
136.switch(x)
137. {
138.case'O':
139.return &s2;
140.case'H':
141.return &s5;
142.case'L':
143.return &s6;
144.case'N':
145.return &s4;
146.default:
147.return NULL;
148. }
149.}
150.
151.state* state6::transition(char)
152.{
153.return NULL;
154.}
155.
156.int main()
157.{
158.char input_string[80];
159. printf("Enter input expression: ");
160. scanf("%s",input_string);
161. fsm::reset();
162.int index = 0;
163. fsm::advance(input_string[index++]);
164.while(!fsm::end_state() && !fsm::doom_state()) 165. {
166. fsm::advance(input_string[index++]);
167. }
168.if(fsm::end_state())
169. printf("/nValid input expression");
170.else
171. printf("/nInvalid input expression");
1.#include
2.#include
3.
4.struct state
5.{
6.virtual state* transition(char) = 0;
7.};
8.
9.class fsm
10.{
11.private:
12. state *current;
13.public:
14.void reset();
15.void a dvance(char);
16.int end_state();
17.int doom_state();
Verilog设计练习十例及答案
设计练习进阶 前言： 在前面九章学习的基础上，通过本章的练习，一定能逐步掌握Verilog HDL设计的要点。我们可以先理解样板模块中每一条语句的作用，然后对样板模块进行综合前和综合后仿真，再独立完成每一阶段规定的练习。当十个阶段的练习做完后，便可以开始设计一些简单的逻辑电路和系统。很快我们就能过渡到设计相当复杂的数字逻辑系统。当然，复杂的数字逻辑系统的设计和验证，不但需要系统结构的知识和经验的积累，还需要了解更多的语法现象和掌握高级的Verilog HDL系统任务，以及与C语言模块接口的方法（即PLI），这些已超出的本书的范围。有兴趣的同学可以阅读Verilog语法参考资料和有关文献，自己学习，我们将在下一本书中介绍Verilog较高级的用法。 练习一．简单的组合逻辑设计 目的: 掌握基本组合逻辑电路的实现方法。 这是一个可综合的数据比较器，很容易看出它的功能是比较数据a与数据b，如果两个数据相同，则给出结果1，否则给出结果0。在Verilog HDL中，描述组合逻辑时常使用assign 结构。注意equal=(a==b)1:0,这是一种在组合逻辑实现分支判断时常使用的格式。 模块源代码： " qual(equal),.a(a),.b(b)); 简单时序逻辑电路的设计 目的：掌握基本时序逻辑电路的实现。
在Verilog HDL中，相对于组合逻辑电路，时序逻辑电路也有规定的表述方式。在可综合的Verilog HDL模型，我们通常使用always块和@(posedge clk)或@(negedge clk)的结构来表述时序逻辑。下面是一个1/2分频器的可综合模型。 eset(reset),.clk_in(clk),.clk_out(clk_out)); endmodule 仿真波形： 练习：依然作clk_in的二分频clk_out，要求输出与上例的输出正好反相。编写测试模块，给出仿真波形。 练习三. 利用条件语句实现较复杂的时序逻辑电路 目的：掌握条件语句在Verilog HDL中的使用。 与常用的高级程序语言一样,为了描述较为复杂的时序关系，Verilog HDL提供了条件语句供分支判断时使用。在可综合风格的Verilog HDL模型中常用的条件语句有if…else和case…endcase两种结构，用法和C程序语言中类似。两者相较，if…else用于不很复杂的分支关系，实际编写可综合风格的模块、特别是用状态机构成的模块时，更常用的是case…endcase 风格的代码。这一节我们给的是有关if…else的范例，有关case…endcase结构的代码已后会经常用到。 下面给出的范例也是一个可综合风格的分频器，是将10M的时钟分频为500K的时钟。
有限状态机(FSM)
1.#include
11. parent(char* expr); 12.virtual parent* transition() {} 13.}; 14. 15.parent::parent(char* expr) 16.{ 17. expression = new char[strlen(expr)]; 18. strcpy(expression,expr); 19. end_state = 0; 20. doom_state = 0; 21. index = 0; 22.} 23. 24.struct state1:public parent 25.{ 26. parent *ptr2,*ptr3,*ptr4,*ptr5; 27. state1():parent(expression) {} 28. parent* transition(); 29.}; 30. 31.struct state2:public parent 32.{ 33. parent *ptr2; 34. state2():parent(expression) {} 35. parent* transition(); 36.}; 37. 38.struct state3:public parent 39.{ 40. parent *ptr3,*ptr4; 41. state3():parent(expression) {} 42. parent* transition(); 43.}; 44. 45.struct state4:public parent 46.{ 47. parent *ptr4; 48. state4():parent(expression) {} 49. parent* transition(); 50.}; 51. 52.struct state5:public parent 53.{ 54. parent *ptr2,*ptr4,*ptr5;
实验四 有限状态机设计(2学时)
实验四有限状态机设计(2学时) 实验内容一： 状态机是指用输入信号和电路状态（状态变量）的逻辑函数去描述时序逻辑电路功能的方法，也叫时序机。有限状态机是指在设计电路中加入一定的限制条件，一般用来实现数字系统设计中的控制部分。 根据时序电路输出信号的特点可将时序电路划为Mealy 型和Moore 型两种。Moore型电路中，输出信号仅仅取决于存储电路的状态。Mealy型电路中，输出信号不仅取决于存储电路的状态，而且还取决于输入变量。图1是某Mealy型电路的状态转换图，图中圆圈内的S0、S1等代表电路的状态，状态转换箭头旁斜杠“/”上边的数字代表输入信号，斜杠“/”下边的数字代表输出信号。假设电路的当前状态为S0，当输入信号为0时，电路的下一个状态仍为S0，输出信号为0；当输入信号为1时，电路的下一个状态为S1，输出为1。 图1 Mealy状态机 下面的程序中使用两个进程来描述该状态机。第一个进程负责状态转化，在CP上升沿到达时，当前状态（PresetState）向下一个状态（NextState）的转换；第二个进程负责检测输入信号（DIN）和当前状态（PresetState）的值，并由CASE-WHEN 语句决定输出信号（OP）和下一个状态值（NextState）的值。请补充下图中虚线“…”部分省略掉的程序，然后对完整程序进行编译，并用Tools->Netlist Views->State Machine Viewer和RTL Viewer工具查看该状态机的状态图和RTL顶层图。
… … 实验内容二： 论文《基于VHDL的一个简单Mealy状态机》中设计了一个Mealy状态机用来检测数据流“1101010”，用以验证状态机在数据检测上的应用。请在读懂文中程序的基础上，在Quartus Ⅱ软件中通过编译仿真得到状态图和波形图，仿真中输入波形的设置应能体现该状态机的用途。 实验报告： 本次实验占用两个学时，请于12周周四(5月12日)上课时交实验报告。对于实验内容一，报告的内容应重在程序的完善上，对于实验内容二，报告的内容应重在对论文中源程序的分析和理解，以及仿真的波形图上。
verilog可综合有限状态机的4种写法(夏文宇书注)
verilog可综合有限状态机的4种写法（夏文宇书注） 第一种：自然编码 module fsm1( input i_clk, input rst_n, input A, output reg K1, output reg K2, output reg [1:0] state ); parameter Idle=2'b00, Start=2'b01, Stop=2'b10, Clear=2'b11; [email=always@(posedge]always@(posedge[/email] i_clk) if(!rst_n) begin state<=Idle; K2<=0; K1<=0; end else case(state) Idle:if(A) begin state<=Start; K1<=0; end else begin state<=Idle; K2<=0; K1<=0; end Start:if(!A) state<=Stop; else state<=Start; Stop:if(A) begin state<=Clear; K2<=1;
else begin state<=Stop; K2<=0; K1<=0; end Clear:if(!A) begin state<=Idle; K1<=1; K2<=0; end else begin state<=Clear; K2<=0; K1<=1; end default: state<=Idle; endcase endmodule 这种大家应该都熟悉的 第二种：采用独热编码，据说其可靠性和速度都不错module fsm2( input i_clk, input rst_n, input A, output reg K1, output reg K2, output reg [3:0] state ); parameter Idle=4'b1000; parameter Start=4'b0100; parameter Stop=4'b0010; parameter Clear=4'b0001; always@(posedge i_clk) begin if(!rst_n)
有限状态机设计
有限状态机设计 实验报告 一．实验题目 有机状态机设计 二．实验目的 掌握有机状态机设计的基本方法。 三．实验远离 状态机是指用输入信号和电路状态（状态变量）的逻辑函数去描述时序逻辑电路功能的方法，也叫时序机。有限状态机是指在设计电路中加入一定的限制条件，一般用来实现数字系统设计中的控制部分。 四．实验内容
实验内容一： 状态机是指用输入信号和电路状态（状态变量）的逻辑函数去描述时序逻辑电路功能的方法，也叫时序机。有限状态机是指在设计电路中加入一定的限制条件，一般用来实现数字系统设计中的控制部分。 根据时序电路输出信号的特点可将时序电路划为Mealy 型和Moore 型两种。Moore型电路中，输出信号仅仅取决于存储电路的状态。Mealy型电路中，输出信号不仅取决于存储电路的状态，而且还取决于输入变量。图1是某Mealy型电路的状态转换图，图中圆圈内的S0、S1等代表电路的状态，状态转换箭头旁斜杠“/”上边的数字代表输入信号，斜杠“/”下边的数字代表输出信号。假设电路的当前状态为S0，当输入信号为0时，电路的下一个状态仍为S0，输出信号为0；当输入信号为1时，电路的下一个状态为S1，输出为1。 图1 Mealy状态机 下面的程序中使用两个进程来描述该状态机。第一个进程负责状态转化，在CP上升沿到达时，当前状态（PresetState）向下一个状态（NextState）的转换；第二个进程负责检测输入信号（DIN）和当前状态（PresetState）的值，并由CASE-WHEN 语句决定输出信号（OP）和下一个状态值（NextState）的值。请补充下图中虚线“…”部分省略掉的程序，然后对完整程序进行编译，并用Tools->Netlist Views->State Machine Viewer和RTL Viewer工具查看该状态机的状态转移图和RTL原理图。
有限状态机(moore mealy)
有限状态机(Finite State Machine ) 1、有限状态机的基本概念 有限状态机是指输出取决于过去输入部分和当前输入部分的时序逻辑电路。在数字电路系统中，有限状态机时一种十分重要的时序逻辑电路模块，它对数字系统的设计具有十分重要的作用。有限状态机一般用来描述数字数字系统的控制单元，是许多数字系统的核心部件。有限状态机由组合逻辑和寄存器逻辑组成。其中，寄存器逻辑的功能是存储有限状态机的内部状态；而组合逻辑有可以分为次态逻辑和输出逻辑两部分，次态逻辑的功能是确定有限状态机的下一个状态，输出逻辑的功能是确定有限状态机的输出。 在实际的应用中，根据有限状态机是否使用输入信号，设计人员经常将其分为Moore型有限状态机和Mealy型有限状态机两种类型。 ⑴Moore型有限状态机其输出信号仅与当前状态有关，即可以把Moore型有限状态的输出看成是当前状态的函数。其结构框图如图1. 图1 Moore型有限状态机的结构 ⑵Mealy型有限状态机其输出信号不仅与当前状态有关，而且还与所有的输入信号有关，即可以把Mealy型有限状态机的输出看成是当前状态和所有输入信号的函数。其结构框图如图2. 图2 Mealy型有限状态机的结构 这两种有限状态机的主要区别在于：Moore型有限状态机仅与当前状态有关，而与输入信号无关。Mealy型有限状态机不但与当前状态有关，还与输入信号有关。 2、为什么要使用有限状态机 ? 有限状态机克服了纯硬件数字系统顺序方式控制不灵活的缺点。 ? 状态机的结构模式相对简单。 ? 状态机容易构成性能良好的同步时序逻辑模块。 ? 状态机的VHDL表述丰富多样。 ? 在高速运算和控制方面，状态机更有其巨大的优势。 ? 就可靠性而言，状态机的优势也是十分明显的。 3、描述有限状态机应该包含的内容 ⑴至少包含一个状态信号，用来指定状态机的状态。 ⑵时钟信号，为有限状态机的状态转换提供时钟信号。 ⑶状态转移指定，用于指定有限状态机的状态之间转换的逻辑关系。 ⑷输出指定，用来指明有限状态机两状态之间转换的结果。 ⑸复位信号，用于有限状态机从任意状态到复位状态的转换。 4、有限状态机的描述方法 一般描述有限状态机应遵循一定的语法规则： 状态机的状态：用枚举类型数据进行定义。 状态机的次态逻辑、输出逻辑和状态寄存器等一般用并行信号赋值语句、IF语句或CASE 语句等语句进行描述。 有限状态机的各种描述风格 描述风格功能划分进程数 A 1、次态逻辑、状态寄存器、输出逻辑1
转《明德扬分享》之【状态机的使用】
转《明德扬分享》之【状态机的使用】 （本文档由明德扬精心设计，版权归明德扬科教所有，转载请注明出处，否则明德扬有权追究其法律责任） 1.状态机概述 1.1 状态机的定义及作用 有限状态机FSM(Finite State Machine)简称状态机，通俗地说，状态机就是把全部的情况分成几个场景，这些场景的工作方式明显不同。广义而言，因触发器本身就是若干状态的集合，故只要涉及触发器应用的电路都属于状态机范畴，也即任何时序模型都可以归结为一个状态机。 状态机是数字系统设计的重要组成部分，对于数字系统设计工程师，面对的只要是时序电路设计，状态机的概念则是必须贯穿于整个设计始终的最基本的设计思想和设计方法论。只有从电路状态的角度去考虑，才能从根本上把握可靠、高效的时序逻辑的设计关键。在现代数字系统设计中，状态机的设计对系统的高速性能、高可靠性、高稳定性都具有决定性的作用。 状态机应用广泛（特别是对于操作和控制流程非常明确的系统设计），在数字通信领域、自动化控制领域、CPU设计领域等都拥有不可或缺的重要地位。 1.2 状态机的分类 按照不同的标准，状态机也有多种不同的分类形式，主要有以下几种： 1) 以状态机的信号输出方式分，有Mealy型和Moore型两种状态机。Mealy型状态机输出由当前状态和输入共同确定，Moore型状态机输出则仅取决于当前状态。 2) 以状态机的描述结构上分，有一段式、两段式、三段式三种类型状态机。 l 将整个状态机写到1个进程模块里，在该模块中既描述状态转移又描述状态的输入输出，称为一段式描述方法，即所谓的单进程状态机； l 一个模块用同步时序描述状态转移，另一个模块用组合逻辑判断状态转移条件、描述状态转移规律及逻辑输出，称为两段式描述方法；
Verilog奇偶分频、一段式、两段式、三段式状态机
汇报总结 1、偶数分频 偶数倍分频相对简单，可以通过计数器对预分频的脉冲沿计数实现，如果要进行N倍（N为整数）偶数分频，可由预分频的时钟触发计数器计数，当计数器从0计数到N/2—1时，输出时钟进行翻转，并给计数器一个复位信号，使得下一个时钟从零开始计数，以此循环下去。分频的主体程序如下： `define div_en 8 module freq_div_even(clk_in, reset, clk_out ); input clk_in; input reset; output clk_out; reg clk_out; reg[2:0] count; initial begin count=0; clk_out=0; end always@(posedge clk_in) begin if(!reset) begin count<=0; clk_out<=0; end else if(count==(`div_en/2-1)) begin clk_out<=~clk_out; count<=0; end else begin count<=count+1; end end endmodule 下面定义N为8,对一个脉冲8分频,测试程序如下: `timescale 1ns/1ns module testbench; reg reset; reg clk_in; reg[2:0] count;
wire clk_out; freq_div_even test(.clk_in(clk_in), .reset(reset), .clk_out(clk_out) ); initial begin reset=0; clk_in=0; #5 reset=1; end always #10 clk_in=~clk_in; endmodule 波形图如下: 2、奇数分频 对于对占空比没有特殊要求的奇数分频，需要对上升沿和下降沿脉冲进行计数，利用下降沿产生的波形移相半个输入脉冲的作用，最后用错位“异或”法实现。一个n(n=3)分频的程序如下： module clk_divN( clk_in, reset, clk_out ); input clk_in; input reset; output clk_out; integer cnt1,cnt2; reg clk_divp; reg clk_divn; parameter n=3; always@(posedge clk_in) begin if(!reset) begin clk_divp<=0; cnt1<=0; end else
有限状态机设计
实验七有限状态机设计 一、实验目的 1、掌握利用有限状态机实现一般时序逻辑分析的方法； 2、掌握用VHDL或Verilog编写可综合的有限状态机的标准模板； 3、掌握用VHDL或Verilog编写序列检测器以及其他复杂逻辑电路的设计； 二、实验内容 1、用MOORE型状态机设计一个具有双向步进电动机控制实验：该控制电路有三个输入信号：clk时钟信号，clr复位信号，dir方向控制信号。输出信号为phase[3..0]用来控制步进电机的动作。当dir=1时要求phase[3..0]按照“0001”，“0010”，“0100”，“1000”的顺序变化；当dir=0时要求phase[3..0]按照“0001”，“1000”，“0100”，“0010”的顺序变化。 2、设计一个简单的状态机，功能是检测一个5位的二进制序列“10010”。 3、设计一个串行数据检测器，要求是：连续4个或4个以上为1时输出为1，其他输入情况为0。（选做） 4、根据状态图，写出对应于结构图b，分别由主控组合进程和主控时序进程组成的VERILOG 有限状态机描述。（选做） 三、实验步骤 实验一： 1、建立工程
2、创建Verilog HDL文件 3、输入程序代码并保存 module moore1(clk,clr,dir,phase); input clk,clr,dir; output[3:0] phase; reg[3:0] phase; reg[1:0] state; parameter s0='b00,s1='b01,s2='b10,s3='b11; always@(posedge clk) begin if(clr)begin phase<='b0000;state<=s0;end else begin case(state) s0:if(dir) begin phase<='b0010;state<=s1;end else begin phase<='b1000;state<=s3;end s1:if(dir) begin phase<='b0100;state<=s2;end else begin phase<='b0001;state<=s0;end s2:if(dir) begin phase<='b1000;state<=s3;end
状态机写法
1 引言 Verilog HDL作为当今国际主流的HDL语言,在芯片的前端设计中有着广泛的应用。它的语法丰富，成功地应用于设计的各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。可综合是指综合工具能将Verilog HDL代码转换成标准的门级结构网表，因此代码的描述必须符合一定的规则。大部分数字系统都可以分为控制单元和数据单元两个部分，控制单元的主体是一个状态机，它接收外部信号以及数据单元产生的状态信息，产生控制信号，因而状态机性能的好坏对系统性能有很大的影响。 有许多可综合状态机的Verilog代码描述风格，不同代码描述风格经综合后得到电路的物理实现在速度和面积上有很大差别。优秀的代码描述应当易于修改、易于编写和理解，有助于仿真和调试，并能生成高效的综合结果。 2 有限状态机 有限状态机(Finite State Machine,FSM)在数字系统设计中应用十分广泛。根据状态机的输出是否与输入有关，可将状态机分为两大类：摩尔(Moore)型状态机和米莉(Mealy)型状态机。Moore型状态机的输出仅与现态有关；Mealy型状态机的输出不仅与现态有关，而且和输入也有关。图1是有限状态机的一般结构图，它主要包括三个部分，其中组合逻辑部分包括状态译码器和输出译码器，状态译码器确定状态机的下一个状态，输出译码器确定状态机的输出，状态寄存器属于时序逻辑部分，用来存储状态机的内部状态。
图1 状态机的结构框图 2.1 好的状态机标准 好的状态机的标准很多，最重要的几个方面如下： 第一，状态机要安全，是指FSM不会进入死循环，特别是不会进入非预知的状态，而且由于某些扰动进入非设计状态，也能很快的恢复到正常的状态循环中来。这里面有两层含义。其一要求该FSM的综合实现结果无毛刺等异常扰动，其二要求FSM要完备，即使受到异常扰动进入非设计状态，也能很快恢复到正常状态。 第二，状态机的设计要满足设计的面积和速度的要求。 第三，状态机的设计要清晰易懂、易维护。 需要说明的是，以上各项标准，不是割裂的，它们有着直接紧密的内在联系。在芯片设计中，对综合结果评判的两个基本标准为：面积和速度。“面积”是指设计所占用的逻辑资源数量；“速度”指设计在芯片上稳定运行所能够达到的最高频率。两者是对立统一的矛盾体，要求一个设计同时具备设计面积最小，运行频率最高，这是不现实的。科学的设计目标应该是：在满足设计时序要求(包含对设计最高频率的要求)的前提下，占用最小的芯片面积，或者在所规定的面积下，使设计的时序余量更大，频率更高。另外，如果要求FSM安全，则很多时候需要使用“full case”的编码方式，即将状态转移变量的所有向量组合情况都在FSM 中有相应的处理，这经常势必意味着要多花更
利用有限状态机进行时序逻辑的设计
实验三利用有限状态机进行时序逻辑的设计 1.实验目的： （1）掌握利用有限状态机实现一般时序逻辑分析的方法； （2）掌握用Verilog编写可综合的有限状态机的标准模板； （3）掌握用Verilog编写状态机模块的测试文件的一般方法。 （4）在数字电路中已经学习过通过建立有限状态机来进行数字逻辑的设计，而在VerilogHDL硬件描述语言中，这种设计方法得到进一步的发展。通过Verilog HDL提供的语句，可以直观的设计出更为复杂的时序逻辑的电路。关于有限状态机的设计方法在教材中已经作了较为详细的阐述。 2.实验环境 PC机一台，安装有quartusII13.0软件以及modulsim软件 3.实验内容 设计一个简单的状态机，功能是检测一个5位二进制序列“10010”。考虑到序列重叠的可能。有限状态机共提供8个状态（包括初始状态IDLE）. 4.实验步骤 1)源程序： module seqdet(x,z,clk,rst,state); input x,clk ,rst ; output z; output [2:0] state ; reg[2:0] state ; wire z; parameter IDLE='d0, A='d1, B='d2, C='d3, D='d4, E='d5, F='d6, G='d7; assign z=(state == E && x==0)?1:0; always @(posedge clk) if(!rst) begin state <= IDLE; end else casex(state) IDLE:if(x==1) begin state <= A; end A: if(x==0) begin state <= B; end B: if(x==0) begin state <= C; end else begin state <= F; end C: if(x==1) begin state <= D; end else begin
硬件描述语言08-09B卷标准答案
2008/2009 学年第一学期末考试试题答案及评分标准 （B卷） 硬件描述语言及器件 使用班级：06060241/06060242 一、填空题（30分,每空格1分） 1、试举出两种可编程逻辑器件 CPLD 、 FPGA 。 2、VHDL程序的基本结构至少应包括实体、结构体两部分和对 库的引用声明。 3、1_Digital标识符合法吗？否， \12 @ +\ 呢？合法。 4、在VHDL的常用对象中，信号、变量可以被多次赋予不同的值， 常量只能在定义时赋值。 5、实体的端口模式用来说明数据、信号通过该端口的传输方向，端口模式有 in 、 Out 、 inout 、 buffer 。 6、VHDL语言中std_logic类型取值‘Z’表示高阻，取值‘X’表示不确定。 7、整型对象的范围约束通常用 range 关键词，位矢量用 downto/to 关键词。 8、位类型的初始化采用（字符/字符串）字符、位矢量用字符串。 9、进程必须位于结构体内部，变量必须定义于进程/包/子程序内部。 10、并置运算符 & 的功能是把多个位或位向量合并为一个位向量。 11、进程执行的机制是敏感信号发生跳变。 12、判断CLK信号上升沿到达的语句是 if clk’event and clk = ‘1’ then . 13、 IF 语句各条件间具有不同的优先级。
14、任何时序电路都以时钟为驱动信号，时序电路只是在时钟信号的边沿到来时， 其状态才发生改变。 15、 Moore 状态机输出只依赖于器件的当前状态，与输入信号无关。 二、判断对错并改正（12分，每小题3分） 1、CONSTANT T2：std_logic <= ’0’; （错）改正：把<= 换为:= 。 2、若某变量被定义为数值型变量，未赋初始值时默认值为‘0’。 （错）改正：把‘0’的单引号去掉。 3、在结构体中定义一个全局变量（V ARIABLES），可以在所有进程中使用。 （错）改正：“变量（V ARIABLES）”改为“信号”。 4、语句 type wr is (wr0,wr1,wr2,wr3,wr4,wr5); 定义了一个状态机变量wr， 可以直接对wr赋值。 （错）改正：语句 type wr is (wr0,wr1,wr2,wr3,wr4,wr5); 定义了一个状态机类型wr，需要定义一个该类型的对象，才可以对该对象赋值。 三、简答（8分，每小题4分） 1、简述如何利用计数器精确控制时序。 ?只要知道晶振频率f，即可知道周期T＝1/f； ?使用一个计数器，可以通过计数值n，精确知道当计数值为n时消耗的时间t＝nT； ?上例中以n为控制条件，可以控制其它信号在某时刻变高，某时刻变低，从而产生精 确时序； 例如：
状态机讲义
Digital System Design 大部分数字系统都可以划分为控制单元和数据单元（存储单元）两个组成部分，通常，控制单元的主体是一个状态机，它接收外部信号以及数据单元产生的状态信息，产生控制信号序列。 1 2011/6/21Computer Faculty of Guangdong University of Technology
Digital System Design 有限状态机特别适合描述那些发生有先后顺序或者有逻辑规律的事情（其实这就是状态机的本质）。状态机的本质就是对具有逻辑顺序或时序规律事件的一种描述方法，即“逻辑顺序”和“时序规律”就是状态机所要描述的核心和强项，换言之，所有具有逻辑顺序和时序规律的事情都适合用状态机来描述。 2 2011/6/21Computer Faculty of Guangdong University of Technology
Digital System Design 1、基本概念 有限状态机（Finite State Machine，FSM）是表示实现有限个离散状态及其状态之间的转移等行为动作的数学模型。（关注Matlab的Stateflow） （1）状态：也叫状态变量。在逻辑设计中，使用状态划分逻辑顺序和时序规律。 状态名称、状态编码、进入/退出操作、内部转移、子状态、延迟事件 3 2011/6/21Computer Faculty of Guangdong University of Technology
Digital System Design （2）转移：指两个状态之间的关系，表示当发生指定事件且满足指定条件时，第一个状态中的对象将执行某些操作并进入第二个状态，即“触发”了转移。将触发转移之前的状态定义为“源”状态（初始状态），而触发转移之后的状态定义为“目标”状态（次态）。 初始状态、转移条件、警戒条件、转移操作、目标状态 4 2011/6/21Computer Faculty of Guangdong University of Technology
状态机基础及电路设计
状态机电路设计 状态机（STATE MACHINE）可以说是一个广义时序电路，触发器,计数器,移位寄存器都算是它的特殊功能的一种.在电子设计自动化应用当中,状态机经常是担任CPU的功能,从某种意义上讲状态机的应用让系统具有了智能化的功能,业界为状态机和CPU的功能一直争论不休,不过事实是更多人倾向于状态机,认为状态机的功能比CPU 强大. 下面将带领大家认识一下状态机的基本设计思想. 传统的逻辑电路设计在描述状态机的表示上,以状态图(STATE DIAGRAM)方式最为清晰且容易理解.根据输入,输出及状态关系,状态图可以分为:
1.输入&状态&输出(输出仅与状态有关) 以下面图形为例,若目前状态机处于状态S0时,输入为0则状态机将维持状态S0不变,若输入改为1则下个状态改成状态S1,但不论输入是什么,此时输出均为0. 这种输出与状态有关,而与输入无关的状态机类型,称为More状态机. 编程实现其功能如下: --***********************状态机********************* 重点提示 整个状态机的电路描述分成两个PROCESS命令语句完成.
第一个PROCESS:负责感测时钟脉冲信号CP在上升沿变化之际,作目前状态(PresentState)切换至下个状态(NextState)的动作. 第二个PROCESS:负责感测输入(DIN)值,目前状态(PresentState)值,由CASE-WHEN语句决定输出(OP)和下个状态(NextState)值. --********************************************************* LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; --********************************************************* ENTITY CH6_5_1 IS PORT(CP :IN STD_LOGIC; --CLOCK DIN:IN STD_LOGIC; --I/P Signal OP :OUT STD_LOGIC --O/P Signal ); END CH6_5_1; --********************************************************* ARCHITECTURE A OF CH6_5_1 IS TYPE STATE IS (S0,S1,S2,S3); --State Type Declare SIGNAL PRESENTSTATE :STATE; --Present State SIGNAL NEXTSTATE :STATE; --Next State BEGIN SWITCHTONEXTSTATE:PROCESS(CP) BEGIN IF CP'EVENT AND CP='1' THEN PRESENTSTATE<=NEXTSTATE; END IF; END PROCESS SWITCHTONEXTSTATE; CHANGESTATEMODE:PROCESS(DIN,PRESENTSTATE) BEGIN CASE PRESENTSTATE IS WHEN S0=> --STATE S0 IF DIN='0' THEN --INPUT=0 NEXTSTATE<=S0; ELSE NEXTSTATE<=S1; END IF; OP<='0'; --OUTPUT
状态机设计
集成电路实验 状态机设计实验报告 专业：电子信息工程 姓名：江燕婷 学号：2011301200025
状态机设计（实验五）实验报告 一．实验目的 1. 掌握状态机设计的基本方法 2.学习利用状态机的方法实现控制电路 二．实验原理 有限状态机（Finite State Machine FSM）是时序电路设计中经常采用的一种方式，尤其适合设计数字系统的控制模块，在一些需要控制高速器件的场合，用状态机进行设计是一种很好的解决问题的方案，具有速度快、结构简单、可靠性高等优点。有限状态机非常适合用FPGA器件实现，用Verilog HDL的case 语句能很好地描述基于状态机的设计，再通过EDA工具软件的综合，一般可以生成性能极优的状态机电路，从而使其在执行时间、运行速度和占用资源等方面优于用CPU实现的方案。 有限状态机一般包括组合逻辑和寄存器逻辑两部分，寄存器逻辑用于存储状态，组合逻辑用于状态译码和产生输出信号。根据输出信号产生方法的不同，状态机可分为两类：米里型(Mealy)和摩尔型(Moore)。摩尔型状态机的输出只是当前状态的函数，如图1-1所示；米里型状态机的输出则是当前状态和当前输入的函数，如图1-2所示。米里型状态机的输出是在输入变化后立即变化的，不依赖时钟信号的同步，摩尔型状态机的输入发生变化时还需要等待时钟的到来，必须在状态发生变化时才会导致输出的变化，因此比米里型状态机要多等待一个时钟周期。 图1-1 摩尔型状态机图1-2 米里型状态机 状态机在硬件描述语言实现上，可使用单过程、双过程或三过程等不同的结构实现。状态机的状态实现上，可采用符号编码或显式数字编码。编码方式有顺序编码（自然二进制编码），一位热码（one－hot encoding），格雷（gray code）码等。顺序编码，简单状态寄存器占用少；一位热码输出译码电路简单；在状态顺序变化时，格雷码每次只有一位变化，避免产生输出信号毛刺。
Verilog状态机的写法
Verilog状态机的写法－转 1 引言 Verilog HDL作为当今国际主流的HDL语言,在芯片的前端设计中有着广泛的应用。它的语法丰富，成功地应用于设计的各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。可综合是指综合工具能将Verilog HDL代码转换成标准的门级结构网表，因此代码的描述必须符合一定的规则。大部分数字系统都可以分为控制单元和数据单元两个部分，控制单元的主体是一个状态机，它接收外部信号以及数据单元产生的状态信息，产生控制信号，因而状态机性能的好坏对系统性能有很大的影响。 有许多可综合状态机的Verilog代码描述风格，不同代码描述风格经综合后得到电路的物理实现在速度和面积上有很大差别。优秀的代码描述应当易于修改、易于编写和理解，有助于仿真和调试，并能生成高效的综合结果。 2 有限状态机 有限状态机(Finite State Machine,FSM)在数字系统设计中应用十分广泛。根据状态机的输出是否与输入有关，可将状态机分为两大类：摩尔(Moore)型状态机和米莉 (Mealy)型状态机。Moore型状态机的输出仅与现态有关；Mealy型状态机的输出不仅与现态有关，而且和输入也有关。图1是有限状态机的一般结构图，它主要包括三个部分，其中组合逻辑部分包括状态译码器和输出译码器，状态译码器确定状态机的下一个状态，输出译码器确定状态机的输出，状态寄存器属于时序逻辑部分，用来存储状态机的内部状态。 图1 状态机的结构框图 2.1 好的状态机标准 好的状态机的标准很多，最重要的几个方面如下： 第一，状态机要安全，是指FSM不会进入死循环，特别是不会进入非预知的状态，而且由于某些扰动进入非设计状态，也能很快的恢复到正常的状态循环中来。这里面有两层含义。其一要求该FSM的综合实现结果无毛刺等异常扰动，其
1.1有限状态机
1.什么是有限状态机 有限状态机，常常被称作FSM（Finite State Machine），多年来已经作为人工智能编程者们选用的工具用于设计具有智能幻觉的游戏智能体。你会发现从视频游戏的早期开始，这种或那种FSM正是每个游戏所选中的架构；尽管更专业的智能体结构越来越普及，但FSM架构还将在今后很长时间内无处不在。为何会这样？原因如下： ●编程快速简单。有很多方法编码一个有限状态机，并且几乎所有的有限状态机实现 都相当的简单。 ●易于调试。因为一个游戏智能体的行为被分解成简单的易于管理的块，如果一个智 能体开始变得行动怪异，会通过对每一个状态增加跟踪代码来调试它。用这种方法， 人工智能程序员可以很容易跟踪错误行为出现前的事件序列，并且采取相应的行动。 ●很少的计算开销。有限状态机几乎不占用珍贵的处理器时间，因为它们本质上遵守 硬件编码的规则。除了if-this-then-that类型的思考处理之外，是不存在真正的“思 考”的。 ●直觉性。人们总是自然地把事物思考为处在一种或另一种状态。并且我们也常常提 到我们自己处在这样那样的状态中。有多少次你“使自己进入一种状态”或者发现 自己处于“头脑的正确状态”，当然人类并不是像有限状态机一样工作，但是有时 候我们发现在这种方式下考虑我们的行为是有用的。相似地，将一个游戏智能体的 行为分解成一些状态并且创建需要的规则来操作它们是相当容易的。出于同样的原 因，有限状态机能够使你很容易地与非程序员（例如与游戏制片人和关卡设计师） 来讨论你的人工智能的设计，能够更好地进行设计概念的沟通和交流。 ●灵活性。一个游戏智能体的有限状态机可以很容易地由程序员进行调整，来达到游 戏设计者所要求的行为。同样通过增添新的状态和规则也很容易扩展个智能体的行 为的范围。此外，当你的人工智能技术提高了，你会发现有限状态机提供了一个坚 固的支柱，使你可以用它来组合其他的技术，例如模糊逻辑和神经网络。 历史上来说，有限状态机是一个被数学家用来解决问题的严格形式化的设备。最著名的有限状态机可能是艾伦·图灵假想的设备——图灵机，他在1936年论文《关于可计算数字》中写道：这是一个预示着现代可编程计算机的机器，它们可以通过对无限长的磁带上的符号进行读写和擦除操作来进行任何逻辑运算。 幸运的是，作为一个人工智能程序员，我们可以放弃有限状态机的正式的数学定义，一个描述性的定义就足够了： 一个有限状态机是一个设备，或是一个设备模型，具有有限数量的状态，它可以在任何给定的时间根据输入进行操作，使得从一个状态变换到冗一个状态，或者是促使一个输出或者一种行为的发生。一个有限状态机在任何瞬间只能处在一种状态。 因此，有限状态机背后的概念是要把一个对象的行为分解成为易于处理的“块”或状态。例如，在你墙上的灯的开关，是一个非常简单的有限状态机。它有两种状态：开或关。状态之间的变换是通过你手指的输入产生的。向上按开关，产生从关到开的状态变换，向下按开关，产生从开到关的状态变换。 关闭状态没有相关的输出或行动（除非你考虑灯泡不亮也作为一个行动），但是当它处在开状态时，允许电流流过开关并且通过电灯泡罩的灯丝点亮你的房间，见图1。
实验八：利用有限状态机进行时序逻辑的设计
实验八：利用有限状态机进行时序逻辑的设计一：利用有限状态机进行时序逻辑的设计的源程序: module seqdet(x,z,clk,rst,state); input x,clk,rst; output z; output[2:0] state; reg[2:0] state; wire z; parameter IDLE='d0, A='d1, B='d2, C='d3, D='d4, E='d5, F='d6, G='d7; assign z = ( state==E && x==0 )? 1 : 0; always @(posedge clk) if(!rst) begin state <= IDLE; end else casex(state) IDLE : if(x==1) begin state <= A; end A: if(x==0) begin state <= B; end B: if(x==0) begin state <= C; end else begin state <= F; end C: if(x==1) begin state <= D; end else begin
state <= G; end D: if(x==0) begin state <= E; end else begin state <= A; end E: if(x==0) begin state <= C; end else begin state <= A; end F: if(x==1) begin state <= A; end else begin state <= B; end G: if(x==1) begin state <= F; end default:state=IDLE; endcase endmodule 二：利用有限状态机进行时序逻辑的设计的测试代码：`timescale 1ns/1ns `include "./seqdet.v" module seqdet_Top; reg clk,rst; reg[23:0] data; wire[2:0] state; wire z,x; assign x=data[23]; always #10 clk = ~clk;