有限状态机(FSM)的设计
有限状态机(ASM)(FSM)
(OR ASM)
Sequential circuits are also called finite state machines (FSMs), which is a more formal name that is often found in technical literature. The name derives from the fact that the function behavior of these circuits can be represented using a finite number of states.
begin
if clk'event and clk='1' then
presentstate<=nextstate;
end if;
end process switch_to_nextstate;
when s3=>nextstate<=s4; change_state_mode: process(presentstate)--主控组合进程 y<="100"; begin cout<='0'; case presentstate is when s4=>nextstate<=s0; when s0=>nextstate<=s1; y<="000"; y<="001"; cout<='1'; cout<='0'; when when s1=>nextstate<=s2; others=>nextstate<=s0; y<="010"; cout<='0'; y<="XXX";
第八次课-8章状态机精选全文
z<=0;
三、基于状态机的设计要点
1．起始状态的选择
起始状态是指电路复位后所处的状态，选择一 个合理的起始状态将使整个系统简洁高效。有的 EDA软件会自动为基于状态机的设计选择一个最佳 的起始状态。
2．状态转换的描述
一般使用case语句来描述状态之间的转换， 用case语句表述比用if-else语句更清晰明了。
有限状态机类型 有限状态机的Verilog描述 有限状态机的设计要点
一、两种有限状态机
二、有限状态机的Verilog描述
描述对象：
当前状态、下一状态、输出逻辑
描述方式： 单过程、双过程、三过程
单过程描述方式： 放在一个过程中描述，相当于采用时
钟信号同步，克服输出产生毛刺。但输出 逻辑相对于双过程，要延迟一个时钟周期。
end end
s3: begin if(x==0)
begin state<=s0; z<=0;
end else begin
state<=s4; z<=1; end end
s4: begin if(x==0)
begin state<=s0; end else begin state<=s4; z<=1; end end default:
双过程描述方式： 一个过程 由时钟信号触发的时序过程
（当时钟发生跳变时，状态机状态发生变 化。一般用case语句检查状态机的当前状态； 另一过程是组合过程，对于摩尔型，输出 只与当前状态有关，因此只需用case语句即 可，对米里型，因与当前状态和输入都有 关，因此可用case 语句和 if组合进行描述。
有限状态机
可综合的设计中应注意
不使用初始化语句；不使用带有延时的描述； 不使用循环次数不确定的循环语句。
应尽量采用同步方式设计电路。
用always过程块描述组合逻辑，应在敏感 信号列表中列出块中出现的所有输入信号。
基于状态机的设计要点
3．状态编码的定义
在Verilog语言中，有两种方式可用于定义状态编码，分别用
parameter和'define语句实现，比如要为state0、state1、state2
、state3四个状态定义码字为：00、01、11、10，可采用下面
两种方式。
方式1：用parameter参数定义
采用一个always模块描述,状态编码用二进制编码：
• module fsm(clk,ina,out); input clk,ina; output out; reg out; parameter s0 = 3'b00,s1 =3'b01,s2 =3'b10,s3=3'b11; reg[0:1]state; always @ (posedge clk) begin state<=s0;out =0; case(state) s0: begin state<=(ina)?s1:s0;out=0; end s1:begin state<=(ina)?s2:s0;out=0; end s2:begin state<=(ina)?s3:s0;out=0; end s3:begin state<=(ina)?s3:s0;out=1; end endcase end endmodule
1、有限状态机
有限状态机的设计
什么是有限状态机（ FSM ） FSM的种类和不同点 设计举例
有限状态机的verilog例子
有限状态机的verilog例子有限状态机（Finite State Machine, FSM）是数字电路设计中的一种基本构件，它可以用来实现各种复杂的控制逻辑。
在Verilog中，可以用模块（module）来描述一个有限状态机，使用参数（parameters）来定义状态数量和状态转移逻辑。
以下是一个简单的有限状态机的Verilog例子，该FSM有3个状态（S0, S1, S2）和两个输入（clk, rst_n）以及一个输出（next_state, out）：```verilogmodule fsm(input wire clk, // 时钟信号input wire rst_n, // 低电平复位信号input wire [1:0] in, // 输入信号，这里位宽为2，可以扩展output reg next_state, // 下一状态输出output reg out // 输出信号);// 状态参数parameter S0 = 2'b00;parameter S1 = 2'b01;parameter S2 = 2'b10;// 状态寄存器reg [1:0] state;// 状态转移逻辑always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begin// 当处于复位状态时，状态寄存器和输出都初始化为0state <= S0;out <= 1'b0;end else begin// 根据当前状态和输入信号，更新下一状态和输出case (state)S0: beginnext_state <= S1;out <= 1'b1;endS1: beginnext_state <= S2;out <= 1'b0;endS2: beginnext_state <= S0;out <= 1'b1;enddefault: beginnext_state <= S0;out <= 1'b0;endendcaseendendendmodule```在这个例子中：- `clk` 是时钟信号。
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。
三. 实验设备与软件平台微型计算机，GW48－CK，QuartusII v5.0。
有限状态机(ASM)(FSM)
cout<='X';
end case; end process change_state_mode; end rtl;
when s2=>nextstate<=s3;
y<="011"; cout<='0';
二、设计一个串行数据检测器
要求：当输入连续3个或3个以上1时，
输出才为1，否则输出为0。
分析：1、逻辑抽象，得出状态转换图或状态转换表 2、根据状态转换图编写VHDL程序
BEGIN
CASE current_state IS
WHEN s0=> IF x='0' THEN
WHEN s2=> IF x='0' THEN
next_state<=s0; y<='0'; ELSE next_state<=s3;
next_state<=s0;
ELSE next_state<=s1; END IF; y<='0';
Present state Next state y2y1y0 y2y1y0
S0: 000 S1: 001 S2: 010 S3: 011 S4: 100 000 001 010 011 100 000 001
Output cout
0 0 0 0 1 0
Figure 4.2 State-assigned table
y<='0';
END IF; WHEN OTHERS=>NULL; END CASE; END process changestatemode;
第十讲 有限状态机FSM
1
引言
现代数字系统的设计中，一般都采用自顶向下的模 块化设计方法。即从整个系统的功能出发，将系统 分割成若干功能模块。在自顶向下划分的过程中， 最重要的是将系统或子系统按计算机组成结构那样 划分成控制器和若干个受控功能模块。
受控部分通常是设计者们所熟悉的各种功能的电路， 设计较为容易。主要任务是设计控制器，而其控制 功能可以用有限状态机来实现。
6
--2008-10--
Copyright@2008.邹云海
1、说明部分
说明部分中使用TYPE语句定义新的数据类型，此 数据类型为枚举型，其元素通常用状态机的状态名 来定义； 状态变量（如现态和次态）应定义为信号，便于信 息传递，并将状态变量的数据定义为含有既定状态 元素的新定义的数据类型； 说明部分放在结构体的Architecture和Begin之间：
邹云海200810顺序编码编码方式最简单使用触发器最少剩余的非法状态最少冗错技术最简单节省了触发器但是译码电路组合逻辑资源消耗大一位热码编码用n个触发器来实现具有n个状态的状态机状态机中的每一个状态都由其中一个触发器的状态表示
第十讲
有限状态机FSM
--2008-10--
Copyright@2008.邹云海
end if;
end process; end behv;
--2008-10-Copyright@2008.邹云海
--2008-10--
一般状态机结构框图 Copyright@2008.邹云海
8
3、主控组合进程
主控组合进程通过信号current_state进入相应的 状态，并在此状态中根据外部的信号（指令）如 state_inputs等向内或/向外发出控制信号，如 comb_outputs，同时确定下一状态的走向，即 向次态信号next_state中赋入相应的状态值。此 状态值通过next_state传给时序进程，直至下一 个时钟脉冲的到来在进入另一次的状态转换周期。 主控组合进程也可称为状态译码过程，负责根据外 部输入的控制信号，执行特定的功能。 辅助进程：辅助进程用于配合状态机工作的组合进 程或时序进程。例如为了完成某种算法的进程，为 了稳定输出设置的数据锁存器等。
有限状态机设计
ENTITY AD574 IS
PORT (
d:
IN STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0);
clk,status :
IN STD_LOGIC; --时钟CLK，状态信号STATUS
lock0 :
OUT STD_LOGIC; --内部锁存信号LOCK旳测试信号
cs,a0,rc,k12x8 : OUT STD_LOGIC; --AD574控制信号
决定进入下一种状态。
（if - then - else）
二、一般有限状态机旳设计
6.2.1 一般有限状态机构成
4. 辅助进程：
clk reset State_inputs
状态机 Current_state
Next_state
一般状态机工作示意图
Comb_output
二、一般有限状态机旳设计
【例 6-1 】一般两进程有限状态机描述
下一状态 输出
001
0
000
0
…
…
状态机旳表达措施2
措施二：算法流程图 措施与软件程序旳流程图类似
状态机旳表达措施3
措施三：状态转换图 条件控制
定序
状态1
入
入
/出
状态4
/出
入
入
状态3
/出
状态2
/出
Moore
直接控制 定序
状态机旳表达措施3
措施三：状态转换图 条件控制
定序
状态1
入 /出
入 /出
状态4
工作状态
禁止
禁止
开启12位转换 开启8位转换 12位并行输出有效 高8位并行输出有效 低4位加上尾随4个0有效
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
begin
state<=B;z=0;
end
else
state<=IDLE;
B:if(x==1)
begin
state<=C;z=0;
end
else
state<=IDLE;
C:if(x==1)
begin
state<=D;z=1;
end
else
state<=IDLE;
D:if(x==1)
实验报告四
有限状态机（FSM）的设计
1、实验目的
1、了解FSM的应用范围和两种类型的不同特点；
2、掌握FSM的电路结构和设计特点。
二．实验内容
设计一个串行数据检测器，连续4个或4个以上的1时输出为1，其他情况下输入情况为0，编写测试模块并给出仿真波形
三、实验步骤
1.程序编程
module ceshi(x,z,clk,rst,clk1);
#500 $stop;
end
ceshi m(x,z,rst,clk1);
Endmodule
3.对应引脚
4仿真结果
input x,clk,rst;
output z;
reg z;
output clk1;
reg clk1;
reg[2:0] state;
reg [27:0] n;
parameter IDLE='d0,A='d1,B='d2,C='d3;
always@(posedge clk)
begin
if (n==24999999)
wire x,z,clk1;
assign x=data[23];
always #10 clk=~clk;
always@(posedge clk)
data={data[22:0],data[23]};
initial
begin clk=0;
rst=1;
#2 rst=0;
#30 rst=1;
data='b1101_1111_0011_0010_1010;
begin
clk1=~clk1;n=0;end
else
n=n+1;
end
always@(posedge clk1)
if(!rst)
begin
state<=IDLE;
end
else
case(state)
IDLE:if(x==1)
begin
state<=Aate<=IDLE;z=0;end
begin
state<=D;z=1;
else
state<=IDLE;
end
default:state<=IDLE;
endcase
endmodule
2.检测程序
`timescale 1ns/1ns
`include "./ceshi.v"
module ceshi_top;
reg clk,rst;
reg[23:0]data;