状态机设计仿真

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第14章状态机设计(state machine design)

第14章状态机设计（State Machine Design）讲到VHDL设计而不讲state machine，感觉上就是不太完整，我们先来看看什么是state machine，它应该是一种流程控制的设计，在有限的状态中，根据判别信号的逻辑值决定后面要进入哪一个状态，这样的讲法似乎有些抽象，我们先来看看下面的状态图。

图14-1所显示的是一个十字路口的红绿灯控制设计，在一开始时信号Reset 会被设为逻辑’0’，此时state machine会在Reset状态，一直等到信号Reset变成逻辑’1’时，state machine才会进入真正的控制状态。

在之后的三个状态中，我们各定义了一个counter，当进入Red或是之后的Green及Yellow状态时，相对的counter值即会开始递减。

当counter值递减到0时，state machine即会改变到下一个状态。

当然state machine的执行就是依照这种方式进行，但是其中仍有许多的细节是设计者所要注意的，在接下来的章节中，我们会依据实际的例子来介绍state machine的设计方式。

14-1State Machine的建立在这一节我们所举的例子是一个类似检查密码的设计，在一般办公室的门口都会有门禁管制，进门前须先输入一组四个数字的密码，当密码确认无误后门才会打开，除此之外还有更改密码的功用。

我们先来看看其状态图。

在图14-2中一共有四个状态，一开始会维持在idle状态，当要更改或是第一次输入密码时，需要按下一个特殊的“密码更改”按键，此时InpinN信号会变成逻辑’0’的状态，状态机即会进入LoadPin的状态，接着再输入四个数字的密码，密码输入完毕按下“输入”按键，状态机即回到原先的idle状态。

在另一方面，当处于平时状态，有人进入门口要输入密码前，他也必需要按下另一个特殊键“密码输入”，表示之后输入的数字是待验证的密码，此时InData 信号会变成逻辑’0’，于是状态机进入InPin的状态。

实验三_用状态机实现序列检测器的设计Verilog

实验三用状态机实现序列检测器的设计一、实验目的：用状态机实现序列检测器的设计，并对其进行仿真和硬件测试。

二、原理说明：序列检测器可用于检测一组或多组由二进制码组成的脉冲序列信号，当序列检测器连续收到一组串行二进制码后，如果这组码与检测器中预先设置的码相同，则输出a，否则输出b。

由于这种检测的关键在于正确码的收到必须是连续的，这就要求检测器必须记住前一次的正确码及正确序列，直到在连续的检测中所收到的每一位码都与预置数的对应码相同。

在检测过程中，任何一位不相等都将回到初始状态重新开始检测。

例3-1描述的电路完成对序列数"11100101"的。

当这一串序列数高位在前（左移）串行进入检测器后，若此数与预置的密码数相同，则输出“a”，否则仍然输出“b”。

【例3-1】//顶层文件：module XULIEQI(clk,reset,din18,LED7S);input clk;input reset;input [17:0] din18;output [6:0] LED7S;wire [3:0] AB;wire [17:0] din18;xulie u1 (clk, din18, reset, din);schk u2 (din,clk,reset,AB);decl7s u3 (AB,LED7S);endmodule//串行检测：module schk(DIN,CLK,CLR,AB);input DIN,CLK,CLR;output[3:0] AB;reg [3:0] AB;reg [7:0] Q;parameteridle = 8'b00000000,a = 8'b00000001,b = 8'b00000010,c = 8'b00000100,d = 8'b00001000,e = 8'b00010000,f = 8'b00100000,g = 8'b01000000,h = 8'b10000000;parameter data=8'b11100101;always @(posedge CLK or negedge CLR) if(!CLR)beginQ <= idle;endelsebegincase(Q)idle:beginif(DIN==data[7]) Q<=a;else Q<=idle;enda:beginif(DIN== data[6]) Q<=b;else Q<=idle;endb:beginif(DIN== data[5]) Q<=c;else Q<=idle;endc:beginif(DIN== data[4]) Q<=d;else Q<=c;endd:beginif(DIN== data[3]) Q<=e;else Q<=a;ende:beginif(DIN== data[2]) Q<=f;else Q<=idle;endf:beginif(DIN== data[1]) Q<=g;else Q<=b;endg:beginif(DIN== data[0]) Q<=h;else Q<=idle;endh:beginif(DIN== data[7]) Q<=a;else Q<=idle;enddefault :Q<=idle;endcaseendalways @(Q)beginif(Q==h) AB <= 4'b1010 ;else AB <= 4'b1011 ;endendmodule//前端预置8位数据输入：module xulie(clk, din18, reset, din);input clk;input[17:0] din18;input reset;output din;reg din;parameters0 = 5'b00000,s1 = 5'b00001,s2 = 5'b00010,s3 = 5'b00011,s4 = 5'b00100,s5 = 5'b00101,s6 = 5'b00110,s7 = 5'b00111,s8 = 5'b01000,s9 = 5'b01001,s10 = 5'b01010,s11 = 5'b01011,s12 = 5'b01100,s13 = 5'b01101,s14 = 5'b01110,s15 = 5'b01111,s16 = 5'b10000,s17 = 5'b10001;reg[4:0] cur_state,next_state;always @ (posedge clk or negedge reset) if(!reset)cur_state <= s17;elsecur_state <= next_state;always @ (cur_state or din18 or din ) begincase (cur_state)s17 : begindin <= din18[17];next_state <= s16;ends16 : begindin <= din18[16];next_state <= s15;ends15 : begindin <= din18[15];next_state <= s14;s14 : begindin <= din18[14];next_state <= s13;ends13 : begindin <= din18[13];next_state <= s12;ends12 : begindin <= din18[12];next_state <= s11;ends11 : begindin <= din18[11];next_state <= s10;ends10 : begindin <= din18[10];next_state <= s9;ends9 : begindin <= din18[9];next_state <= s8;ends8 : begindin <= din18[8];next_state <= s7;ends7 : begindin <= din18[7];next_state <= s6;ends6 : begindin <= din18[6];next_state <= s5;ends5 : begindin <= din18[5];next_state <= s4;ends4 : begindin <= din18[4];next_state <= s3;s3 : begindin <= din18[3];next_state <= s2;ends2 : begindin <= din18[2];next_state <= s1;ends1 : begindin <= din18[1];next_state <= s0;ends0: begindin <= din18[0];next_state <= s17;enddefault : begindin <= 1'b0;next_state <= s0;endendcaseendendmodule提示：1.若对于D <= "11100101 "，电路需记忆：初始状态、1、11、111 、1110 、11100、111001、1110010、11100101 共9种状态。

fpga2段状态机设计

fpga2段状态机设计FPGA（现场可编程门阵列）是一种灵活的数字电路设计工具，它可以用来实现各种数字逻辑电路，包括状态机。

状态机是一种抽象的数学模型，用于描述系统在不同状态之间的转移和行为。

在FPGA中设计状态机需要考虑多个方面，包括状态的定义、状态转移条件、输出逻辑等。

首先，我们需要定义状态机的状态。

状态机可以是Mealy型或者Moore型。

Mealy型状态机的输出取决于当前状态和输入，而Moore型状态机的输出仅仅取决于当前状态。

在设计状态机时，我们需要明确定义每个状态以及状态之间的转移条件。

这可以通过状态转移图或者状态转移表来表示。

其次，我们需要考虑状态机的输入和输出。

输入可以是外部信号，输出可以是状态机的输出信号或者控制其他逻辑电路的信号。

在FPGA中，我们可以使用寄存器来存储状态机的当前状态，使用组合逻辑来实现状态转移条件和输出逻辑。

另外，时序是状态机设计中一个非常重要的考虑因素。

我们需要确保状态机的状态转移和输出逻辑在时钟的控制下按照预期进行。

在FPGA中，我们可以使用时钟信号来同步状态机的操作，确保状态机的稳定和可靠性。

最后，我们需要进行综合和布局布线，将状态机的逻辑电路映射到FPGA的可编程逻辑单元（PLC）和寄存器中。

在这个过程中，我们需要考虑逻辑优化、时序约束等问题，以确保状态机能够在FPGA中正确运行。

综上所述，设计FPGA中的状态机需要考虑状态定义、状态转移条件、输出逻辑、时序等多个方面。

在实际设计中，我们需要结合具体的应用场景和FPGA的特性来进行设计，以实现所需的功能并满足性能要求。

三种编码摩尔状态机的低功耗设计仿真研究

上的优化率。
功耗分析的 “ 粒 ”定义为寄存器。颗
的状态，使每一个状态都有唯一标识。在数字逻辑电
路中最常用的是二进制编码、Ｏｅｈｔ码和Ｇａ编码ｎ—ｏ编ｒｙ
这三种。
Ｂｎｒ编码方式按二进制递增的方式对状态进行ｉａｙ编码，这种编码方式效率很高，ｎｂｔｉ二进制数可表示２个状态，因此，采用该编码方式的状态机所耗用的Ｄｎ触发器资源较少，例如ｍ状态需要的状态寄存器不超个过ｌｇｍｏ２。但这种方式在译码过程中，需要让所有的二进制位参与译码，在状态比较多且状态跳转条件比较复杂时，会导致很大的组合逻辑，在触发器密集型的ＦＧ中使用Ｂｎｒ编码，会耗用比较多的资源，所以ＰＡｉａｙ它更适合于像ＣＬ这种组合逻辑资源比较丰富而触发ＰＤ器资源较少的器件使用。Ｏｅｈｔ名思义，是指任何时候一个ｎｂｔｎ — ｏ顾ｉ的寄存
（状态机概念一）有一种逻辑电路，任一时刻的输出信号不仅取决于
当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，或者
用的Ｄ触发器资源通常比二进制编码多一些，ｎ个状态
需要ｎ触发器；但这种编码方式在状态译码时，只需个Ｄ用ｌｉ参与译码，耗用的逻辑资源比二进制编码少。ｂｔ

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)beginif(clr)beginphase<='b0000;state<=s0;endelsebegincase(state)s0:if(dir) beginphase<='b0010;state<=s1;endelsebeginphase<='b1000;state<=s3;ends1:if(dir) beginphase<='b0100;state<=s2;endelse beginphase<='b0001;state<=s0;ends2:if(dir) beginphase<='b1000;state<=s3;endelse beginphase<='b0010;state<=s1;ends3:if(dir) beginphase<='b0001;state<=s0;endelse beginphase<='b0100;state<=s2;endendcaseendendendmodule4、进行综合编译5、新建波形文件6、导入引脚，设置信号源并保存7、功能仿真，结果分析由仿真波形图可以看出当dir=1时，phase[3..0]按照0001，0010，0100，1000的顺序变化，当dir=0时phase[3..0]按照0001，1000，0100，0010的顺序变化。

软件测试中的状态机建模与分析

软件测试中的状态机建模与分析软件测试是确保软件系统正确且稳定运行的重要步骤。

在软件测试过程中，状态机建模与分析是一项关键技术，它能够帮助开发人员理清软件应用中的各种状态以及状态之间的转换关系，并通过测试用例的设计和执行来验证系统在各种状态下的行为是否符合预期。

状态机建模是一种形式化方法，用于描述系统随时间变化而转换的状态。

在软件测试中，通过状态机建模能够更好地理解系统的各种状态以及状态之间的转换规则，从而设计出全面且有效的测试用例。

状态机通常由状态、事件和转换组成。

状态代表软件系统可能的各种情况，事件触发状态之间的转换动作。

转换规则描述了事件触发后从一个状态转换到另一个状态的条件。

通过这些状态、事件和转换，我们可以清晰地描述系统在不同情况下的行为，并通过测试用例来验证其正确性。

在进行状态机建模时，可以使用形式化的状态图或者表格来表示。

状态图由状态、事件和转换之间的关系构成，以图形的形式直观呈现。

状态表则以表格的形式展示各个状态和事件之间的转换关系，更加清晰明了。

状态机建模的优势在于它能够帮助开发人员深入理解系统的行为，并针对不同的状态设计相应的测试用例。

通过测试用例的执行，可以发现系统在不同状态下的异常行为，从而确保软件系统不受到状态转换的干扰，保持正常运行。

除了帮助设计测试用例外，状态机建模还能够辅助开发人员进行错误分析和难点定位，特别是在软件系统遇到复杂的状态转换问题时。

通过分析状态机，我们可以识别出系统中存在的错误状态以及导致错误状态的原因，从而有针对性地解决问题，并提高软件系统的质量和可靠性。

状态机建模还可以用于软件系统的性能测试。

通过模拟系统在不同状态下的运行，我们可以评估系统在不同负载下的性能表现，并找出性能瓶颈所在。

这对于优化系统的性能、提升用户体验至关重要。

总之，状态机建模与分析在软件测试中发挥着重要作用。

它可以帮助开发人员理清软件系统的各种状态及其转换关系，设计全面且有效的测试用例，并辅助错误分析和难点定位。

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。

CPLD实验报告

实验一 Xilinx软件及状态机设计一实验目的:学习FPGA设计软件, 掌握软件流程, 掌握状态机编程。

二实验内容:设计一个状态机三实验说明:状态机设计是数字电路中使用非常广泛和方便的时序设计工具。

由于硬件是并行的触发, 相对软件是串行执行, 那么让硬件电路按照节拍执行串行操作指令就成为一个问题, 这就是状态机的主要功能。

相应的, 软件指令中的几十条简单顺序执行代码可能需要硬件的几十上百个触发器去实现其功能。

所以, 软件与硬件的设计思路有相当大的区别。

当然, 随着FPGA规模的不断扩大, 这些问题也越来越容易解决了。

我们可以用软件的思路去描述自己的设计, 可能最终实现的电路是几十万门级的器件, 但是你只要花费几美元就能买到。

状态机是数字电路的基础, 因此, VHDL的学习也从这个实验开始。

四实验过程:1.在进行实验之前, 我先自学了VHDL语言。

2.熟悉Xilinx软件环境。

3.通过仿真, 读懂了states这段代码所实现的功能及其出现的问题。

五思考题:1.通过仿真, 这段代码实现相应功能时出了什么问题？请修正代码。

答：这段程序完成的是对红绿灯的控制功能。

通过仿真发现所有的灯都比预期的多亮了2秒, 比如东西方向绿灯亮62秒（应该是60秒）, 黄灯是5秒（应该是3秒）。

出现此问题的原因是没有考虑到硬件的延时问题。

所以只要把程序中的59改为57, 39改为37, 3改为1, 再进行仿真, 结果就正确了。

2.状态机输出分成同步输出和异步输出, 状态机异步输出直接用状态机的某个状态进行组合逻辑运算来得到一个输出, 同步输出是在该状态的时钟上跳沿控制输出变化。

请问同步输出和异步输出利弊各在哪里？答: 同步输出的优点是: 时钟脉冲的间距解决了组合逻辑电路中的延时和竞争问题。

只要时钟脉冲的宽度合适, 输出就不会存在竞争与现象。

缺点是: 外部输入信号的变化应满足触发器正常工作所需的建立和保持时间。

因为上述特点使得同步时序输出的工作速度的提高受到限制, 且对时钟脉冲到达个触发器的时间及外部信号的变化有较严格的要求。

状态机设计与综合实用方法

S1 = 3'd1, S2 = 3'd2, S3 = 3'd3, ERROR = 3'd4; reg [2:0] state, next; always @(posedge clk or posedge rst)//异步复位，时序逻辑 if (rst) state <= IDLE; else state <= next; always @(state or i1 or i2 or i3 or i4) begin //组合逻辑，敏感列表包含当前状态以及所有的状态机输入 next = 3'bx;//设置默认值，以便防止因为 if 或者 case 语句不完整综合生成锁存器 err = 0; n_o1 = 1; o2 = 0; o3 = 0; o4 = 0; case (state) IDLE: begin next = ERROR;//如果下面所有的 if 条件都不符合，则对 next 赋该默认值 if (!i1) next = IDLE; if (i1 & i2) next = S1; if (i1 & !i2 & i3) next = S2; end S1: begin next = ERROR; if (!i2) next = S1; if (i2 & i3) next = S2; if (i2 & !i3 & i4) next = S3; n_o1 = 0; o2 = 1; end S2: begin next = ERROR; if (i3) next = S2; if (!i3 & i4) next = S3;
图 1 为状态机结构图
显式的 FSM 描述方法可以描述任意的 FSM（参考 Verilog 第四版 P181 有限状态机的说明）。两个 always 模块。其中一个是时序模块，一个为组合逻辑。时序模块设计与书上完全一致，表示状态转移，可分为同步与异步复位。同步： always @(posedge clk) if (!reset) ………… 异步： always @(posedge or negedge reset) if (!reset) …………

第七讲 FPGA器件的仿真验证、设计约束、时序分析与状态机设计技巧

行检查，根据提示找出不满足Ｓｔｐｅｕ／
要求不同，一般，测
・
试平台程序可以采
用任何符合语法规
生成螭稷文件
则的语句：在行为级仿真时，主要验证系
在碰件Ｉ避验证和测试
ｈｌｔｅ的路径，以及不符合约束的ｏｍｄｉ
路径的过程即为ＳＡＴ。细致全面的
的关键，设计的大部分时间均被用于仿真。通常，硬件系统的仿真分为两
台，实现自动对被测试单元输入信号片，完成最终的硬件验证和测试。
种，即功能仿真和时序仿真，或称为前
仿真和后仿真。
的矢量测试，通过波形输出、文件记录
输出，或与测试平台中的设定的输出矢量比较，证仿真结果。验
ＦＧ验证ＰＡ
ＦＧ验证是证明一个设计能否ＰＡ
ＦＧ／ＰＤ常用的仿真软件包ＰＡＣＬ
括Ｍｅｔｒ司的ＭｏｅｓＡｄｃ公ｎｏ公ｄｌｍ、ｌｉｅ司的Ａｔｅ— ＨＬａｅｃｃｉｖＤ、Ｃｄｎｅ公司的
ＮＣ — Ｖｒｏｅｉｇ和ＮＣ～ＶＨＤＬＳｙｏｓｌ、ｎｐｙ
对Ｔｓｂｎｈ的设计ｅｔｅｃ
枷局粕线
Ｓｇａａ及功耗分析工具等。ｉｌｐｌｎＴｌ
时序验证静态时序分析（ｔｔｍｎｎｌＳｉ１ｉＡａ－ａｃ１ｇｙｓ）ＰＡ设计过程中的重要步骤。ｉ是ＦＧｓ在ＦＧＰＡ加约束、综合、布局布线后，将生成时序分析报告，通过对时序报告进

FSM状态机仿真设计-如何查看状态

FSM状态机仿真设计-如何查看状态我们平时使⽤Verilog进⾏状态机编码时，通常使⽤parameter对状态名进⾏定义，这样写Case语句的时候就不会对这⼀串10摸不着头脑。

可是通常这样做的话，在Modelsim⾥看到的还是⼀串10，使排错⾮常困难，特别是在⽤OneHot编码的时候，就看到⼀串0中间的⼀个1 #_# 简直要疯掉。

Question: 我们可不可以像VHDL⼀样，在仿真的时候看到状态名字，⽽不仅仅是状态编码呢？答案当然是可以的拉，事在⼈为嘛！Solution1: 另外定义⼀个reg: state_name，长度根据状态名称长度⽽改变（状态名称字符数x8）；在每个状态执⾏的语句中加⼊state_name <= "IDLE"; 类似的⼀句语句；仿真时添加state_name进⾏观察，使⽤ASCII Radix。

Solution2:使⽤如下语句：`ifdef SIMULATIONparameter S_idle = "idle ";parameter S_decode = "decode";parameter S_start = "start ";parameter S_wait = "wait ";parameter state_wid_msb = 47;`elseparameter S_idle = 4'b0001;parameter S_decode = 4'b0010;parameter S_start = 4'b0100;parameter S_wait = 4'b1000;parameter state_wid_msb = 3;`endifreg [state_wid_msb:0] state;只要在仿真的时候`define SIMULATION就可以了。

verilog状态机设计例题

verilog状态机设计例题Verilog状态机设计是数字电路设计中的重要内容，它通常用于控制系统和序列逻辑电路的设计。

在Verilog中，状态机通常使用行为级描述或者结构级描述来实现。

下面我将从例题的角度来介绍Verilog状态机设计。

假设我们要设计一个简单的2位计数器，它可以按顺序循环输出00、01、10、11、00……的计数序列。

我们可以使用Verilog来实现这个状态机。

首先，我们需要定义状态机的状态和状态转移。

在这个例子中，我们有4个状态：S0、S1、S2和S3，分别对应00、01、10、11四种计数状态。

状态转移规则如下：当当前状态为S0时，下一个状态为S1；当当前状态为S1时，下一个状态为S2；当当前状态为S2时，下一个状态为S3；当当前状态为S3时，下一个状态为S0。

接下来，我们可以使用Verilog的行为级描述来实现这个状态机。

下面是一个简单的Verilog代码示例：verilog.module counter (。

input clk, // 时钟输入。

input rst, // 复位输入。

output reg [1:0] count // 2位计数输出。

);// 定义状态。

typedef enum {S0, S1, S2, S3} state_type;reg [1:0] state, next_state;// 状态转移逻辑。

always @(posedge clk or posedge rst) begin.if (rst) begin.state <= S0; // 复位时初始状态为S0。

end.else begin.state <= next_state; // 根据下一个状态更新当前状态。

end.end.// 下一个状态逻辑。

case (state)。

S0: next_state = S1;S1: next_state = S2;S2: next_state = S3;S3: next_state = S0;default: next_state = S0;endcase.end.// 输出逻辑。

matlab有限状态机编程

matlab有限状态机编程Matlab有限状态机编程是一种常用的编程技术，用于描述和实现系统的状态转换和行为。

有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种数学模型，表示系统的一组状态以及在不同输入下如何从一个状态转换到另一个状态。

在Matlab中，可以利用FSM工具箱来设计和模拟有限状态机。

有限状态机由一组状态、输入和转换规则组成。

状态表示系统的某种特定情况或条件，输入是触发状态转换的外部事件或条件，转换规则定义了在给定输入下从一个状态转换到另一个状态的条件和动作。

有限状态机可以用图形方式表示，其中状态用圆圈表示，转换用箭头表示。

在Matlab中，可以使用FSM工具箱来创建有限状态机。

首先，需要定义系统的状态集合和输入集合。

然后，可以通过创建状态转换矩阵来定义状态之间的转换规则。

状态转换矩阵是一个二维数组，其中每一行代表一个状态，每一列代表一个输入，矩阵元素表示在给定输入下从一个状态转换到另一个状态的条件和动作。

在有限状态机编程中，常用的操作包括状态转换、状态更新和事件处理。

状态转换是根据输入和当前状态确定下一个状态的过程，状态更新是根据当前状态和输入更新系统的状态信息，事件处理是根据当前状态和输入执行相应的动作或操作。

有限状态机编程在实际应用中非常广泛。

例如，它可以用于控制系统、自动化系统、通信协议等领域。

通过使用有限状态机编程，可以简化复杂系统的设计和实现过程，提高系统的可靠性和性能。

在Matlab中，有限状态机编程可以通过编写脚本或函数来实现。

可以使用状态和输入变量来表示系统的状态和输入，使用条件语句和循环语句来实现状态转换和事件处理。

此外，还可以使用Matlab提供的其他功能和工具来增强有限状态机的功能和性能。

Matlab有限状态机编程是一种强大而灵活的编程技术，用于描述和实现系统的状态转换和行为。

通过使用FSM工具箱和Matlab的其他功能，可以简化复杂系统的设计和实现过程，提高系统的可靠性和性能。

有限状态机(FSM)的设计

有限状态机FSM 简称状态机） VHDL设计 FSM（第4章有限状态机FSM（简称状态机）的VHDL设计一、有限状态机的基本概念 1、有限状态机的基本结构和功能有限状态机（有限状态机（Finite Machine，简称FSM FSM） State Machine，简称FSM）是一种十分重要的时序逻辑电路，一种十分重要的时序逻辑电路，由状态寄存器和组合逻辑电路组成，组成，是数字逻辑电路以及数次态组合字系统的重要组成部分，字系统的重要组成部分，尤其输出组合逻辑电路应用于数字系统核心部件（应用于数字系统核心部件（控逻辑电路输制单元）的设计，制单元）的设计，以实现高效输入状态出输出率高可靠性的逻辑控制。率高可靠性的逻辑控制。状态状态译译码器寄存器有限状态机可实现以下两种基本操作：有限状态机可实现以下两种基本操作：码反馈器（1）状态机内部状态转换。由状态译）状态机内部状态转换。码器根据当前状态和输入信号确定。码器根据当前状态和输入信号确定。状态机结构示意图（2）产生输出信号序列。由输出译码）产生输出信号序列。器根据状态机当前状态和输入信号确定。器根据状态机当前状态和输入信号确定。
SIGNAL CS,NS: STATE_TYPE; BEGIN REG:PROCESS(CLK,RESET) BEGIN IF RESET=‘0’ THEN CS<=S0; THEN CS<=NS; --寄存器进程 --寄存器进程
ELSIF END
CLK'EVENT AND CLK='1‘
IF;
END PROCESS; FUNC1:PROCESS(INPUT,CS) BEGIN CASE CS IS WHEN S0=>IF INPUT ELSE END IF; WHEN S1=>IF INPUT ELSE END IF; WHEN S2=>IF INPUT ELSE END IF; WHEN S3=>IF INPUT ELSE END IF; --次态组合逻辑译码进程 --次态组合逻辑译码进程

状态机设计 by foreveryoung V2.0

状态机设计V2.0 by foreveryoung前言：很久以前发了篇《状态机设计by foreveryoung》，这阵子有空重新修订了一下，少许补充和删减了些内容，相对老版，调理应该更加清晰点。

细心的人可能注意到，目录是从第二章开始的，且没有做链接。

因为这是我笔记中的一篇，也懒得改了，想来也不会太影响阅读：）。

2011.5.31 上海foreveryoung交流QQ群：123035845/91968656目录：2. 状态机设计2.1 状态机分类2.2 有限状态机的状态编码2.3 推荐的状态机描述方法2.3.1 FSM的时序优化——输出逻辑优化和响应速度2.3.2 状态机的描述方法2.3.3 有限状态机FSM编码方式和书写规范2.3.4 状态机建模样板2. 状态机设计2.1 状态机分类如果时序逻辑的输出不但取决于状态还取决于输入，称为Mealy状态机。

如果输入变化，这类状态机的输出可能在一个时钟周期的中间跟着改变。

而有些时序逻辑电路的输出只取决于当前状态，这样的电路就称为Moore 状态机。

这类状态机输出和输入成隔离状态：输出将在剩余的时钟周期内保持稳定（为一个常数），即使输入在时钟周期内变化。

2.2 有限状态机的状态编码常用的编码有三种：二进制编码、Gray码、one-hot编码。

另外，还可以自定义编码，比如在高速设计中以状态编码作为输出。

一．二进制编码顺序二进制编码，即将状态依次编码为顺序的二进制数。

顺序二进制编码是最紧密的编码，优点在于它使用的状态向量位数最少。

例如对于6个状态的状态机，只需要3位二进制数来进行编码，因此只需要3个触发器来实现，节约了逻辑资源（在实际应用中，往往需要较多组合逻辑对状态向量进行解码以产生输出，因此实际节约资源的效果并不明显）。

在上面的例子中，3位二进制数总共有8种可能的编码模式，其中6种用来表示有效状态，剩下的2种是无效编码。

有人认为顺序二进制编码还有一个好处。

有限状态机的Verilog设计与研究

谢谢观看
end
endcase
end
end
endmodule
该有限状态机使用三个寄存器来存储当前的状态，并在每个时钟周期检查输入信号和当前状态来确定下一个状态。如果接收到读取信号，它将输出与输入相同的数据，并在下一个时钟周期回到空闲状态。如果接收到写入信号，它也会输出与输入相同的数据，并在下一个时钟周期回到空闲状态。该有限状态机的设计是可综合的，因为它只包含基本的逻辑门和触发器，并且它的输出只依赖于当前的状态和输入信号。
end else begin state <= STANDBY;
end
end
endcase
end
end
assign led = state;
endmodule
有限状态机的测试
为了确保有限状态机的正确性，需要对Verilog设计的有限状态机进行测试。以下是测试过程中需要注意的几点：
end else begin state <= IDLE;
end
end
FLASH: begin
if (flash_timeout) begin state <= STANDBY;
end else begin state <= FLASH;
end
end
STANDBY: begin
if (activate) begin state <= FLASH;
有限状态机的Verilog设计与研究
01 引言
目录
02 有限状态机的设计
03 reg [1:0] state;
05
end else begin
04
if (rst) begin
06

状态机的设计实例

状态机的设计实例状态机机制是流⽔线设计的重要内容，本⽂此次通过⼀个具体例⼦来详细进⾏讲解。

设计任务：建⽴⼯程，设计代码module flag(clk,rst_n,data_in,led);input clk,rst_n; //clk50M,rst_n低电平复位input [7:0]data_in;output reg led;localparam //说明下列数据是在⽂件化内部使⽤的，⽆法再外部进⾏更改。

CHECK_H=5'b0_0001,CHECK_e=5'b0_0010,CHECK_la=5'b0_0100,CHECK_lb=5'b0_1000,CHECK_o=5'b1_0000; //独热码的编码⽅式，可以看下夏宇闻教授的讲解，简化译码逻辑reg[4:0] state;//⼀段式状态机，两段式状态机，三段式状态机，三段式状态机的逻辑是最⾼的，⼀段式更利于学习，所以现在先学习⼀段式always@(posedge clk or negedge rst_n) //加上时序if(!rst_n) //复位键是否按下beginled=0;state<=CHECK_H; //设定初始状态endelsebegincase(state)CHECK_H:if(data_in=="h") //采⽤的是ASICALL码，H:8'h15 state<=CHECK_e;elsestate<=CHECK_H;CHECK_e:if(data_in=="e")state<=CHECK_la;elsestate<=CHECK_H;CHECK_la:if(data_in=="l")state<=CHECK_lb;elsestate<=CHECK_H;CHECK_lb:if (data_in=="l")state<=CHECK_o;elsestate<=CHECK_H;CHECK_o:if (data_in=="o")beginled<=~led;state<=CHECK_H;endelsestate<=CHECK_H;defaultstate<=CHECK_H;endcaseendendmodule编写testbench，并设定路径；`timescale 1ns/1ns`define clock_period 20module flag_tb;reg clk;reg rst_n;reg [7:0]ASCII;wire led;flag flag0( .clk(clk),.rst_n(rst_n),.data_in(ASCII),.led(led));initial clk=1'b1;always #(`clock_period/2) clk=~clk;initial beginrst_n=0;ASCII=0;#(`clock_period*200)rst_n=1'b1;forever beginASCII="C";#(`clock_period)ASCII="h";#(`clock_period)ASCII="e";#(`clock_period)ASCII="l";#(`clock_period)ASCII="l";#(`clock_period)ASCII="o";#(`clock_period)ASCII="I";endendendmodule点击仿真按钮，进⾏程序仿真，可以看出，完成⼀次hello输⼊后，状态机才会到最后⼀层，将LED翻转。