前言
状态机（State Machine）是一种数学模型，用于表示具有有限状态集合的系统。它通过定义状态、转移规则和事件，描述系统在不同条件下的行为。状态机的核心概念包括状态、事件、转移和动作。状态是系统的具体条件或配置，事件是引发状态变化的外部输入，而状态转移是系统从一个状态到另一个状态的过程。状态机广泛应用于计算机科学、电子工程和控制系统中，用于建模复杂的逻辑和行为，如网络协议、用户界面和自动化控制。通过将系统行为分解为离散状态和转移规则，状态机能够清晰地描述和管理系统的动态特性。
状态机（FSM），同步（与时钟）有限状态机，分Moore型状态机（输出仅与当前状态有关），Mealy型状态机（输出与当前状态和输入有关），二者的状态跳转与输入有关。
正文
一、XXXX的设计验证
1.项目需求
可乐机，每次只能投一元，可乐售价3元，当连续投入三枚一元硬币后可乐机吐出可乐。
2.技术介绍
使用 `parameter` 定义了三个状态：`wit`（等待状态），`one`（状态一），`two`（状态二）。设置状态寄存器：`stater` 是一个 3 位宽的寄存器，用于存储当前状态。在时钟上升沿或复位信号的下降沿触发时，状态机根据当前状态和 `po_money` 的值决定状态转移。
`wit` 状态下，若收到投币信号，则转到 `one` 状态，否则保持在 `wit`。
`one` 状态下，若再次收到投币信号，则转到 `two` 状态，否则保持在 `one`。
`two` 状态下，若再一次收到投币信号，则转回 `wit` 状态，否则保持在 `two`。
po_cola` 输出信号，在 `two` 状态且 `po_money` 为1时设为1，表示可以取到饮料；否则设为取不到饮料。
模拟一个饮料自动售货机的基本功能，即在接收到两次投币信号后，允许取到饮料。每个状态的转移逻辑确保了系统能够在不同的状态间正确地转换，并在达到条件时输出正确的信号。
3.顶层架构
4.端口描述
|----------|-------------|
| clk | 时钟信号（50Mhz） |
| rst_n | 复位信号（低电平有效） |
| pi_money | 一元硬币投入 |
| po_cola | 可乐输出 |
二、代码验证
module cola_ji(
input clk,
input rst_n,
input po_money,//一元输入
output reg po_cola//可乐输出，alwaya中赋值用reg
);
parameter wit = 3'b001;//等待
parameter one = 3'b010;//一元
parameter two = 3'b100;//两元
reg [2:0]stater;
always @(posedge clk,negedge rst_n)
begin
if(rst_n == 0)
stater <= wit;
else case(stater)
wit : if(po_money == 1'b1)//一元输入，状态跳转
stater <= one;
else
stater <= wit;
one : if(po_money == 1'b1)//一元输入，状态跳转
stater <= two;
else
stater <= one;
two : if(po_money == 1'b1)//一元输入，状态跳转
stater <= wit;
else
stater <= two;
default : stater <= wit;
endcase
end
always @(posedge clk,negedge rst_n)
begin
if(rst_n == 0)
po_cola <= 1'b0;
else
if((stater == two)&&(po_money == 1'b1))//二元时一元输入，可乐输出
po_cola <= 1'b1;
else
po_cola <= 1'b0;
end
endmodule
仿真代码
`timescale 1ns/1ps
module cola_ji_tb;
reg clk;
reg rst_n;
reg po_money;
wire po_cola;
cola_ji cola_ji_inst(
.clk (clk ),
.rst_n (rst_n ),
.po_money (po_money),
.po_cola (po_cola )
);
initial clk = 1;
always #10 clk = ~clk;
initial begin
rst_n = 0;
po_money = 1'b0;
#20
rst_n = 1;
#20
po_money = 1'b1;
#20
po_money = 1'b0;
#20
po_money = 1'b1;
#20
po_money = 1'b0;
#20
po_money = 1'b1;
#20
po_money = 1'b0;//三元硬币投入
#20
po_money = 1'b1;
#20
po_money = 1'b0;
#20
po_money = 1'b1;
#20
po_money = 1'b0;
#20
po_money = 1'b1;
#20
po_money = 1'b0;//三元硬币投入
#20
po_money = 1'b1;
#20
po_money = 1'b0;
#20
po_money = 1'b1;
#20
po_money = 1'b0;
#20
po_money = 1'b1;
#20
po_money = 1'b0;//三元硬币投入
#200
$stop;
end
endmodule
三、仿真验证
代码编译通过，观察状态转移图，点击如下图位置
可以看到与理论绘制的状态转移图相同
观察rtl电路图，stater为上图的状态转移图
运行仿真，可乐输出正常，按照理论逻辑输出，调出中间信号观察
可乐在二元状态下检测到再次投入的一元硬币时，可乐投出。
