原创 第3讲 状态机2--两段式状态机

两段式状态机

实验目的：用两段式状态机描述法设计如图1所示的状态图转换图。

图1 状态转换图

由图1可知，状态的跳转和输出信号的控制不仅与复位信号Reset有关，还与输入信号A有关，同时，输出有K1、K2两个信号，如果采用一段式状态机描述它则会杂乱无章，甚至会出现漏写语句的情况，故为了描述的状态机条理清晰、缜密，我们决定采用两段式状态机描述该状态转换图，第一段用一个always语句块描述状态的跳转，第二段用一个或多个always语句块描述输出信号与输入信号或当前状态的关系。需注意：（1）always的个数不是状态机的段数；（2）always的个数由输出信号的个数决定，一个always块中尽量只对一个输出变量进行赋值（或控制）。代码截图如下：

Testbench代码截图如下：

QUARTUS综合得到的状态转换图如图2所示：

图2 QUARTUS综合得到的状态转换图

Modelsim仿真结果如图3所示：

图3 Modelsim仿真结果截图

由图3可知，A从第210 ns开始变为高电平，然后依次产生101001100110的序列（以一个时钟周期为基本单位），在A的作用下，状态机的状态依次经由IDLE、START、CLEAR向STOP跳转，最后由回到IDLE状态。在第290 ns以前，状态每隔一个时钟周期跳转一次；而在第290 ns以后，因为A的电平状态变化减慢，故状态每隔两个时钟周期才跳转一次，K1、K2的高电平保持时间也随之增长。

综上所述，采用两段式状态机描述上述状态转换图调理清晰、思维缜密，验证了状态转换的正确性。