【重拾FPGA】三段式状态机的路口红绿灯

以前我写状态机都是一段式状态机，虽然目前因为项目都很小，所以一段式没觉得有什么不对劲的，但是为了以后的需要，还是转向三段式状态机吧。

三段式是哪三段呢？

1.将“新状态”赋给“当前状态”，非阻塞赋值

2.产生下一个“新状态”（可能包含组合逻辑），阻塞赋值，激励条件为当前状态

3.根据“当前状态”产生输出（可能包含组合逻辑），非阻塞赋值

以一个只有两个状态的路口红绿灯为例写一个三段式状态机：

要用到的重要寄存器：

parameter s1 = 1'b0, s2 = 1'b1;  //第一个状态red1和blue2亮，第二个状态red2和blue1亮
output reg state_cur;  //现在状态
output reg state_next;  //下一个状态output reg [3:0] cnt;  //计数器到10
reg cnt_flag;  //计时器计满指示

三段式因为有当前状态和新状态之分，所以要两个寄存器来分别存储，因为红绿灯要使用计数器控制时间，故设置了计数器

第一段：将“新状态”赋给“当前状态”，非阻塞赋值

always@(posedge clk or negedge rst_n)  //第一段为单纯次态寄存器迁移到现态寄存器，改变现在状态
beginif(!rst_n)state_cur <= s1;elsestate_cur <= state_next;
end

第二段：产生下一个“新状态”，阻塞赋值，注意激励条件

always@(state_cur or rst_n or cnt_flag)  //第二段为状态转移条件判断，改变下一个状态beginif(!rst_n)state_next = s2;elsebegincase(state_cur)s1:beginif(cnt_flag)state_next = s2;elsestate_next = s1;ends2:beginif(cnt_flag)state_next = s1;elsestate_next = s2;enddefault:state_next = s1;endcaseendend

注意激励条件不再是时钟上升沿，否则会出现一直改变状态的死循环错误

第三段：根据“当前状态”产生输出

always@(posedge clk or negedge rst_n)  //第三段为现在状态和输出的关系beginif(!rst_n)beginred1 = 0;blue1 = 0;red2 = 0;blue2 = 0;endelsebegincase(state_cur)s1:beginred1 = 1;blue1 = 0;red2 = 0;blue2 = 1;ends2:beginred1 = 0;blue1 = 1;red2 = 1;blue2 = 0;enddefault:beginred1 = 0;blue1 = 0;red2 = 0;blue2 = 0;endendcaseendend

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2.产生下一个“新状态”（可能包含组合逻辑），阻塞赋值，激励条件为当前状态

3.根据“当前状态”产生输出（可能包含组合逻辑），非阻塞赋值

第一段：将“新状态”赋给“当前状态”，非阻塞赋值

第二段：产生下一个“新状态”，阻塞赋值，注意激励条件

第三段：根据“当前状态”产生输出

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