状态机——简单自动售卖机的实现

状态机也称为同步有限状态机，分为more型状态机（最后的输出只与当前状态有关，而与输入无关）和mealy型状态机（最后的输出不仅与当前状态有关，还与输入有），适合用来表示事件发生有先后顺序的情况。这里以可乐机为背景，可乐售价为3元/瓶，一元一元投币，每投入到3元自动出一瓶可乐。

这里设置的输入信号包括时钟sys_clk，复位sys_rst_n以及投币信号pi_money，输出为是否有可乐投出po_cola。

首先绘制一个状态转移图，在状态转移图上可以清楚地表达出各状态的输入输出，跳转的条件和功能，一个完整的状态转移图需要包含三要素：一是输入，二是输出，三是状态。在可乐机中输入为一元硬币，输出是出可乐或者不出可乐，状态是投入0元，投入1元，投入2元，投入3元。

斜线左边表示是否有钱投入，0表示没有钱投入，1表示有钱投入；右边是是否有可乐输出，0表示没有，1表示有，即0/0表示不投钱，不输出可乐，继续维持在IDEL初始状态。若投入1元钱，则跳转到ONE状态，但是仍然没有可乐输出，从IDEL状态跳转到ONE状态跳转条件是1/0；以此类推。当在TWO状态时，若再投入1元，则会出可乐，状态机又跳转到IDEL状态。

编写代码实现以上过程，但除了输入输出信号外，我们需要定义一个中间变量state来表示状态机所处的状态，初始状态为IDLE。当pi_money为高电平时，表示投入了一元钱，则state状态变为ONE，若pi_money为低电平时，表示没有投钱，则state保持原有的状态；若再遇到pi_money为高电平时state跳转到TWO状态，若再遇到pi_money为高电平时，出可乐，po_clola为高电平，输出一瓶可乐，state跳转到IDLE初始状态，

参照以上波形图进行代码编写：

module  simple_fsm
(input wire  sys_clk,input wire  sys_rst_n,input wire  pi_money,output  reg  po_cola);parameter  IDLE  =  3'b001;
parameter  ONE   =  3'b010;
parameter  TWO   =  3'b100;reg  [2:0]  state;always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)state  <= IDLE;else   case(state)IDLE:  if (pi_money ==1'b1)state <= ONE;elsestate  <= IDLE;ONE :  if (pi_money ==1'b1)state <= TWO;elsestate  <= ONE  ;TWO:   if (pi_money ==1'b1)state <= IDLE;elsestate  <= TWO ; default :state <= IDLE;                 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)po_cola <= 1'b0;else if ((pi_money==1'b1)&&(state == TWO))po_cola <= 1'b1;elsepo_cola <=1'b0;endmodule

编译程序通过后可以查看综合器综合出来的状态转移图如下，与之前的分析一致。

编写仿真文件进行波形测试：

观察仿真波形图可知，初始状态为001，当pi_money为高电平时，表示投入了一元钱，则state状态变为010，pi_money又为高电平时，state变为100，pi_money继续维持高电平时，state回到001，输出一个时钟周期的高电平，表示输出一瓶可乐，仿真结果正确。

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