項(xiàng)目8——自動(dòng)飲料售賣機(jī)-人機(jī)交互系統(tǒng)任務(wù)要求與組織邏輯項(xiàng)目八自動(dòng)飲料售賣機(jī)-人機(jī)交互系統(tǒng)任務(wù)要求設(shè)定一種自動(dòng)飲料售賣機(jī)場(chǎng)景：（1）主控制邏輯：飲料售賣機(jī)只出售冰紅茶，每瓶冰紅茶3元，飲料售賣機(jī)接收1元硬幣。（2）人機(jī)交互●按鍵

：用按鍵Key_i代替投入1元硬幣，按鍵每“按”1次代表投入一枚硬幣，●蜂鳴器：按鍵按下時(shí)伴有約100ms短促的“滴”提示音(既支持有源蜂鳴器，也支持無(wú)源蜂鳴器)?！駭?shù)碼管：數(shù)碼管顯示當(dāng)前累計(jì)的投幣總數(shù)。每投幣一次后，數(shù)碼管更新顯示當(dāng)前的投幣總數(shù)?！馤ED燈

：用LED燈代替飲料售賣機(jī)的飲料送出機(jī)械機(jī)構(gòu)，當(dāng)有飲料輸出時(shí)，LED燈亮1秒。（3）其他：易于拓展其他面額及飲料，如5角硬幣，脈動(dòng)4.5元?；貞洠喉?xiàng)目3~7任務(wù)回顧任務(wù)要求與組織邏輯回憶：項(xiàng)目3~6任務(wù)回顧電路設(shè)計(jì)角度：以計(jì)數(shù)器為核心或切入點(diǎn)，此外有ROMIP核數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。用戶使用角度：主要是數(shù)碼管人機(jī)交互器件，還有示波器外部設(shè)備。特點(diǎn)電路設(shè)計(jì)角度：以計(jì)數(shù)器為核心或切入點(diǎn)，以RAM、FIFOIP核作為數(shù)據(jù)緩存。用戶使用角度：LCD顯示器人機(jī)交互器件。特點(diǎn)任務(wù)要求與組織邏輯項(xiàng)目7任務(wù)回顧

按鍵（包含蜂鳴器）和狀態(tài)機(jī)的應(yīng)用按鍵（包含蜂鳴器）

任務(wù)要求中按鍵、蜂鳴器、數(shù)碼管是最常見(jiàn)且實(shí)用的人機(jī)交互器件。按鍵是性價(jià)比最高的輸入控制器件，若伴有“提示音”，會(huì)提升人機(jī)交互體驗(yàn)。狀態(tài)機(jī)

對(duì)于邏輯較為簡(jiǎn)單的電路，如飲料售賣機(jī)，通常直接使用以if語(yǔ)句為主體的VerilogHDL語(yǔ)言進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法易于理解，綜合出的電路圖也直觀。

但當(dāng)飲料售賣機(jī)的邏輯較為復(fù)雜時(shí)，引入狀態(tài)機(jī)的概念，可以將設(shè)計(jì)的邏輯跳轉(zhuǎn)以“狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖”的形式進(jìn)行規(guī)劃，使用狀態(tài)機(jī)輔助（以if語(yǔ)句為主體的）VerilogHDL語(yǔ)言的書寫，可以提升設(shè)計(jì)的效率與成功率，當(dāng)電路運(yùn)轉(zhuǎn)邏輯需求發(fā)生變化時(shí)，基于狀態(tài)機(jī)的電路更易修改、維護(hù)。

一般復(fù)雜的邏輯跳轉(zhuǎn)，如串行芯片的通信等，都需狀態(tài)機(jī)輔助設(shè)計(jì)。注：狀態(tài)機(jī)功能類似于C語(yǔ)言的程序框圖，是用于指導(dǎo)代碼設(shè)計(jì)而預(yù)先繪制的思維框圖。

任務(wù)要求與組織邏輯8.1節(jié)

按鍵檢測(cè)

1）按鍵邏輯值相對(duì)本地時(shí)鐘是異步信號(hào)，

因此須消除亞穩(wěn)態(tài)；

2）機(jī)械按鍵因機(jī)械接觸瞬間有抖動(dòng)，

故按鍵檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)需要消抖。8.1拓展

按鍵提示音1）蜂鳴器是一種性價(jià)比極高且常用的聲音提示器件.

因內(nèi)阻小，故需設(shè)計(jì)模擬驅(qū)動(dòng)電路2）蜂鳴器主要分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器。8.2節(jié)

基于狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)的自動(dòng)飲料售賣機(jī)人機(jī)交互系統(tǒng)包含：按鍵、蜂鳴器、數(shù)碼管、LED燈任務(wù)要求與組織邏輯8.2節(jié)

基于狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)的自動(dòng)飲料售賣機(jī)合理的狀態(tài)機(jī)規(guī)劃可輔助VerilogHDL代碼設(shè)計(jì)復(fù)雜的邏輯跳轉(zhuǎn)。然而，狀態(tài)機(jī)的分類等細(xì)節(jié)較多，因此，規(guī)范的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)流程有助于狀態(tài)機(jī)的選擇和設(shè)計(jì)，從而提升項(xiàng)目設(shè)計(jì)的效率，以及成功率。人機(jī)交互狀態(tài)機(jī)項(xiàng)目8組織邏輯8.2飲料售賣機(jī)8.1按鍵檢測(cè)1、按鍵檢測(cè)電路；2、按鍵檢測(cè)（提示音）電路-蜂鳴器2、狀態(tài)機(jī)的選擇與設(shè)計(jì)流程3、飲料售賣機(jī)人機(jī)交互綜合電路設(shè)計(jì)1、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飲料售賣的6種狀態(tài)機(jī)示例任務(wù)要求與組織邏輯本章重點(diǎn)按鍵消抖；蜂鳴器驅(qū)動(dòng)；狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)流程。謝謝大家！任務(wù)要求8.1按鍵檢測(cè)與提示音-檢測(cè)部分1）單次模式：按鍵每“按”1次，產(chǎn)生“一個(gè)時(shí)鐘周期寬度”的單脈沖信號(hào)。2）連續(xù)模式：按鍵每“按”1次不松，約每間隔300ms產(chǎn)生“一個(gè)時(shí)鐘周期寬度”的連續(xù)脈沖信號(hào)。8.1按鍵檢測(cè)與提示音-檢測(cè)部分內(nèi)容安排1、按鍵外圍模擬電路；2、按鍵亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象和抖動(dòng)（或干擾）；3、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)-僅支持單次模式4、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)-支持單次和連續(xù)模式（parameter）5、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)操作演示（1）按鍵物理實(shí)體及原理一類是觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)按鍵，如機(jī)械式開(kāi)關(guān)，造價(jià)低。另一類是無(wú)觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)按鍵，如觸摸按鍵等，壽命長(zhǎng)。機(jī)械式按鈕開(kāi)關(guān)的原理是：當(dāng)按下開(kāi)關(guān)按鈕時(shí)，機(jī)械裝置會(huì)將金屬觸點(diǎn)鎖定，使電路保持接通狀態(tài)；當(dāng)松開(kāi)開(kāi)關(guān)按鈕時(shí)，機(jī)械裝置會(huì)脫鉤，使電路斷開(kāi)。觸摸按鍵中電阻觸摸按鍵的原理是基于人的組織（皮膚）表面含有大量的鹽分和水，使自身帶有導(dǎo)電性。1、按鍵外圍模擬電路（2）按鍵外圍模擬電路處理器引腳被配置為輸入引腳時(shí)，從外部向內(nèi)看一般可以等效成一個(gè)無(wú)窮大的電阻Ri。處理器引腳被配置為輸出引腳時(shí)，從外部向內(nèi)看1)輸出邏輯1：一般可以等效成一個(gè)含內(nèi)阻的的直流電壓源。2)輸出邏輯0：一般可以等效成內(nèi)部直接接地。按鍵/LED燈外圍電路設(shè)計(jì)（常見(jiàn)方法）外部上拉電阻連接按鍵的方法。輸出電阻存在的意義：防止短路。（特別是輸入輸出引腳混淆）1、按鍵外圍模擬電路（1）按鍵亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象及規(guī)避亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象用戶的“按”和“松”按鍵操作決定了送至FPGA輸入引腳的邏輯值是0或者1。如果FPGA內(nèi)部在每個(gè)時(shí)鐘上升沿判決按鍵的邏輯，因?yàn)椤鞍础焙汀八伞眲?dòng)作的隨機(jī)性導(dǎo)致“FPGA內(nèi)部時(shí)鐘和按鍵邏輯值變化的相位是隨機(jī)的”，所以按鍵輸入信號(hào)對(duì)于FPGA內(nèi)部時(shí)鐘是異步信號(hào)，會(huì)有亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題。亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象的解決6.1節(jié)介紹過(guò)亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象產(chǎn)生的詳細(xì)原因，并且解釋了可以使用兩級(jí)觸發(fā)器來(lái)有效解決這一問(wèn)題2、按鍵亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象和抖動(dòng)（或干擾）（2）按鍵抖動(dòng)（干擾）-現(xiàn)象及危害1）抖動(dòng)現(xiàn)象因構(gòu)成按鍵結(jié)構(gòu)中金屬的氧化和機(jī)械觸點(diǎn)的彈性等一系列原因，在“按”和“松”操作時(shí)均會(huì)產(chǎn)生物理抖動(dòng)從而導(dǎo)致送入FPGA端口的按鍵信號(hào)電壓呈現(xiàn)波動(dòng)，稱之按鍵抖動(dòng)。以下是示波器截取圖及簡(jiǎn)單的示意圖。抖動(dòng)或干擾危害例如，若以按鍵下降沿為判斷依據(jù)，按鍵“按”一次，抖動(dòng)部分會(huì)造成系統(tǒng)多次動(dòng)作。2、按鍵亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象和抖動(dòng)（或干擾）2）干擾現(xiàn)象干擾：如電磁干擾、機(jī)械震動(dòng)造成的干擾等（2）按鍵抖動(dòng)（干擾）-消除方式2）抖動(dòng)（或干擾）特點(diǎn)抖動(dòng)(干擾)階段，低電平持續(xù)時(shí)間<20ms。3）消抖思路抖動(dòng)階段存在若干個(gè)下降沿，但僅有最后1個(gè)下降沿之后低電平保持時(shí)間>20ms;干擾的低電平<20ms因此判定下降沿后的低電平時(shí)間是否>20ms,則可判定是否是“按”操作。4）消抖方法檢測(cè)到下降沿則計(jì)時(shí)器置初值（如0）；如果此后按鍵電平為低，則計(jì)時(shí)器加值，否則計(jì)時(shí)器停止或置初值（如0）。判斷“定時(shí)器時(shí)間>20ms”&&“當(dāng)前按鍵值為0”，則判定為按下。核心：邊沿檢測(cè)、計(jì)數(shù)器啟停、判定2、按鍵亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象和抖動(dòng)（或干擾）1）按鍵抖動(dòng)（干擾）消除方式●硬件消抖：使用自帶硬件消抖功能的按鍵替換普通按鍵，但會(huì)提升硬件成本；●軟件消抖：更常見(jiàn)的消抖方式是軟件消抖，即用FPGA內(nèi)部電路處理。（1）按鍵邊沿檢測(cè)3、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)-僅支持單次模式原則：同步系統(tǒng)（將按鍵信號(hào)作為邏輯值，而非時(shí)鐘）上升沿檢測(cè)依據(jù)：當(dāng)前時(shí)刻（時(shí)鐘）電平為1&&上一時(shí)刻（時(shí)鐘）電平為0。下降沿檢測(cè)依據(jù)：當(dāng)前時(shí)刻（時(shí)鐘）電平為0&&上一時(shí)刻（時(shí)鐘）電平為1。計(jì)數(shù)器cnt_20ms_r（2）按鍵時(shí)間記錄計(jì)數(shù)規(guī)則檢測(cè)到上升沿或下降沿cnt_20ms_r清零，否則計(jì)數(shù)約20ms計(jì)滿停止，避免循環(huán)計(jì)數(shù)。時(shí)鐘clk_in以50MHz為例，計(jì)數(shù)位寬？20位寬自溢計(jì)數(shù)器較宜?。?！3、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)-僅支持單次模式“按”動(dòng)作判斷（3）脈沖產(chǎn)生PulseCtrl=“計(jì)數(shù)器值等于某臨近頂值”&&“當(dāng)前電平為低電平”注：某臨近頂值意思是計(jì)數(shù)器停止值（或最大值）前面的某臨近某值。3、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)-僅支持單次模式（4）時(shí)序規(guī)劃3、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)-僅支持單次模式cnt_20ms_r計(jì)數(shù)規(guī)則（按優(yōu)先級(jí)）①?gòu)?fù)位為0；②cnt_20ms_r賦值第1優(yōu)先級(jí)：只要按鍵邊沿發(fā)生變化cnt_20ms_r則置為1，以便后續(xù)滿足④計(jì)數(shù)；③cnt_20ms_r賦值第2優(yōu)先級(jí)：若cnt_20ms_r==0，則保持。④cnt_20ms_r賦值第3優(yōu)先級(jí)：若cnt_20ms_r≠0，則自動(dòng)累加直至0停止（0是頂值）。注：也可以是復(fù)位最大值，加至最大值停止，那么按鍵邊沿變化則應(yīng)賦值最大值?！鞍础眲?dòng)作判斷PulseCtrl_o=“計(jì)數(shù)器值等于某臨近頂值（如max或比max小的值）”&&“當(dāng)前電平為低電平”（5）驗(yàn)證方案按鍵次數(shù)計(jì)數(shù)器的規(guī)則上升沿檢測(cè)到“Pulse_Crtl_w==1”加1觸發(fā)器的作用將Pulse_Crtl_w延緩一拍，以便配平和0~255計(jì)數(shù)器值節(jié)拍延時(shí)。3、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)-僅支持單次模式設(shè)計(jì)需求通過(guò)修改電路的端口參數(shù)，即可讓其工作在單次檢測(cè)模式，或者工作在連續(xù)檢測(cè)模式設(shè)計(jì)一種單次、連續(xù)均支持的模式4、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)-支持單次和連續(xù)模式（1）設(shè)計(jì)分析與思路設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

：300ms是15次20ms，可設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)器Num_20ms_r記錄cnt_20ms_r加滿的次數(shù)。0~15循環(huán)計(jì)數(shù)單次模式特點(diǎn)：抖動(dòng)結(jié)束后，只要計(jì)數(shù)器能計(jì)滿20ms，代表“按”；連續(xù)模式特點(diǎn)：抖動(dòng)結(jié)束后，每計(jì)滿一次300ms，就代表一次“按”。Num_20ms_rcnt_20ms_r每計(jì)滿一次+1cnt_20ms_r加滿停止->循環(huán)計(jì)數(shù)。1~15循環(huán)計(jì)數(shù)0、1、2~150、1、2~15......缺點(diǎn)：無(wú)法支持單次模式按鍵邊沿變化、復(fù)位賦值00、1、2~15

1、2~15......4、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)-支持單次和連續(xù)模式脈沖產(chǎn)生1）單次模式PulseCtrl=“cnt_20ms_r==20’hfffff”&&“當(dāng)前電平==0”&&Num_20ms_r==0（首次）2）連續(xù)模式PulseCtrl=“cnt_20ms_r==20’hfffff”&&“當(dāng)前電平==0”&&Num_20ms_r==1（1~15任意一個(gè)）√（2）電路方案4、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)-支持單次和連續(xù)模式脈沖產(chǎn)生1）單次模式PulseCtrl=“cnt_20ms_r==20’hfffff”&&“當(dāng)前電平==0”&&Num_20ms_r==0（首次）2）連續(xù)模式PulseCtrl=“cnt_20ms_r==20’hfffff”&&“當(dāng)前電平==0”&&Num_20ms_r==1（1~15任意一個(gè)）（3）時(shí)序規(guī)劃4、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)-支持單次和連續(xù)模式脈沖產(chǎn)生1）單次模式PulseCtrl=“cnt_20ms_r==20’hfffff”&&“當(dāng)前電平==0”&&Num_20ms_r==0（首次）2）連續(xù)模式PulseCtrl=“cnt_20ms_r==20’hfffff”&&“當(dāng)前電平==0”&&Num_20ms_r==1（1~15任意一個(gè)）按鍵檢測(cè)操作步驟：1、按鍵檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)、仿真；2、頂層電路設(shè)計(jì)；3、測(cè)試；5、按鍵檢測(cè)電路設(shè)計(jì)操作演示操作演示謝謝大家！8.1按鍵檢測(cè)與提示音（提示音部分）任務(wù)要求1）每個(gè)PulseCtrl產(chǎn)生100ms短促提示音

對(duì)于單次模式，按鍵“按”1次，產(chǎn)生一個(gè)單時(shí)鐘寬度的單脈沖信號(hào)，同時(shí)伴有約100ms短促提示音。對(duì)于連續(xù)模式，按鍵“按”1次，每300ms為間隔產(chǎn)生若干連續(xù)單時(shí)鐘寬度的脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖伴有約100ms短促提示音。2）支持有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器，parameter可修改8.1按鍵檢測(cè)與提示音（提示音部分）內(nèi)容安排1、蜂鳴器簡(jiǎn)介，包含有源、無(wú)源蜂鳴器；2、蜂鳴器外圍模擬電路3、蜂鳴器FPGA驅(qū)動(dòng)電路，包含有源、無(wú)源蜂鳴器（parameter）4、按鍵提示音設(shè)計(jì)操作演示蜂鳴器簡(jiǎn)介有源蜂鳴器的工作發(fā)聲原理是：輸入的直流信號(hào)經(jīng)過(guò)蜂鳴器內(nèi)部的振蕩電路、放大電路、放大取樣電路后生成頻率固定的交流電信號(hào)再送入內(nèi)部的震動(dòng)裝置產(chǎn)生固定頻率的聲音信號(hào)。只有一個(gè)固定的音調(diào)，音調(diào)取決于有源蜂鳴器內(nèi)部的振蕩電路。蜂鳴器由振動(dòng)裝置和諧振裝置等部件組成，又分為無(wú)源他激型與有源自激型兩種，簡(jiǎn)稱無(wú)源蜂鳴器和有源蜂鳴器。無(wú)源蜂鳴器的工作發(fā)聲原理是：諧振裝置將輸入的一定頻率的方波等信號(hào)，轉(zhuǎn)換為相同頻率的聲音信號(hào)輸出。音調(diào)取決于送入的電信號(hào)頻率。1、蜂鳴器簡(jiǎn)介蜂鳴器外圍模擬驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)FPGA輸出端口輸出邏輯0（即0V）時(shí)三極管導(dǎo)通，電流主要由VCC流經(jīng)Rc、蜂鳴器、三極管的發(fā)射極到集電極，最終流向GND。蜂鳴器的內(nèi)阻常見(jiàn)值有5Ω，8Ω等，工作電流一般為mA級(jí)別，F(xiàn)PGA的引腳不能（或不應(yīng)該，以免燒毀FPGA）為其提供足夠的電流，因此常見(jiàn)的解決方案如圖所示，將三極管當(dāng)做開(kāi)關(guān)。當(dāng)FPGA輸出端口輸出邏輯1（含內(nèi)阻Ro的直流穩(wěn)壓源）時(shí)，三極管截止，蜂鳴器無(wú)電流。2、蜂鳴器外圍模擬驅(qū)動(dòng)電路此外，還有類似的各種驅(qū)動(dòng)能力更強(qiáng)的衍生電路。（1）按鍵提示音-設(shè)計(jì)思路3、蜂鳴器FPGA驅(qū)動(dòng)電路無(wú)源蜂鳴器PulseCtrl_w為1，則需產(chǎn)生100ms的周期脈沖beep_o以驅(qū)動(dòng)外部蜂鳴器，頻率不妨取1000Hz。有源蜂鳴器PulseCtrl_w為1，則需產(chǎn)生100ms的高電平有效使能信號(hào)beeo_o以驅(qū)動(dòng)外部蜂鳴器。有源、無(wú)源蜂鳴器整合1)PulseCtrl_w為1則產(chǎn)生100ms的BeepEn100ms_r高電平2)div_1KHz_r恒產(chǎn)生，實(shí)際是一個(gè)分頻器。3)有源蜂鳴器，則輸出BeepEn80ms_r

無(wú)源蜂鳴器，則輸出BeepEn100ms_r&&div_1KHz_r問(wèn)題核心（BeepEn100ms_r的產(chǎn)生，應(yīng)依托于計(jì)數(shù)器）設(shè)計(jì)一個(gè)約100ms計(jì)數(shù)器，以50MHz為例，取22位寬，計(jì)滿約合84ms，記作cnt_80ms_r。計(jì)數(shù)規(guī)則（按優(yōu)先級(jí)）①?gòu)?fù)位為0；②賦值第1優(yōu)先級(jí)：只要PulseCtrl_w為1，則置為1；③賦值第2優(yōu)先級(jí)：cnt_80ms_r==0則保持。④賦值第3優(yōu)先級(jí)：自動(dòng)累加直至0停止。BeepEn80ms_r賦值規(guī)則：cnt_80ms_r等于0賦值0，否則賦值1。（2）按鍵提示音-設(shè)計(jì)方案3、蜂鳴器FPGA驅(qū)動(dòng)電路在上節(jié)工程基礎(chǔ)修改操作步驟：1、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)；2、仿真；3、測(cè)試；4、按鍵提示音設(shè)計(jì)操作演示操作演示問(wèn)題核心——BeepEn80ms_r的產(chǎn)生，應(yīng)依托于計(jì)數(shù)器1）若指定按鍵是單次檢測(cè)則KEYMODE修改為1，反之置為0。；2）若蜂鳴器是有源，則BEEPMODE修改為1，反之為0。支持單次模式和連續(xù)模式按鍵檢測(cè)電路代碼調(diào)用總結(jié)謝謝大家！8.2自動(dòng)售賣機(jī)任務(wù)要求設(shè)定一種自動(dòng)飲料售賣機(jī)場(chǎng)景：（1）主控制邏輯：飲料售賣機(jī)只出售冰紅茶，每瓶冰紅茶3元，飲料售賣機(jī)接收1元硬幣。（2）人機(jī)交互●按鍵

：用按鍵Key_i代替投入1元硬幣，按鍵每“按”1次代表投入一枚硬幣，●蜂鳴器：按鍵按下時(shí)伴有約100ms短促的“滴”提示音(既支持有源蜂鳴器，也支持無(wú)源蜂鳴器)。●數(shù)碼管：數(shù)碼管顯示當(dāng)前累計(jì)的投幣總數(shù)。每投幣一次后，數(shù)碼管更新顯示當(dāng)前的投幣總數(shù)?！馤ED燈

：用LED燈代替飲料售賣機(jī)的飲料送出機(jī)械機(jī)構(gòu)，當(dāng)有飲料輸出時(shí)，LED燈亮1秒。（3）其他：易于拓展其他面額及飲料，如5角硬幣，脈動(dòng)4.5元。內(nèi)容安排1、非狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)；2、狀態(tài)機(jī)的引入及概念；3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)；●Mealy型狀態(tài)機(jī)（一、二、三段式）●Moore型狀態(tài)機(jī)（一、二、三段式）4、狀態(tài)機(jī)的選擇與設(shè)計(jì)流程5、飲料售賣機(jī)人機(jī)交互綜合電路設(shè)計(jì)注：本節(jié)重點(diǎn)是狀態(tài)機(jī)闡述，為方便闡述1~4，狀態(tài)機(jī)輸出信號(hào)僅以Drink_o為例8.2自動(dòng)售賣機(jī)僅使用if語(yǔ)法-以CurMoney_r為引線非狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)特點(diǎn)：初學(xué)者易懂，電路是一些加法器和比較選擇器的組合，直觀、易懂；缺點(diǎn)：●代碼不夠直觀，可讀性差；●當(dāng)售賣邏輯復(fù)雜時(shí)，難以修改。1、非狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)飲料售賣機(jī)電路設(shè)計(jì)是以if（或case）語(yǔ)法為主各種狀態(tài)的判斷與跳轉(zhuǎn)，針對(duì)此類問(wèn)題，工程師們?cè)诳偨Y(jié)了諸如可樂(lè)售賣機(jī)等這種轉(zhuǎn)換邏輯較為復(fù)雜的電路的特點(diǎn)后，將這些應(yīng)用場(chǎng)景下的if（或case）語(yǔ)法進(jìn)行了總結(jié)，并給出了一些“范式”的電路描述方法——狀態(tài)機(jī)。狀態(tài)機(jī)的發(fā)明猜想若將設(shè)計(jì)任務(wù)中的money_i修改為可以支持5角甚至1角等多種面額硬幣，上述代碼將因if語(yǔ)句的嵌套變得十分復(fù)雜。飲料售賣機(jī)電路設(shè)計(jì)是以if（或case）語(yǔ)法為主各種狀態(tài)的判斷與跳轉(zhuǎn).針對(duì)此類問(wèn)題，工程師們?cè)诳偨Y(jié)了諸如飲料售賣機(jī)等這種轉(zhuǎn)換邏輯較為復(fù)雜的電路的特點(diǎn)后，將這些應(yīng)用場(chǎng)景下的if（或case）語(yǔ)法進(jìn)行了歸納、總結(jié)，并給出了一些“范式”的電路代碼描述方法——狀態(tài)機(jī)。將狀態(tài)機(jī)可理解為C語(yǔ)言設(shè)計(jì)前的流程圖，其只是一種指導(dǎo)代碼設(shè)計(jì)而預(yù)先繪制的思維導(dǎo)圖，狀態(tài)機(jī)亦是。很多學(xué)生/開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單電路一般不畫流程圖或畫草圖，但并不影響其設(shè)計(jì)代碼，但大型電路則不可行。也就是說(shuō)，面對(duì)FPGA設(shè)計(jì)大型項(xiàng)目時(shí)，一般需借助狀態(tài)機(jī)。就VerilogHDL而言，實(shí)際設(shè)計(jì)者在未專門學(xué)習(xí)狀態(tài)機(jī)前，經(jīng)常會(huì)無(wú)意識(shí)的設(shè)計(jì)出非范式的狀態(tài)機(jī)。2、狀態(tài)機(jī)概念飲料售賣機(jī)電路設(shè)計(jì)是以if（或case）語(yǔ)法為主各種狀態(tài)的判斷與跳轉(zhuǎn)，針對(duì)此類問(wèn)題，工程師們?cè)诳偨Y(jié)了諸如可樂(lè)售賣機(jī)等這種轉(zhuǎn)換邏輯較為復(fù)雜的電路的特點(diǎn)后，將這些應(yīng)用場(chǎng)景下的if（或case）語(yǔ)法進(jìn)行了總結(jié)，并給出了一些“范式”的電路描述方法——狀態(tài)機(jī)。狀態(tài)機(jī)的概念狀態(tài)機(jī)簡(jiǎn)寫為FSM（FiniteStateMachine），稱同步有限狀態(tài)機(jī)，也簡(jiǎn)稱為狀態(tài)機(jī)。1）“同步”是因?yàn)闋顟B(tài)機(jī)中所有的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)都是在同一時(shí)鐘的作用下觸發(fā)；2）“有限”含義是狀態(tài)的個(gè)數(shù)有限。狀態(tài)機(jī)的每一個(gè)狀態(tài)代表一個(gè)事件，從執(zhí)行當(dāng)前事件到執(zhí)行另一事件的跳轉(zhuǎn)稱之為狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)或狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。設(shè)計(jì)者的任務(wù)是執(zhí)行當(dāng)前事件然后跳轉(zhuǎn)到一下事件，如此一來(lái)包含多個(gè)狀態(tài)的系統(tǒng)就“活”了。狀態(tài)機(jī)通過(guò)控制各個(gè)狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)來(lái)控制流程，使得整個(gè)代碼看上去更加清晰易懂，在控制復(fù)雜流程的時(shí)候，狀態(tài)機(jī)優(yōu)勢(shì)明顯，且易于添加和修改。狀態(tài)機(jī)典型的分類主要包含型Mealy型狀態(tài)機(jī)和Moore型狀態(tài)機(jī)兩種，二者都各自有一段式、兩段式、三段式寫法，接下來(lái)通過(guò)6個(gè)案例來(lái)介紹Mealy和Moore型狀態(tài)機(jī)的三種寫法（共2×3=6種），然后對(duì)其進(jìn)行總結(jié)，最后給出范式寫法。2、狀態(tài)機(jī)概念1、Mealy狀態(tài)機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)是投幣，輸出信號(hào)是飲料(和當(dāng)前投幣數(shù))整個(gè)流程可以抽象為3個(gè)狀態(tài)，1）空閑（用IDLE表示）2）已投入1元（用ONE表示）3）已投入2元（用TWO表示）。根據(jù)上述列出3種狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移邏輯，預(yù)先繪制圖Mealy型狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。●IDLE：系統(tǒng)復(fù)位后的默認(rèn)狀態(tài)，代表當(dāng)前已有金額是0元，無(wú)飲料輸出；根據(jù)是否投幣有兩種目標(biāo)狀態(tài)：投1元硬幣跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)ONE且無(wú)飲料輸出，無(wú)投幣則保持IDLE狀態(tài)且無(wú)飲料輸出；●ONE：此狀態(tài)下售賣機(jī)已有1元硬幣；根據(jù)是否投幣同樣有兩種目標(biāo)狀態(tài)：投1元硬幣則跳轉(zhuǎn)狀態(tài)TWO且無(wú)飲料輸出，無(wú)投幣則保持ONE狀態(tài)且無(wú)飲料輸出；●TWO：此狀態(tài)下售賣機(jī)里已有2元硬幣；接下來(lái)的狀態(tài)有兩種情況：投了1元硬幣則跳轉(zhuǎn)狀態(tài)IDLE，且輸出可樂(lè)（根據(jù)和輸入相關(guān)要求，此時(shí)輸入1元，加上原來(lái)的2元共有3元，滿足輸出可樂(lè)的條件）；無(wú)投幣則保持TWO狀態(tài)且沒(méi)有可樂(lè)輸出；3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)Mealy一、二、三段式狀態(tài)機(jī)操作演示1、設(shè)計(jì)；2、仿真。3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)操作演示飲料售賣機(jī)電路設(shè)計(jì)是以if（或case）語(yǔ)法為主各種狀態(tài)的判斷與跳轉(zhuǎn)，針對(duì)此類問(wèn)題，工程師們?cè)诳偨Y(jié)了諸如可樂(lè)售賣機(jī)等這種轉(zhuǎn)換邏輯較為復(fù)雜的電路的特點(diǎn)后，將這些應(yīng)用場(chǎng)景下的if（或case）語(yǔ)法進(jìn)行了總結(jié)，并給出了一些“范式”的電路描述方法——狀態(tài)機(jī)。總結(jié)：Mealy狀態(tài)機(jī)一段式（1/3）引入虛擬state這一引線，增強(qiáng)了代碼的條理性和可讀性；代碼主要架構(gòu)為if+case3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)飲料售賣機(jī)電路設(shè)計(jì)是以if（或case）語(yǔ)法為主各種狀態(tài)的判斷與跳轉(zhuǎn)，針對(duì)此類問(wèn)題，工程師們?cè)诳偨Y(jié)了諸如可樂(lè)售賣機(jī)等這種轉(zhuǎn)換邏輯較為復(fù)雜的電路的特點(diǎn)后，將這些應(yīng)用場(chǎng)景下的if（或case）語(yǔ)法進(jìn)行了總結(jié)，并給出了一些“范式”的電路描述方法——狀態(tài)機(jī)?？偨Y(jié)：Mealy狀態(tài)機(jī)二段式（2/3）現(xiàn)態(tài)cur_state由時(shí)序邏輯賦值，以便存儲(chǔ)；次態(tài)next_state由組合邏輯賦值，更為簡(jiǎn)便。3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)飲料售賣機(jī)電路設(shè)計(jì)是以if（或case）語(yǔ)法為主各種狀態(tài)的判斷與跳轉(zhuǎn)，針對(duì)此類問(wèn)題，工程師們?cè)诳偨Y(jié)了諸如可樂(lè)售賣機(jī)等這種轉(zhuǎn)換邏輯較為復(fù)雜的電路的特點(diǎn)后，將這些應(yīng)用場(chǎng)景下的if（或case）語(yǔ)法進(jìn)行了總結(jié)，并給出了一些“范式”的電路描述方法——狀態(tài)機(jī)?？偨Y(jié)：Mealy狀態(tài)機(jī)二段式（2/3）3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)1）二段式狀態(tài)機(jī)是一段式和三段式的一個(gè)過(guò)渡，相比與一段式多了一個(gè)“次態(tài)”。2）典型缺點(diǎn)輸出信號(hào)Drinks_o因在組合邏輯中賦值，仿真結(jié)果顯示出現(xiàn)類似競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象的尖刺3）本例中兩段式狀態(tài)機(jī)相對(duì)一段式狀態(tài)機(jī)沒(méi)有顯現(xiàn)出太大的優(yōu)勢(shì)飲料售賣機(jī)電路設(shè)計(jì)是以if（或case）語(yǔ)法為主各種狀態(tài)的判斷與跳轉(zhuǎn)，針對(duì)此類問(wèn)題，工程師們?cè)诳偨Y(jié)了諸如可樂(lè)售賣機(jī)等這種轉(zhuǎn)換邏輯較為復(fù)雜的電路的特點(diǎn)后，將這些應(yīng)用場(chǎng)景下的if（或case）語(yǔ)法進(jìn)行了總結(jié)，并給出了一些“范式”的電路描述方法——狀態(tài)機(jī)?？偨Y(jié)：Mealy狀態(tài)機(jī)三段式（3/3）1）第2段只負(fù)責(zé)狀態(tài)判斷，由組合邏輯設(shè)計(jì)，無(wú)時(shí)序延時(shí)，故而清晰易懂；2）第1段只負(fù)責(zé)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，由時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)，固定模板——次態(tài)賦給現(xiàn)態(tài)；3）第3段只負(fù)責(zé)輸出信號(hào)，由時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)，避免了類似組合邏輯的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)飲料售賣機(jī)電路設(shè)計(jì)是以if（或case）語(yǔ)法為主各種狀態(tài)的判斷與跳轉(zhuǎn)，針對(duì)此類問(wèn)題，工程師們?cè)诳偨Y(jié)了諸如可樂(lè)售賣機(jī)等這種轉(zhuǎn)換邏輯較為復(fù)雜的電路的特點(diǎn)后，將這些應(yīng)用場(chǎng)景下的if（或case）語(yǔ)法進(jìn)行了總結(jié)，并給出了一些“范式”的電路描述方法——狀態(tài)機(jī)?？偨Y(jié)：Mealy狀態(tài)機(jī)三段式（3/3）3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)Mealy三段式狀態(tài)機(jī)代碼直觀上的感受不如一段式簡(jiǎn)單、整潔，原因是此案例應(yīng)用場(chǎng)景過(guò)于簡(jiǎn)單。試想如果售賣機(jī)支持1角和5角，整個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移變得更為復(fù)雜，但三段式只需對(duì)第二段always采取復(fù)制粘貼的方法進(jìn)行修改即可，第三段always對(duì)應(yīng)的稍加修改。三段式狀態(tài)機(jī)更易修改，且更適合復(fù)雜的狀態(tài)轉(zhuǎn)移場(chǎng)景，通用性更廣。飲料售賣機(jī)電路設(shè)計(jì)是以if（或case）語(yǔ)法為主各種狀態(tài)的判斷與跳轉(zhuǎn)，針對(duì)此類問(wèn)題，工程師們?cè)诳偨Y(jié)了諸如可樂(lè)售賣機(jī)等這種轉(zhuǎn)換邏輯較為復(fù)雜的電路的特點(diǎn)后，將這些應(yīng)用場(chǎng)景下的if（或case）語(yǔ)法進(jìn)行了總結(jié)，并給出了一些“范式”的電路描述方法——狀態(tài)機(jī)?？偨Y(jié)：狀態(tài)機(jī)仿真技巧3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)狀態(tài)機(jī)仿真技巧注意1：進(jìn)行時(shí)序仿真時(shí)，因編譯導(dǎo)致state往往被優(yōu)化，因此不能觀測(cè)state_name;注意2：進(jìn)行功能仿真時(shí)，觀測(cè)state_name時(shí)，需將格式調(diào)整為“ASCII”格式。2、Moore狀態(tài)機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)是投幣，輸出信號(hào)是飲料(和當(dāng)前投幣數(shù))整個(gè)流程可以抽象為4個(gè)狀態(tài)：1）空閑（用IDLE表示）2）已投入1元（用ONE表示）3）已投入2元（用TWO表示）4）已投入3元（用THREE表示，抽象出的虛擬狀態(tài)）●IDLE：首先是系統(tǒng)復(fù)位后的默認(rèn)狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)下售賣機(jī)里無(wú)投幣且無(wú)飲料輸出●ONE：這個(gè)狀態(tài)下售賣機(jī)里有1元硬幣且無(wú)飲料輸出●TWO：這個(gè)狀態(tài)下售賣機(jī)里有2元硬幣且無(wú)飲料輸出；●THREE：這個(gè)狀態(tài)是極為短暫的，售賣機(jī)里有3元硬幣，但是因?yàn)槭鞘褂玫臅r(shí)序邏輯，所以在這個(gè)時(shí)鐘周期無(wú)飲料輸出，飲料會(huì)在當(dāng)前狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至下一狀態(tài)時(shí)輸出（下一個(gè)時(shí)鐘周期輸出）；下一狀態(tài)根據(jù)投幣情況有兩種：投了1元硬幣則跳轉(zhuǎn)狀態(tài)ONE、沒(méi)有投硬幣則跳轉(zhuǎn)狀態(tài)IDLE狀態(tài)。3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)MealyMooreMoore一、二、三段式狀態(tài)機(jī)操作演示1、設(shè)計(jì)；2、仿真。3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)操作演示飲料售賣機(jī)電路設(shè)計(jì)是以if（或case）語(yǔ)法為主各種狀態(tài)的判斷與跳轉(zhuǎn)，針對(duì)此類問(wèn)題，工程師們?cè)诳偨Y(jié)了諸如可樂(lè)售賣機(jī)等這種轉(zhuǎn)換邏輯較為復(fù)雜的電路的特點(diǎn)后，將這些應(yīng)用場(chǎng)景下的if（或case）語(yǔ)法進(jìn)行了總結(jié)，并給出了一些“范式”的電路描述方法——狀態(tài)機(jī)?？偨Y(jié)：Moore狀態(tài)機(jī)一段式（1/3）Moore相比Mealy特點(diǎn)：輸出Drinks和輸入Money_i無(wú)關(guān)（代碼第53行）3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)飲料售賣機(jī)電路設(shè)計(jì)是以if（或case）語(yǔ)法為主各種狀態(tài)的判斷與跳轉(zhuǎn)，針對(duì)此類問(wèn)題，工程師們?cè)诳偨Y(jié)了諸如可樂(lè)售賣機(jī)等這種轉(zhuǎn)換邏輯較為復(fù)雜的電路的特點(diǎn)后，將這些應(yīng)用場(chǎng)景下的if（或case）語(yǔ)法進(jìn)行了總結(jié)，并給出了一些“范式”的電路描述方法——狀態(tài)機(jī)?？偨Y(jié)：Moore狀態(tài)機(jī)二段式（2/3）Moore相比Mealy特點(diǎn)：輸出Drinks和輸入Money_i無(wú)關(guān)（代碼第68、72行）3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)飲料售賣機(jī)電路設(shè)計(jì)是以if（或case）語(yǔ)法為主各種狀態(tài)的判斷與跳轉(zhuǎn)，針對(duì)此類問(wèn)題，工程師們?cè)诳偨Y(jié)了諸如可樂(lè)售賣機(jī)等這種轉(zhuǎn)換邏輯較為復(fù)雜的電路的特點(diǎn)后，將這些應(yīng)用場(chǎng)景下的if（或case）語(yǔ)法進(jìn)行了總結(jié)，并給出了一些“范式”的電路描述方法——狀態(tài)機(jī)。總結(jié)：Moore狀態(tài)機(jī)三段式（3/3）Moore相比Mealy特點(diǎn)：輸出Drinks和輸入Money_i無(wú)關(guān)（代碼第77行）3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)總結(jié)：Moore狀態(tài)機(jī)3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)1）Moore狀態(tài)機(jī)相對(duì)Mealy狀態(tài)機(jī)額外加入THREE這個(gè)抽象的狀態(tài)；2）最大的優(yōu)點(diǎn)在于輸出只和當(dāng)前狀態(tài)（THREE）有關(guān)，和輸入無(wú)關(guān)（Mealy中的飲料輸出不進(jìn)去決定于當(dāng)時(shí)的狀態(tài)TWO，也和是否有投幣輸入有關(guān)）3）缺點(diǎn)是這一額外的狀態(tài)不容易虛構(gòu)，這需要根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)決定。MealyMoore飲料售賣機(jī)IDLE：系統(tǒng)復(fù)位后的默認(rèn)狀態(tài)，代表當(dāng)前已有金額是0元，無(wú)飲料輸出；根據(jù)是否投幣有兩種目標(biāo)狀態(tài)：投1元硬幣跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)ONE且無(wú)飲料輸出，無(wú)投幣則保持IDLE狀態(tài)且無(wú)飲料輸出；ONE：此狀態(tài)下售賣機(jī)已有1元硬幣；根據(jù)是否投幣同樣有兩種目標(biāo)狀態(tài)：投1元硬幣則跳轉(zhuǎn)狀態(tài)TWO且無(wú)飲料輸出，無(wú)投幣則保持ONE狀態(tài)且無(wú)飲料輸出；TWO：此狀態(tài)下售賣機(jī)里已有2元硬幣；接下來(lái)的狀態(tài)有兩種情況：投了1元硬幣則跳轉(zhuǎn)狀態(tài)IDLE，且輸出可樂(lè)（根據(jù)和輸入相關(guān)要求，此時(shí)輸入1元，加上原來(lái)的2元共有3元，滿足輸出可樂(lè)的條件）；無(wú)投幣則保持TWO狀態(tài)且沒(méi)有可樂(lè)輸出；總結(jié)Mealy和Moore狀態(tài)機(jī)3、6種常見(jiàn)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)飲料售賣機(jī)以上6例為說(shuō)明Mealy和Moore型狀態(tài)機(jī)各三種風(fēng)格代碼的設(shè)計(jì)方法而刻意將售賣邏輯簡(jiǎn)化，因此可能未充分體現(xiàn)出各種狀態(tài)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。但可以肯定的是售賣邏輯若支持1角或5角等各種面額硬幣，狀態(tài)機(jī)的引入會(huì)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、提升代碼的閱讀性與可維護(hù)性等。實(shí)際上除了上述6種狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)格，還有很多衍生代碼風(fēng)格，但最常用的還是以上6種，讀者在掌握狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法后，會(huì)根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)任務(wù)無(wú)意識(shí)的寫出衍生代碼格式。在日常設(shè)計(jì)中優(yōu)先選擇6種狀態(tài)機(jī)寫法的哪一種，狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)流程是什么，還有哪些注意事項(xiàng)？（1）狀態(tài)機(jī)的選擇-采用幾段式狀態(tài)機(jī)？幾段式狀態(tài)機(jī)的選擇一段式狀態(tài)機(jī)：將判斷、狀態(tài)、輸出等寫在一個(gè)always里，只涉及時(shí)序電路，無(wú)組合邏輯的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)，同時(shí)消耗邏輯比較少，但是如果狀態(tài)較多且轉(zhuǎn)移邏輯復(fù)雜，一段式狀態(tài)機(jī)顯得比較臃腫，不利于維護(hù)和修改。兩段式狀態(tài)機(jī)：因?yàn)檫壿嬊逦?、便于閱讀、理解和維護(hù)，通用寫法中一個(gè)always模塊采用時(shí)序（狀態(tài)轉(zhuǎn)移，將次態(tài)賦值next_state給現(xiàn)態(tài)cur_state）；另一個(gè)always模塊采用組合時(shí)候（包含輸出和next_state等其余電路）。但組合邏輯會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)問(wèn)題，且因組合邏輯競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)問(wèn)題導(dǎo)致有些情況無(wú)法準(zhǔn)確描述，比如輸出時(shí)需要類似計(jì)數(shù)的累加情況。綜合來(lái)看，只要應(yīng)用場(chǎng)景合適，兩段式狀態(tài)機(jī)仍然是推薦的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法之一。三段式狀態(tài)機(jī)：設(shè)計(jì)者可以清晰的將狀態(tài)圖轉(zhuǎn)化為VerilogHDL代碼，代碼可以清晰完整的顯示出狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)，代碼清晰且降低編寫維護(hù)復(fù)雜度，一般最常用的是三段式狀態(tài)機(jī)，后文及本書后幾章均以三段式狀態(tài)機(jī)為例。實(shí)際中，各種狀態(tài)機(jī)均有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)視具體情況而靈活抉擇，但首選三段式狀態(tài)機(jī)。4、狀態(tài)機(jī)的選擇與設(shè)計(jì)流程推薦：優(yōu)先考慮三段式狀態(tài)機(jī)√（1）狀態(tài)機(jī)的選擇-Mealy和Moore型選擇?從輸出信號(hào)相關(guān)性角度(最典型區(qū)別)4、狀態(tài)機(jī)的選擇與設(shè)計(jì)流程從優(yōu)缺點(diǎn)角度Mealy型輸出（如Drinks_o）既和當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)；又和輸入（如Money_i）有關(guān)Moore型輸出（如Drinks_o）僅和當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)。Moore型典型優(yōu)點(diǎn)：輸出信號(hào)僅有當(dāng)前狀態(tài)決定，和輸入信號(hào)無(wú)關(guān)，其三段式輸出便于書寫。典型缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)前，為保證輸出和輸入無(wú)關(guān)，需額外抽象其他虛擬狀態(tài)。因額外“多抽象出的這一個(gè)或幾個(gè)狀態(tài)”而多幾個(gè)時(shí)鐘周期的延遲，這意味著狀態(tài)機(jī)無(wú)法對(duì)輸入變化立即做出反應(yīng)。Mealy型典型優(yōu)點(diǎn)：與Moore相反，狀態(tài)少，延時(shí)小。典型缺點(diǎn)：Mealy型也沒(méi)有Moore型狀態(tài)機(jī)的“輸出只和狀態(tài)有關(guān)”這一特點(diǎn)，其輸出和當(dāng)前狀態(tài)以及輸入有關(guān)，導(dǎo)致輸出信號(hào)所在的always模塊書寫邏輯稍加繁雜。（1）狀態(tài)機(jī)的選擇-Mealy和Moore型選擇狀態(tài)機(jī)選擇Mealy型狀態(tài)機(jī)和Moore型狀態(tài)機(jī)還有各種衍生格式，此外，還有二者結(jié)合的混合型狀態(tài)機(jī)，應(yīng)視具體設(shè)計(jì)任務(wù)而選擇何種狀態(tài)機(jī)。1）對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景，Mealy和Moore型狀態(tài)機(jī)均可以完成相同的功能，初級(jí)階段，更多的是一種習(xí)慣。中高級(jí)階段，一般是因具體電路的時(shí)序要求等原因被迫選擇某種狀態(tài)機(jī)。2）建議讀者不要糾結(jié)該使用Mealy還是Moore型狀態(tài)機(jī)，在實(shí)際上機(jī)中，依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，讀者在構(gòu)造輸出信號(hào)時(shí)，往往會(huì)無(wú)意識(shí)的選定Mealy還是Moore型狀態(tài)機(jī)。3）其他，對(duì)于初學(xué)者而言，就某一項(xiàng)目需求（實(shí)際一般都是成熟設(shè)計(jì)）往往都是參考網(wǎng)絡(luò)資源或書籍狀態(tài)機(jī)而進(jìn)行一定的移植和修改。4）如果熟悉狀態(tài)機(jī)的語(yǔ)法，在能夠接受Moore型狀態(tài)機(jī)的輸出延時(shí)的情況下，優(yōu)先選擇Moore型4、狀態(tài)機(jī)的選擇與設(shè)計(jì)流程（2）狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)流程把實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行邏輯抽象，即實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)要求。首先確定電路輸入信號(hào)（如Mone