三段式状态机设计

1、三段式状态机与两段式状态机的区别

　　两段式直接采用组合逻辑输出，而三段式则通过在组合逻辑后再增加一级寄存器来实现时序逻辑输出。这样做的好处是可以有效地滤去租个逻辑输出的毛刺，同时可以有效地进行时序计算与约束，另外对于总线形式的输出信号来说，容易使总线数据对其，从而减小总线数据间的偏移，减小接收端数据采样出错的频率。

2、三段式状态机的基本格式　　

　　第一个always语句实现同步状态跳转；

　　第二个always语句实现组合逻辑；

　　第三个always语句实现同步输出。

3、实例程序讲解

 1  //本例主要采用三段式状态机：在异步复位信号的控制下，一段式状态机进入IDLE
 2   //状态，q_sig4被复位，一旦sig1或者sig2有效，状态机进入WAIT状态，如果sig1和sig2同时有效，那么
 3  //状态机进入DONE状态，如果sig4还有效，那么q_sig4置位，同时状态机进入IDLE状态。
 4  
 5  module three_seg_fsm(clk,reset,sig1,sig2,sig3,q_sig4);
 6  //数据声明部分
 7  input clk,reset,sig1,sig2,sig3;
 8 
 9 output reg       q_sig4;
10 
11  reg [1:0]    current_state, next_state;
12 
13 //参数声明
14  parameter  IDLE       = 2'b00;
15  parameter  WAIT       = 2'b01;
16  parameter  DONE       = 2'b10;
17 
18  //状态跳转程序设计
19 always @(posedge clk or posedge reset)
20  if(reset)
21       current_state <= IDLE;
22   else
23       current_state <= next_state;
24       
25  //状态跳转输出
26  always @(current_state or sig1 or sig2 or sig3)
27    begin
28        case(current_state)
29        IDLE: begin
30                               if(sig1 || sig2)
31                                    begin
32                                        next_state = WAIT;                                      
33                                    end
34                                   else
35                                       begin
36                                           next_state = IDLE;                                         
37                                     end
38                            end
39                    WAIT: begin
40                              if(sig2 && sig3)
41                                 begin
42                                      next_state = DONE;                                    
43                               end
44                            else
45                                 begin
46                                      next_state = WAIT;                                    
47                                end
48                           end       
49                                      
50                    DONE:begin
51                             if(sig3)
52                                 begin
53                                     next_state = IDLE;                                   
54                                 end
55                             else
56                                 begin
57                                     next_state = DONE;                                   
58                                 end
59                            end
60                     
61                  default: begin
62                               next_state = IDLE;                             
63                             end
64            endcase       
65    end
66    
67    //逻辑输出
68    always @(posedge clk or posedge reset)
69      if(reset)
70          q_sig4 <= 1'b0;
71      else
72          begin
73              case(next_state)
74                  IDLE,
75                  WAIT: q_sig4 <= 1'b0;
76                  DONE: q_sig4 <= 1'b1;
77                  default: q_sig4 <= 1'b0;
78            endcase
79          end
80          
81  endmodule