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可乐机的设计验证

news 来源：原创 2024/9/20 8:13:34

前言

状态机（State Machine）是一种数学模型，用于表示具有有限状态集合的系统。它通过定义状态、转移规则和事件，描述系统在不同条件下的行为。状态机的核心概念包括状态、事件、转移和动作。状态是系统的具体条件或配置，事件是引发状态变化的外部输入，而状态转移是系统从一个状态到另一个状态的过程。状态机广泛应用于计算机科学、电子工程和控制系统中，用于建模复杂的逻辑和行为，如网络协议、用户界面和自动化控制。通过将系统行为分解为离散状态和转移规则，状态机能够清晰地描述和管理系统的动态特性。

状态机（FSM），同步（与时钟）有限状态机，分Moore型状态机（输出仅与当前状态有关），Mealy型状态机（输出与当前状态和输入有关），二者的状态跳转与输入有关。

正文

一、XXXX的设计验证

1.项目需求

可乐机，每次只能投一元，可乐售价3元，当连续投入三枚一元硬币后可乐机吐出可乐。

2.技术介绍

        使用 `parameter` 定义了三个状态：`wit`（等待状态），`one`（状态一），`two`（状态二）。设置状态寄存器：`stater` 是一个 3 位宽的寄存器，用于存储当前状态。在时钟上升沿或复位信号的下降沿触发时，状态机根据当前状态和 `po_money` 的值决定状态转移。
        `wit` 状态下，若收到投币信号，则转到 `one` 状态，否则保持在 `wit`。
        `one` 状态下，若再次收到投币信号，则转到 `two` 状态，否则保持在 `one`。
        `two` 状态下，若再一次收到投币信号，则转回 `wit` 状态，否则保持在 `two`。

po_cola` 输出信号，在 `two` 状态且 `po_money` 为1时设为1，表示可以取到饮料；否则设为取不到饮料。

模拟一个饮料自动售货机的基本功能，即在接收到两次投币信号后，允许取到饮料。每个状态的转移逻辑确保了系统能够在不同的状态间正确地转换，并在达到条件时输出正确的信号。

3.顶层架构

4.端口描述

clk	时钟信号（50Mhz）
rst_n	复位信号（低电平有效）
pi_money	一元硬币投入
po_cola	可乐输出

二、代码验证

module cola_ji(input			clk,input			rst_n,input			po_money,//一元输入output  reg	    po_cola//可乐输出，alwaya中赋值用reg);parameter wit = 3'b001;//等待
parameter one = 3'b010;//一元
parameter two = 3'b100;//两元reg [2:0]stater;always @(posedge clk,negedge rst_n)
beginif(rst_n == 0)stater <= wit;else case(stater)wit : if(po_money == 1'b1)//一元输入，状态跳转stater <= one;elsestater <= wit;one : if(po_money == 1'b1)//一元输入，状态跳转stater <= two;elsestater <= one;two : if(po_money == 1'b1)//一元输入，状态跳转stater <= wit;elsestater <= two;default : stater <= wit;endcase
endalways @(posedge clk,negedge rst_n)
beginif(rst_n == 0)po_cola <= 1'b0;elseif((stater == two)&&(po_money == 1'b1))//二元时一元输入，可乐输出po_cola <= 1'b1;elsepo_cola <= 1'b0;
endendmodule

仿真代码

`timescale 1ns/1ps
module  cola_ji_tb;reg			clk;reg			rst_n;reg			po_money;wire			po_cola;cola_ji cola_ji_inst(.clk			(clk		),.rst_n		(rst_n	),.po_money	(po_money),.po_cola		(po_cola	));initial clk = 1;
always #10 clk = ~clk;initial begin rst_n = 0;po_money = 1'b0;#20rst_n = 1;#20po_money = 1'b1;#20po_money = 1'b0;#20po_money = 1'b1;#20po_money = 1'b0;#20po_money = 1'b1;#20po_money = 1'b0;//三元硬币投入#20po_money = 1'b1;#20po_money = 1'b0;#20po_money = 1'b1;#20po_money = 1'b0;#20po_money = 1'b1;#20po_money = 1'b0;//三元硬币投入#20po_money = 1'b1;#20po_money = 1'b0;#20po_money = 1'b1;#20po_money = 1'b0;#20po_money = 1'b1;#20po_money = 1'b0;//三元硬币投入#200$stop;
endendmodule