HDLbits---Circuits---Sequential Logic---Finite State Machines第一部分

**HDLbits --- Circuits --- Sequential Logic --- Finite State Machines**

**第一部分: 基础概念和设计方法**

在数字电路设计中，序列逻辑（Sequential Logic）是指状态变化的电路，它们可以存储信息并根据输入信号进行状态转换。有限状态机（Finite State Machine, FSM）是一种特殊的序列逻辑电路，它们可以根据输入信号和当前状态转换到下一个状态。

在本文中，我们将介绍有限状态机的基本概念、设计方法以及如何使用HDL（Hardware Description Language）来描述它们。

**1.有限状态机的基本概念**

有限状态机是一种电路，它们可以存储信息并根据输入信号进行状态转换。FSM通常由以下组成部分组成：

* **状态寄存器**：用于存储当前状态。
* **控制逻辑**：根据输入信号和当前状态来决定下一个状态。

有限状态机的行为可以用状态转换图（State Transition Diagram, STD）来描述。STD是一种图形化表示法，用于展示FSM在不同状态下的行为。

**2. 设计方法**

设计一个有限状态机涉及以下步骤：

* **确定状态集合**：根据问题的需求和约束来定义状态集合。
* **确定输入信号**：根据问题的需求和约束来定义输入信号。
* **设计控制逻辑**：根据输入信号和当前状态来决定下一个状态。
* **实现状态寄存器**：用于存储当前状态。

在HDL中，有限状态机可以使用多种方法来描述。例如，可以使用Verilog的`always`块或VHDL的`process`语句来实现控制逻辑和状态寄存器。

**3. HDL代码示例**

以下是Verilog的一个简单FSM例子：

verilogmodule fsm(input clk, input reset, output reg q);

 // 状态集合 enum {S0, S1} state;

 always @(posedge clk) begin if (reset) begin state <= S0;
 end else begin case (state)
 S0: if (input_a) state <= S1; else state <= S0;
 S1: if (input_b) state <= S0; else state <= S1;
 endcase end end // 状态寄存器 assign q = (state == S1) ?1'b1 :1'b0;

endmodule