FSM自動售貨機 verilog 實現及 code 細節講解

1.題目： 飲料1.5 元， 可投入硬幣1 元 0.5 元，輸出飲料 零錢

2. 畫出狀態機。

3.模擬結果：coin=1 --> 0.5 元 coin=2-->1元

4.關鍵程式碼分析：

本次設計採用了5個狀態，輸出結果採用暫存器輸出，確保輸出後穩定可靠，採用的是case(nx_state )語句輸出判斷的結果，提前一個週期判斷，就可以確保輸出與當前狀態想要的條件到達時的輸出條件一直。如上在S3 狀態時，直接輸出10，S4狀態時，直接輸出11. 同樣的功能還可以用assign 語句，assign {drink_out,change}=(state==S3)?10:00; 但這是組合邏輯輸出形式。對於後續模組時序上不太友好。

5.完整程式碼：

 
module auto_machine(
input clk,rst_n,
input [1:0] coin, 
output reg drink_out, change
);//coin =0  no coin ,coin =1--->0.5 yuan  coin =2---> 1 yuan
reg [2:0] state,nx_state;

parameter [2:0] IDLE=3'd0,S1=3'd1,S2=3'd2 ,S3=3'd3,S4=3'd4;

always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
state<=IDLE;
else
state<=nx_state;

always @(*) begin 
nx_state=IDLE;
case(state)
IDLE: if(coin==2'd1)    nx_state=S1;else if(coin==2'd2)
        nx_state=S2; else nx_state=IDLE;
S1:   if(coin==2'd1)    nx_state=S2;else if(coin==2'd2)
        nx_state=S3; else nx_state=S1;
         
S2:   if(coin==2'd1)    nx_state=S3;else if(coin==2'd2)
        nx_state=S4; else nx_state=S2;
S3:     nx_state=IDLE;
S4:     nx_state=IDLE;
default:nx_state=IDLE;
endcase

end

always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
{drink_out, change}<='b0;
else
case(nx_state)
S3: {drink_out, change}<=10;
S4: {drink_out, change}<=11;
endcase



endmodule

6.測試程式碼；

`timescale 1ns/1ps

module auto_tb();
reg rst_n,clk;
 
 reg [1:0]coin;
 wire drink_out, change;
initial begin
rst_n=0;
clk=0;
coin=2'd0;
#100
rst_n=1;
#10
coin=2'd1;
#20
coin=2'd0;
#20
coin=2'd1;
#20
coin=2'd1;  //have drink_out
#20
coin=2'd1;
#20
coin=2'd2;  //have drink_out
#20
coin=2'd2;
#20
coin=2'd2;      //have drink_out and change out
#20
coin=2'd2;



end

always #10 clk=~clk;

 auto_machine auto2(
 clk,rst_n,
 coin, 
 drink_out, change
);



endmodule