用一段式建模FSM 的寄存器输出的时候，必须要综合考虑现态在何种状态转移条件下会进入哪些次态，然后在每个现态的case 分支下分别描述每个次态的输出，这显然不符合思维习惯；而三段式建模描述FSM 的状态机输出时，只需指定case 敏感表为次态寄存器，然后直接在每个次态的case 分支中描述该状态的输出即可，根本不用考虑状态转移条件。本例的FSM 很简单，如果设计的FSM 相对复杂，三段式的描述优势就会凸显出来。
另一方面，三段式描述方法与两段式描述相比，虽然代码结构复杂了一些，但是换来的优势是使FSM 做到了同步寄存器输出，消除了组合逻辑输出的不稳定与毛刺的隐患，而且更利于时序路径分组，一般来说在FPGA/CPLD 等可编程逻辑器件上的综合与布局布线效果更佳。
下面以‘101’序列检测器的FSM来说明三段式FSM的写法：
1 `timescale 1ns / 1ps 2 3 ///////////////////////////////////////////////////////////////// 4 5 // Company: csic 6 7 // Engineer: shengyi 8 9 // Create Date: 15:24:44 09/16/2010 10 11 // Design Name: seqcheck_fsm3 12 13 // Module Name: seqcheck_101 14 15 // Project Name: seqcheck_fsm3 16 17 // Target Devices: V5 220t 18 19 // Tool versions: ise 10.1 20 21 // Description: 借'101'序列检测器程序说明FSM的三段式写法 22 23 // Dependencies: 24 25 // Revision: 26 27 // Revision 0.01 - File Created 28 29 // Additional Comments: 30 31 ///////////////////////////////////////////////////////////////// 32 33 //3-paragraph method to describe FSM 34 35 //Describe sequential state transition in the 1st sequential always block 36 37 //State transition conditions in the 2nd combinational always block 38 39 //Describe the FSM out in the 3rd sequential always block 40 41 module seqcheck_101( 42 43 clk, 44 45 rst, 46 47 din, 48 49 dout 50 51 ); 52 53 parameter IDLE=4'b0001,S1=4'b0010,S2=4'b0100,S3=4'b1000; 54 55 input clk; 56 57 input rst; 58 59 input din; 60 61 output dout; 62 63 reg dout; 64 65 reg [3:0] current_state,next_state; 66 67 68 69 //第一部分说明初始状态，和current_state<=next_state 70 71 //每一个时钟沿产生一次可能的状态变化 72 73 always @(posedge clk) 74 75 begin 76 77 if(rst) 78 79 current_state<=IDLE; 80 81 else 82 83 current_state<=next_state; 84 85 end 86 87 88 89 //第二部分，状态转移，产生下一状态的整合逻辑 90 91 always @(din or current_state) 92 93 begin 94 95 next_state<=4'bx; 96 97 case(current_state) 98 99 IDLE: 100 101 begin 102 103 if(din==1'b1) 104 105 next_state<=S1; 106 107 else 108 109 next_state<=IDLE; 110 111 end 112 113 S1: 114 115 begin 116 117 if(din==1'b1) 118 119 next_state<=S1; 120 121 else 122 123 next_state<=S2; 124 125 end 126 127 S2: 128 129 begin 130 131 if(din==1'b1) 132 133 next_state<=S3; 134 135 else 136 137 next_state<=IDLE; 138 139 end 140 141 S3: 142 143 begin 144 145 if(din==1'b1) 146 147 next_state<=S1; 148 149 else 150 151 next_state<=S2; 152 153 end 154 155 default: 156 157 next_state<=4'bx; 158 159 endcase 160 161 end 162 163 164 165 //第三段，产生输出 166 167 always @(posedge clk) 168 169 begin 170 171 if(rst) 172 173 dout<=1'b0; 174 175 else 176 177 begin 178 179 case(next_state) 180 181 IDLE:dout<=1'b0; 182 183 S1:dout<=1'b0; 184 185 S2:dout<=1'b0; 186 187 S3:dout<=1'b1; 188 189 default:dout<=1'bx; 190 191 endcase 192 193 end 194 195 end 196 197 endmodule