状态机是许多数字系统的核心部件，是一类重要的时序逻辑电路。通常包括三个部分：一是下一个状态的逻辑电路，二是存储状态机当前状态的时序逻辑电路，三是输出组合逻辑电路。通常，状态机的状态数量有限，称为有限状态机（FSM）。由于状态机所有触发器的时钟由同一脉冲边沿触发，故也称之为同步状态机。
根据状态机的输出信号是否与电路的输入有关分为Mealy 型状态机和Moore 型状态机。电路的输出信号不仅与电路当前状态有关，还与电路的输入有关，称为Mealy 型状态机，而电路的输出仅仅与各触发器的状态，不受电路输入信号影响或无输入，称为
Moore 型状态机。其标准模型如下所示：
状态机的描述通常有三种方法，称为一段式状态机，二段式状态机和三段式状态机。状态机的描述通常包含以下四部分：
1)利用参数定义语句parameter 描述状态机各个状态名称，即状态编码。状态编码通常有很多方法包含自然二进制编码，One-hot 编码，格雷编码码等；
2）用时序的always 块描述状态触发器实现状态存储；
3）使用敏感表和case 语句（也采用if-else 等价语句）描述状态转换逻辑；
4）描述状态机的输出逻辑。