// お金は50円と100円，券は50円券と100円券．
// in, payback, outは，上位ビットで有(1)無(0)，
// 下位ビットで50円（0）か100円（1）を判断．
// 払い戻しは余剰にお金が入った時のみの鬼畜仕様．
// 券発行よりもお金投入を優先する．

module  kenbaiki(in, ticket, clk, reset_N, payback, out);
  input [1:0] in; //上位ビットがお金投入，下位ビットがお金の種類
  input ticket, clk, reset_N; //順にチケット発行，クロック，リセット信号(0入力でリセット)
  output [1:0] payback; //上位ビットが払い戻し有り無し，下位ビットがお金の種類
  output [1:0] out; //上位ビットがお金投入，下位ビットがお金の種類

  reg s1,s2,s3; //現在のステートを記憶
                //s1は料金0円の初期状態，s2は50円投入，s3は100円投入
  reg [1:0] rpay, rout; //wireにはassign文でしか値を代入できない
                        //regにはalways構文中でしか値を代入できない
                        //outputはwireなので，always構文で動作するステートマシンの出力をする時は，
                        //always構文中で使うregを経由してからassign文で出力する．

  assign payback = rpay;
  assign out = rout;

  always @(posedge clk or negedge reset_N) begin
    if(!reset_N) begin //reset_N = 0でリセットをかける
      {s1, s2, s3} = 3'b100; //初期状態にする，{}はverilogで複数の変数をまとめて扱うことに使う
      rpay = 2'b00;
      rout = 2'b00;
    end else begin
      if (s1) begin //投入金額0円
        case (in) //金額の投入を判断
          8'b10: {s1, s2, s3} = 3'b010; //50円投入
          8'b11: {s1, s2, s3} = 3'b001; //100円投入
          default: {s1, s2, s3} = 3'b100; //それ以外
        endcase
        rpay = 2'b00;
        rout = 2'b00;
      end else if (s2) begin //投入金額50円
        if (in[1]) begin //お金が投入されていた場合
          case (in)
            8'b10: //50円投入
            begin
              {s1, s2, s3} = 3'b001;
              rpay = 2'b00;
            end
            8'b11: //100円投入
            begin
              {s1, s2, s3} = 3'b001;
              rpay = 2'b10; //50円払い戻し
            end
            default: //それ以外
            begin
              {s1, s2, s3} = 3'b010;
              rpay = 2'b00;
            end
          endcase
          rout = 2'b00;
        end else if (ticket) begin //発券信号有りのとき
          {s1, s2, s3} = 3'b100; //初期状態に戻して
          rpay = 2'b00;
          rout = 2'b10; // 50円券発行
        end else begin //何もされていなかったとき
          {s1, s2, s3} = 3'b010;
          rpay = 2'b00;
          rout = 2'b00;
        end
      end else if (s3) begin //投入金額100円
        if (in[1]) begin //お金が投入されていた場合
          case (in)
            8'b10: //50円投入
            begin
              {s1, s2, s3} = 3'b001;
              rpay = 2'b10; //50円払い戻し
            end
            8'b11: //100円投入
            begin
              {s1, s2, s3} = 3'b001;
              rpay = 2'b11; //100円払い戻し
            end
            default: //それ以外
            begin
              {s1, s2, s3} = 3'b001;
              rpay = 2'b00;
            end
          endcase
          rout = 2'b00;
        end else if (ticket) begin //発券信号有りの時
          {s1, s2, s3} = 3'b100; //初期状態に戻して
          rpay = 2'b00;
          rout = 2'b11; // 100円券発行
        end else begin //何もされていなかったとき
          {s1, s2, s3} = 3'b001;
          rpay = 2'b00;
          rout = 2'b00;
        end
      end else begin //ステートがおかしくなっていた時
        {s1, s2, s3} = 3'b100; //初期状態にする
        rpay = 2'b00;
        rout = 2'b00;
      end
    end
  end
endmodule