有限狀態(tài)機(jī)(moore mealy)

1、有限狀態(tài)機(jī)(Finite State Machine 1、有限狀態(tài)機(jī)的基本概念有限狀態(tài)機(jī)是指輸出取決于過(guò)去輸入部分和當(dāng)前輸入部分的時(shí)序邏輯電路。在數(shù)字電路系統(tǒng)中，有限狀態(tài)機(jī)時(shí)一種十分重要的時(shí)序邏輯電路模塊，它對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有十分重要的作用。有限狀態(tài)機(jī)一般用來(lái)描述數(shù)字?jǐn)?shù)字系統(tǒng)的控制單元，是許多數(shù)字系統(tǒng)的核心部件。有限狀態(tài)機(jī)由組合邏輯和寄存器邏輯組成。其中，寄存器邏輯的功能是存儲(chǔ)有限狀態(tài)機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)；而組合邏輯有可以分為次態(tài)邏輯和輸出邏輯兩部分，次態(tài)邏輯的功能是確定有限狀態(tài)機(jī)的下一個(gè)狀態(tài)，輸出邏輯的功能是確定有限狀態(tài)機(jī)的輸出。在實(shí)際的應(yīng)用中，根據(jù)有限狀態(tài)機(jī)是否使用輸入信號(hào)，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常將其分為

2、Moore型有限狀態(tài)機(jī)和Mealy型有限狀態(tài)機(jī)兩種類型。Moore型有限狀態(tài)機(jī) 其輸出信號(hào)僅與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)，即可以把Moore型有限狀態(tài)的輸出看成是當(dāng)前狀態(tài)的函數(shù)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1. 圖1 Moore型有限狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)Mealy型有限狀態(tài)機(jī) 其輸出信號(hào)不僅與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)，而且還與所有的輸入信號(hào)有關(guān)，即可以把Mealy型有限狀態(tài)機(jī)的輸出看成是當(dāng)前狀態(tài)和所有輸入信號(hào)的函數(shù)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2. 圖2 Mealy型有限狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)這兩種有限狀態(tài)機(jī)的主要區(qū)別在于：Moore型有限狀態(tài)機(jī)僅與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)，而與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。Mealy型有限狀態(tài)機(jī)不但與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)，還與輸入信號(hào)有關(guān)。2、

3、為什么要使用有限狀態(tài)機(jī) 有限狀態(tài)機(jī)克服了純硬件數(shù)字系統(tǒng)順序方式控制不靈活的缺點(diǎn)。 狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)模式相對(duì)簡(jiǎn)單。 狀態(tài)機(jī)容易構(gòu)成性能良好的同步時(shí)序邏輯模塊。 狀態(tài)機(jī)的VHDL表述豐富多樣。 在高速運(yùn)算和控制方面，狀態(tài)機(jī)更有其巨大的優(yōu)勢(shì)。 就可靠性而言，狀態(tài)機(jī)的優(yōu)勢(shì)也是十分明顯的。3、描述有限狀態(tài)機(jī)應(yīng)該包含的內(nèi)容  至少包含一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，用來(lái)指定狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)。  時(shí)鐘信號(hào)，為有限狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換提供時(shí)鐘信號(hào)。  狀態(tài)轉(zhuǎn)移指定，用于指定有限狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的邏輯關(guān)系。  輸出指定，用來(lái)指明有限狀態(tài)機(jī)兩狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的結(jié)果。  復(fù)位信號(hào)，用于有限狀態(tài)機(jī)

4、從任意狀態(tài)到復(fù)位狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。4、有限狀態(tài)機(jī)的描述方法  一般描述有限狀態(tài)機(jī)應(yīng)遵循一定的語(yǔ)法規(guī)則：狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)： 用枚舉類型數(shù)據(jù)進(jìn)行定義。狀態(tài)機(jī)的次態(tài)邏輯、輸出邏輯和狀態(tài)寄存器等一般用并行信號(hào)賦值語(yǔ)句、IF語(yǔ)句或CASE語(yǔ)句等語(yǔ)句進(jìn)行描述。有限狀態(tài)機(jī)的各種描述風(fēng)格描述風(fēng)格 功能劃分 進(jìn)程數(shù)A 1、次態(tài)邏輯、狀態(tài)寄存器、輸出邏輯 1B 1、次態(tài)邏輯、狀態(tài)寄存器2、輸出邏輯 2C 1、次態(tài)邏輯2、狀態(tài)寄存器、輸出邏輯 2D 1、次態(tài)邏輯、輸出邏輯2、狀態(tài)寄存器 2E 1、狀態(tài)邏輯2、狀態(tài)寄存器3、輸出邏輯 3 有限狀態(tài)機(jī)各種描述風(fēng)格對(duì)邏輯綜合的結(jié)果影響很大，一般地，時(shí)序邏輯電路與組合邏輯電路分別用不同的進(jìn)程進(jìn)行描述，綜合后不會(huì)生成多余的寄存器，占用硬件資源輸省;若把時(shí)序邏輯電路與組合邏輯電路混合在同一個(gè)進(jìn)程描述，邏輯綜合時(shí)，可能生成數(shù)目較多的多余寄存器，占用硬件資源會(huì)大大增加。5、用VHDL設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)的具體步驟  根據(jù)具體的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)要求，確定選擇Moore型狀態(tài)機(jī)還是選擇Mealy型狀態(tài)機(jī)。  根據(jù)系統(tǒng)要求確定