有限狀態(tài)機(jī)基礎(chǔ)知識與練習(xí)

有限狀態(tài)機(jī)基礎(chǔ)知識與練習(xí)狀態(tài)機(jī)一般定義（FiniteStateMachine，F(xiàn)SM）◆狀態(tài)機(jī)——

一個離散數(shù)學(xué)模型。給定一個輸入集合，根據(jù)對輸入的接受次序來決定一個輸出集合。（摩爾狀態(tài)機(jī)）◆狀態(tài)——系統(tǒng)的基本數(shù)學(xué)特征。◆有限狀態(tài)機(jī)——

輸入集合和輸出集合都是有限的，并只有有限數(shù)目的狀態(tài)。輸入集合A輸出集合X狀態(tài)記憶輸出形成狀態(tài)遷移狀態(tài)機(jī)一般結(jié)構(gòu)CLK組合邏輯時序邏輯同步當(dāng)前狀態(tài)后續(xù)狀態(tài)Sa1,a2,…,anx1,x2,…,xn狀態(tài)位置狀態(tài)名稱轉(zhuǎn)移方向輸入集合（觸發(fā)事件）輸出集合（執(zhí)行動作）狀態(tài)等待狀態(tài)遷移圖nna1,a2,…,anx1,x2,…,xn狀態(tài)位置狀態(tài)名稱轉(zhuǎn)移方向輸入集合（觸發(fā)事件）輸出集合（執(zhí)行動作）狀態(tài)等待狀態(tài)遷移圖S狀態(tài)編碼狀態(tài)機(jī)實例——自動門

有一自動門，它可以被鎖上，也可以開鎖。當(dāng)門鎖上時，某人可以在它的槽中塞進(jìn)一枚硬幣。這樣，門就會自動開鎖，轉(zhuǎn)變到開鎖的狀態(tài)；人通過后，門就會自動鎖上。我們希望把自動門交給一個簡單的FSM管理。通過對這個簡單FSM的分析，了解FSM的設(shè)計過程。自動門的基本狀態(tài)加鎖開鎖投幣/開鎖通過/加鎖初始狀態(tài)Φ/加鎖狀態(tài)機(jī)實例異常處理通過/報警投幣/謝謝加鎖開鎖投幣/開鎖通過/加鎖初始狀態(tài)Φ/加鎖狀態(tài)機(jī)實例自動門的結(jié)構(gòu)簡圖狀態(tài)機(jī)實例聲光報警投幣傳感器通過傳感器加鎖執(zhí)行控制器開鎖執(zhí)行“謝謝”時鐘CLK自動門實例的VHDL描述狀態(tài)機(jī)實例LIBRARYieee;USEieee.std_logic_1164.ALL;ENTITYdoor_contrISPORT(clk,reset,coin,pass:INstd_logic;door,alarm,thank:OUTstd_logic);ENDdoor_contr;ARCHITECTUREbehaviorOFdoor_contrISTYPEstatesIS(lock,unlock);SIGNALnext_state:states;BEGINPROCESS(clk)BEGINIF(reset='1')THENnext_state<=lock;alarm<='0';thank<='0';door<='0';ELSIF(clk'EVENTANDclk='1')THENCASEnext_stateISWHENlock=>IF(coin='1')THENnext_state<=unlock;door<='1';ELSIF(pass='1')THENnext_state<=lock;alarm<='1';door<='0';ENDIF;WHENunlock=>IF(coin='1')THENnext_state<=unlock;thank<='1';door<='1';ELSIF(pass='1')THENnext_state<=lock;door<='0';ENDIF;ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;ENDbehavior;自動門實例的方真（一）狀態(tài)機(jī)實例自動門實例的方真（二）狀態(tài)機(jī)實例通過/報警投幣/謝謝加鎖開鎖投幣/開鎖通過/加鎖異常處理優(yōu)化狀態(tài)機(jī)實例修改“加鎖”狀態(tài)的異常處理初始狀態(tài)Φ/加鎖投幣/謝謝加鎖開鎖投幣/開鎖通過/加鎖異常處理優(yōu)化狀態(tài)機(jī)實例修改“加鎖”狀態(tài)的異常處理初始狀態(tài)Φ/加鎖一個更好的異常處理方案投幣/謝謝加鎖開鎖投幣/開鎖通過/加鎖初始狀態(tài)Φ/加鎖違例通過/報警通過投幣解警/消除警報就緒/消除警報、加鎖狀態(tài)機(jī)實例是否完美了？？？？、撤銷“謝謝”2s/撤銷“謝謝”再問一次：是否完美了？………………完美只是相對的！“就緒”是退出“違例”狀態(tài)的唯一條件！可靠性條件是充分的經(jīng)濟(jì)性條件是必要的完美性條件是充分和必要的狀態(tài)機(jī)實例診斷處理投幣/謝謝加鎖開鎖投幣/開鎖通過/加鎖、撤銷“謝謝”初始狀態(tài)Φ/加鎖違例通過/報警通過投幣解警/消除警報就緒/消除警報、加鎖投幣測試通過測試投幣/謝謝通過/撤銷“謝謝”HΦ/撤銷“謝謝”普通模式診斷模式復(fù)位/消除警報、加鎖、撤銷“謝謝”2s/撤銷“謝謝”注意狀態(tài)的嵌套使用！超狀態(tài)子狀態(tài)加鎖測試/加鎖開鎖測試/開鎖報警測試/報警解警測試/解警診斷/狀態(tài)保護(hù)返回/狀態(tài)恢復(fù)虛狀態(tài)（斷點保護(hù)）回顧自動門的基本狀態(tài)加鎖開鎖投幣/開鎖通過/加鎖初始狀態(tài)Φ/加鎖狀態(tài)機(jī)實例小結(jié)（概念）◆無論對連續(xù)系統(tǒng)還是離散系統(tǒng)，狀態(tài)概念無所不在。FSM提供了一種描述和控制應(yīng)用邏輯的非常強(qiáng)大的方法，具有規(guī)則簡單、可讀性和可驗證性強(qiáng)等特點?！鬎SM也是個不錯的工具。很多復(fù)雜的邏輯都可以用一張圖表來表述?！魧σ粋€復(fù)雜離散系統(tǒng)而言，使用FSM方案幾乎無所不能。FSM在通信協(xié)議、圖形界面控制和其他很多工程應(yīng)用中均有其足跡。

◆明確對象要求，確定輸入和輸出集合，合理分配狀態(tài)。小結(jié)（方法）◆確定狀態(tài)遷移方向和遷移觸發(fā)條件，確定合乎要求的輸出集合?！舫浞诸A(yù)計各種異常情況，確定異常處理策略及出口?！舭凑諏嶋H需求，制定合理的診斷模式?！敉瓿上到y(tǒng)綜合?！粝到y(tǒng)評價，設(shè)計驗證。練習(xí)（1）：交通信號機(jī)◆綠信比1:1◆路型十字交叉◆相變周期20(s)◆黃(紅黃)燈時間2(s)◆綠閃周期0.5(s)◆綠閃時間5(s)◆定時輸入100