有限狀態(tài)機(jī)(moore型)的設(shè)計(jì)課件

第10講有限狀態(tài)機(jī)(moore型)設(shè)計(jì)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)教學(xué)目的

認(rèn)識(shí)狀態(tài)機(jī)及其特點(diǎn)學(xué)習(xí)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的畫法掌握摩爾（MOORE）型狀態(tài)機(jī)的VHDL設(shè)計(jì)法1什么是狀態(tài)機(jī)？

有限狀態(tài)機(jī)(簡稱狀態(tài)機(jī))相當(dāng)于一個(gè)控制器，它將一項(xiàng)功能的完成分解為若干步，每一步對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制的一個(gè)狀態(tài)，通過預(yù)先設(shè)計(jì)的順序在各狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程就是實(shí)現(xiàn)邏輯功能的過程。2為什么使用狀態(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，結(jié)構(gòu)清晰。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。就可靠性而言，狀態(tài)機(jī)的優(yōu)勢也是十分明顯的。3狀態(tài)機(jī)分類根據(jù)輸出信號(hào)產(chǎn)生的機(jī)理不同，狀態(tài)機(jī)可以分成兩類：摩爾(Moore)型狀態(tài)機(jī)--輸出信號(hào)僅和狀態(tài)有關(guān)米勒(Mealy)型狀態(tài)機(jī)--輸出信號(hào)和狀態(tài)、輸入信號(hào)有關(guān)用戶定義的數(shù)據(jù)類型——枚舉格式：

TYPE數(shù)據(jù)類型名數(shù)據(jù)類型定義枚舉類型格式：

TYPE數(shù)據(jù)類型名IS(元素1，元素2，……);例：TYPEweekIS(sun,mon,tue,wed,thu,fri,sat);

TYPEcolourIS(red,green,blue);枚舉數(shù)據(jù)類型是一種特殊的數(shù)據(jù)類型，它是用文字符號(hào)來表示一組實(shí)際的二進(jìn)制數(shù)。用戶定義的數(shù)據(jù)類型——枚舉VHDL語言中，許多常用的數(shù)據(jù)類型，都是采用枚舉類型定義的例：TYPEBOOLEANIS(FALSE,TRUE);

TYPEBITIS('0','1');TYPEstd_ulogicIS('U',--Uninitialized 'X',--ForcingUnknown '0',--Forcing0 '1',--Forcing1 'Z',--HighImpedance 'W',--WeakUnknown 'L',--Weak0 'H',--Weak1 '-'--Don'tcare );4Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法摩爾型狀態(tài)機(jī)的典型結(jié)構(gòu)4Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法

More型狀態(tài)機(jī)輸出僅和狀態(tài)機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)，與外部輸入無關(guān)，即:

外部輸出是內(nèi)部狀態(tài)的函數(shù)。輸入信號(hào)的變化決定當(dāng)前狀態(tài)的下一狀態(tài)，即次態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖描述方式：Si/ZOiData_INi例：設(shè)計(jì)一個(gè)序列檢測器。要求檢測器連續(xù)收到串行碼{1101}后，輸出檢測標(biāo)志1，否則輸出0。狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)步驟：

①分析設(shè)計(jì)要求，列出全部可能狀態(tài)；

②畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；

③用VHDL語言描述狀態(tài)機(jī)。4Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法

（1）

分析設(shè)計(jì)要求，列出全部可能狀態(tài):

未收到一個(gè)有效位（0） ：S0

收到一個(gè)有效位（1） ：S1

連續(xù)收到兩個(gè)有效位（11） ：S2

連續(xù)收到三個(gè)有效位（110） ：S3

連續(xù)收到四個(gè)有效位（1101） ：S4

4Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法（2）

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖:1101S0/0S1/0S2/0S4/1S3/01101010100Si/ZOiData_INi4Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法4Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法（3）用VHDL語言描述狀態(tài)機(jī)定義狀態(tài)機(jī)—枚舉類型狀態(tài)轉(zhuǎn)換描述輸出信號(hào)描述LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYmooreIS PORT（

clk,data：INSTD_LOGIC;

zo :OUTSTD_LOGIC);ENDmoore;

實(shí)體設(shè)計(jì)12.4Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法ARCHITECTUREaOFmooreIS

TYPESTATEIS(S0,S1,S2,S3,S4); SIGNALpstate:STATE;BEGIN

PROCESS(clk)BEGINIF(clk’EVENTANDclk=‘1’)THENCASEpstateis

WHENS0=>IFdata=‘1’THENpstate<=S1;ELSEpstate<=S0; ENDIF;

WHENS1=>IFdata=‘1’THENpstate<=S2;ELSEpstate<=S0; ENDIF;

WHENS2=>IFdata=‘0’THENpstate<=S3;ELSEpstate<=S2; ENDIF;

WHENS3=>IFdata=‘1’THENpstate<=S4;ELSE pstate<=S0; ENDIF;

WHENS4=>IFdata=‘1’THENpstate<=S1;ELSEpstate<=S0; ENDIF;ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;

zo<=‘1’WHENpstate=s4ELSE‘0’;ENDa; 定義狀態(tài)機(jī)輸出信號(hào)描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述4Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法仿真波形4Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法練習(xí)：位于十字路口的交通燈，在A方向和B方向各有紅、黃、綠三盞燈，每10秒變換一次。變換順序如下表：A方向B方向綠紅黃紅紅綠紅黃4Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法交通燈的全部狀態(tài)及輸出：狀態(tài)A方向（紅綠黃）B方向（紅綠黃）狀態(tài)A方向（紅綠黃）B方向（紅綠黃）S0010100S1001100S2100010S3100001畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖:S0————01010012.4Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法S1————001100S3————100001S2————100010LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYjtdISPORT（

clk：INSTD_LOGIC;

ZO:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0));ENDjtd;

實(shí)體設(shè)計(jì)12.4Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法

ZO<=“010100”WHENpstate=s0ELSE “001100”WHENpstate=s1ELSE “100010”WHENpstate=s2ELSE “100001”;ENDa; BEGIN

PROCESS(clk)BEGINIF(clk’EVENTANDclk=‘1’)THENCASEpstateis WHENS0=>pstate<=S1; WHENS1=>pstate<=S2; WHENS2=>pstate<=S3; WHENS3=>pstate<=S0;ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;ARCHITECTUREaOFjtdIS

TYPESTATEIS(S0,S1,S2,