状态机例子
例：用三进程状态机实现一个简单自动售货机控制电路，电路框图如下。该电路有两个投币口（1元和5角），商品2元一件，
第三个Always块：输出组合逻辑
功能仿真结果
2
数字逻辑模拟试卷
4、如果竞争的结果导致电路最终进入同一稳定总态，则称为临界竞争。 （ ） 5、门电路的扇出是表示输出电压与输入电压之间的关系。 （ ） 三、简答题（每题5分，共10分） 1、请列出3种“曾经是模拟的”现在却“已经成为数字的”系统，并简述为什么会有这种转变。 2、采用CMOS 晶体管实现的“与非门”和“或非门”，哪个速度快？为什么？ 四、应用题（共70分） 1、已知接收端收到的汉明码码字a7a6a5a4a3a2a1=1100010，问在最多一位错的情况下发送端发送的码字是什么？（5分） 2、用卡诺图化简下列函数：（5分） ()()15,14,13,2,1,012,11,10,5,4,3,,,d F Z Y X W += ∑ 3、旅客列车分为特快A ，直快B 和慢车C ，它们的优先顺序为：特快、直快、慢车。同一时间内，只能有一趟列车从车站开出，即只能给出一个开车信号，试设计满足上述要求的开车信号控制电路。（10分） （1）列出真值表（5分） （2） 写出最简的输出逻辑表达式（5分） 4、运用一个MSI 器件实现余3码向8421BCD 码的转换。（10分） 5、运用“圈到圈”逻辑设计思想，采用74X138译码器和适当的逻辑门设计一个1位十进制数2421码的奇偶位产生电路（假定采用奇检验）。（10分）
1）作出状态/输出表（5分）。 2）说明它是Mealy 机还是Moore 机（2分） 3）说明这个电路能对何种输入序列进行检测。（3分） 7、作“0101”序列检测器的Mealy 型状态表和Moore 型状态表。凡收到输入序列为“0101”时，输出为1；并规定检测的“0101”序列不重叠。典型输入输出序列如下：（10分） 输入X ：1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 输出Z ：0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 看下面的例子就清楚了： 某序列检测器有一个输入端x 和一个输出端Z 。输入端 x 输入一串随机的二进制代码，当输入序列中出现011时，输出Z 产生一个1输出，平时Z 输出0 。典型输入、输出序列如下。 输入 x: 1 1 1 1 1 1 1 输出 Z: 1 1 试作出该序列检测器的原始状态图和原始状态表。 解.假定用Mealy 型同步时序逻辑电路实现该序列检测器的逻辑功能。 设: 状态A ------为电路的初始状态。 状态B ------表示收到了序列"011"中的第一个信号"0"。 状态C ------表示收到了序列"011"中的前面两位"01" 。 状态D ------表示收到了序列"011"。 ※ 当电路处在状态A 输入x 为0时，应令输出Z 为0转向状态B ；而处在状态A 输入x 为1时，应令输出Z 为0停留在状态A ，因为输入1不是序列"011"的第一个信号，故不需要记住。该转换关系如图5.16(a )所示。 Q1 Q2
用状态机设计的交通灯控制器
/module traffic (clock, reset, sensor1, sensor2, red1, yellow1, green1, red2, yellow2, green2); input clock, reset, sensor1, sensor2; output red1, yellow1, green1, red2, yellow2, green2; // Define the states. Enumerated type pragma allows Spectrum to chose encoding. parameter /*exemplar enum ee1 */ st0 = 0, st1 = 1, st2 = 2, st3 = 3, st4 = 4, st5 = 5, st6 = 6, st7 = 7; reg [2:0] /* exemplar enum ee1 */ state, nxstate ; reg red1, yellow1, green1, red2, yellow2, green2; // Update the state with the next state on the clock edge // or reset value. always @(posedge clock or posedge reset) begin if (reset) state = st0 ; else state = nxstate; end // // Calculate the next state and the outputs // based on the present state and the inputs // always @(state or sensor1 or sensor2) begin // Default values for the outputs
verilog经典三段式状态机设计实例
Moore型verilog源代码：FSM实现10010串的检测Moore状态转移图 module moorefsm(clk,rst,a,z); input clk,rst; input a; output z; reg z; reg [3:0] currentstate,nextstate; parameter S0 = 4'b0000; parameter S1 = 4'b0001; parameter S2 = 4'b0010; parameter S3 = 4'b0011; parameter S4 = 4'b0100; parameter S5 = 4'b0101; always@(posedge clk or negedge rst) begin if(!rst) currentstate <= S0; else
currentstate <= nextstate; end always@(currentstate or a or rst) begin if(!rst) nextstate = S0; else case(currentstate) S0: nextstate = (a==1)?S1:S0; S1: nextstate = (a==0)?S2:S1; S2: nextstate = (a==0)?S3:S1; S3: nextstate = (a==1)?S4:S0; S4: nextstate = (a==0)?S5:S1; S5: nextstate = (a==0)?S3:S1; default: nextstate = S0; endcase end always@(rst or currentstate) begin if(!rst) z = 0; else case(currentstate) S0: z = 0;S1: z = 0;S2: z = 0; S3: z = 0;S4: z = 0;S5: z = 1; default: z = 0; endcase end endmodule
任务4.1 基于状态机的程序架构
项目4 简易数字钟的设计（2） 计算机专业有门必修课程叫“软件工程”，这门课程告诉软件学习者们如何系统性的、规范化的、可定量的过程化方法去开发和维护软件。我们在学习单片机编程的过程当中，也应该借鉴“软件工程”课程当中的讲述的方法和手段，去维护和规范我们的单片机程序。 在本单元当中，我们安排了4个任务。任务1介绍了一种基于状态机的程序框架，通过状态机的学习，初学者可以写出思路清晰、多任务运行流畅的程序。任务2介绍了程序的风格和可移植性，规范了变量和函数等的命名，并简单介绍了C51中提高程序可移植性的方法。任务3介绍了程序模块化的实现方法，让初学者学会合理的管理程序。任务4中运用本单元所讲的知识，结合前一单元,完成简易数字钟的设计。 【内容安排】 4.1 基于状态机的程序框架 4.2 程序的风格和可移植性 4.3 程序的模块化 4.4 简易数字钟的设计
任务4.1 基于状态机的程序框架 4.1.1 任务介绍 上一单元中已经多次提到多任务运行时,延时函数(DelayMs())对程序的危害性，堵塞CPU，系统任务的实时性得不到有效的保证。在3.4节中，提到中断可以提高任务的实时性，但是单片机的中断数量是有限的，不可能每一个任务都有中断。在 3.5节中，通过定时器中断服务函数提供的时标信号，定时扫描LED和数码管，可以消除延时函数，时标信号给我们提供了一种新的思路来消除延时函数（本质上还是借助于中断）。但是LED闪烁和动态数码管扫描都是属于状态时间分配均匀的（LED闪烁有两个状态，亮和灭分配时间相等；数码管每个位扫描的时间也相等），程序易于实现。对于像按键检测这样的（时间分配不均匀的）任务，怎样来消除程序中的延时呢？ 本节任务是： 利用本节所讲“状态机”，改写独立按键程序，并增加“长按”、“连击”等功能。 4.1.2 知识准备 1、状态机的思想 网络上经常报道特级象棋大师车和多人一起下象棋，采用的方式是“车轮战”。车轮战有两种方式：（1）象棋大师先和甲开始下象棋，直到有了结果，然后才轮到乙和象棋大师对阵，下完了之后，然后是丙......，一直到和最后一个人下完。（2）象棋大师先和A下一步棋，然后再和B下一步棋，然后再和C，和......，和所有人下完一遍后，再回头从A开始，一个人接一个人。 很显然“车轮战”的第1种方式效率不如第2种方式效率高，报道上的“车轮战”也是指的第2种方式。原因在于象棋大师的水平远远高于其他人，如果采用第一种方式，象棋大师下一步棋很快，甲需要考虑很长时间才能落子，象棋大师在和甲下棋的过程中，其他人只能等待。如果采用第二种方式，象棋大师和甲只下一步棋，然后再和乙也下一步棋，和所有人下完一步棋之后，再从甲开始，这样看起来是所有人都在下象棋，效率自然远高于第一种方式。 “车轮战”的第2种方式，实际上就是程序中状态机的基本原理。程序中的多个任务可以看成是其他棋手，CPU是象棋大师，CPU在执行多个任务时，不再是先执行任务1，执行完任务1后，再执行任务2，而是把每个任务又划分出多个小任务（小任务中没有时间等待），CPU每次只执行每个任务中的小任务，执行完任务1中的一个小任务后，然后快速转向任务2中的小任务，按照这种模式轮询下去，由于CPU很快（象棋大师），整个程序中的任务都得到了实时的执行。任务中的小任务是按照任务的状态来划分的，故称为“状态机”。
第14章 状态机设计(state machine design)
第14章 状态机设计（State Machine Design） 讲到VHDL设计而不讲state machine，感觉上就是不太完整，我们先来看看什么是state machine，它应该是一种流程控制的设计，在有限的状态中，根据判别信号的逻辑值决定后面要进入哪一个状态，这样的讲法似乎有些抽象，我们先来看看下面的状态图。 图14-1所显示的是一个十字路口的红绿灯控制设计，在一开始时信号Reset 会被设为逻辑’0’，此时state machine会在Reset状态，一直等到信号Reset变成逻辑’1’时，state machine才会进入真正的控制状态。在之后的三个状态中，我们各定义了一个counter，当进入Red或是之后的Green及Yellow状态时，相对的counter值即会开始递减。当counter值递减到0时，state machine即会改变到下一个状态。 当然state machine的执行就是依照这种方式进行，但是其中仍有许多的细节是设计者所要注意的，在接下来的章节中，我们会依据实际的例子来介绍state machine的设计方式。 14-1State Machine的建立 在这一节我们所举的例子是一个类似检查密码的设计，在一般办公室的门口都会有门禁管制，进门前须先输入一组四个数字的密码，当密码确认无误后门才会打开，除此之外还有更改密码的功用。我们先来看看其状态图。 在图14-2中一共有四个状态，一开始会维持在idle状态，当要更改或是第一次输入密码时，需要按下一个特殊的“密码更改”按键，此时InpinN信号会变成逻辑’0’的状态，状态机即会进入LoadPin的状态，接着再输入四个数字的密码，密码输入完毕按下“输入”按键，状态机即回到原先的idle状态。 在另一方面，当处于平时状态，有人进入门口要输入密码前，他也必需要按下另一个特殊键“密码输入”，表示之后输入的数字是待验证的密码，此时InData 信号会变成逻辑’0’，于是状态机进入InPin的状态。在输入四个数字之后，一个
状态机例子
WF 状态机工作流构建订单处理流程-范例程序分析 Part 1 状态机工作流（State Machine Workflow）是以状态的变化为驱动而进行业务流转的，且一定需要人为的干预，而不像顺序类型工作流（Sequential Workflow）那样按照事先设计好的业务流程一步一步依次执行下去。 State活动有3种类型的状态：起始状态（Initial State）、业务逻辑过程状态、终止状态（Completed State），在一个状态机工作流中起始状态和终止状态只能有一个。状态机工作流是从起始状态开始执行，在运行过程中通过业务逻辑状态的变化来进行工作流的流转，最终由终止状态标志工作流的结束。因此在状态机工作流设计界面上只能添加State 状态活动，另外，在该状态中还可以添加一个或多个EventDriven 活动。下面通过一个订单处理流程的范例，详细介绍状态机工作流的使用。 下图简要描述了订单处理流程，你会发现许多地方需要用户参与或输入，来改变工作流。例如，财务部门依赖于支付情况来改变工作流，采购部门依赖于库存情况来改变工作流等等。 按照下面具体的操作步骤，一步一步实现上述状态机工作流演示程序。 1. 创建接口程序
由于状态机工作流中大量使用HandleExternalEvent 活动来接收应用程序的操作事件，从而改进该工作流上运行的业务实体的状态，因此需要定义一个接口程序作为工作流和应用程序之间沟通的桥梁。本范例程序中将通过接口中的7个事件来模拟状态机工作流的触发，接口IOrder.cs 如下所示。需要注意的是：我们引用System.Workflow.Activities，并且接口添加了[ExternalDataExchange]属性。 2. 创建Class Library项目，并添加State Machine Workflow（状态机工作流）文件。如下图所示。
基于状态机的LCD多级菜单设计方案
基于状态机的LCD多级菜单设计方案 1概述 液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）由于其体积和功耗等因素，非常适合嵌入式环境的使用。近年来，随着微处理器性能的提高，嵌入式系统实现的功能越来越强大，产生的数据量也越来越大。相对应地，需要显示的数据量也随之增大。嵌入式环境下使用LCD 显示器，由于条件限制，体积较小，且显示的内容有限。而且，传统的LCD显示模式总是不加选择地显示所有监控的信息，在监控的信息量非常庞大时会导致不能及时显示用户所需求的信息。多级菜单显示则是将信息分类显示的一种显示方式，该方式根据用户的选择，对显示信息加以筛选并分级显示，这样既保证用户获取其所需的信息，又能保障信息显示的实时性。 2多级菜单的结构 设计多级菜单的目的在于将需要显示的信息分门归类，方便用户筛选。所以在设计菜单时需要根据整个系统的功能和要求来设定菜单的级数，以及各级子菜单的个数。整个多级菜单的拓扑结构为树型结构，主菜单为根节点，子菜单为枝节点，最后一级菜单为叶节点，如图1所示。 图1多级菜单的结构图 3多级菜单的程序设计 3.1循环方式 循环方式的设计思路：预先定义一个包含6个结构元素的结构体、5个字符型和1个指针型。第1个字符变量存放当前界面的索引号；第2个字符变量存放按下down（向下）键时需要跳转到的索引号；第3个字符变量存放按下up（向上）键时需要跳转到的索引号；第4个字符变量存放按下enter（进入）键时需要跳转的索引号；第5个字符变量存放按下esc（退出）键时需要跳转的索引号；第6个变量为函数指针变量，存放当前索引号下需要执行的函数的入口地址。
北京邮电大学 数字逻辑期末模拟试题8
本科试卷（八） 一、选择题（每小题2分，共30分） 1.逻辑函数F1=∑m （2，3，4，8，9，10，14，15）, 它们之间的关系是________。 A ． B ． C ． D ．、互为对偶式 2. 最小项的逻辑相邻项是________。 A ．ABCD B. C. D. 3. 逻辑函数F （ABC ）=A ⊙C 的最小项标准式为________。 A.F=∑（0，3） B. C.F=m 0+m 2+m 5+m 7 D. F=∑（0，1，6，7） 4. 一个四输入端与非门，使其输出为0的输入变量取值组合有_______种。 A. 15 B. 8 C. 7 D. 1 5. 设计一个四位二进制码的奇偶位发生器（假定采用偶检验码），需要_______个异或门。 A ．2 B. 3 C. 4 D. 5 6. 八路数据选择器如图1-1所示，该电路实现的逻辑函数是F=______。 A ． B ． C ． D ． 图1-1 7. 下列电路中，不属于时序逻辑电路的是_______。 A ．计数器 B ．触发器 C ．寄存器 D ．译码器 8. 对于JK 触发器，输入J=0，K=1，CP 脉冲作用后，触发器的次态应为_____。 A ．0 B. 1 C. 保持 D. 翻转 9. Moore 型时序电路的输出_____。 A.与当前输入有关 B. 与当前状态有关 C. 与当前输入和状态都有关 D. 与当前输入和状态都无关 2F ABC ABCD ABC ABC ACD =++++12F F =12F F =12F F =1F 2F ABCD ABCD ABCD ABCD C A C A F +=AB AB +AB AB +A B ⊕A B +
如何设计最优化的状态机(有图版)
如何设计最优化的状态机 前言：数字电路通常分为组合逻辑电路和时序电路， 组合逻辑电路outputs = F(current inputs) 时序电路outputs = F(current inputs,past inputs) 有限状态机就是时序电路的数学抽象，一个有限状态机系统包括inputs ,outputs, states .状态机分为同步状态机（synchronous）和异步状态机(asynchronous),异步状态机由于输出信号不稳定，所以不详细讨论，对绝大多数设计来说，用的最广泛的是同步状态机。下面主要讨论了同步状态机的设计。 一．状态机的基础知识 1．1. moore状态机和mealy状态机的区别： 2．1．1moore状态机输出只依赖于及其的当前状态，与输入信号无关。这是moore状态机的优点。下面是moore状态机的模型： moore状态机比较容易用数学的方式来分析，因此被更广泛的用在代数状态机理论中（algebraic FSM theory）。 Mealy状态机输出依赖于机器现在的状态和输入的值，如果输入改变，输出可以在一个时钟周期中将发生了改变。其模型如下： 图的说明：state memory :保存现在的状态(current state s(t) ) state transistion function :根据现态和输入x(t),s(t+1)来决定下一个状态。 Output function :根据s(t)和x(t)来决定最后的输出。 Mealy 状态机通常可以有更少的状态变量，因此在工程领域有更为广阔的应用，状态变量越少，则所需的存储单元就越少。
数字逻辑状态机例子
Digital System Design 1 2011/6/21 Computer Faculty of Guangdong University of Technology 例：用三进程状态机实现一个简单自动售货机控制电路，电路框图如下。该电路有两个投币口（1元和5角），商品2元一件，不设找零。In[0]表示投入5角，In[1]表示投入1元，Out 表示是否提供货品。
Digital System Design 2 2011/6/21 Computer Faculty of Guangdong University of Technology 根据题意，可分析出状态机的状态包括： S0（00001）：初始状态，未投币或已取商品 S1（00010）：投币5角 S2（00100）：投币1元 S3（01000）：投币1.5元 S4（10000）：投币2元或以上 用独热码表示状态编码，如上所示。相应状态转换图如下（按Moore 状态机设计）。
Digital System Design 3 2011/6/21 Computer Faculty of Guangdong University of Technology 自动售货机状态转换图
Digital System Design 4 2011/6/21 Computer Faculty of Guangdong University of Technology 设计代码 第一个Always 块：状态转移。
Digital System Design 5 2011/6/21 Computer Faculty of Guangdong University of Technology 第二个Always 块：状态转移的组合逻辑条件判断
基于状态机的程序架构
项目4 简易数字钟的设计（2）计算机专业有门必修课程叫“软件工程”，这门课程告诉软件学习者们如何系统性的、规范化的、可定量的过程化方法去开发和维护软件。我们在学习单片机编程的过程当中，也应该借鉴“软件工程”课程当中的讲述的方法和手段，去维护和规范我们的单片机程序。 在本单元当中，我们安排了4个任务。任务1介绍了一种基于状态机的程序框架，通过状态机的学习，初学者可以写出思路清晰、多任务运行流畅的程序。任务2介绍了程序的风格和可移植性，规范了变量和函数等的命名，并简单介绍了C51中提高程序可移植性的方法。任务3介绍了程序模块化的实现方法，让初学者学会合理的管理程序。任务4中运用本单元所讲的知识，结合前一单元，完成简易数字钟的设计。 【内容安排】 4.1基于状态机的程序框架 4.2程序的风格和可移植性 4.3程序的模块化 4.4简易数字钟的设计
任务4.1 基于状态机的程序框架 4.1.1任务介绍 上一单元中已经多次提到多任务运行时,延时函数（DelayMs（））对程序的危害性，堵塞 CPU系统任务的实时性得不到有效的保证。在 3.4节中，提到中断可以提高任务的实时性， 但是单片机的中断数量是有限的，不可能每一个任务都有中断。在 3.5节中，通过定时器中 断服务函数提供的时标信号，定时扫描LED和数码管，可以消除延时函数，时标信号给我们 提供了一种新的思路来消除延时函数（本质上还是借助于中断）。但是LED闪烁和动态数码管 扫描都是属于状态时间分配均匀的（LED闪烁有两个状态，亮和灭分配时间相等；数码管每个 位扫描的时间也相等），程序易于实现。对于像按键检测这样的（时间分配不均匀的）任务，怎样来消除程序中的延时呢？ 本节任务是： 利用本节所讲“状态机”，改写独立按键程序，并增加“长按”、“连击”等功能。 4.1.2知识准备 1、状态机的思想 网络上经常报道特级象棋大师车和多人一起下象棋，采用的方式是“车轮战”。车轮战有 两种方式：（1）象棋大师先和甲开始下象棋，直到有了结果，然后才轮到乙和象棋大师对阵，下完了之后，然后是丙……，一直到和最后一个人下完。（2）象棋大师先和A下一步棋， 然后再和B下一步棋，然后再和C,和……，和所有人下完一遍后，再回头从A开始，一个 人接一个人。 很显然“车轮战”的第1种方式效率不如第2种方式效率高，报道上的“车轮战”也是指的第2种方式。原因在于象棋大师的水平远远高于其他人，如果采用第一种方式，象棋大师下一步棋很快，甲需要考虑很长时间才能落子，象棋大师在和甲下棋的过程中，其他人只能等待。如果采用第二种方式，象棋大师和甲只下一步棋，然后再和乙也下一步棋，和所有人下完一步棋之后，再从甲开始，这样看起来是所有人都在下象棋，效率自然远高于第一种方式。 “车轮战”的第2种方式，实际上就是程序中状态机的基本原理。程序中的多个任务可以看成是其他棋手，CPU是象棋大师，CPU在执行多个任务时，不再是先执行任务1，执行完 任务1后，再执行任务2,而是把每个任务又划分出多个小任务（小任务中没有时间等待），CPU每次只执行每个任务中的小任务，执行完任务1中的一个小任务后，然后快速转向任务 2 中的小任务，按照这种模式轮询下去，由于CPU很快（象棋大师），整个程序中的任务都得到 了实时的执行。任务中的小任务是按照任务的状态来划分的，故称为“状态机”。
数字逻辑实验 8_序列检测器
实验八序列检测器的设计与仿真 一、实验要求 1.用VHDL语言设计一个Mealy机以检测“1101001”序列； 2.用VHDL语言设计一个Moore机以检测“1101001”序列； 3.在文本编辑区使用VHDL硬件描述语言设计逻辑电路，再利用波形编辑区进行逻辑功 能仿真，以此验证电路的逻辑功能是否正确。 二、实验内容 用VHDL语言设计各一个mealy和moore状态机测试“1101001”位串的序列检测器，并通过仿真波形验证设计的功能是否正确。 三、实验过程 由于在报告1中已经详尽描述了如何使用Quartus 2建立逻辑原理图和使用VHDL语言实现元件功能，所以本次的实验报告中便不再赘述上述内容，报告将主要就VHDL 语言描述实现元件的功能的过程进行阐述。 1.Mealy机 选择File→New，弹出新建文本对话框，在该对话框中选择VHDL File并单击OK按钮，进入文本编辑窗口，输入VHDL代码。 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity melay is port(clk,rst,d: in std_logic; z: out std_logic); end melay; architecture arc of melay is type state_type is(s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6); signal state: state_type; begin process(clk,rst) begin if rst= '1' then state<=s0; elsif (clk'event and clk ='1') then case state is --1101001 when s0 => if d='1' then state<=s1; else
状态机设计总结
状态机设计 简介 状态机的设计被广泛地用于时序控制逻辑中，它是许多数字系统的核心。状态机可以应付众多应用场合的需求，覆盖宽范围的性能和复杂度；例如微处理器与VLSI外围接口的低级别控制，常规微处理器中的总线裁决和时序产生，定制的位片微处理器，数据加密和解密，传输协议等。 通常在设计周期中，控制逻辑的细节安排在最后处理，因为系统需求的改变和特征的增强会对其造成影响。对于控制逻辑设计，可编程逻辑是一个很宽松的解决方案，因为它允许简单的修改而不必扰乱PCB板布局。其灵活性提供了在不影响市场化时间的前提下，允许设计改动的机会。大多数带寄存器的PAL器件应用都是需要使用状态机设计技术的时序控制逻辑。随着技术的发展，新的高速、高性能的器件不断出现，它们简化了状态机设计的任务。对于状态机设计，宽范围的不同功能与性能的解决方案是可行的。在本次讨论中，我们将检验状态机执行的功能，它们在多种器件中的实现，以及它们的选择。 什么是状态机？ 状态机是一个以有序的方式，遍历预定的状态序列的数字设备。状态是在电路的不同部分，测量到的一组数值。一个简单状态机可以由以下几部分构成：基于PAL器件的组合逻辑，输出寄存器和状态寄存器。这样一个序列发生器中的状态由状态寄存器和/或输出寄存器中所存储的值来决定。 状态机的通用形式可以用图1所示的设备来描述。除了这一设备的输入和输出，状态机还有两个必需的组成元件：组合逻辑和存储器（寄存器）。这类似于前面所讨论的带寄存器的记数器设计，它们本质上就是简单的状态机。存储器用来存储状态机的状态，组合逻辑可以看成两个截然不同的功能模块：下一状态解码器和输出解码器（图2）。当输出解码器产生实际的输出时，下一状态解码器决定状态机的下一状态。尽管它们执行截然不同的两个功能，但是它们通常被组合成如图1所示的组合逻辑阵列。 状态机的基本操作有两部分： 1、状态机遍历状态序列，下一状态解码器基于当前状态和输入条件来决定下一状态。
基于状态机的交通灯控制
交通灯状态机程序： LIBRARY IEEE; USE IEEE.std_logic_1164.ALL; USE IEEE.std_logic_arith.ALL; ENTITY traffic_light_dianlian IS PORT(clk:INstd_logic; reset:INstd_logic; rl,gl,yl:OUTstd_logic; counter_time:OUTstd_logic_vector(3 DOWNTO 0)); END ENTITY; ARCHITECTURE nan OF traffic_light_dianlian_32 IS SIGNAL mtime:integer RANGE 0 TO 9; BEGIN PROCESS(clk,reset) TYPE state_type IS(R,G,Y); VARIABLE state:state_type; BEGIN IF reset='1' THEN state:=R; rl<='1'; gl<='0'; yl<='0'; mtime<=9; counter_time<=conv_std_logic_vector(mtime,4); ELSIF clk'event and clk='1' THEN CASE state IS WHEN R=>rl<='1';gl<='0'; yl<='0'; mtime<=mtime-1; counter_time<=conv_std_logic_vector(mtime,4); IF(mtime=1)THEN state:=G; mtime<=6; ELSE state:=R; END IF; WHEN G=>gl<='1'; rl<='0';yl<='0'; mtime<=mtime-1; counter_time<=conv_std_logic_vector(mtime,4); IF(mtime=1)THEN state:=Y; mtime<=3; ELSE state:=G; END IF; WHEN Y=>yl<='1'; gl<='0'; rl<='0'; mtime<=mtime-1; counter_time<=conv_std_logic_vector(mtime,4); IF(mtime=1)THEN state:=R; mtime<=9; ELSE state:=Y; END IF;
实验四 有限状态机设计(2学时)
实验四有限状态机设计(2学时) 实验内容一： 状态机是指用输入信号和电路状态（状态变量）的逻辑函数去描述时序逻辑电路功能的方法，也叫时序机。有限状态机是指在设计电路中加入一定的限制条件，一般用来实现数字系统设计中的控制部分。 根据时序电路输出信号的特点可将时序电路划为Mealy 型和Moore 型两种。Moore型电路中，输出信号仅仅取决于存储电路的状态。Mealy型电路中，输出信号不仅取决于存储电路的状态，而且还取决于输入变量。图1是某Mealy型电路的状态转换图，图中圆圈内的S0、S1等代表电路的状态，状态转换箭头旁斜杠“/”上边的数字代表输入信号，斜杠“/”下边的数字代表输出信号。假设电路的当前状态为S0，当输入信号为0时，电路的下一个状态仍为S0，输出信号为0；当输入信号为1时，电路的下一个状态为S1，输出为1。 图1 Mealy状态机 下面的程序中使用两个进程来描述该状态机。第一个进程负责状态转化，在CP上升沿到达时，当前状态（PresetState）向下一个状态（NextState）的转换；第二个进程负责检测输入信号（DIN）和当前状态（PresetState）的值，并由CASE-WHEN 语句决定输出信号（OP）和下一个状态值（NextState）的值。请补充下图中虚线“…”部分省略掉的程序，然后对完整程序进行编译，并用Tools->Netlist Views->State Machine Viewer和RTL Viewer工具查看该状态机的状态图和RTL顶层图。
… … 实验内容二： 论文《基于VHDL的一个简单Mealy状态机》中设计了一个Mealy状态机用来检测数据流“1101010”，用以验证状态机在数据检测上的应用。请在读懂文中程序的基础上，在Quartus Ⅱ软件中通过编译仿真得到状态图和波形图，仿真中输入波形的设置应能体现该状态机的用途。 实验报告： 本次实验占用两个学时，请于12周周四(5月12日)上课时交实验报告。对于实验内容一，报告的内容应重在程序的完善上，对于实验内容二，报告的内容应重在对论文中源程序的分析和理解，以及仿真的波形图上。
状态机c语言实现
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数字逻辑第7篇习题
画出图7-5中所示的S-R锁存器的输出波形，其输入波形如图X7-4所示。假设输入和输出信号的上升和下降时间为0，或非门的传播延迟是10ns（图中每个时间分段是10ns） 解： 用图X7-5中的输入波形重作练习题7-2。结果可能难以置信，但是这个特性在转移时间比传输时间延迟短的真实器件中确实会发生。 解： 将图X7-41中的电路与图7-12中的锁存器进行比较。请证明这两个电路的功能是一致的。图X7-41中的电路常用于某些商用D锁存器中，在什么条件下该电路性能更好？ 解：当C=0时，输入端2个与非门都关断，功能相同。 当C=1时，输入端2个与非门等同于反相器，功能也相同。 从传输延迟和电路代价比较：图X7-41的优点为节省一个反相器，电路代价较小，电路建立时间少一个反相器延迟，所需建立时间较短。缺点为下端输入的传输延迟较长（与非门比反相器长）。
图7-34表示出了怎样用D触发器和组合逻辑来构造带有使能端的T触发器。请表示出如何用带有使能端的T触发器和组合逻辑来构造D触发器。 解：先写出对应的特性表，再建立相应组合逻辑的卡诺图，最后写出激励组合逻辑的最小和表达： + T? ? = D ' D 'Q Q 请示出如何使用带有使能端的T触发器和组合逻辑来构造J-K触发器。 解：先写出对应的特性表，再建立相应组合逻辑的卡诺图，最后写出激励组合逻辑的最小和表达： ? =' T? + Q K Q J 分析图X7-9中的时钟同步状态机。写出激励方程，激励/转移表，以及状态/输出表(状态Q1Q2=00~11使用状态名A~D)。 解：激励方程D1=Q1’+Q2 D2=XQ2’ 输出方程Z=Q1+Q2’ 激励/转移表：现态和输入为变量，激励为函数，根据D触发器特性方程，激励/转移表可表达：
状态机及其VHDL设计
第7章状态机及其VHDL设计 内容提要：有限状态机（Finite State Machine，简称FSM）是一类很重要的时序电路，是许多数字系统的核心部件，也是实时系统设计中的一种数学模型，是一种重要的、易于建立的、应用比较广泛的、以描述控制特性为主的建模方法，它可以应用于从系统分析到设计的所有阶段。有限状态机的优点在于简单易用，状态间的关系清晰直观。建立有限状态机主要有两种方法：“状态转移图”和“状态转移表”。标准状态机通常可分为Moore和Mealy两种类型。本章主要介绍了基于VHDL的常见有限状态机的类型、结构、功能及表达方法，重点是如何有效地设计与实现。 学习要求：了解状态机的基本结构、功能和分类，掌握有限状态机的一般设计思路与方法、状态机编码方案的恰当选取、Moore和Mealy状态机的本质区别及设计实现。 关键词：状态机(State Machine)，Moore，Mealy，VHDL设计(VHDL Design) 状态机的基本结构和功能 一般状态机的VHDL设计 状态机的一般组成 状态机的编码方案 摩尔状态机的VHDL设计 米立状态机的VHDL设计 状态机的基本结构和功能 状态机的基本结构如图所示。除了输人信号、输出信号外，状态机还包含一组寄存器记忆状态机的内部状态。状态机寄存器的下一个状态及输出，不仅同输入信号有关，而且还与寄存器的当前状态有关，状态机可以认为是组合逻辑和寄存器逻辑的特殊组合。它包括两个主要部分：即组合逻辑部分和寄存器。组合逻辑部分又可分为状态译码器和输出译码器，状态译码器确定状态机的下一个状态，即确定状态机的激励方程，输出译码器确定状态机的输出，即确定状态机的输出方程。寄存器用于存储状态机的内部状态。 状态机的基本操作有两种： 1．状态机的内部状态转换。 状态机经历一系列状态，下一状态由状态译码器根据当前状态和输入条件决定。2．产生输出信号序列。
基于状态机的远程控制技术
基于状态机的远程控制技术 ０引言 远程通讯系统一般要求通信距离在３０公里以上，所以通常情况下通信环境比较复杂，在较长距离下的电磁干扰和信号衰弱对通讯系统的稳定性都提出了较高的要求。串口是常用的计算机与外部设备之间的数据传输通道［１］，由于使用其通信方便易行，且能实现数据的远距离传输，故可采用串口通信作为远程通信的渠道。同时要利用合理的通信帧定义模式进而实现远程通信协议的同步性问题，目前较为常用的方法有逐次比较法［２］、基于ＦＩＦＯ队列同步法［３］、状态机消息同步法［４］。实验表明状态机消息同步法最大限度地减少了系统的冗余运算和中断后数据丢失的问题，保证了控制站第一时间获得被控设备是否接受指令开始运行的信息，实现了控制的可视性，进而保证了系统的稳定运行。 １通讯设备配置 系统采用串口通讯的方式实现ＰＣ机与外部设备的连接，利用ＶＣ＋＋编写的控制软件和指令接收软件实现系统指令的发送和执行。外部设备采用ＰＤＬ３５数传电台，这种电台能够实现最大１９２００比特每秒的传输速度，并且具有低功耗和前向纠错的能力，提高了
抗干扰性和覆盖性。控制设备通过电台向工作设备发送标准化指令，双方基于特定频率的无线电互相访问。连接成功后进入设置主界面后可查看电台类型、频率范围、固定版号等信息。主要在”ＲａｄｉｏＬｉｎｋ”选项卡下设置通讯频率、波特率与通信灵敏度。特别需要注意的是通信频率和通信灵敏度需要基站和移动站完全一致。 ２通讯帧格式定义 对于远程通讯系统，需要完成多个不同的工作，并且实时返回工作状态以保证远程控制的可靠性。这就需要对通信协议进行特殊的定义以进行解析同步，进而完成各项工作。本系统中定义通信协议帧结构如图２所示。帧头用于同步［５］，一般为一个或两个ＡＳＣＩＩ字符，本系统中使用一个字节０ｘＦＦ表示，系统接收此字符后开始接收中断。帧发送方用１字节表示，分别用０ｘ０１表示１号基站发送的命令，同时也意味着任何接收设备会向此基站反馈设备是否正常运行。帧接收方表示方法与发送方相同，０ｘ０１表示命令是发送给１号设备的，其他设备在接受此命令时不工作。帧类型定义了系统命令表征的不同功能，帧内容主要包含了指导接收设备如何执行功能的具体信息，而帧内容长度则作为帧内容的校验信息指导接收设备提取接收信息。在本系统采用一个字节的０ｘＦＥ作为结束码，当系统检测到此数据段的时候跳出系统中断。表１为通信协议中帧内容的详细格式。
有限状态机在单片机编程中的应用
学习笔记 有限状态机在单片机编程中的应用 在单片机编程中，如果在不使用操作系统的情况下同时执行多个任务，可能会遇到下面这些情况： ?一个任务的执行时间过长，导致其他任务无法及时执行 ?在一些任务中大量使用delay() 等函数进行软件延时，这些延时函数占用过多时间，影响其他任务的执行 ?一些复杂任务的程序逻辑不清晰，不便于以后对程序进行维护，或添加新功能 本文介绍的有限状态机，可以做到将一个耗时较长的复杂任务分解为多个简单任务，同时使代码逻辑更加清晰，从而解决上述问题。 目录： ? 1. 什么是有限状态机 ? 2. 有限状态机的作用 ? 2.1 分解耗时过长的任务 ? 2.2 避免软件延时对CPU 资源造成浪费 ? 2.3 使程序逻辑更加清晰 ? 3. 有限状态机的实现 ? 3.1 通过switch - case 语句实现 ? 3.2 通过Arduino 库实现 ? 3.3 其他方式 ? 4. 示例一：按键去抖动程序的优化 ? 4.1 传统的按键去抖动程序 ? 4.2 优化后的按键去抖动程序 ? 5. 示例二：通过有限状态机实现的闹钟程序 ? 6. 后记 1. 什么是有限状态机 根据维基百科上的定义，有限状态机（finite-state machine, FSM，简称状态机）是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。1
为了理解这句话，假设自己还有三天就要考试，这时候就要进入紧张的备考状态，将空闲时间用在复习上。但是，为了保证足够的精力，小睡一会儿也是十分有必要的。那么，什么时候复习，什么时候睡觉呢？可以这样描述： 在复习的时候： 如果感到瞌睡，则睡觉 如果没有感觉到瞌睡，则继续复习 在小睡的时候： 如果感觉不再瞌睡，则开始复习 如果感觉依旧瞌睡，则继续睡觉 也可通过一幅简单的示意图（也叫「状态转移图」）表示出来： 这个例子其实就是一个简单的有限状态机，其中，复习和小睡是两个状态，感觉瞌睡和感觉清醒这两个条件可以使状态发生转换。2 另外，Programming Basics3网站上也提供了状态机相关的教程，用形象化的图片解释了什么是有限状态机，可通过此链接访问。 在嵌入式程序设计中，如果一个系统需要处理一系列连续发生的任务，或在不同的模式下对输入进行不同的处理，常常使用有限状态机实现。例如测量、监测、控制等控制逻辑型应用。4