有限状态机-售货机例子

机械案例分析机械案例分析——自动售货机自动售货机是一种智能化的机械设备，它能够通过自动化的方式提供商品选择和销售服务。

它的安装和使用非常简便，不需要人工操作，只需投入相应的货币或者刷卡，就能够得到所需商品。

自动售货机广泛应用于现代社会的各个领域，如公共场所、学校、企事业单位等。

自动售货机的优点主要体现在以下几方面：一是方便快捷。

自动售货机可以随时随地提供日常生活所需的商品，无论是饮料、零食还是其他常用品，都可以在自动售货机中找到。

这样一来，人们无需排队购买商品，节省了宝贵的时间。

二是多样化选择。

自动售货机通常设有各种各样的货物供消费者选择，满足了不同人群的需求。

三是节约成本。

自动售货机减少了人力资源的使用，可以大幅度减少企业的运营成本。

四是促进消费。

自动售货机的智能化系统可以通过数据分析，调整商品的供应和价格，从而更好地满足消费者的需求，提高销售额。

然而，自动售货机也存在一些问题和挑战。

首先，质量控制难度较大。

自动售货机的商品无法像实体店一样进行实时检查和监控，因此存在一定的质量控制风险。

如果商品出现质量问题，消费者将无法立即找到卖家进行投诉和退换货。

其次，安全问题较为突出。

自动售货机的安装地点通常为公共场所，如地铁站、超市等，容易受到破坏和盗窃。

此外，自动售货机中常存有大量现金和商品，一旦被盗窃，将造成巨大的财务损失。

最后，对于一些老年人和残疾人来说，使用自动售货机可能存在一定的障碍，他们需要额外的帮助和指导，才能完成购买过程。

为了克服以上问题，可以采取以下几种改进措施。

一是加强监管和维护。

对自动售货机的安装地点进行严格的管理和安保措施，加强对设备的巡查和维护，避免发生破坏和盗窃事件。

二是加强质量监控。

通过与供应商建立良好的合作关系，加强对商品质量的监管和把控，确保消费者购买到的是优质的商品。

三是提供用户教育和辅助服务。

针对老年人和残疾人群体，可以提供相关的教育和培训，以及专门的辅助服务，帮助他们更好地使用自动售货机。

集成电路实验状态机设计实验报告专业：电子信息工程姓名：江燕婷学号：2011301200025状态机设计（实验五）实验报告一．实验目的1. 掌握状态机设计的基本方法2.学习利用状态机的方法实现控制电路二．实验原理有限状态机（Finite State Machine FSM）是时序电路设计中经常采用的一种方式，尤其适合设计数字系统的控制模块，在一些需要控制高速器件的场合，用状态机进行设计是一种很好的解决问题的方案，具有速度快、结构简单、可靠性高等优点。

有限状态机非常适合用FPGA器件实现，用Verilog HDL的case语句能很好地描述基于状态机的设计，再通过EDA工具软件的综合，一般可以生成性能极优的状态机电路，从而使其在执行时间、运行速度和占用资源等方面优于用CPU实现的方案。

有限状态机一般包括组合逻辑和寄存器逻辑两部分，寄存器逻辑用于存储状态，组合逻辑用于状态译码和产生输出信号。

根据输出信号产生方法的不同，状态机可分为两类：米里型(Mealy)和摩尔型(Moore)。

摩尔型状态机的输出只是当前状态的函数，如图1-1所示；米里型状态机的输出则是当前状态和当前输入的函数，如图1-2所示。

米里型状态机的输出是在输入变化后立即变化的，不依赖时钟信号的同步，摩尔型状态机的输入发生变化时还需要等待时钟的到来，必须在状态发生变化时才会导致输出的变化，因此比米里型状态机要多等待一个时钟周期。

图1-1 摩尔型状态机图1-2 米里型状态机状态机在硬件描述语言实现上，可使用单过程、双过程或三过程等不同的结构实现。

状态机的状态实现上，可采用符号编码或显式数字编码。

编码方式有顺序编码（自然二进制编码），一位热码（one－hot encoding），格雷（gray code）码等。

顺序编码，简单状态寄存器占用少；一位热码输出译码电路简单；在状态顺序变化时，格雷码每次只有一位变化，避免产生输出信号毛刺。

三. 实验设备与软件平台微型计算机，GW48－CK，QuartusII v5.0。

有限状态机数学模型概述及解释说明1. 引言1.1 概述在计算机科学领域中，有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种用于描述对象或系统的行为方式的数学模型。

有限状态机通过定义一组离散的状态和状态之间的转换规则来描述系统的动态变化。

1.2 文章结构本篇文章主要围绕有限状态机数学模型展开讨论，并依次介绍了其定义、基本特性、状态转换图等内容。

同时也会对有限状态机在现实世界中的应用领域进行探讨，并介绍设计原则以及状态转换表和状态转换图之间的关系。

最后，本文将通过具体实例分析三种不同情况下有限状态机模型的应用，以期帮助读者更好地理解该数学模型。

1.3 目的本文旨在提供一个简明扼要但详尽全面的概述，使读者对有限状态机数学模型有一个清晰明了的认识。

通过阅读本文，读者将能够了解该数学模型在实际应用中的重要性，并能够运用所学知识解决相关问题。

此外，本文还将指出当前研究领域中有限状态机数学模型存在的一些局限性，并展望未来的研究方向，以促进学术界对该领域的深入探索和创新。

2. 有限状态机数学模型2.1 定义有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种表示系统运行状态的数学模型。

它由一组离散的状态、条件和转移规则组成，用来描述一个系统在不同输入下所处的各个状态以及状态之间的转移。

在有限状态机中，系统根据当前所处的状态和输入条件来确定下一个要进入的状态。

其中，状态是指系统可能存在的各种状况，而输入条件则触发或影响状态之间的转换。

2.2 基本特性有限状态机具备以下基本特性：首先，它是离散的，即只能处于有限个预定义的状态之一，在每个时间点上只能存在于一个唯一的当前状态。

其次，它具备确定性和非确定性两种形式。

确定性有限状态机（Deterministic Finite State Machine，DFSM）中任意给定一个输入条件和当前状态，则仅存在唯一一种下一个状态；而非确定性有限状态机（Non-deterministic Finite State Machine，NFSM）允许存在多个可能的下一个转移路径。

实验项目名称：有限状态机指导教师：实验日期：实验概述：【实验目的及实验设备】实验目的：(1)掌握有限状态机的应用方法。

(2)掌握有限状态机的静态测试方法，能够进行程序设计。

(3)学习测试模块的编写,综合和不同层次的仿真。

(4)用有限状态机设计一个自动售货机（饮料价格为2.5元）。

实验设备及仪器名称：CPU型号:英特尔*****************************操作系统类型:Windows XP SP3仿真软件:MAX Plus 2软件、Modelsim SE-64 10.0c实验内容及步骤：【实验原理及电路图】系统能够根据用户输入的硬币，判断钱币是否足够，当所投硬币达到或者超过购买者所选面值时，则根据顾客的要求自动售货，并找回剩余的硬币，然后回到初始状态，当所投硬币面值不够时，则给出提示，并通过一个复位键退回所投硬币。

然后回到初始状态。

该实验输入有4个clk，reset，表示投一元币y，表示投五角币w。

输出有2个，表示饮料出现的out和找五角钱的w_out.该实验共5个状态，s0:表示投币为0的状态，s1：表示投入5角的，s2：表示投入1元，s3：表示投入1.5元，s4：表示投入2元。

当投入2.5时out输出1，状态回到s0，当投入3元时out 和w_out都输出1，状态回到s0.【实验方案】（实验步骤，记录）1、打开Modelsim SE-64 10.0c软件。

else beginout=0;w_out=0;s=s4;endendcaseendendmodule测试程序：module shou;wire y;reg w;reg reset;reg clk;paramerer clkperiod=100;shouhuoji shou(y,w,reset,clk)initial beginw=0;clk=0;reset=1;#150 reset=0;#100 reset=1;endalways#(clkperiod/2) clk=~clk;always#(clkperiod+30) $random;initial $monitor(Stime, “y=%b”,y);endmodule3、编译并调试程序，出现错误立即修改直至无错误出现。

matlab有限状态机编程有限状态机（Finite State Machine, FSM）是一种数学模型，用于描述对象在特定状态下对输入的响应。

在实际编程中，有限状态机常常被用来设计和实现程序的控制逻辑，简化复杂系统的行为。

在Matlab中，有限状态机编程可以通过编写状态转换矩阵或状态转换表来实现。

首先，需要定义系统可能的状态以及状态之间的转换条件。

然后，根据输入条件和当前状态，在程序中实现状态的切换和相应的操作。

在编写有限状态机程序时，有几个关键的概念需要了解。

首先是状态（State），即系统可能处于的不同情况或条件。

其次是事件（Event），即触发状态转换的输入条件。

最后是转换（Transition），描述状态之间的变化规则。

举一个简单的例子来说明有限状态机的编程过程。

假设有一个自动售货机系统，有三个状态：待机状态、选择商品状态和出货状态。

当用户投入硬币时，系统从待机状态转换为选择商品状态；当用户选择商品后，系统从选择商品状态转换为出货状态；最后，商品出货后系统回到待机状态。

在Matlab中，可以使用switch-case语句来实现有限状态机的逻辑。

根据当前状态和输入事件，通过switch-case语句确定下一个状态，并执行相应的操作。

除了使用switch-case语句，Matlab还提供了其他工具和函数来简化有限状态机的编程，如Stateflow工具箱。

Stateflow提供了图形化界面，可以直观地设计状态机，并生成对应的Matlab代码。

总的来说，Matlab有限状态机编程是一种简洁而有效的方法，用于实现复杂系统的控制逻辑。

通过合理设计状态、事件和转换规则，可以提高程序的可读性和可维护性。

同时，Matlab提供的工具和函数也能帮助开发人员更快速地实现有限状态机功能。

希望本文能帮助读者更好地理解和应用有限状态机在Matlab中的编程方法。

Digital System Design12011/6/21Computer 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。

自动 售货机In[0] In[1] Clk ResetOut自动售货机顶层结构框图Digital System Design22011/6/21Computer 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 Design32011/6/21Computer Faculty of Guangdong University of Technologyxx/101/0 10/010/001/001/0S1S0S4S2Reset自动售货机状态转换图10/0S301/0x1/0Digital System Design42011/6/21Computer Faculty of Guangdong University of Technology设计代码第一个Always 块：状态转移。

`timescale 1ns/100psmodule saler_3always(Reset,Clk,In,Out); input Clk,Reset; input [1:0] In; output Out; reg Out;reg [4:0] state, next_state;parameter S0=5'b00001, S1=5'b00010, S2=5'b00100, S3=5'b01000,S4=5'b10000; always @(posedge Clk or posedge Reset)Digital System Design52011/6/21Computer Faculty of Guangdong University of Technologybegin if (Reset) state<=S0; elsestate<=next_state; end第二个Always 块：状态转移的组合逻辑条件判断always @(state or In) begin case(state)S0:begin if (In[1]) next_state<=S2;Digital System Design62011/6/21Computer Faculty of Guangdong University of Technologyelse if(In[0]) next_state<=S1;elsenext_state<=S0; end S1:begin if (In[1]) next_state<=S3; else if(In[0]) next_state<=S2; elsenext_state<=S1;end S2:begin if (In[1]) next_state<=S4; else if(In[0]) next_state<=S3;elsenext_state<=S2; end S3:beginif (In[0]|In[1]) next_state<=S4;Digital System Design72011/6/21Computer Faculty of Guangdong University of Technologyelsenext_state<=S3; end S4:beginnext_state<=S0;enddefault:next_state<=S0; endcase end第三个Always 块：输出组合逻辑always @(state ) begincase(state) S0:beginOut<=0; end S1:begin Out<=0;Digital System Design82011/6/21Computer Faculty of Guangdong University of Technologyend S2:beginOut<=0;end S3:begin Out<=0; endS4:beginOut<=1;enddefault:Out<=0; endcase end endmodule测试平台代码Digital System Design92011/6/21Computer Faculty of Guangdong University ofTechnology`timescale 1ns/1ns module testbench_saler; reg clk,reset; reg [1:0] in; wire out;parameter DELY=20; saler_3alwaystb(.Clk(clk),.Reset(reset),.In(in),.Out(out)); always #(DELY/2) clk = ~clk; initial beginclk=0; reset=0;#20 reset=1;#20 reset=0;endinitial begin in=0; repeat(20)#20 in=$random; endDigital System Design102011/6/21Computer Faculty of Guangdong University ofTechnologyinitial #400 $finish;endmodule功能仿真结果Digital System Design 112011/6/21 Computer Faculty of Guangdong University of Technology综合结果Digital System Design Array122011/6/21 Computer Faculty of Guangdong University ofTechnology。

自动售货机控制系统VHDL有限状态机实现1 引言有限状态机FSM(Finite State Machine)及其设计技术是实用数字系统设计中实现高效率、高可靠逻辑控制的重要途径。

传统的状态机设计方法需进行繁琐的状态分配、绘制状态表、化简次态方程等，而利用VHDL可以避免这些繁琐的过程，直接利用状态转换图进行状态机的描述，所有的状态均可表达为CASE_WHEN结构中的一条CASE语句，而状态的转移则通过IF_THEN_ELsE语句实现。

此外，与VHDL的其它描述方式相比，状态机的VHDL表述丰富多样，程序层次分明，结构清晰，易读易懂；在排错、修改和模块移植方面也有其独到的特点。

2 自动售货机控制系统的实现2.1 自动售货机功能描述及控制系统组成设计一个自动售货机的逻辑控制电路。

它有两个投币口分别为一元投币口和五角投币口，假设每次只能投入一枚一元或五角硬币，投入一元五角硬币后机器自动给出一瓶矿泉水，投入两元硬币后，在给出一瓶矿泉水的同时找回一枚五角的硬币。

图1为自动售货机控制系统方框图，由投币信号处理模块和功能控制模块组成。

2.2 自动售货机控制功能的状态描述取投币信号为输入逻辑变量，投入一枚一元硬币时用A=1表示，未投入时A=0。

投入一枚五角硬币用B=1表示，未投入时B=0。

给出矿泉水和找钱为两个输出变量，分别用Z和Y表示，给出矿泉水时Z=1，不给时Z=0，找回一枚五角硬币时Y=1，不找时Y=0。

根据上面的功能描述，可用三个状态S0，S1，S2表示，未投币前的初始状态为S0，投入五角硬币以后为S1，投入一元硬币后(包括投入一枚一元硬币和投入两枚五角硬币的情况)为S2，再投入一枚五角硬币后电路返回S0，同时输出为Z=1，Y=0；如果投入的是一枚一元硬币，则电路也应能返回S0，同时输出为Z=1，Y=1。

根据上面的分析可得到状态转换图如图2所示。

2.3 自动售货机功能控制模块的VHDL实现根据图2所示的状态转换图，用VHDL语言中的CASE_WHEN结构和IF_THEN_ELSE语句实现控制功能，源程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY shj_ctrl ISPORT(A,B:IN STD_LOGIC;clk:IN STD_LOGIC;Z,Y:OUT STD_LOGIC);END shj_ctrlARCHITECTURE beha OF shi_ctrl ISTYPE states IS(S0,S1,S2);SIGNAL state:states;SIGNAL X:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGINX<=A&B;PROCESS(x,state)BEGINIF rising_edge(clk) THENCASE state ISWHEN S0=>Z<='0';Y<='0';IF(X="01")THENstate<=s1;ELSIF(X="10")THENstate<=s2;ELSEstate<=s0;END IF;WHEN S1=>Z<='0';Y<='0';IF(X="01")THENstate<=s2;ELSIF(X="10")THENstate<=S0;Z<='1';Y<='0';ELSEstate<=s1;END IF;WHEN S2=>Z<='0';Y<='0';IF(X="01")THENstate<=S0;Z<='1';Y<='0';ELSIF(X="10")THENstate<=s0;Z<='1';Y<='1';ELSEstate<=s2;END IF;END CASE;END IF;END PROCESS;END beha;c上面程序中，A、B分别为一元硬币和五角硬币驱动信号，Z为矿泉水输出信号，Y为找钱输出信号。