第7次 有限状态机设计

2 为什么使用状态机
有限状态机克服了纯硬件数字系统顺序方式控制不灵 活的缺点。
状态机的结构模式相对简单。
状态机容易构成性能良好的同步时序逻辑模块。
状态机的VHDL表述丰富多样，结构清晰。 在高速运算和控制方面，状态机更有其巨大的优势。 就可靠性而言，状态机的优势也是十分明显的。
001 100 100
B方向 （红绿黄） 100
100 010 001
12.4 Moore型状态机设计方法
画出状态转移图:
S0
———— 010100
S1
———— 001100
S3 ————
100001
S2
———— 100010
12.4 Moore型状态机设计方法
实体设计
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY jtd IS PORT（ clk：IN STD_LOGIC; ZO:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0)); END jtd;
4 Moore型状态机设计方法
仿真波形
4 Moore型状态机设计方法
练习：位于十字路口的交通灯，在A方向和B方向 各有红、黄、绿三盏灯，每10秒变换一次。变换 顺序如下表： A方向 B方向
绿
黄 红
红
红 绿
红
黄
4 Moore型状态机设计方法
交通灯的全部状态及输出：
状态
S0 S1 S2 S3
A方向 （红绿黄） 010
VHDL描述 VHDL描述一般使用枚举类型定义状态机。
未收到一个有效位（0） 收到一个有效位（1） 连续收到两个有效位（11） 连续收到三个有效位（110） 连续收到四个有效位（1101） ：S0 ：S1 ：S2 ：S3 ：S4

Clear
A/K2=1
图3.4
状态转移图
北京航空航天大学 夏宇闻 编写
有限状态机的Verilog 有限状态机的Verilog描述 Verilog描述
定义模块名和输入输出端口； 定义模块名和输入输出端口； 定义输入、输出变量或寄存器； 定义输入、输出变量或寄存器； 定义时钟和复位信号； 定义时钟和复位信号； 定义状态变量和状态寄存器； 定义状态变量和状态寄存器； 用时钟沿触发的always块表示状态转移过程 块表示状态转移过程； 用时钟沿触发的always块表示状态转移过程； 在复位信号有效时给状态寄存器赋初始值； 在复位信号有效时给状态寄存器赋初始值； 描述状态的转换过程：符合条件， 描述状态的转换过程：符合条件，从一个状态到 另外一个状态，否则留在原状态； 另外一个状态，否则留在原状态； 8. 验证状态转移的正确性，必须完整和全面。 验证状态转移的正确性，必须完整和全面。 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
北京航空航天大学 夏宇闻 编写
Mealy 状态机
下一个状态 = F(当前状态，输入信号)； F(当前状态 输入信号) 当前状态， G(当前状态，输入信号) 输出信号 = G(当前状态，输入信号)； 当前状态
输入
下一状态 激励信号 的逻辑 F 状态 寄存器
clk 输入
当前状态
输出逻辑 G
输出
时钟信号clk 时钟信号clk
表示方法之一（续） 表示方法之一（ else case (state) Idle: Idle: begin if (A)
else end Start: Start: begin if (!A) else end
begin Start; state <= Start; <=0 K1<=0; end Idle; state <= Idle;

port_label('input',1,'signal');port_label('output',1,'gain');port_label('output',2,'saturation');port_label('output',3,'sample');port_label('output',4,'error');image(imread('dianji.jpg'))第3章Stateflow建模与应用Stateflow是有限状态机（finite state machine）的图形工具，它通过开发有限状态机和流程图扩展了Simulink的功能。

Stateflow使用自然、可读和易理解的形式，可使复杂的逻辑问题变得清晰与简单，并且还与MATLAB\Simulink紧密集成，为包含控制、优先级管理、工作模式逻辑的嵌入式系统设计提供了有效的开发手段，是本书的核心内容之一。

读者在5~8章将看到Stateflow应用于MCU器件的嵌入式开发，尤其显得得心应手，一些采用传统方法难于实现的算法，如果利用Stateflow建模却非常容易。

大到导弹、航空航天器的控制，小到点亮一个发光二极管，Stateflow都非常称职。

Stateflow状态图模型，还可利用Stateflow Coder 代码生成工具，直接生成C代码。

Stateflow的主要功能包括：●使用层次化、可并行的、有明确执行语义的元素，来描述复杂的逻辑系统。

●采用流程图定义图形化函数。

●利用真值表实现表格形式的功能。

●使用临时逻辑处理状态转移与事件。

●支持Mealy和Moore有限状态机。

●可集成用户自定义的C代码。

●可用动画的形式显示状态图的仿真运行过程，并可记录数据。

●调试器使用图形化断点进行单步调试，并可观察其中的数据。

参照标准 ........................................................................................................................................... 3 适用出版物 ........................................................................................................................................... 3 SAE 出版物........................................................................................................................................... 3 ASTM出版物........................................................................................................................................ 3 相关出版物 ........................................................................................................................................... 3 SAE 出版物......................................................................................................................................... 3 . 定义.................................................................................................................................................... 3