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【从零开始学习计算机科学】数字逻辑(九)有限状态机

  • 有限状态机
    • 状态机的表示方法
    • 有限状态机的Verilog描述

有限状态机

有限状态机(简称状态机)相当于一个控制器,它将一项功能的完成分解为若干步,每一步对应于二进制的一个状态,通过预先设计的顺序在各状态之间进行转换,状态转换的过程就是实现逻辑功能的过程。

有限状态机三要素为状态(当前状态,下一个状态)、输入信号(事件)和输出控制信号(相应操作)。

从底层实现的角度来看,有限状态机是由寄存器组和组合逻辑构成的硬件时序电路。

为什么要使用状态机?因为有限状态机具有以下特点: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HDL表述丰富多样;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。

如果我们有这样一个电路:

1,能记住自己目前所处的状态;

2,状态的变化只可能在同一个时钟的跳变沿时刻发生,而不可能发生在任意时刻;

3,在时钟跳变沿时刻,如输入条件满足,则进入下一状态,并记住自己目前所处的状态,否则仍保留原来的状态;

4,在进入不同的状态时刻,对系统的开关阵列做开启或关闭的操作。
当我们有了以上电路,我们就不难设计出复杂的控制序列来操纵数字系统的控制开关阵列。能达到要求的电路就是时序和组合电路互相结合的产物:同步有限状态机和由状态和时钟共同控制的开关逻辑阵列。

所以,只要掌握有限状态机的基本设计方法,加上对基本电路的掌握,再加上对数据处理的过程的细致了解,就可以规避由于逻辑器件和布线延迟产生的“竞争冒险”现象所造成的破坏,设计出符合要求的复杂数字逻辑系统。

状态机的表示方法

方法一:状态转换表

在这里插入图片描述

方法二:算法流程图

方法三:状态转换图

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

有限状态机的Verilog描述

有限状态机可以通过以下四种方法描述。

(1)用三个过程描述&#

http://www.dtcms.com/wzjs/517666.html

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