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1、第10讲有限状态机(moore型)设计电子设计自动化技术教学目的认识状态机及其特点学习状态转移图的画法掌握摩尔（MOORE）型状态机的VHDL设计法1什么是状态机？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。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
2、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。3状态机分类根据输出信号产生的机理不同，状态机可以分成两类：摩尔(Moore)型状态机--输出信号仅和状态有关米勒(Mealy)型状态机--输出信号和状态、输入信号有关用户定义的数据类型——枚举格式：TYPE数据类型名数据类型定义枚举类型格式：TYPE数据类型名IS(元素1，元素2，……);例：TYPEweekIS(sun,mon,tue,wed,thu,fri,sat);TYPEcolourIS(red,green,blue);枚举数据类型是一种特殊的数据类型，它是用文字符号来表示一组实际
3、的二进制数。用户定义的数据类型——枚举VHDL语言中，许多常用的数据类型，都是采用枚举类型定义的例：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型状态机设计方法摩尔型状态机的典型结构
4、4Moore型状态机设计方法More型状态机输出仅和状态机的当前状态有关，与外部输入无关，即:外部输出是内部状态的函数。输入信号的变化决定当前状态的下一状态，即次态。状态转移图描述方式：Si/ZOiData_INi例：设计一个序列检测器。要求检测器连续收到串行码{1101}后，输出检测标志1，否则输出0。状态机设计步骤：①分析设计要求，列出全部可能状态； ②画出状态转移图； ③用VHDL语言描述状态机。4Moore型状态机设计方法（1）分析设计要求，列出全部可能状态:未收到一个有效位（0） ：S0收到一个有效位（1）：S1连续收到两个有效位（11）：
5、S2连续收到三个有效位（110）：S3连续收到四个有效位（1101）：S44Moore型状态机设计方法（2）状态转移图:1101S0/0S1/0S2/0S4/1S3/01101010100Si/ZOiData_INi4Moore型状态机设计方法4Moore型状态机设计方法（3）用VHDL语言描述状态机定义状态机—枚举类型状态转换描述输出信号描述LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYmooreISPORT（clk,data：INSTD_LOGIC;zo:OUTSTD_LOGIC);ENDmoore;实
6、体设计12.4Moore型状态机设计方法ARCHITECTUREaOFmooreISTYPESTATEIS(S0,S1,S2,S3,S4);SIGNALpstate:STATE;BEGINPROCESS(clk)BEGINIF(clk’EVENTANDclk=‘1’)THENCASEpstateisWHENS0=>IFdata=‘1’THENpstate<=S1;ELSEpstate<=S0;ENDIF;WHENS1=>IFdata=‘1’THENpstate<=S2;ELSEpstate<=S0;ENDIF;WHENS2=>IFdata=‘0’TH
7、ENpstate<=S3;ELSEpstate<=S2;ENDIF;WHENS3=>IFdata=‘1’THENpstate<=S4;ELSEpstate<=S0;ENDIF;WHENS4=>IFdata=‘1’THENpstate<=S1;ELSEpstate<=S0;ENDIF;ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;zo<=‘1’WHENpstate=s4ELSE‘0’;ENDa;定义状态机输出信号描述状态转移描述4Moore型状态机设计方法仿真波形4Moore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
8、三盏灯，每10秒变换一次。变换顺序如下表：A方向B方向绿红黄红红绿红黄4Moore型状态机设计方法交通灯的全
