有限状态机编写(第4节)课件.ppt

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1、有限状态机时序逻辑电路的结构时序逻辑电路分析和设计有限状态机的基本概念有限状态机(Moore和Mealy)硬件描述语言1时序电路由组合电路和存储电路组成。其输出不仅取决于当时的输入，还与过去的状态有关。x1Z1xnZmys…y1Y1…Yr组合电路存储电路时钟CP：：时序电路输入信号：x1～xn时序电路输出信号：Z1～Zm时序电路的“状态”信号：y1～ys时序电路激励信号：Y1～Yr某一时刻的状态称为“现态”，记作y，某一现态下随外部信号变化而即将到达的状态称为“次态”，记作y(n+1)时序逻辑电路结构2时序电路分类1．按电路工作方式划分同步时序电路——存储电路由带时钟控制的触发器组成，电路状态

2、的改变由系统统一时钟控制。时钟到来前的状态为“现态”，时钟到来后的状态为“次态”。异步时序电路——存储电路由触发器和延时元件组成，时序电路中状态的改变不受统一时钟的控制，输入的变化将直接导致输出的变化。2．按输出与输入的关系划分若电路输出与输入和状态有直接关系，称为Mealy型若时序电路输出仅与状态有直接关系，称为Moore型3时序电路的逻辑功能可用：逻辑表达式、状态表、状态图、时序图等方式表示，这些表示方法可以互相转换1．逻辑函数表达式⑴输出函数表达式反映电路输出Z与输入x和状态y之间的关系。对Mealy型，函数表达式为：Zi=Fi(x1…xn,y1…ys)i=1…m对Moore型，函数表达

3、式为：Zi=Fi(y1…ys)i=1…m⑵激励函数表达式反映存储单元输入Y与输入x和状态y之间的关系。Yj=Gj(x1…xn,y1…ys)i=1…m⑶次态函数表达式反映电路的次态y(n+1)与激励函数Y和电路现态y的关系y(n+1)=K(Yj,yn)时序电路逻辑功能的表示方法42．状态表反映时序电路输出Z、次态Y和电路输入x、现态y之间关系的表格。3．状态图反映同步时序电路状态转换规律及相应输入、输出取值关系的有向图。圆圈表示状态，有向线段表示状态转换关系，箭头起点为现态，终点为次态。4．时序图用波形图表示输入信号、输出信号和电路状态等的取值在各时刻的对应关系。时序电路逻辑功能的表示方法5电路

4、图时钟方程、驱动方程和输出方程状态方程状态图、状态表或时序图判断电路逻辑功能1235时序电路的分析步骤：计算4时序逻辑电路的分析方法6例时钟方程：输出方程：输出仅与电路现态有关，为穆尔型时序电路。同步时序电路的时钟方程可省去不写。驱动方程：1写方程式72求状态方程JK触发器的特性方程：将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：83计算、列状态表0000010100111001011101110010111011110000101001100000110094画状态图、时序图状态图105电路功能时序图有效循环的6个状态分别是0～5这6个十进制数字的格雷码，并且在时钟脉冲CP的作用下，这6个状

5、态是按递增规律变化的，即：000→001→011→111→110→100→000→…所以这是一个用格雷码表示的六进制同步加法计数器。当对第6个脉冲计数时，计数器又重新从000开始计数，并产生输出Y＝1。11例输出方程：输出与输入有关，为米利型时序电路。同步时序电路，时钟方程省去。驱动方程：1写方程式122求状态方程T触发器的特性方程：将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：133计算、列状态表1445电路功能由状态图可以看出，当输入X＝0时，在时钟脉冲CP的作用下，电路的4个状态按递增规律循环变化，即：00→01→10→11→00→…当X＝1时，在时钟脉冲CP的作用下，电路的4个状态按递

6、减规律循环变化，即：00→11→10→01→00→…可见，该电路既具有递增计数功能，又具有递减计数功能，是一个2位二进制同步可逆计数器。画状态图时序图15设计要求画原始状态图最简状态图画电路图检查电路能否自启动1246时序电路的设计步骤：选触发器，求时钟、输出、状态、驱动方程5状态分配状态表3化简时序逻辑电路的设计方法16例1建立原始状态图设计一个按自然态序变化的7进制同步加法计数器，计数规则为逢七进一，产生一个进位输出。状态化简2状态分配3已经最简。已是二进制状态。174选触发器，求时钟、输出、状态、驱动方程因需用3位二进制代码，选用3个CP下降沿触发的JK触发器，分别用FF0、FF1、FF

7、2表示。由于要求采用同步方案，故时钟方程为：输出方程：18状态方程不化简，以便使之与JK触发器的特性方程的形式一致。最好画出状态转移表19比较，得驱动方程：电路图520检查电路能否自启动6将无效状态111代入状态方程计算：可见111的次态为有效状态000，电路能够自启动。21设计一个串行数据检测电路，当连续输入3个或3个以上1时，电路的输出为1，其它情况下输出为0。例如：输入X1011001110