數(shù)字電路設(shè)計(jì)課件第六講狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)

數(shù)字電路設(shè)計(jì)課件第六講狀態(tài)機(jī)設(shè)狀態(tài)機(jī)就是一個(gè)廣義的時(shí)序邏輯電路。由于時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)數(shù)是有限的,所以稱為有限狀態(tài)機(jī)狀態(tài)機(jī)主要有兩類Moore型有限狀態(tài)機(jī):該狀態(tài)機(jī)的輸出信號(hào)僅與當(dāng)前的狀態(tài)有關(guān)。Mealy型有限狀態(tài)機(jī):該狀態(tài)機(jī)的輸出信號(hào)不僅與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān),還與所有的輸入信號(hào)有關(guān)。兩種類型的狀態(tài)機(jī)框圖如下:2020773態(tài)輸入信號(hào)輸出次態(tài)邏輯狀態(tài)寄存器輸出邏輯現(xiàn)態(tài)時(shí)鐘信號(hào)復(fù)位信號(hào)Moore型狀態(tài)機(jī)框圖輸入信次態(tài)邏輯狀態(tài)寄存器輸出邏輯現(xiàn)態(tài)寸鐘信號(hào)復(fù)位信號(hào)2020773Mealy型狀態(tài)機(jī)框圖61一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)611用戶自定義數(shù)據(jù)類型定義語(yǔ)句TYPE語(yǔ)句用法如下TYPE數(shù)據(jù)類型名I數(shù)據(jù)類型定義OF基本數(shù)據(jù)類型或TYPE數(shù)據(jù)類型名IS數(shù)據(jù)類型定義以下列出了兩種不同的定義方式:TYPEstIISARRAY(0TO15)OFSTDLOGICTYPEweekIs(sun,mon,tue,wed,thu,fri,sat)202077361一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)611用戶自定義數(shù)據(jù)類型定義語(yǔ)句TYPEmstateIs(sto,stl,st2,st3,st4,st5SIGNALpresentstate,nextstatestate布爾數(shù)據(jù)類型的定義語(yǔ)句是:TYPEBOOLEANISFALSE,TRUe)TYPEmy_logicIs(1,Z,U,0)SIGNALsl:my_logic202077371一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)611用戶自定義數(shù)據(jù)類型定義語(yǔ)句子類型SUBTYPE的語(yǔ)句格式如下:SUBTYPE子類型名IS基本數(shù)據(jù)類型RANGE約束范圍SUBTYPEdigitsIsINTEGERRANGE0to9202077371一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)712為什么要使用狀態(tài)機(jī)◆有限狀態(tài)機(jī)克服了純哽件數(shù)字系統(tǒng)順序方式控制不靈活的缺點(diǎn)。◆狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)模式相對(duì)簡(jiǎn)單◆狀態(tài)機(jī)容易構(gòu)成性能良好的同步時(shí)序邏輯模塊◆狀態(tài)機(jī)的VHDL表述豐富多樣。◆在高速運(yùn)算和控制方面,狀態(tài)機(jī)更有其巨大的優(yōu)勢(shì)。◆就可靠性而言,狀態(tài)機(jī)的優(yōu)勢(shì)也是十分明顯的2020773611一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)613一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)1.說(shuō)明部分ARCHITECTURETYPEFSMSTIs(sO,sl,s2,s3)SIGNALcurrentstatenextstateFSMST2.主控時(shí)序進(jìn)程FEMsreineFROOESSarmentstateFROOESSRCMambaptsrestatestateinputs2020773圖7-1一般狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)框圖工作示意圖713一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)3.主控組合進(jìn)程控組合進(jìn)程的任務(wù)是根據(jù)外部輸入的控制信號(hào)(包括來(lái)自狀態(tài)機(jī)外部的信號(hào)和來(lái)自狀態(tài)機(jī)內(nèi)部其它非主控的組合或時(shí)序進(jìn)程的信號(hào)),或(和)當(dāng)前狀態(tài)的狀態(tài)值確定下一狀態(tài)(nextstate)的取向,即nextstate的取值內(nèi)容,以及確定對(duì)外輸出或?qū)?nèi)部其宅組合或時(shí)序進(jìn)程輸出控制信號(hào)的內(nèi)容。2020773713一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)4.輔助進(jìn)程【例7-1】BRARYIEEEUSESTDLOGIC1164.ALLachineisNSTDLOGICnuts(0To1)comboutputsNTEGERRANGE0TO15ENDsmachineRCHITECTUREbehyOFsmaISPEESMSTIS(SO.Srentstate,nextstate.FBEGINREG:PROCEss(reset,clk)BEGINresecurrentstat