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状态机电路设计
状态机(STATE MACHINE),计数器,移位寄存器都算是它的特殊功能的一种.在电子设计自动化应用当中,状态机经常是担任CPU的功能,从某种意义上讲状态机的应用让系统具有了智能化的功能,业界为状态机和CPU的功能一直争论不休,不过事实是更多人倾向于状态机,认为状态机的功能比CPU强大.
下面将带领大家认识一下状态机的基本设计思想.
传统的逻辑电路设计在描述状态机的表示上,以状态图(STATE DIAGRAM)方式最为清晰且容易理解.根据输入,输出及状态关系,状态图可以分为:
1.输入状态输出(输出仅与状态有关)
以下面图形为例,若目前状态机处于状态S0时,输入为0则状态机将维持状态S0不变,若输入改为1则下个状态改成状态S1,但不论输入是什么,此时输出均为0.
这种输出与状态有关,而与输入无关的状态机类型,称为More状态机.
编程实现其功能如下:
--***********************状态机*********************
重点提示
整个状态机的电路描述分成两个PROCESS命令语句完成.
第一个PROCESS:负责感测时钟脉冲信号CP在上升沿变化之际,作目前状态(PresentState)切换至下个状态(NextState)的动作.
第二个PROCESS:负责感测输入(DIN)值,目前状态(PresentState)值,由CASE-WHEN语句决定输出(OP)和下个状态(NextState)值.
--*********************************************************
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
--*********************************************************
ENTITY CH6_5_1 IS
PORT(CP :IN STD_LOGIC; --CLOCK
DIN:IN STD_LOGIC; --I/P Signal
OP :OUT STD_LOGIC --O/P Signal
);
END CH6_5_1;
--*********************************************************
ARCHITECTURE A OF CH6_5_1 IS
TYPE STATE IS (S0,S1,S2,S3); --State Type Declare
SIGNAL PRESENTSTATE :STATE; --Present State
SIGNAL NEXTSTATE :STATE; --Next State
BEGIN
SWITCHTONEXTSTATE:PROCESS(CP)
BEGIN
IF CPEVENT AND CP=1 THEN
PRESENTSTATE=NEXTSTATE;
END IF;
END PROCESS SWITCHTONEXTSTATE;
CHANGESTATEMODE:PROCESS(DIN,PRESENTSTATE)
BEGIN
CASE PRESENTSTATE IS
WHEN S0= --STATE S0
IF DIN=0 THEN --INPUT=0
NEXTSTATE=S0;
ELSE
NEXTSTATE=S1;
END IF;
OP=0; --OUTPUT
WHEN S1= --STATE S1
IF DIN=1 THEN --INPUT=1
NEXTSTATE=S1;
ELSE
NEXTSTATE=S2;
END IF;
OP=1; --OUTPUT
WHEN S2= --STATE S2
IF DIN=1 THEN --INPUT=1
NEXTSTATE=S2;
ELSE
NEXTSTATE=S3;
END IF;
OP=0; --OUTPUT
WHEN S3= --STATE S3
IF DIN=1 THEN --INPUT=1
NEXTSTATE=S0;
ELSE
NEXTSTATE=S1;
END IF;
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