实验四 有限状态机设计(2学时)

实验四有限状态机设计(2学时)

实验内容一：

状态机是指用输入信号和电路状态（状态变量）的逻辑函数去描述时序逻辑电路功能的方法，也叫时序机。有限状态机是指在设计电路中加入一定的限制条件，一般用来实现数字系统设计中的控制部分。

根据时序电路输出信号的特点可将时序电路划为Mealy 型和Moore 型两种。Moore型电路中，输出信号仅仅取决于存储电路的状态。Mealy型电路中，输出信号不仅取决于存储电路的状态，而且还取决于输入变量。图1是某Mealy型电路的状态转换图，图中圆圈内的S0、S1等代表电路的状态，状态转换箭头旁斜杠“/”上边的数字代表输入信号，斜杠“/”下边的数字代表输出信号。假设电路的当前状态为S0，当输入信号为0时，电路的下一个状态仍为S0，输出信号为0；当输入信号为1时，电路的下一个状态为S1，输出为1。

图1 Mealy状态机

下面的程序中使用两个进程来描述该状态机。第一个进程负责状态转化，在CP上升沿到达时，当前状态（PresetState）向下一个状态（NextState）的转换；第二个进程负责检测输入信号（DIN）和当前状态（PresetState）的值，并由CASE-WHEN 语句决定输出信号（OP）和下一个状态值（NextState）的值。请补充下图中虚线“…”部分省略掉的程序，然后对完整程序进行编译，并用Tools->Netlist Views->State Machine Viewer和RTL Viewer工具查看该状态机的状态图和RTL顶层图。

…

…

实验内容二：

论文《基于VHDL的一个简单Mealy状态机》中设计了一个Mealy状态机用来检测数据流“1101010”，用以验证状态机在数据检测上的应用。请在读懂文中程序的基础上，在Quartus Ⅱ软件中通过编译仿真得到状态图和波形图，仿真中输入波形的设置应能体现该状态机的用途。

实验报告：

本次实验占用两个学时，请于12周周四(5月12日)上课时交实验报告。对于实验内容一，报告的内容应重在程序的完善上，对于实验内容二，报告的内容应重在对论文中源程序的分析和理解，以及仿真的波形图上。

用状态机设计的交通灯控制器

/module traffic (clock, reset, sensor1, sensor2, red1, yellow1, green1, red2, yellow2, green2); input clock, reset, sensor1, sensor2; output red1, yellow1, green1, red2, yellow2, green2; // Define the states. Enumerated type pragma allows Spectrum to chose encoding. parameter /*exemplar enum ee1 */ st0 = 0, st1 = 1, st2 = 2, st3 = 3, st4 = 4, st5 = 5, st6 = 6, st7 = 7; reg [2:0] /* exemplar enum ee1 */ state, nxstate ; reg red1, yellow1, green1, red2, yellow2, green2; // Update the state with the next state on the clock edge // or reset value. always @(posedge clock or posedge reset) begin if (reset) state = st0 ; else state = nxstate; end // // Calculate the next state and the outputs // based on the present state and the inputs // always @(state or sensor1 or sensor2) begin // Default values for the outputs

第14章 状态机设计(state machine design)

第14章 状态机设计（State Machine Design） 讲到VHDL设计而不讲state machine，感觉上就是不太完整，我们先来看看什么是state machine，它应该是一种流程控制的设计，在有限的状态中，根据判别信号的逻辑值决定后面要进入哪一个状态，这样的讲法似乎有些抽象，我们先来看看下面的状态图。 图14-1所显示的是一个十字路口的红绿灯控制设计，在一开始时信号Reset 会被设为逻辑’0’，此时state machine会在Reset状态，一直等到信号Reset变成逻辑’1’时，state machine才会进入真正的控制状态。在之后的三个状态中，我们各定义了一个counter，当进入Red或是之后的Green及Yellow状态时，相对的counter值即会开始递减。当counter值递减到0时，state machine即会改变到下一个状态。 当然state machine的执行就是依照这种方式进行，但是其中仍有许多的细节是设计者所要注意的，在接下来的章节中，我们会依据实际的例子来介绍state machine的设计方式。 14-1State Machine的建立 在这一节我们所举的例子是一个类似检查密码的设计，在一般办公室的门口都会有门禁管制，进门前须先输入一组四个数字的密码，当密码确认无误后门才会打开，除此之外还有更改密码的功用。我们先来看看其状态图。 在图14-2中一共有四个状态，一开始会维持在idle状态，当要更改或是第一次输入密码时，需要按下一个特殊的“密码更改”按键，此时InpinN信号会变成逻辑’0’的状态，状态机即会进入LoadPin的状态，接着再输入四个数字的密码，密码输入完毕按下“输入”按键，状态机即回到原先的idle状态。 在另一方面，当处于平时状态，有人进入门口要输入密码前，他也必需要按下另一个特殊键“密码输入”，表示之后输入的数字是待验证的密码，此时InData 信号会变成逻辑’0’，于是状态机进入InPin的状态。在输入四个数字之后，一个

实验四 有限状态机设计(2学时)

实验四有限状态机设计(2学时) 实验内容一： 状态机是指用输入信号和电路状态（状态变量）的逻辑函数去描述时序逻辑电路功能的方法，也叫时序机。有限状态机是指在设计电路中加入一定的限制条件，一般用来实现数字系统设计中的控制部分。 根据时序电路输出信号的特点可将时序电路划为Mealy 型和Moore 型两种。Moore型电路中，输出信号仅仅取决于存储电路的状态。Mealy型电路中，输出信号不仅取决于存储电路的状态，而且还取决于输入变量。图1是某Mealy型电路的状态转换图，图中圆圈内的S0、S1等代表电路的状态，状态转换箭头旁斜杠“/”上边的数字代表输入信号，斜杠“/”下边的数字代表输出信号。假设电路的当前状态为S0，当输入信号为0时，电路的下一个状态仍为S0，输出信号为0；当输入信号为1时，电路的下一个状态为S1，输出为1。 图1 Mealy状态机 下面的程序中使用两个进程来描述该状态机。第一个进程负责状态转化，在CP上升沿到达时，当前状态（PresetState）向下一个状态（NextState）的转换；第二个进程负责检测输入信号（DIN）和当前状态（PresetState）的值，并由CASE-WHEN 语句决定输出信号（OP）和下一个状态值（NextState）的值。请补充下图中虚线“…”部分省略掉的程序，然后对完整程序进行编译，并用Tools->Netlist Views->State Machine Viewer和RTL Viewer工具查看该状态机的状态图和RTL顶层图。

… … 实验内容二： 论文《基于VHDL的一个简单Mealy状态机》中设计了一个Mealy状态机用来检测数据流“1101010”，用以验证状态机在数据检测上的应用。请在读懂文中程序的基础上，在Quartus Ⅱ软件中通过编译仿真得到状态图和波形图，仿真中输入波形的设置应能体现该状态机的用途。 实验报告： 本次实验占用两个学时，请于12周周四(5月12日)上课时交实验报告。对于实验内容一，报告的内容应重在程序的完善上，对于实验内容二，报告的内容应重在对论文中源程序的分析和理解，以及仿真的波形图上。

状态机思路在单片机程序设计中的应用

状态机思路在单片机程序设计中的应用 状态机的概念 状态机是软件编程中的一个重要概念。比这个概念更重要的是对它的灵活应用。在一个思路清晰而且高效的程序中，必然有状态机的身影浮现。 比如说一个按键命令解析程序，就可以被看做状态机：本来在A状态下，触发一个按键后切换到了B状态；再触发另一个键后切换到C状态，或者返回到A状态。这就是最简单的按键状态机例子。实际的按键解析程序会比这更复杂些，但这不影响我们对状态机的认识。 进一步看，击键动作本身也可以看做一个状态机。一个细小的击键动作包含了：释放、抖动、闭合、抖动和重新释放等状态。 同样，一个串行通信的时序（不管它是遵循何种协议，标准串口也好、I2C也好；也不管它是有线的、还是红外的、无线的）也都可以看做由一系列有限的状态构成。 显示扫描程序也是状态机；通信命令解析程序也是状态机；甚至连继电器的吸合/释放控制、发光管（LED）的亮/灭控制又何尝不是个状态机。 当我们打开思路，把状态机作为一种思想导入到程序中去时，就会找到解决问题的一条有效的捷径。有时候用状态机的思维去思考程序该干什么，比用控制流程的思维去思考，可能会更有效。这样一来状态机便有了更实际的功用。 程序其实就是状态机。 也许你还不理解上面这句话。请想想看，计算机的大厦不就是建立在“0”和“1”两个基本状态的地基之上么？ 状态机的要素 状态机可归纳为4个要素，即现态、条件、动作、次态。这样的归纳，主要是出于对状态机的内在因果关系的考虑。“现态”和“条件”是因，“动作”和“次态”是果。详解如下： ①现态：是指当前所处的状态。 ②条件：又称为“事件”。当一个条件被满足，将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。 ③动作：条件满足后执行的动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。 ④次态：条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的，“次态”一旦被激活，就转变成新的“现态”了。

如何设计最优化的状态机(有图版)

如何设计最优化的状态机 前言：数字电路通常分为组合逻辑电路和时序电路， 组合逻辑电路outputs = F(current inputs) 时序电路outputs = F(current inputs,past inputs) 有限状态机就是时序电路的数学抽象，一个有限状态机系统包括inputs ,outputs, states .状态机分为同步状态机（synchronous）和异步状态机(asynchronous),异步状态机由于输出信号不稳定，所以不详细讨论，对绝大多数设计来说，用的最广泛的是同步状态机。下面主要讨论了同步状态机的设计。 一．状态机的基础知识 1．1. moore状态机和mealy状态机的区别： 2．1．1moore状态机输出只依赖于及其的当前状态，与输入信号无关。这是moore状态机的优点。下面是moore状态机的模型： moore状态机比较容易用数学的方式来分析，因此被更广泛的用在代数状态机理论中（algebraic FSM theory）。 Mealy状态机输出依赖于机器现在的状态和输入的值，如果输入改变，输出可以在一个时钟周期中将发生了改变。其模型如下： 图的说明：state memory :保存现在的状态(current state s(t) ) state transistion function :根据现态和输入x(t),s(t+1)来决定下一个状态。 Output function :根据s(t)和x(t)来决定最后的输出。 Mealy 状态机通常可以有更少的状态变量，因此在工程领域有更为广阔的应用，状态变量越少，则所需的存储单元就越少。

状态机控制的流水灯设计

《EDA》 设计报告 题目：状态机控制的流水灯设计 学院：电子信息与电气工程学院专业：电子信息工程 班级： 姓名：

1课题简介 在计算机技术的推动下，电子技术获得了飞速的发展，现代电子产品几乎渗透于社会的各个领域，有力的推动社会生产力的发展和社会信息程度化的提高，同时又促使现代电子产品性能的进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 EDA技术作为现在电子设计技术的核心，它依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对硬件描述语言Verilog语言为系统描述手段完成的设计文件，自动的完成逻辑化简，逻辑分割，逻辑综合，结构综合，以及逻辑优化和仿真测试等功能。 Verilog语言在这个信息飞速发展的时代已经显得尤为重要。 2 设计目的 1.通过本次课程设计掌握QuartusⅡ环境下的基本电路设计方法。 2．掌握状态机的Verilog设计方法 3．学习仿真工具的使用方法 4．熟悉Verilog语言编程 3设计任务 1．设计一个状态机控制8个LED灯进行花样显示 2．花样不少于6种 3．同时用数码管显示 4．使蜂鸣器报警

4 设计方法 通过锁相环进行分频，进行时钟控制。流水灯的每一种花形与状态机联系起来进行控制。花形的顺序显示由三个按键控制。 5 设计步骤 a.8个流水灯的6种显示花样模块的建立 图1 点亮后从右向左依次熄灭

图2点亮后从左向右依次熄灭 图3从右向左依次点亮

图4从左向右依次点亮 图5两个灯依次从左向右一次点亮

图6两个灯从右向左一次点亮 b．生成的流水灯模块如图7所示 图7 c.六路选择器模块的建立如图8所示

有限状态机设计

有限状态机设计 实验报告 一．实验题目 有机状态机设计 二．实验目的 掌握有机状态机设计的基本方法。 三．实验远离 状态机是指用输入信号和电路状态（状态变量）的逻辑函数去描述时序逻辑电路功能的方法，也叫时序机。有限状态机是指在设计电路中加入一定的限制条件，一般用来实现数字系统设计中的控制部分。 四．实验内容

实验内容一： 状态机是指用输入信号和电路状态（状态变量）的逻辑函数去描述时序逻辑电路功能的方法，也叫时序机。有限状态机是指在设计电路中加入一定的限制条件，一般用来实现数字系统设计中的控制部分。 根据时序电路输出信号的特点可将时序电路划为Mealy 型和Moore 型两种。Moore型电路中，输出信号仅仅取决于存储电路的状态。Mealy型电路中，输出信号不仅取决于存储电路的状态，而且还取决于输入变量。图1是某Mealy型电路的状态转换图，图中圆圈内的S0、S1等代表电路的状态，状态转换箭头旁斜杠“/”上边的数字代表输入信号，斜杠“/”下边的数字代表输出信号。假设电路的当前状态为S0，当输入信号为0时，电路的下一个状态仍为S0，输出信号为0；当输入信号为1时，电路的下一个状态为S1，输出为1。 图1 Mealy状态机 下面的程序中使用两个进程来描述该状态机。第一个进程负责状态转化，在CP上升沿到达时，当前状态（PresetState）向下一个状态（NextState）的转换；第二个进程负责检测输入信号（DIN）和当前状态（PresetState）的值，并由CASE-WHEN 语句决定输出信号（OP）和下一个状态值（NextState）的值。请补充下图中虚线“…”部分省略掉的程序，然后对完整程序进行编译，并用Tools->Netlist Views->State Machine Viewer和RTL Viewer工具查看该状态机的状态转移图和RTL原理图。

三层电梯控制系统的设计

三层电梯控制系统的 实验设计 指导老师：朱静 学生：马小娟 班级：电科092 学号：095203403

三层电梯控制系统的设计 第一节设计要求 要求用FPGA设计实现一个3层电梯的控制系统。系统的要求如下： (1)电梯运行规则：当电梯处在上升模式时，只响应比电梯所在位置高的上楼请求，由下向上逐个执行，直到最后一个上楼请求执行完毕。如果高层有下楼请求，直接升到有下楼请求的最高楼层，然后进入下降模式。电梯处在下降模式时，工作方式与上升模式相反。设电梯共有3层，每秒上升或下降一层。 (2)电梯初始状态为一层，处在开门状态，开门指示灯亮。 (3)每层电梯入口处均设有上下请求开关，电梯内部设有乘客到达楼层的停站请求开关及其显示。 (4)设置电梯所处位置的指示及电梯上升或下降的指示。 (5)电梯到达有停站请求的楼层后，电梯门打开，开门指示灯亮。开门4妙后，电梯门关闭，开门指示灯灭，电梯继续运行，直至执行完最后一个请求信号后停在当前层。 (6)电梯控制系统能记忆电梯内外的请求信号，并按照电梯运行规则工作，每个请求信号执行完毕后清除。 第二节三层电梯控制系统的功能模块及流程图 电梯控制器的功能模块如图2.1所示，包括主控制器、分控制器、楼层选择器、状态显示器、译码器和楼层显示器。乘客在电梯中选择所要到达的楼层，通过主控制器的处理，电梯开始运行，状态显示器显示电梯的运行状态，电梯所在楼层数通过译码器译码从而在楼层显示器中显示。分控制器把有效的请求传给主控制器进行处理，同时显示电梯的运行状态和电梯所在楼层数。由于分控制器相对简单很多，所以主控制器是核心部分。 图2.1 电梯控制器原理图

状态机及其VHDL设计

第7章状态机及其VHDL设计 内容提要：有限状态机（Finite State Machine，简称FSM）是一类很重要的时序电路，是许多数字系统的核心部件，也是实时系统设计中的一种数学模型，是一种重要的、易于建立的、应用比较广泛的、以描述控制特性为主的建模方法，它可以应用于从系统分析到设计的所有阶段。有限状态机的优点在于简单易用，状态间的关系清晰直观。建立有限状态机主要有两种方法：“状态转移图”和“状态转移表”。标准状态机通常可分为Moore和Mealy两种类型。本章主要介绍了基于VHDL的常见有限状态机的类型、结构、功能及表达方法，重点是如何有效地设计与实现。 学习要求：了解状态机的基本结构、功能和分类，掌握有限状态机的一般设计思路与方法、状态机编码方案的恰当选取、Moore和Mealy状态机的本质区别及设计实现。 关键词：状态机(State Machine)，Moore，Mealy，VHDL设计(VHDL Design) 状态机的基本结构和功能 一般状态机的VHDL设计 状态机的一般组成 状态机的编码方案 摩尔状态机的VHDL设计 米立状态机的VHDL设计 状态机的基本结构和功能 状态机的基本结构如图所示。除了输人信号、输出信号外，状态机还包含一组寄存器记忆状态机的内部状态。状态机寄存器的下一个状态及输出，不仅同输入信号有关，而且还与寄存器的当前状态有关，状态机可以认为是组合逻辑和寄存器逻辑的特殊组合。它包括两个主要部分：即组合逻辑部分和寄存器。组合逻辑部分又可分为状态译码器和输出译码器，状态译码器确定状态机的下一个状态，即确定状态机的激励方程，输出译码器确定状态机的输出，即确定状态机的输出方程。寄存器用于存储状态机的内部状态。 状态机的基本操作有两种： 1．状态机的内部状态转换。 状态机经历一系列状态，下一状态由状态译码器根据当前状态和输入条件决定。2．产生输出信号序列。

基于FSM的电梯控制系统的设计与实现

万方数据

万方数据

控制系统中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００６年第２２卷第９—１期 求，电梯首先在第二层停留，然后下降到一层，随后再在响应第二层上升请求，上升到二层，乘客进人电梯以后要求上升到三层，所以电梯最后停留的位置是三层。 ３．３实验结果 在完整的系统设计中使用Ｍａｘ＋ＰｌｕｓＩＩ完成ＶＨＤＬ描述和原理图的层次设计。在底层设计中，用ＶＨＤＬ分别实现每一个模块的功能，将每个模块生成可供Ｍａｘ＋ＰｌｕｓＩＩ调用的器件符号，再将这些器件符号连接在一起构成整个系统原理图，如图４所示。 图４系统电路原理图 整个系统设计完成后，经过编译生成．ｐｏｆ文件，仿真成功后．下载到ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８４—１５芯片中。根据管脚分配图对已有的硬件电路进行连线，实验电路如图５所示。 图５实验电路图 ３．４结果分析 通过对实际的硬件测试，数码管正确显示了楼层．发光二极管响应显示了电梯的状态．通过对不同初始状态的测试，发现除了由按键抖动带来的部分误操作外，电梯的状态转换完全符合电梯运行规则。说明这种设计方法是有效的。 由于很容易通过编程改变ＣＰＬＤ器件的控制功能．而且电梯运行的基本状态变换规律是不随楼层数变化的．因此，只需要改变相应的输入、输出端口设计就可满足不同楼层数的设计需要。 ４结束语 本次设计基于自顶向下的设计方法，用ｖｈｄｌ实现了电梯各状态之间的转换程序控制。在Ｍａｘ＋ＰｌｕｓＩＩ环境下通过使用ＳｙｎｐｌｉｆｙＰｒｏ软件特有的综合功能，从对软件程序的编译、仿真到可编程逻辑芯片的功能实现都进行了优化，大大提高了设计效率。这种方法可广泛用于各种复杂状态机控制的设计之中。 本文作者创新点：当前．最常用的ｃｐｌｄ芯片是由Ａｈｅｒａ公司提供的，Ｍａｘ＋ＰｌｕｓⅡ是与之对应的开发集成环境。但Ｍａｘ＋ＰｌｕｓＩＩ无法完成对复杂状态机程序的编译优化，ＳｙｎｐｌｉｆｙＰｒｏ有很好的综合与优化、布线功能．但要下载到由Ａｈｅｒａ公司提供的ｃｐｌｄ芯片中，形成硬件系统又离不开Ｍａｘ＋ＰｌｕｓＩＩ。本次设计通过把 Ｓｙｎｐｌｉｆｙ Ｐｒｏ引入Ｍａｘ＋ＰｌｕｓＩＩ对所设计的电梯控制程序完成了综合仿真．并下载到Ａｈｅｒａ公司生产的ｃｐｌｄ芯片中，最终完成了硬件测试。这种把Ｍａｘ＋ＰｌｕｓＩＩ与Ｓｙｎｐｌｉｆｙ Ｐｒｏ有机结合完成相对复杂的状态机控制的方法很有现实意义，可广泛应用于诸如自动售货机、取款机、公交自动投币系统等需要对多状态转换进行控制的领域。 参考文献： ［１］彭宝，范婷婷，马建国．基于ＶｅｒｉｌｏｇＨＤＬ语言的ＦＰＧＡ设计［Ｊ】．微计算机信息．２００４，１０：８１—８２。 ［２］李宗伯，王蓉晖．ＶＨＤＬ设计表示和综合．北京：机械工业出版社．２００２ ［３】潘松，黄继业．ＥＤＡ技术应用教程．北京：科学出版社，２００２［４】褚振勇，翁木云．ＦＰＧＡ设计及应用．西安：西安电子科技大学出版社，２００２ 作者简介：聂翔：男，１９６８年，陕西理工学院电子与信息工程系副教授。 （７２３００３陕西汉中陕西理工学院）聂翔王春侠 （ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨａｎｚｈｏｎｇＳｈａａｎｘｉ７２３００３）Ｎｉｅ，ＸｉａｎｇＷａｎｇ，Ｃｈｕｎｘｉａ 通讯地址： （７２３０００陕西汉中明珠小区２６１号信箱）聂翔 （投稿日期：２００６．１．６）ｆ１｜参稿日期：２００６．２．１７） （接７７页）原理与开发．北京：电子工业出版社，２００５．４ ［４］毛晓波，贾更新．基于定点ＤＳＰ的浮点开平方算法的实现［Ｊ］微计算机信息，２００３，４：４０ 作者简介：杜劲松：男，汉，硕士生导师，主要从事计算机测量与控制、自动化系统集成方面的研究；蒋华英：女，１９８０年１２月生，汉，中科院在读硕士，模式识别与智能系统专业。 Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＤｕＪｉｎｓｏｎｇ：Ｍａｌｅ，Ｃｈｉｎｅｓｅ，Ｍａｓｔｅｒｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ，Ｍａｉｎｆｉｅｌｄ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ，Ａｕｔｏｍａｔｅｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ＪｉａｎｇＨｕａｙｉｎｇ：Ｆｅｍａｌｅ，ＢｏｒｎｉｎＤｅｃ．１９８０，Ｃｈｉｎｅｓｅ，ＧｒａｄｕａｔｅｓｔｕｄｅｎｔｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＭａｊｏｒｉｎＰａｔｔｅｒｎＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｙｓｔｅｍ． （１１００１６沈阳中国科学院沈阳自动化研究所）杜劲松蒋华英 （１０００３９北京中国科学院研究生院）蒋华英 （ＳｈｅｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１６）Ｄｕ，ＪｉｎｓｏｎｇＪｉａｎｇ，Ｈｕａｙｉｎｇ （ＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９）Ｊｉａｎｇ，Ｈｕａｙｉｎｇ 通讯地址：（１０００１６辽宁省沈阳市南塔街１１４号中科院沈阳自动化研究所第五研究室）蒋华英 （投稿日期：２００６．１．８）（修稿日期：２００６．２．１８） 一１１８—３６０．，－Ｌ，年邮局订阅号：８２．９４６　 　万方数据

状态机设计总结

状态机设计 简介 状态机的设计被广泛地用于时序控制逻辑中，它是许多数字系统的核心。状态机可以应付众多应用场合的需求，覆盖宽范围的性能和复杂度；例如微处理器与VLSI外围接口的低级别控制，常规微处理器中的总线裁决和时序产生，定制的位片微处理器，数据加密和解密，传输协议等。 通常在设计周期中，控制逻辑的细节安排在最后处理，因为系统需求的改变和特征的增强会对其造成影响。对于控制逻辑设计，可编程逻辑是一个很宽松的解决方案，因为它允许简单的修改而不必扰乱PCB板布局。其灵活性提供了在不影响市场化时间的前提下，允许设计改动的机会。大多数带寄存器的PAL器件应用都是需要使用状态机设计技术的时序控制逻辑。随着技术的发展，新的高速、高性能的器件不断出现，它们简化了状态机设计的任务。对于状态机设计，宽范围的不同功能与性能的解决方案是可行的。在本次讨论中，我们将检验状态机执行的功能，它们在多种器件中的实现，以及它们的选择。 什么是状态机？ 状态机是一个以有序的方式，遍历预定的状态序列的数字设备。状态是在电路的不同部分，测量到的一组数值。一个简单状态机可以由以下几部分构成：基于PAL器件的组合逻辑，输出寄存器和状态寄存器。这样一个序列发生器中的状态由状态寄存器和/或输出寄存器中所存储的值来决定。 状态机的通用形式可以用图1所示的设备来描述。除了这一设备的输入和输出，状态机还有两个必需的组成元件：组合逻辑和存储器（寄存器）。这类似于前面所讨论的带寄存器的记数器设计，它们本质上就是简单的状态机。存储器用来存储状态机的状态，组合逻辑可以看成两个截然不同的功能模块：下一状态解码器和输出解码器（图2）。当输出解码器产生实际的输出时，下一状态解码器决定状态机的下一状态。尽管它们执行截然不同的两个功能，但是它们通常被组合成如图1所示的组合逻辑阵列。 状态机的基本操作有两部分： 1、状态机遍历状态序列，下一状态解码器基于当前状态和输入条件来决定下一状态。

利用有限状态机进行时序逻辑的设计

利用有限状态机进行时序逻辑的设计 1. 实验目的： （1）掌握利用有限状态机实现一般时序逻辑分析的方法； （2）掌握用Verilog编写可综合的有限状态机的标准模板； （3）掌握用Verilog编写状态机模块的测试文件的一般方法。 （4）在数字电路中已经学习过通过建立有限状态机来进行数字逻辑的设计，而在VerilogHDL硬件描述语言中，这种设计方法得到进一步的发展。通过Verilog HDL提供的语句，可以直观的设计出更为复杂的时序逻辑的电路。关于有限状态机的设计方法在教材中已经作了较为详细的阐述。 2.实验环境 PC机一台，安装有quartusII13.0软件以及modulsim软件 3.实验内容 设计一个简单的状态机，功能是检测一个5位二进制序列“10010”。考虑到序列重叠的可能。有限状态机共提供8个状态（包括初始状态IDLE）. 4.实验步骤 1) 源程序： module seqdet(x,z,clk,rst,state); input x,clk ,rst ;

output z; output [2:0] state ; reg[2:0] state ; wire z; parameter IDLE='d0, A='d1, B='d2, C='d3, D='d4, E='d5, F='d6, G='d7; assign z=(state == E && x==0)?1:0; always @(posedge clk) if(!rst) begin state <= IDLE; end else casex(state) IDLE:if(x==1)

有限状态机设计

实验七有限状态机设计 一、实验目的 1、掌握利用有限状态机实现一般时序逻辑分析的方法； 2、掌握用VHDL或Verilog编写可综合的有限状态机的标准模板； 3、掌握用VHDL或Verilog编写序列检测器以及其他复杂逻辑电路的设计； 二、实验内容 1、用MOORE型状态机设计一个具有双向步进电动机控制实验：该控制电路有三个输入信号：clk时钟信号，clr复位信号，dir方向控制信号。输出信号为phase[3..0]用来控制步进电机的动作。当dir=1时要求phase[3..0]按照“0001”，“0010”，“0100”，“1000”的顺序变化；当dir=0时要求phase[3..0]按照“0001”，“1000”，“0100”，“0010”的顺序变化。 2、设计一个简单的状态机，功能是检测一个5位的二进制序列“10010”。 3、设计一个串行数据检测器，要求是：连续4个或4个以上为1时输出为1，其他输入情况为0。（选做） 4、根据状态图，写出对应于结构图b，分别由主控组合进程和主控时序进程组成的VERILOG 有限状态机描述。（选做） 三、实验步骤 实验一： 1、建立工程

2、创建Verilog HDL文件 3、输入程序代码并保存 module moore1(clk,clr,dir,phase); input clk,clr,dir; output[3:0] phase; reg[3:0] phase; reg[1:0] state; parameter s0='b00,s1='b01,s2='b10,s3='b11; always@(posedge clk) begin if(clr)begin phase<='b0000;state<=s0;end else begin case(state) s0:if(dir) begin phase<='b0010;state<=s1;end else begin phase<='b1000;state<=s3;end s1:if(dir) begin phase<='b0100;state<=s2;end else begin phase<='b0001;state<=s0;end s2:if(dir) begin phase<='b1000;state<=s3;end

按键去抖课程设计

. 目录 摘要 (1) 第一章EDA技术简介 (2) 第二章按键去抖设计要求 (4) 第三章按键去抖分析 (4) 第四章按键去抖设计方案 (5) 第五章按键去抖模块 (6) 5.1 去抖动电路模块 (6) 5.2 去抖动电路模块程序 (6) 5.3 按键扫描模块 (9) 5.4 按键扫描程序 (10) 第六章按键去抖的顶层原理图设计 (11) 6.1 顶层原理图的源文件 (11) 6.2顶层原理图的时序仿真图 (12) 第七章学习心得 (13) 课程设计评分表............................................................................................................... 错误!未定义书签。

摘要 为了解决FPGA/ CPLD 系统的按键抖动问题, 用VH DL 语言有限状态机的方法, 在S0 状态下检测到有按键操作则转入延时状态S1 ,延时结束后, 用状态S2 , S3 , S4 对按键进行连续三次取样,如果三次取样均为低电平, 则转入状态S5并输出按键确认信号,否则, 返回状态S0。电路经仿真分析, 并下载到, EPM7128ATC100 芯片进行了验证, 能够确保每次按键操作,产生一次按键确认, 有很好的按键消抖效果, 性能稳定。主要创新点是用VHDL语言有限状态机设计按键的消抖。 关键词:按键消抖; 电路仿真; VH DL;状态机

第一章EDA技术简介 随着电子技术和计算机技术的飞速发展，电子线路的设计工作也日益显得重要。经过人工设计、制作实验板、调试再修改的多次循环才定型的传统产品设计方法必然被计算机辅助设计所取代，因为这种费时费力又费资源的设计调试方法既增加了产品开发的成本，又受到实验工作场地及仪器设备的限制。 为了克服上述困难，加拿大Interactive Image Technologies公司推出的基于Windows 95／98／NT操作系统的EDA软件（Electronics Workbench“电子工作台”，EWB）。他可以将不同类型的电路组合成混合电路进行仿真。EWB 是用在计算机上作为电子线路设计模拟和仿真的新的软件包，是一个具有很

状态机设计仿真

状态机设计仿真 一、实验例题 设计一个序列检测器电路，检测出串行输入数据data中的二进制序列110，当检测到该序列时，电路输出1 out=；没有检测到该序列时，电路输出0，电路的状态图如1所示： 图1 电路状态转换图 二、实验原理分析 由电路的状态图分析，可列出对应的状态转换表，如图2所示： 图2 状态转换表 +相同，将图1，图2简化可得： 从状态转化表分析可得S3与S0对应的S n1

改进的状态转换表 三、实验任务：依据图1状态图2表，S 存在时，用VerilogHDL设计的参考程序如 3 下： module pulse_check(data,clk,rst,out); input data,clk,rst; output out; reg out; reg[1:0] CST,NST; parameter[1:0] s0=0,s1=1,s2=2,s3=3; always@(posedge clk or negedge rst) if (!rst) CST<=s0;//复位有效，进入下一个状态 else CST<=NST; always@(CST or data) begin case(CST) s0: if(data==1'b1) NST<=s1; else NST<=s0; s1: if(data==1'b1) NST<=s2; else NST<=s0; s2: if(data==1'b0) NST<=s3; else NST<=s2; s3: if(data==1'b0) NST<=s0; else NST<=s1;

default: NST<=s0; endcase end always@(CST or data) case(CST) s0:out=1'b0; s1:out=1'b0; s2: if(data==1'b0) out=1'b1; else out=1'b0; s3:out=1'b0; endcase endmodule rst复位信号（低电平有效），clk状态时钟。四：仿真图形

基于状态机的多功能时钟的设计

基于状态机的多功能时钟的设计 周文敏121035011 电子与通信工程 一、实验目的： 1.学习常见LCD 驱动程序设计，按键处理等人机对话。 2.学习状态机在监控程序中的应用。 二、实验器材（平台） 1、南京师范大学物科院机电控制实验板及其附件（包括一块STC89C52RC单片机和一块1602LCD液晶显示器等）； 2、装有Keil uVision4单片机开发软平台和STC烧录软件STC_ISP_V483的计算机一台。 三、实验内容 1、根据有限状态机的原理和1602液晶显示器以及4X4矩阵键盘的使用方法，在Keil uVision4单片机开发软平台上用C语言编写和调试程序，使该程序能分别实现时钟和闹钟的时、分的调整以及跑表等功能。 2、连接好硬件，利用STC烧录软件STC_ISP_V483下载生成的HEX文件到实验板，在硬件上实现和调试预设的时钟功能。 四、实验电路 五、实验原理 1、状态机 状态机流程图如下所示：

图1-1 流程图 本时钟一共用到两个按键，R和F。 各个状态的意义： 状态0：时钟正常运行； 状态1：设置时钟的时； 状态2：设置时钟的分； 状态3：设置时钟的秒； 状态4：进入闹钟设置状态； 状态5：设置闹钟的时； 状态6：设置闹钟的分； 状态7：设置闹钟的秒； 各个状态之间的转换关系如图1-1所示。 2、矩阵键盘的构成 本设计所用的矩阵键盘如图2-1所示：

图2-1 4*4矩阵键盘 使用P3口作为数据输入输出口，采用行列反转法来扫描键盘。采用行列反转法来读取按键，先对行线全部输出为0，然后读入列线值，如果有按键按下，则读入列线值，并输出该列线值，读取行线值，将列线和行线值组合起来返回给主程序判断按下的是什么键。 3、1602液晶显示模块 液晶显示器LCD有着显示直观、耗电小、体积小及重量轻等优点，在仪器仪表、家用电器和各类电子装置中得到广泛的应用。 1602可以显示16*2个字符，其基本指令如下：

按键去抖课程设计

目录 摘要 (1) 第一章 EDA技术简介 (2) 第二章按键去抖设计要求 (3) 第三章按键去抖分析 (3) 第四章按键去抖设计方案 (4) 第五章按键去抖模块 (5) 5.1 去抖动电路模块 (5) 5.2 去抖动电路模块程序 (5) 5.3 按键扫描模块 (7) 5.4 按键扫描程序 (8) 第六章按键去抖的顶层原理图设计 (9) 6.1 顶层原理图的源文件 (9) 6.2顶层原理图的时序仿真图 (10) 第七章学习心得 (11) 课程设计评分表............................................................................................. 错误！未定义书签。

摘要 为了解决FPGA/ CPLD 系统的按键抖动问题, 用VH DL 语言有限状态机的方法, 在S0 状态下检测到有按键操作则转入延时状态S1 ,延时结束后, 用状态S2 , S3 , S4 对按键进行连续三次取样,如果三次取样均为低电平, 则转入状态S5并输出按键确认信号,否则, 返回状态S0。电路经仿真分析, 并下载到, EPM7128ATC100 芯片进行了验证, 能够确保每次按键操作,产生一次按键确认, 有很好的按键消抖效果, 性能稳定。主要创新点是用VHDL语言有限状态机设计按键的消抖。 关键词:按键消抖; 电路仿真; VH DL;状态机

第一章 EDA技术简介 随着电子技术和计算机技术的飞速发展，电子线路的设计工作也日益显得重要。经过人工设计、制作实验板、调试再修改的多次循环才定型的传统产品设计方法必然被计算机辅助设计所取代，因为这种费时费力又费资源的设计调试方法既增加了产品开发的成本，又受到实验工作场地及仪器设备的限制。 为了克服上述困难，加拿大Interactive Image Technologies公司推出的基于Windows 95／98／NT操作系统的EDA软件（Electronics Workbench“电子工作台”，EWB）。他可以将不同类型的电路组合成混合电路进行仿真。EWB是用在计算机上作为电子线路设计模拟和仿真的新的软件包，是一个具有很高实用价值的计算机辅助设计工具。目前已在电子工程设计等领域得到了广泛地应用。与目前流行的电路仿真软件相比较，EWB具有界面直观、操作方便等优点。他改变了有些电路仿真软件输入电路采用文本方式的不便之处，该软件在创建电路、选用元器件的测试仪器等均可以直接从屏幕图形中选取，而且测试仪器的图形与实物外形基本相似，从而大大提高了电子设计工作的效率。 此外，从另一角度来看，随着计算机技术和集成电路技术的发展，现代电子与电工设计，已经步入了电子设计自动化（EDA）的时代，采用虚拟仿真的手段对电子产品进行前期工作的调试，已成为一种发展的必然趋势。通过对实际电子线路的仿真分析，从而提高对电路的分析、设计和创新能力。

状态机设计

集成电路实验 状态机设计实验报告 专业：电子信息工程 姓名：江燕婷 学号：2011301200025

状态机设计（实验五）实验报告 一．实验目的 1. 掌握状态机设计的基本方法 2.学习利用状态机的方法实现控制电路 二．实验原理 有限状态机（Finite State Machine FSM）是时序电路设计中经常采用的一种方式，尤其适合设计数字系统的控制模块，在一些需要控制高速器件的场合，用状态机进行设计是一种很好的解决问题的方案，具有速度快、结构简单、可靠性高等优点。有限状态机非常适合用FPGA器件实现，用Verilog HDL的case 语句能很好地描述基于状态机的设计，再通过EDA工具软件的综合，一般可以生成性能极优的状态机电路，从而使其在执行时间、运行速度和占用资源等方面优于用CPU实现的方案。 有限状态机一般包括组合逻辑和寄存器逻辑两部分，寄存器逻辑用于存储状态，组合逻辑用于状态译码和产生输出信号。根据输出信号产生方法的不同，状态机可分为两类：米里型(Mealy)和摩尔型(Moore)。摩尔型状态机的输出只是当前状态的函数，如图1-1所示；米里型状态机的输出则是当前状态和当前输入的函数，如图1-2所示。米里型状态机的输出是在输入变化后立即变化的，不依赖时钟信号的同步，摩尔型状态机的输入发生变化时还需要等待时钟的到来，必须在状态发生变化时才会导致输出的变化，因此比米里型状态机要多等待一个时钟周期。 图1-1 摩尔型状态机图1-2 米里型状态机 状态机在硬件描述语言实现上，可使用单过程、双过程或三过程等不同的结构实现。状态机的状态实现上，可采用符号编码或显式数字编码。编码方式有顺序编码（自然二进制编码），一位热码（one－hot encoding），格雷（gray code）码等。顺序编码，简单状态寄存器占用少；一位热码输出译码电路简单；在状态顺序变化时，格雷码每次只有一位变化，避免产生输出信号毛刺。

利用有限状态机进行时序逻辑的设计

实验三利用有限状态机进行时序逻辑的设计 1.实验目的： （1）掌握利用有限状态机实现一般时序逻辑分析的方法； （2）掌握用Verilog编写可综合的有限状态机的标准模板； （3）掌握用Verilog编写状态机模块的测试文件的一般方法。 （4）在数字电路中已经学习过通过建立有限状态机来进行数字逻辑的设计，而在VerilogHDL硬件描述语言中，这种设计方法得到进一步的发展。通过Verilog HDL提供的语句，可以直观的设计出更为复杂的时序逻辑的电路。关于有限状态机的设计方法在教材中已经作了较为详细的阐述。 2.实验环境 PC机一台，安装有quartusII13.0软件以及modulsim软件 3.实验内容 设计一个简单的状态机，功能是检测一个5位二进制序列“10010”。考虑到序列重叠的可能。有限状态机共提供8个状态（包括初始状态IDLE）. 4.实验步骤 1)源程序： module seqdet(x,z,clk,rst,state); input x,clk ,rst ; output z; output [2:0] state ; reg[2:0] state ; wire z; parameter IDLE='d0, A='d1, B='d2, C='d3, D='d4, E='d5, F='d6, G='d7; assign z=(state == E && x==0)?1:0; always @(posedge clk) if(!rst) begin state <= IDLE; end else casex(state) IDLE:if(x==1) begin state <= A; end A: if(x==0) begin state <= B; end B: if(x==0) begin state <= C; end else begin state <= F; end C: if(x==1) begin state <= D; end else begin

用状态机做独立按键检测

人机界面最重要的就是按键了，觉得按键做的最好的就是手机的按键了，有长按、敌探、连发等功能。还有组合等。一个好的按键程序用书本上学的按键检测方法已经不能适应工程的需要了，为此人们设计出一种状态机检测按键的方法。在一个系统中按键是随机的，因此系统软件对按键要一直循环查询，由于按键检测过程需要进行消抖处理，因此取状态机的时间序列为10ms，这样不仅可以跳过按键抖动的影响，同时也小于0.3－0.5秒的稳定闭合期，不会将按键的操作过程丢失。程序实现方法，用定时器定时10ms，每隔10ms检测一次按键，将一个按键的检测过程分为几个不同的状态，最简单的分为初使状态－按键闭合确认状态－按键释放状态，如果要求按键实现的功能越多，状态也就越多，比如还有常用的长按状态。以下是一个状态机按键程序，仅供参考。程序基于AVR 单片机， key.h文件的一部分 #define KEY0_PORT PORTD #define KEY0_DDR DDRD #define KEY0_PIN PIND #define KEY0 PD0 #define KEY1_PORT PORTD #define KEY1_DDR DDRD #define KEY1_PIN PIND #define KEY1 PD1 #define KEY2_PORT PORTD #define KEY2_DDR DDRD #define KEY2_PIN PIND #define KEY2 PD2 #define KEY3_PORT PORTD #define KEY3_DDR DDRD #define KEY3_PIN PIND #define KEY3 PD3 #define KEY0_STATUS (BIT_STATUS(KEY0_PIN,KEY0)) #define KEY1_STATUS (BIT_STATUS(KEY1_PIN,KEY1)) #define KEY2_STATUS (BIT_STATUS(KEY2_PIN,KEY2)) #define KEY3_STATUS (BIT_STATUS(KEY3_PIN,KEY3)) #define KEY_SERIES_FLAG 200 //按键连发开始所需时间长度 #define KEY_SERIES_DELAY 5 //按键连发的时间间隔长度 //按键属性 #define KEY_DOWN 0xA0 #define KEY_LONG 0xB0 #define KEY_LIAN 0xC0