可編程ASIC設(shè)計狀態(tài)機(jī)設(shè)計學(xué)時分配：21整理ppt進(jìn)度1.緒論。2.設(shè)計流程。3.模塊化硬件與進(jìn)程模型。4.信號傳輸模型。5.核心語法與基礎(chǔ)電路設(shè)計。6.狀態(tài)機(jī)設(shè)計。7.可靠設(shè)計與高速設(shè)計。8.可編程邏輯器件。9.數(shù)字信號處理的fpga實(shí)現(xiàn)。10.數(shù)字系統(tǒng)的RTL設(shè)計。2整理ppt回憶計數(shù)器設(shè)計設(shè)計一電路，包含基4計數(shù)器，和譯碼輸出模塊。計數(shù)器的輸出(Present_value)從0到3循環(huán)；當(dāng)計數(shù)值為2時，譯碼輸出(DataOut)為“1”，否則輸出“0”。Regs＋1ClkPresent_valueQ(n)Next_valueQ(n+1)譯碼DataOutZ(n)3整理pptRegs＋1ClkPresent_valueQ(n)Next_valueQ(n+1)譯碼DataOutZ(n)00/001/010/111/04整理pptRegs＋/-1ClkPresent_valueQ(n)Next_valueQ(n+1)譯碼DataOutZ(n)00/001/010/111/0擴(kuò)展一個輸入端din，當(dāng)din=1時計數(shù)器遞增計數(shù)；當(dāng)din=0時計數(shù)器遞減計數(shù)。dinDin=1Din=1Din=1Din=1Din=0Din=0Din=0Din=05整理pptRegs＋/-1ClkPresent_valueQ(n)Next_valueQ(n+1)譯碼DataOutZ(n)再將計數(shù)器修改成一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換器，狀態(tài)為S0,S1,S2,S3。每個狀態(tài)的取值根據(jù)具體情況而定。比如S0=00,S1=11,S3=01,S4=10。dinDin=1Din=1Din=1Din=100/001/010/111/0Din=0Din=0Din=0Din=06整理pptRegs譯碼ClkPresent_valueQ(n)Next_valueQ(n+1)譯碼DataOutZ(n)再將計數(shù)器修改成一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換器，狀態(tài)為S0,S1,S2,S3。每個狀態(tài)的取值根據(jù)具體情況而定。比如S0=00,S1=11,S3=01,S4=10。dinDin=1Din=1Din=1Din=1S0/0S1/0S2/1S3/0Din=0Din=0Din=0Din=07整理pptRegs譯碼ClkPresent_stateQ(n)Next_stateQ(n+1)譯碼DataOutZ(n)dinDin=1Din=1Din=1Din=1S0/0S1/0S2/1S3/0Din=0Din=0Din=0Din=0現(xiàn)在我們得到了一個比較通用的時序電路，這種電路統(tǒng)稱為狀態(tài)機(jī)(StateMachine)。8整理pptRegs譯碼ClkPresent_stateQ(n)Next_stateQ(n+1)

譯碼DataOutZ(n)din狀態(tài)機(jī)分類Moore機(jī)：輸出僅是狀態(tài)的譯碼9整理pptRegs譯碼ClkPresent_stateQ(n)Next_stateQ(n+1)

譯碼DataOutZ(n)din狀態(tài)機(jī)分類Moore機(jī)：輸出僅是狀態(tài)的函數(shù)Mealy機(jī)：輸出是狀態(tài)和輸入的函數(shù)10整理ppt狀態(tài)機(jī)的表示方法1方法一：狀態(tài)轉(zhuǎn)換表輸入當(dāng)前狀態(tài)下一狀態(tài)輸出0000001010000000…………11整理ppt狀態(tài)機(jī)的表示方法2方法二：算法流程圖方法與軟件程序的流程圖類似狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和算法流程圖都不適合復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計12整理ppt狀態(tài)機(jī)的表示方法3方法三：狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖這是最流行的表示方法狀態(tài)1狀態(tài)4狀態(tài)2狀態(tài)3入/出入入入/出/出/出Moore條件控制轉(zhuǎn)移直接控制轉(zhuǎn)移13整理ppt狀態(tài)機(jī)的表示方法3方法三：狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖這是最流行的表示方法狀態(tài)1狀態(tài)4狀態(tài)2狀態(tài)3入/出入入入/出/出/出/出Mealy條件控制轉(zhuǎn)移直接控制轉(zhuǎn)移14整理ppt狀態(tài)機(jī)的應(yīng)用設(shè)計例子：設(shè)計一個二進(jìn)制序列檢測器，當(dāng)檢測到10110序列時，就輸出1(一個時鐘周期的脈沖)。其他情況下輸出0。規(guī)定檢測到一次之后，檢測器復(fù)位到最初始的狀態(tài)，重新從頭檢測。如下所示：輸入：01101101101100輸出：0000000100000115整理ppt狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖設(shè)計（Moore）10110S0/0S1/0S2/0S3/0S4/0S5/1Reset11001101001010110s1s2s3s4s5s0問題1：如何保證狀態(tài)機(jī)在初始時狀態(tài)為s0？問題2：在狀態(tài)機(jī)跑飛，即脫離有效狀態(tài)(s0—s5)時，如何使?fàn)顟B(tài)機(jī)能恢復(fù)工作Sx/016整理ppt波形波形如下圖所示問題：如果需要將輸出脈沖往前推一個時鐘周期，該如何修改設(shè)計？1011010110s1s2s3s4s5s0輸入時鐘輸出當(dāng)前狀態(tài)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前狀態(tài)為s4，并且輸入為0時，輸出為1。17整理ppt狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖設(shè)計(Mealy)S0S1S2S3S4S5Reset100110100101sX/0/0/0/0/0/0/0/0/0/1/0/01011010110s1s2s3s4s5s0/00/1s018整理ppt狀態(tài)機(jī)的代碼實(shí)現(xiàn)狀態(tài)定義ArchitecturertlofSynis…-- 其他信號定義。TypeSynFsmStateis(s0,s1,s2,s3,s4,s5);SignalSynCst,SynNst:SynFsmState;Begin…--結(jié)構(gòu)體。Endrtl;19整理ppt狀態(tài)機(jī)的代碼實(shí)現(xiàn)狀態(tài)寄存器進(jìn)程描述狀態(tài)寄存器輸出譯碼下一狀態(tài)譯碼當(dāng)前狀態(tài)輸出下一狀態(tài)輸入時鐘clk20整理ppt狀態(tài)寄存器進(jìn)程描述Process(clk,Reset)Beginif(Reset=‘1’)thenSynCst<=S0;--初始狀態(tài)。elsif(clk’eventandclk=‘1’)thenSynCst<=SynNst;--狀態(tài)轉(zhuǎn)換。endif;Endprocess;21整理ppt狀態(tài)機(jī)的代碼實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程描述狀態(tài)寄存器輸出譯碼下一狀態(tài)譯碼當(dāng)前狀態(tài)輸出下一狀態(tài)輸入時鐘clk22整理ppt狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程描述Process(SynCst,din)BegincaseSynCstiswhens0=>whens1=>…

whens5=>…Endcase;Endprocess;if(din=‘1’)thenSynNst<=s1;elseSynNst<=s0;endif;whenothers=>SynNst<=s0;23整理ppt狀態(tài)機(jī)的代碼實(shí)現(xiàn)輸出進(jìn)程描述狀態(tài)寄存器輸出譯碼下一狀態(tài)譯碼當(dāng)前狀態(tài)輸出下一狀態(tài)輸入時鐘clk24整理ppt輸出進(jìn)程描述Process(SynCst)BegincaseSynCstiswhens0=>

whens1=>…

whens5=>…whenothers=>

Endcase;Endprocess;MooreMealyDout<=‘0’;Dout<=‘0’;Dout<=‘0’if(din=‘1’)thenelseendif;,din)25整理ppt問題：當(dāng)不發(fā)生任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，能否不對SynNst賦值？狀態(tài)轉(zhuǎn)換后，輸出沒有改變時，能否不對輸出賦值？思考126整理ppt思考2Mealy機(jī)的輸入進(jìn)入輸出譯碼模塊，從而輸出可以比Moore機(jī)早一個時鐘周期；但是這同時會造成Mealy機(jī)的什么弱點(diǎn)？如果Mealy機(jī)的輸入有毛刺等干擾，這些干擾信號會直接傳播到輸出端。27整理ppt問題：Mealy機(jī)中，能否用“次態(tài)”信號替代“輸入”信號，與“現(xiàn)態(tài)”信號進(jìn)行譯碼輸出？思考3Regs譯碼ClkPresent_stateQ(n)Next_stateQ(n+1)

譯碼DataOutZ(n)din28整理ppt問題：Mealy機(jī)中，能否用“次態(tài)”信號替代“輸入”信號，與“現(xiàn)態(tài)”信號進(jìn)行譯碼輸出？思考3DataOutZ(n)Regs譯碼ClkPresent_stateQ(n)Next_stateQ(n+1)

譯碼din29整理ppt問題：Mealy機(jī)中，能否用“次態(tài)”信號替代“輸入”信號，與“現(xiàn)態(tài)”信號進(jìn)行譯碼輸出？思考3或者，保留s5態(tài)，然后直接用“次態(tài)”信號進(jìn)行譯碼輸出？Regs譯碼ClkPresent_stateQ(n)Next_stateQ(n+1)

譯碼DataOutZ(n)din30整理ppt狀態(tài)機(jī)設(shè)計小結(jié)Moore機(jī)的輸出z僅是當(dāng)前狀態(tài)q的函數(shù)；而Mealy機(jī)的輸出z是q和輸入a的函數(shù)；Mealy機(jī)的輸出z可以比Moore機(jī)早一個時鐘周期；Mealy機(jī)中，輸入端的干擾容易被傳播到輸出端，而Moore機(jī)則不會。這是Moore機(jī)比Mealy機(jī)穩(wěn)定的地方。31整理ppt狀態(tài)機(jī)設(shè)計小結(jié)記得使用others來包含所有的“無效態(tài)”，以保證狀態(tài)機(jī)的安全運(yùn)作。任何狀態(tài)，任何條件下，都應(yīng)該對“次態(tài)”和所有的輸出z賦值，以避免生成鎖存(后面內(nèi)容會詳細(xì)講述)。32整理ppt再次思考狀態(tài)機(jī)設(shè)計中，如果狀態(tài)數(shù)很多，則狀態(tài)Q的位數(shù)就比較多，從而容易導(dǎo)致輸出