基于VHDL的有限状态机设计技术

有限状态机设计技术 有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种基于quartus ii 的设计技术，适合初学者使用，是FPGA开发必学的资源。下面是有限状态机设计技术的详细知识点： 一、有限状态机的基本概念 有限状态机是一种抽象的数学模型，用于描述一个系统的状态转换和行为。它由一个有限的状态集合、一个初始状态、一个输入alphabet、一个状态转换函数和一个输出函数组成。 二、VHDL中的有限状态机设计 在VHDL中，有限状态机可以使用TYPE语句来定义状态类型。例如： ```vhdl TYPE m_state IS (st0, st1, st2, st3, st4, st5); SIGNAL present_state, next_state : m_state; ``` 其中，m_state是状态类型，present_state和next_state是状态信号。 三、有限状态机的优点 有限状态机有以下优点： 1. 克服了纯硬件数字系统顺序方式控制不灵活的缺点。 2. 状态机的结构相对简单，设计方案相对固定。 3. 状态机容易构成性能良好的同步时序逻辑模块。 4. 状态机的VHDL表述丰富多样、有其独到的好处。 5. 在高速运算和控制方面，状态机更有其巨大的优势。 6. 高可靠性。 四、一般状态机的结构 一般状态机的结构可以分为以下几个部分： 1. 说明部分：在ARCHITECTURE和BEGIN之间，用于定义状态类型和信号。 2. 主控时序进程：用于实现状态机的状态转换和输出。 例如： ```vhdl ARCHITECTURE IS TYPE FSM_ST IS (s0, s1, s2, s3); SIGNAL current_state, next_state : FSM_ST; ... BEGIN PROCESS ... END PROCESS; ``` 五、有限状态机的应用 有限状态机广泛应用于数字电路设计、计算机系统设计、通信系统设计等领域。它可以用于实现复杂的控制逻辑、状态机制和同步时序逻辑等。 六、VHDL中的有限状态机设计技术 在VHDL中，有限状态机设计技术可以使用TYPE语句、SUBTYPE语句和PROCESS语句来实现。例如： ```vhdl TYPE BOOLEAN IS (FALSE, TRUE); SUBTYPE digits IS INTEGER RANGE 0 TO 9; PROCESS ... END PROCESS; ``` 七、结论 有限状态机设计技术是FPGA开发中的一个重要技术，适合初学者使用。通过本章的学习，读者可以了解有限状态机的基本概念、优点、结构和应用，并掌握VHDL中的有限状态机设计技术。