米利型与穆尔型状态图详解：状态机经典构造

状态机是一种在数字系统设计中广泛应用的抽象模型，用于描述系统的动态行为。在本课件中，重点讲解了状态机的状态图表示法，这是一种直观的方式来展示状态机的工作原理和状态转换。 5.1.1状态机的基本结构及类型 有限状态机（FSM）由三个基本部分组成：(1)下一状态逻辑电路，决定状态转移；(2)时序逻辑电路，保存当前状态；(3)输出组合逻辑电路，生成输出信号。FSM的特点是状态数量有限，且状态转换在同一个时钟周期同步进行，因此被称为时钟同步状态机。状态机通常分为两类：米利型（Mealy）和穆尔型。米利型状态机的输出不仅取决于当前状态，还与输入信号相关；而穆尔型状态机的输出仅由触发器的状态决定，不受当前输入影响。 5.1.2状态机的状态图表示法 米利型状态图用圆圈表示状态，圆圈内的符号标记状态，箭头表示状态转换。无条件转移如从A到B无需特定输入条件，而有条件转移则需要满足特定的输入信号。然而，米利型状态图的输出表示可能造成误解，因为输出并非仅在状态改变时发生，而是依据当前状态和输入共同作用。相比之下，穆尔型状态图更简洁，将输出直接标注在状态圆圈内，反映状态本身已决定了输出。 5.1.3状态机设计步骤 设计状态机通常包括以下步骤：首先定义问题域和状态集，然后确定状态转移规则，接着确定初始状态和最终状态，最后编写状态机的行为描述，如Verilog HDL语言。通过状态图，设计师能够清晰地看到系统在各种输入条件下如何响应，这对于理解和调试复杂逻辑非常有用。 总结来说，本课件深入讲解了状态机的基础概念、不同类型、以及如何通过状态图来可视化其工作过程。对于FPGA设计者而言，理解并熟练运用这些技术是至关重要的，因为状态机是实现数字逻辑控制的核心组成部分，尤其是在设计复杂的定时器、编码器、解码器等应用时。掌握状态机的设计和表示方法能极大地提升设计效率和系统的可靠性。