有限状态机详解：Moore型与Mealy型

"有限状态机 状态机 单片机" 有限状态机（Finite State Machine, FSM）在计算机科学和电子工程中扮演着至关重要的角色，特别是在单片机设计和控制逻辑中。有限状态机是一种数学模型，用于描述一个系统随时间变化的行为，其状态会根据输入和当前状态进行转换。这种模型被广泛应用于硬件设计、软件编程、协议解析、自动机理论等多个领域。 1. **基本概念** - 有限状态机的定义：它是一个计算设备，其行为由一组有限的状态以及从一个状态到另一个状态的转移规则定义。输出取决于过去的输入序列以及当前的输入。 - 状态寄存器：存储状态机当前状态的寄存器，状态的改变依赖于输入和当前状态寄存器的值。 2. **组成部分** - 组合逻辑与寄存器逻辑：组合逻辑负责计算下一个状态和输出，寄存器逻辑则保存当前状态。 - 次态逻辑：确定状态机的下一个状态。 - 输出逻辑：基于当前状态生成输出信号。 3. **类型** - Moore型有限状态机：输出仅依赖于当前状态，不直接受输入信号影响。Moore型状态机的输出在状态转换期间保持不变，直到新状态生效。 - Mealy型有限状态机：输出既依赖于当前状态也依赖于当前的输入信号。因此，Mealy型状态机的输出可能在输入改变时立即变化。 4. **结构** - Moore型和Mealy型有限状态机的结构框图展示了它们的内部工作原理，包括状态寄存器、组合逻辑等。 5. **区别** - Moore型状态机简单明了，但可能需要更多的状态来实现相同功能。 - Mealy型状态机更灵活，但可能更复杂，因为输出与输入信号直接相关。 6. **选择标准** - 当需要独立于输入的稳定输出时，Moore型可能更适合。 - 若输出必须立即响应输入变化，Mealy型可能是更好的选择。 在单片机设计中，有限状态机常用于控制流程，例如处理中断、通信协议、数据处理等。通过合理设计状态机，可以有效地实现复杂的控制逻辑，同时保持代码清晰和可维护性。了解和掌握有限状态机的设计原则和类型，对于理解和实现单片机控制系统至关重要。