(精品)11.10.17状态机-自动售货机.ppt

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1、状态机设计状态机设计-自动售货机自动售货机15.1 5.1 状态机设计相关语句状态机设计相关语句 5.1.1 5.1.1 类型定义语句类型定义语句 TYPE 数据类型名数据类型名 IS 数据类型定义数据类型定义 OF 基本数据类型基本数据类型;或或TYPE 数据类型名数据类型名 IS 数据类型定义数据类型定义;TYPE st1 IS ARRAY(0 TO 15)OF STD_LOGIC;TYPE week IS(sun，mon，tue，wed，thu，fri，sat);TYPE m_state IS (st0，st1，st2，st3，st4，st5);SIGNAL present_state，

2、next_state :m_state ;TYPE BOOLEAN IS(FALSE，TRUE)；25.1 5.1 状态机设计相关语句状态机设计相关语句 5.1.1 5.1.1 类型定义语句类型定义语句 TYPE my_logic IS (1，Z，U，0);SIGNAL s1:my_logic;s1=Z;SUBTYPE 子类型名子类型名 IS 基本数据类型基本数据类型 RANGE 约束范围约束范围;SUBTYPE digits IS INTEGER RANGE 0 to 9;35.1 5.1 状态机设计相关语句状态机设计相关语句 5.1.2 5.1.2 状态机的优势状态机的优势 1状态机克服了

3、纯硬件数字系统顺序方式控制不灵活的缺点；状态机克服了纯硬件数字系统顺序方式控制不灵活的缺点；2 2由于状态机的结构相对简单，设计方案相对固定；由于状态机的结构相对简单，设计方案相对固定；3 3、状态机容易构成性能良好的同步时序逻辑模块；、状态机容易构成性能良好的同步时序逻辑模块；4 4、与、与VHDLVHDL的其他描述方式相比，状态机的的其他描述方式相比，状态机的VHDLVHDL表述丰富多样、表述丰富多样、程序层次分明，结构清晰，易读易懂；在排错、修改和模块移植程序层次分明，结构清晰，易读易懂；在排错、修改和模块移植方面也有其独到的好处；方面也有其独到的好处；5 5、在高速运算和控制方面，状态

4、机更有其巨大的优势。、在高速运算和控制方面，状态机更有其巨大的优势。6 6、高可靠性。、高可靠性。45.1 5.1 状态机设计相关语句状态机设计相关语句 5.1.3 5.1.3 状态机结构状态机结构 1.说明部分说明部分 ARCHITECTURE.IS TYPE FSM_ST IS(s0，s1，s2，s3);SIGNAL current_state,next_state:FSM_ST;.55.1 5.1 状态机设计相关语句状态机设计相关语句 5.1.3 5.1.3 状态机结构状态机结构 2.主控时序进程主控时序进程 图图5-1 一般状态机结构框图一般状态机结构框图 65.1 5.1 状态机设计

5、相关语句状态机设计相关语句 5.1.3 5.1.3 状态机结构状态机结构 3.主控组合进程主控组合进程 4.辅助进程辅助进程 7 状状态态机机(State(State Machine)Machine)是是一一类类很很重重要要的的时时序序电电路路，是是很很多多数数字字电电路路的的核核心心部部件件，是是大大型型电电子子设设计计的的基基础础。状状态态机机相相当当于于一一个个控控制制器器，它它将将一一项项功功能能的的完完成成分分解解为为若若干干步步，每每一一步步对对应应于于二二进进制制的的一一个个状状态态，通通过过预预先先设设计计的的顺顺序序在在各各状状态态之之间间进进行行转转换换，状状态态转转换的过

6、程就是实现逻辑功能的过程。换的过程就是实现逻辑功能的过程。状态机设计状态机设计-自动售货机自动售货机8图图1 1 一般状态机结构框图一般状态机结构框图 9 要求：货物单价要求：货物单价1.5元，元，有有1元和元和0.5元两种硬币，元两种硬币，每次投入一枚硬币，机每次投入一枚硬币，机器能找零。器能找零。自动售货机10状态机设计状态机设计-自动售货机自动售货机 状态转换图状态转换图2 硬件验证测试硬件验证测试4需求分析需求分析3 1 编程及仿真编程及仿真3 3111 1、需求分析、需求分析货物单价：货物单价：1.51.5元元两种硬币：两种硬币：1 1元或元或0.50.5元元每次可投入一枚硬币每次可

7、投入一枚硬币可以输出货物可以输出货物也可能找零也可能找零投币口投币口找零口找零口出出货货口口自动售货机的自动售货机的VHDL设计。要求：设计。要求：121 1、需求分析、需求分析货物单价：货物单价：1.51.5元元两种硬币：两种硬币：1 1元或元或0.50.5元元每次可投入一枚硬币每次可投入一枚硬币可以输出货物可以输出货物也可能找零也可能找零自动售货机的自动售货机的VHDL设计。设计。要求：要求：三种输入：三种输入：0元元 0.5元元 1元元五种状态五种状态已投入已投入0元元已投入已投入0.5元元已投入已投入1元元已投入已投入1.5元元已投入已投入2元元S0S1S2S3S4三种输出：三种输出：

8、无输出无输出有货物，无找零有货物，无找零有货物，并找零有货物，并找零000110IN1Y001011132 2、状态转换图、状态转换图IN1状态状态/YS0/00S2/00S3/10S1/00S4/110000010000000101011010101010142 2、状态转换图、状态转换图IN1状态状态/YS0/00S2/00S3/10S1/00S4/110000010000000101011010101010153 3、编程及仿真、编程及仿真实体实体结构体结构体163 3、编程及仿真、编程及仿真IN1IN1CLKCLKY YZDZDLIBRARY IEEE;USE IEEE.std_log

9、ic_1164.ALL;ENTITY ZD ISPORT(clk,RST:IN std_logic;IN1:IN std_logic_vector(1 DOWNTO 0);Y:OUT std_logic_vector(1 DOWNTO 0);END ZD;RSTRST实体实体173 3、编程及仿真、编程及仿真结结构构体体183 3、编程及仿真、编程及仿真ARCHITECTURE be OF ZD IS BEGINreg:PROCESS(RST,clk)-时序进程 BEGIN End process;com:PROCESS(current_state,IN1)-组合进程 BEGIN End pr

10、ocess;END be;IF RST=1 THEN current_state=S0;ELSIF rising_edge(clk)THEN current_stateWHEN S1=WHEN S2=WHEN S3=WHEN S4=END CASE;Y=00;IF IN1=“00”THEN next_state=S0；ELSIF IN1=01 THEN next_state=S1;ELSIF IN1=10 THEN next_state=S2;END IF;TYPE fsm_st IS(S0,S1,S2,S3,S4);SIGNAL current_state,next_state:fsm_st

11、;193 3、编程及仿真、编程及仿真ARCHITECTURE be OF ZD IS TYPE fsm_st IS(S0,S1,S2,S3,S4);SIGNAL current_state,next_state:fsm_st;BEGINreg:PROCESS(RST,clk)BEGIN IF RST=1 THEN current_state=S0;ELSIF rising_edge(clk)THEN current_stateY=00;IF IN1=00 THEN next_state=S0;ELSIF IN1=01 THEN next_state=S1;ELSIF IN1=10 THEN n

12、ext_stateY=00;IF IN1=“00”THEN next_state=S1；ELSIF IN1=01 THEN next_state=S2;ELSIF IN1=10 THEN next_stateY=00;IF IN1=“00”THEN next_state=S2；ELSIF IN1=01 THEN next_state=S3;ELSIF IN1=10 THEN next_stateY=10;IF IN1=“00”THEN next_state=S0；ELSIF IN1=01 THEN next_state=S1;ELSIF IN1=10 THEN next_stateY=11;I

13、F IN1=00THEN next_state=S0;ELSIF IN1=01 THEN next_state=S1;ELSIF IN1=10 THEN next_state=S2;END IF;END CASE;END PROCESS;END be;213 3、编程及仿真、编程及仿真编程编程223 3、编程及仿真、编程及仿真仿真仿真233 3、编程及仿真、编程及仿真结果分析结果分析244 4、硬件验证测试、硬件验证测试找零找零货物货物0.5元元1元元复位复位硬硬件件管管脚脚定定义义254 4、硬件验证测试、硬件验证测试硬硬件件测测试试结结果果26小结小结状态机的状态机的VHDLVHDL设计模式相对固定，常用两设计模式相对固定，常用两进程，加上必要的辅助进程，有时也用单进程，加上必要的辅助进程，有时也用单进程。进程。状态机处理问题较复杂，应用场合不固定，状态机处理问题较复杂，应用场合不固定，因此用于实际应用时，还要根据情节调整因此用于实际应用时，还要根据情节调整程序。程序。27实验：序列信号检测器实验：序列信号检测器28