【正文】 第 7章 有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計與 LPM應(yīng)用 EDA技術(shù) 實用教程 X康芯科技 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 用戶自定義數(shù)據(jù)類型定義語句 TYPE語句用法如下： TYPE 數(shù)據(jù)類型名 IS 數(shù)據(jù)類型定義 OF 基本數(shù)據(jù)類型 。 或 TYPE 數(shù)據(jù)類型名 IS 數(shù)據(jù)類型定義 。 以下列出了兩種不同的定義方式： TYPE st1 IS ARRAY ( 0 TO 15 ) OF STD_LOGIC 。 TYPE week IS (sun， mon， tue， wed， thu， fri， sat) 。 X康芯科技 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 用戶自定義數(shù)據(jù)類型定義語句 TYPE m_state IS ( st0， st1， st2， st3， st4， st5 ) 。 SIGNAL present_state， next_state : m_state 。 布爾數(shù)據(jù)類型的定義語句是： TYPE BOOLEAN IS （ FALSE， TRUE） ； TYPE my_logic IS ( 39。139。 ， 39。Z39。 ， 39。U39。 ， 39。039。 ) 。 SIGNAL s1 : my_logic 。 s1 = 39。Z39。 。 X康芯科技 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 用戶自定義數(shù)據(jù)類型定義語句 子類型 SUBTYPE的語句格式如下： SUBTYPE 子類型名 IS 基本數(shù)據(jù)類型 RANGE 約束范圍 。 SUBTYPE digits IS INTEGER RANGE 0 to 9 。 X康芯科技 為什么要使用狀態(tài)機(jī) 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 ? 有限狀態(tài)機(jī)克服了純硬件數(shù)字系統(tǒng)順序方式控制不靈活的缺點。 ? 狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)模式相對簡單 。 ? 狀態(tài)機(jī)容易構(gòu)成性能良好的同步時序邏輯模塊 。 ? 狀態(tài)機(jī)的 VHDL表述豐富多樣 。 ? 在高速運算和控制方面，狀態(tài)機(jī)更有其巨大的優(yōu)勢 。 ? 就可靠性而言，狀態(tài)機(jī)的優(yōu)勢也是十分明顯的 。 X康芯科技 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 1. 說明部分 ARCHITECTURE ...IS TYPE FSM_ST IS (s0， s1， s2， s3)。 SIGNAL current_state, next_state: FSM_ST。 ... X康芯科技 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 2. 主控時序進(jìn)程 c o m b _ o u t p u t ss t a t e _ i n p u t sr e s e tc l kF S M : s _ m a c h i n eC O Mn e x t _ s t a t ec u r r e n t _ s t a t e P R O C E S SR E GP R O C E S S圖 71 一般狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)框圖工作示意圖 X康芯科技 3. 主控組合進(jìn)程 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 控組合進(jìn)程的任務(wù)是根據(jù)外部輸入的控制信號（包括來自狀態(tài)機(jī)外部的信號和來自狀態(tài)機(jī)內(nèi)部其它非主控的組合或時序進(jìn)程的信號），或（和）當(dāng)前狀態(tài)的狀態(tài)值確定下一狀態(tài)（ next_state） 的取向，即 next_state的取值內(nèi)容，以及確定對外輸出或?qū)?nèi)部其它組合或時序進(jìn)程輸出控制信號的內(nèi)容。 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 X康芯科技 4. 輔助進(jìn)程 【 例 71】 LIBRARY IEEE。 USE 。 ENTITY s_machine IS PORT ( clk,reset : IN STD_LOGIC。 state_inputs : IN STD_LOGIC_VECTOR (0 TO 1)。 b_outputs : OUT INTEGER RANGE 0 TO 15 )。 END s_machine。 ARCHITECTURE behv OF s_machine IS TYPE FSM_ST IS (s0, s1, s2, s3)。 SIGNAL current_state, next_state: FSM_ST。 BEGIN REG: PROCESS (reset,clk) BEGIN IF reset = 39。139。 THEN current_state = s0。 ELSIF clk=39。139。 AND clk39。EVENT THEN current_state = next_state。 END IF。 END PROCESS。 COM:PROCESS(current_state, state_Inputs) 接下頁 X康芯科技 BEGIN CASE current_state IS WHEN s0 = b_outputs= 5。 IF state_inputs = 00 THEN next_state=s0。 ELSE next_state=s1。 END IF。 WHEN s1 = b_outputs= 8。 IF state_inputs = 00 THEN next_state=s1。 ELSE next_state=s2。 END IF。 WHEN s2 = b_outputs= 12。 IF state_inputs = 11 THEN next_state = s0。 ELSE next_state = s3。 END IF。 WHEN s3 = b_outputs = 14。 IF state_inputs = 11 THEN next_state = s3。 ELSE next_state = s0。 END IF。 END case。 END PROCESS。 END behv。 接上頁 X康芯科技 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 4. 輔助進(jìn)程 圖 72 例 71狀態(tài)機(jī)的工作時序圖 X康芯科技 多進(jìn)程有限狀態(tài)機(jī) Moore型有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 圖 73 ADC0809工作時序 X康芯科技 多進(jìn)程有限狀態(tài)機(jī) Moore型有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 圖 74 控制 ADC0809采樣狀態(tài)圖 X康芯科技 多進(jìn)程有限狀態(tài)機(jī) 圖 75 采樣狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 X康芯科技 【 例 72】 LIBRARY IEEE。 LIBRARY IEEE。 USE 。 ENTITY ADCINT IS PORT (D : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)。 CLK ,EOC : IN STD_LOGIC。 ALE, START, OE, ADDA,LOCK0 : OUT STD_LOGIC。 Q : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0))。 END ADCINT。 ARCHITECTURE behav OF ADCINT IS TYPE states IS (st0, st1, st2, st3,st4) 。 定義各狀態(tài)子類型 SIGNAL current_state, next_state: states :=st0 。 SIGNAL REGL : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)。 SIGNAL LOCK : STD_LOGIC。 轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)輸出鎖存時鐘信號 BEGIN ADDA = 39。139。當(dāng) ADDA=39。039。， 模擬信號進(jìn)入 0809通道 0；當(dāng) ADDA=39。139。， 則進(jìn)入通道 1 Q = REGL。 LOCK0 = LOCK 。 COM: PROCESS(current_state,EOC) BEGIN 規(guī)定各狀態(tài)轉(zhuǎn)換方式 接下頁 三進(jìn)程有限狀態(tài)機(jī) X康芯科技 CASE current_state IS WHEN st0=ALE=39。039。START=39。039。LOCK=39。039。OE=39。039。 next_state = st1。 0809初始化 WHEN st1=ALE=39。139。START=39。139。LOCK=39。039。OE=39。039。 next_state = st2。 啟動采樣 WHEN st2= ALE=39。039。START=39。039。LOCK=39。039。OE=39。039。 IF (EOC=39。139。) THEN next_state = st3。 EOC=1表明轉(zhuǎn)換結(jié)束 ELSE next_state = st2。 轉(zhuǎn)換未結(jié)束，繼續(xù)等待 END IF 。 WHEN st3= ALE=39。039。START=39。039。LOCK=39。039。OE=39。139。 next_state = st4。開啟 OE,輸出轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù) WHEN st4= ALE=39。039。START=39。039。LOCK=39。139。OE=39。139。 next_state = st0。 WHEN OTHERS = next_state = st0。 END CASE 。 END PROCESS COM 。 REG: PROCESS (CLK) BEGIN IF (CLK39。EVENT AND CLK=39。139。) THEN current_state=next_state。 END IF。 END PROCESS REG 。 由信號 current_state將當(dāng)前狀態(tài)值帶出此進(jìn)程 :REG LATCH1: PROCESS (LOCK) 此進(jìn)程中，在 LOCK的上升沿，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)鎖入 BEGIN IF LOCK=39。139。 AND LOCK39。EVENT THEN REGL = D 。 END IF。 END PROCESS LATCH1 。 END behav。 X康芯科技 多進(jìn)程有限狀態(tài)機(jī) Moore型有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計 圖 76 ADC0809采樣狀態(tài)機(jī)工作時序 X康芯科技 【 例 73】 COM1: PROCESS(current_state,EOC) BEGIN CASE current_state IS WHEN st0= next_state = st1。 WHEN st1= next_state = st2。 WHEN st2= IF (EOC=39。139。) THEN next_state = st3。 ELSE next_state = st2。 END IF 。 WHEN st3= next_state = st4。開啟 OE WHEN st4= next_state = st0。 WHEN OTHERS = next_state = st0。 END CASE 。 END PROCESS COM1 。 COM2: PROCESS(current_state) BEGIN CASE current_state IS WHEN st0=ALE=39。039。START=39。039。LOCK=39。039。OE=39。039。 。 WHEN st1=ALE=39。139。START=39。139。LOCK=39。039。OE=39。039。 。 WHEN st2=ALE=39。039。START=39。039。LOCK=39。039。OE=3