自动售货机VHDL设计
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moore reset clk state_inputs
current _state next_st ate
state_inputs
architecture be of moore is type fsm_st is (s0, s1, s2,s3,s4); signal current_state, next_state: fsm_st; begin reg: process (reset,clk) begin if reset = '1' then current_state <= s0; --发生 发生reset异步复位 发生 异步复位 elsif rising_edge(clk) then current_state <= next_state; end if; end process; --发生 时钟上升沿 发生clk时钟上升沿 发生 --进行状态转换 进行状态转换 --时序进程 时序进程 --状态的枚举类型定义 状态的枚举类型 状态的枚举类型定义 --状态信号的定义 状态信号的定义
6.3 有限状态机设计
有限状态机分类：根据状态机输出的不同， 有限状态机分类：根据状态机输出的不同，分 型和Moore型两种状态机。， 型两种状态机。， 类Mealy型和 型和 型两种状态机
Mealy型状态机：其输出是当前状态和输入信号的函数 型状态机： 型状态机 Moore型状态机：只是当前状态的函数。 型状态机：只是当前状态的函数。 型状态机Biblioteka Baidu
com: process (current_state, state_Inputs) --组合进程 组合进程 begin S0/00 case current_state is 现态s0，输出00 when s0 => comb_outputs<= "00"; --现态 ，输出 现态 if --输入不同，次态不同 输入不同， 输入不同 state_inputs = "00" then next_state<=s0; --输入 ，次态 输入00，次态s0 输入 elsif state_inputs = "01" then next_state<=s1; --输入 ，次态 输入01，次态s1 输入 elsif state_inputs = "10" then next_state<=s2; --输入 ，次态 输入10，次态s2 输入 end if; S1/00 现态 ，输出 --现态 现态s1，输出00 when s1 =>comb_outputs<= "00"; if state_inputs = "00" then next_state<=s1; --输入不同，次态不同 输入不同， 输入不同 elsif state_inputs = "01" then next_state<=s2; elsif state_inputs = "10" then next_state<=s3; end if;
设计可以在实验箱上完成。 该moore.vhd设计可以在实验箱上完成。 设计可以在实验箱上完成 课设： 课设： 设计并制作一个投币取物机。完成自动售 设计并制作一个投币取物机。 货机VHDL设计。要求：有两种硬币：1元 设计。要求：有两种硬币： 元 货机 设计 角硬币输出货物， 或5角，投入 元5角硬币输出货物，投入 角 投入1元 角硬币输出货物 投入2 元硬币输出货物并找5角零钱。 元硬币输出货物并找 角零钱。 角零钱
when s2 =>comb_outputs<= "00"; --现态 现态s2 现态 if state_inputs = "00" then next_state<=s2; --输入不同，次态不同 输入不同， 输入不同 elsif state_inputs = "01" then next_state<=s3; elsif state_inputs = "10" then next_state<=s4; end if; when s3 =>comb_outputs<= "10"; --现态 ，输出 现态s3，输出10 现态 if state_inputs = "00" then next_state<=s0; --输入不同，次态不同 输入不同， 输入不同 elsif state_inputs = "01" then next_state<=s1; elsif state_inputs = "10" then next_state<=s2; end if; when s4 =>comb_outputs<= "11"; --现态 ，输出 现态s4，输出11 现态 if state_inputs = "00" then next_state<=s0; --输入不同，次态不同 输入不同， 输入不同 elsif state_inputs = "01" then next_state<=s1; elsif state_inputs = "10" then next_state<=s2; end if; end case; end process; end be;
型状态机设计， 设计。 例6.15： Moore型状态机设计，完成自动售货机 ： 型状态机设计 完成自动售货机VHDL设计。 设计 要求：有两种硬币： 元和 元和5角 投入1元 角硬币输出货物 角硬币输出货物， 要求：有两种硬币：1元和 角，投入 元5角硬币输出货物，投入 2元硬币输出货物并找 角零钱。 元硬币输出货物并找5角零钱 元硬币输出货物并找 角零钱。 状态定义： 表示初态 表示初态， 表示投入 角硬币， 表示投入 表示投入5角硬币 表示投入1元硬 状态定义：S0表示初态，S1表示投入 角硬币，S2表示投入 元硬 表示投入1元 角硬币 角硬币， 表示投入 元硬币。 表示投入2元硬币 币，S3表示投入 元5角硬币，S4表示投入 元硬币。 表示投入 输入信号： 表示投入1元硬币 输入信号：state_input (0)表示投入 元硬币，state_input (1)表示 表示投入 元硬币， 表示 投入5角硬币 输入信号为1表示投入硬币 输入信号为0表示未 角硬币。 表示投入硬币， 投入 角硬币。输入信号为 表示投入硬币，输入信号为 表示未 投入硬币。 投入硬币。 输出信号： 表示输出货物， moore 输出信号：comb_outputs (0)表示输出货物， comb_outputs (1)表 表示输出货物 表 reset 示找5角零钱 输出信号为1表示输出货物或找钱 输入信号为0 角零钱。 表示输出货物或找钱， 示找 角零钱。输出信号为 表示输出货物或找钱，输入信号为 current state_inputs _state clk 表示不输出货物或不找钱。 表示不输出货物或不找钱。 state_inputs next_st 根据设计要求分析，得到状态转换图如图所示。状态S0、 、 根据设计要求分析，得到状态转换图如图所示。状态 、S1、
S0表示初态 表示初态
状态/输出 状态 输出 元角/物零 元角 物零
2元硬币 元硬币
输入信号
5角硬币 角硬币
输出信号： 输出信号： comb_outputs (0)表示输 表示输 出货物， 出货物， comb_outputs (1)表示找 角零钱。输出 表示找5角零钱 表示找 角零钱。 信号为1表示输出货物或 信号为 表示输出货物或 找钱，输入信号为0表示 找钱，输入信号为 表示 不输出货物或不找钱。 不输出货物或不找钱。 根据设计要求分析，得到 根据设计要求分析， 状态转换图如图所示。 状态转换图如图所示。状 态S0、S1、S2、S3和S4； 、 、 、 和 ； 输入state_inputs(0,1)；输 输入 ； 出comb_outputs(0,1)；输 ； 出仅与状态有关，因此将 出仅与状态有关， 输出写在状态圈内部。 输出写在状态圈内部。
1元硬币 元硬币
1元5角 元 角
library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity moore is port ( clk,reset : in std_logic; state_inputs : in std_logic_vector (0 to 1); comb_outputs : out std_logic_vector (0 to 1)); end moore;
ate
S2、S3和S4；输入 、 和 ；输入state_inputs(0,1)；输出 ；输出comb_outputs(0,1)；输 ； 出仅与状态有关，因此将输出写在状态圈内部。 出仅与状态有关，因此将输出写在状态圈内部。
状态定义： 表示初态 表示初态， 状态定义：S0表示初态， S1表示投入 角硬币，S2 表示投入5角硬币 表示投入 角硬币， 表示投入1元硬币 元硬币， 表 表示投入 元硬币，S3表 示投入1元 角硬币 角硬币， 表 示投入 元5角硬币，S4表 示投入2元硬币 元硬币。 示投入 元硬币。
元角
输入信号： 输入信号： state_input (0)表示投入 表示投入1 表示投入 元硬币， 元硬币， state_input (1)表示投入 表示投入5 表示投入 角硬币。 角硬币。 输入信号为1表示投入硬 输入信号为 表示投入硬 输入信号为0表示未 币，输入信号为 表示未 投入硬币。 投入硬币。
moore.vhd仿真波形分析：输入为10时，表示投入一元硬币，状 仿真波形分析：输入为 时 表示投入一元硬币， 仿真波形分析 态由s0转换到 状态 当再次检测到投入一元硬币，则状态由s2 态由 转换到s2状态，当再次检测到投入一元硬币，则状态由 转换到 状态， 转换到s4状态，输出 ，表明输出货物且找零钱。 转换到 状态，输出11，表明输出货物且找零钱。如果检测到投 状态 入了3次 角硬币 状态变化顺序为s0→s1→s2→s3，到状态变化 角硬币， 入了 次5角硬币，状态变化顺序为 ， 到s3时，输出 ，表明输出货物且不找零钱。 时 输出10，表明输出货物且不找零钱。
有限状态机设计描述的组成部分：说明部分、 有限状态机设计描述的组成部分：说明部分、时序进 程、组合进程和辅助进程。 组合进程和辅助进程。 说明部分：进行状态机的状态名定义，其数据类型是 说明部分：进行状态机的状态名定义， 枚举类型。 枚举类型。 时序进程：说明在时钟信号的作用下， 时序进程：说明在时钟信号的作用下，状态是如何转 换的。 换的。 组合进程： 组合进程：根据输入信号和状态确定输出以及状态机 内部所需的控制信号。 内部所需的控制信号。 辅助进程：配合时序进程和组合进程，提供数据锁存 辅助进程：配合时序进程和组合进程， 等功能。 等功能。
current _state next_st ate
state_inputs
architecture be of moore is type fsm_st is (s0, s1, s2,s3,s4); signal current_state, next_state: fsm_st; begin reg: process (reset,clk) begin if reset = '1' then current_state <= s0; --发生 发生reset异步复位 发生 异步复位 elsif rising_edge(clk) then current_state <= next_state; end if; end process; --发生 时钟上升沿 发生clk时钟上升沿 发生 --进行状态转换 进行状态转换 --时序进程 时序进程 --状态的枚举类型定义 状态的枚举类型 状态的枚举类型定义 --状态信号的定义 状态信号的定义
6.3 有限状态机设计
有限状态机分类：根据状态机输出的不同， 有限状态机分类：根据状态机输出的不同，分 型和Moore型两种状态机。， 型两种状态机。， 类Mealy型和 型和 型两种状态机
Mealy型状态机：其输出是当前状态和输入信号的函数 型状态机： 型状态机 Moore型状态机：只是当前状态的函数。 型状态机：只是当前状态的函数。 型状态机Biblioteka Baidu
com: process (current_state, state_Inputs) --组合进程 组合进程 begin S0/00 case current_state is 现态s0，输出00 when s0 => comb_outputs<= "00"; --现态 ，输出 现态 if --输入不同，次态不同 输入不同， 输入不同 state_inputs = "00" then next_state<=s0; --输入 ，次态 输入00，次态s0 输入 elsif state_inputs = "01" then next_state<=s1; --输入 ，次态 输入01，次态s1 输入 elsif state_inputs = "10" then next_state<=s2; --输入 ，次态 输入10，次态s2 输入 end if; S1/00 现态 ，输出 --现态 现态s1，输出00 when s1 =>comb_outputs<= "00"; if state_inputs = "00" then next_state<=s1; --输入不同，次态不同 输入不同， 输入不同 elsif state_inputs = "01" then next_state<=s2; elsif state_inputs = "10" then next_state<=s3; end if;
设计可以在实验箱上完成。 该moore.vhd设计可以在实验箱上完成。 设计可以在实验箱上完成 课设： 课设： 设计并制作一个投币取物机。完成自动售 设计并制作一个投币取物机。 货机VHDL设计。要求：有两种硬币：1元 设计。要求：有两种硬币： 元 货机 设计 角硬币输出货物， 或5角，投入 元5角硬币输出货物，投入 角 投入1元 角硬币输出货物 投入2 元硬币输出货物并找5角零钱。 元硬币输出货物并找 角零钱。 角零钱
when s2 =>comb_outputs<= "00"; --现态 现态s2 现态 if state_inputs = "00" then next_state<=s2; --输入不同，次态不同 输入不同， 输入不同 elsif state_inputs = "01" then next_state<=s3; elsif state_inputs = "10" then next_state<=s4; end if; when s3 =>comb_outputs<= "10"; --现态 ，输出 现态s3，输出10 现态 if state_inputs = "00" then next_state<=s0; --输入不同，次态不同 输入不同， 输入不同 elsif state_inputs = "01" then next_state<=s1; elsif state_inputs = "10" then next_state<=s2; end if; when s4 =>comb_outputs<= "11"; --现态 ，输出 现态s4，输出11 现态 if state_inputs = "00" then next_state<=s0; --输入不同，次态不同 输入不同， 输入不同 elsif state_inputs = "01" then next_state<=s1; elsif state_inputs = "10" then next_state<=s2; end if; end case; end process; end be;
型状态机设计， 设计。 例6.15： Moore型状态机设计，完成自动售货机 ： 型状态机设计 完成自动售货机VHDL设计。 设计 要求：有两种硬币： 元和 元和5角 投入1元 角硬币输出货物 角硬币输出货物， 要求：有两种硬币：1元和 角，投入 元5角硬币输出货物，投入 2元硬币输出货物并找 角零钱。 元硬币输出货物并找5角零钱 元硬币输出货物并找 角零钱。 状态定义： 表示初态 表示初态， 表示投入 角硬币， 表示投入 表示投入5角硬币 表示投入1元硬 状态定义：S0表示初态，S1表示投入 角硬币，S2表示投入 元硬 表示投入1元 角硬币 角硬币， 表示投入 元硬币。 表示投入2元硬币 币，S3表示投入 元5角硬币，S4表示投入 元硬币。 表示投入 输入信号： 表示投入1元硬币 输入信号：state_input (0)表示投入 元硬币，state_input (1)表示 表示投入 元硬币， 表示 投入5角硬币 输入信号为1表示投入硬币 输入信号为0表示未 角硬币。 表示投入硬币， 投入 角硬币。输入信号为 表示投入硬币，输入信号为 表示未 投入硬币。 投入硬币。 输出信号： 表示输出货物， moore 输出信号：comb_outputs (0)表示输出货物， comb_outputs (1)表 表示输出货物 表 reset 示找5角零钱 输出信号为1表示输出货物或找钱 输入信号为0 角零钱。 表示输出货物或找钱， 示找 角零钱。输出信号为 表示输出货物或找钱，输入信号为 current state_inputs _state clk 表示不输出货物或不找钱。 表示不输出货物或不找钱。 state_inputs next_st 根据设计要求分析，得到状态转换图如图所示。状态S0、 、 根据设计要求分析，得到状态转换图如图所示。状态 、S1、
S0表示初态 表示初态
状态/输出 状态 输出 元角/物零 元角 物零
2元硬币 元硬币
输入信号
5角硬币 角硬币
输出信号： 输出信号： comb_outputs (0)表示输 表示输 出货物， 出货物， comb_outputs (1)表示找 角零钱。输出 表示找5角零钱 表示找 角零钱。 信号为1表示输出货物或 信号为 表示输出货物或 找钱，输入信号为0表示 找钱，输入信号为 表示 不输出货物或不找钱。 不输出货物或不找钱。 根据设计要求分析，得到 根据设计要求分析， 状态转换图如图所示。 状态转换图如图所示。状 态S0、S1、S2、S3和S4； 、 、 、 和 ； 输入state_inputs(0,1)；输 输入 ； 出comb_outputs(0,1)；输 ； 出仅与状态有关，因此将 出仅与状态有关， 输出写在状态圈内部。 输出写在状态圈内部。
1元硬币 元硬币
1元5角 元 角
library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity moore is port ( clk,reset : in std_logic; state_inputs : in std_logic_vector (0 to 1); comb_outputs : out std_logic_vector (0 to 1)); end moore;
ate
S2、S3和S4；输入 、 和 ；输入state_inputs(0,1)；输出 ；输出comb_outputs(0,1)；输 ； 出仅与状态有关，因此将输出写在状态圈内部。 出仅与状态有关，因此将输出写在状态圈内部。
状态定义： 表示初态 表示初态， 状态定义：S0表示初态， S1表示投入 角硬币，S2 表示投入5角硬币 表示投入 角硬币， 表示投入1元硬币 元硬币， 表 表示投入 元硬币，S3表 示投入1元 角硬币 角硬币， 表 示投入 元5角硬币，S4表 示投入2元硬币 元硬币。 示投入 元硬币。
元角
输入信号： 输入信号： state_input (0)表示投入 表示投入1 表示投入 元硬币， 元硬币， state_input (1)表示投入 表示投入5 表示投入 角硬币。 角硬币。 输入信号为1表示投入硬 输入信号为 表示投入硬 输入信号为0表示未 币，输入信号为 表示未 投入硬币。 投入硬币。
moore.vhd仿真波形分析：输入为10时，表示投入一元硬币，状 仿真波形分析：输入为 时 表示投入一元硬币， 仿真波形分析 态由s0转换到 状态 当再次检测到投入一元硬币，则状态由s2 态由 转换到s2状态，当再次检测到投入一元硬币，则状态由 转换到 状态， 转换到s4状态，输出 ，表明输出货物且找零钱。 转换到 状态，输出11，表明输出货物且找零钱。如果检测到投 状态 入了3次 角硬币 状态变化顺序为s0→s1→s2→s3，到状态变化 角硬币， 入了 次5角硬币，状态变化顺序为 ， 到s3时，输出 ，表明输出货物且不找零钱。 时 输出10，表明输出货物且不找零钱。
有限状态机设计描述的组成部分：说明部分、 有限状态机设计描述的组成部分：说明部分、时序进 程、组合进程和辅助进程。 组合进程和辅助进程。 说明部分：进行状态机的状态名定义，其数据类型是 说明部分：进行状态机的状态名定义， 枚举类型。 枚举类型。 时序进程：说明在时钟信号的作用下， 时序进程：说明在时钟信号的作用下，状态是如何转 换的。 换的。 组合进程： 组合进程：根据输入信号和状态确定输出以及状态机 内部所需的控制信号。 内部所需的控制信号。 辅助进程：配合时序进程和组合进程，提供数据锁存 辅助进程：配合时序进程和组合进程， 等功能。 等功能。