用VHDL設(shè)計有限狀態(tài)機的方法

end if；

end process state_clocked；

end state_machine；利用EDA軟件MAX+plus Ⅱ?qū)υ摮绦蜻M行編譯、仿真，其仿真波形見圖4。

　從圖4仿真波形圖上可以看出，狀態(tài)機的輸出信號有許多“毛刺”產(chǎn)生。如何消除這些“毛刺”是下面將討論的問題。

3 在狀態(tài)機設(shè)計中如何消除“毛刺”

　　在同步電路中，一般情況下“毛刺”不會產(chǎn)生重大影響。因為“毛刺”僅發(fā)生在時鐘有效邊沿之后的一小段時間內(nèi)，只要在下一個時鐘有效邊沿到來之前“毛刺”消失即可。但是，由于狀態(tài)機的輸出信號都是作為其它功能模塊的控制信號，如果這些控制信號作為異步控制(如本系統(tǒng)中的CLR)、三態(tài)使能控制或時鐘信號來使用，則將會使受控模塊發(fā)生誤動作，造成系統(tǒng)工作混亂。因此，在這種情況下必須保證狀態(tài)機的輸出沒有“毛刺”。

　　消除狀態(tài)機輸出信號的“毛刺”有以下三種方案:

　　·在狀態(tài)機輸出信號較少的情況下，直接把狀態(tài)作為輸出信號;

　　·對于順序遷移的狀態(tài)機，選擇雷格碼作為狀態(tài)編碼;

　　·在Moore型或Mealy型狀態(tài)機基礎(chǔ)上，用時鐘同步輸出信號。

　　本設(shè)計采用后兩種方案，較簡便。雷格碼的特點是:當狀態(tài)機改變狀態(tài)時，狀態(tài)向量中僅1位發(fā)生變化。與前面用可枚舉類型定義的狀態(tài)變量不同，現(xiàn)在選用常數(shù)來指定各狀態(tài)變量的取值為格雷碼。修改部分設(shè)計程序如下:

若要完全消除狀態(tài)機的“毛刺”，則應采用第三種方案。這時，設(shè)計程序要作相應改變，狀態(tài)的轉(zhuǎn)移和輸出信號的賦值要寫在同一個時鐘進程中。

　　綜上所述，采用VHDL設(shè)計狀態(tài)機，能夠大大降低設(shè)計難度。使用雙進程描述風格編寫VHDL設(shè)計程序，可以清楚地在一個進程中確定狀態(tài)的轉(zhuǎn)移和對輸出的賦值，而且具有易于建立、理解和維護的優(yōu)點。特別針對大型或具有大量狀態(tài)轉(zhuǎn)移和輸出信號的狀態(tài)機設(shè)計，將會更加顯示出它的優(yōu)勢。對于狀態(tài)機輸出信號所產(chǎn)生的“毛刺”，可以按照系統(tǒng)的要求，根據(jù)不同的情況采用相應的設(shè)計方案予以消除