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1、有限状态机基础知识及练习,辅导讲座,状态机一般定义,（Finite State Machine，FSM）,状态机 一个离散数学模型。给定 一个输入集合，根据对输入的接受次序 来决定一个输出集合。（摩尔状态机）,状态 系统的基本数学特征。,有限状态机 输入集合和输出集合 都是有限的，并只有有限数目的状态。,输入集合 A,输出集合 X,状态记忆,输出形成,状态迁移,状态机一般结构,CLK,组合逻辑,时序逻辑,同步,当前状态,后续状态,S,a1,a2,an,x1,x2,xn,状态位置,状态名称,转移方向,输入集合（触发事件）,输出集合（执行动作）,状态等待,状态迁移图,nn,a1,a2,an,x1,
2、x2,xn,状态位置,状态名称,转移方向,输入集合（触发事件）,输出集合（执行动作）,状态等待,状态迁移图,S,状态编码,状态机实例 自动门,有一自动门，它可以被锁上，也可以开锁。当门锁上时，某人可以在它的槽中塞进一枚硬币。这样，门就会自动开锁，转变到开锁的状态；人通过后，门就会自动锁上。我们希望把自动门交给一个简单的 FSM管理。通过对这个简单 FSM 的分析，了解FSM 的设计过程。,自动门的基本状态,加 锁,开 锁,投币/开锁,通过/加锁,初始状态,/加锁,状态机实例,异常处理,通过/报警,投币/谢谢,加 锁,开 锁,投币/开锁,通过/加锁,初始状态,/加锁,状态机实例,自动门的结构简图
3、,状态机实例,控制器,自动门实例的VHDL描述,状态机实例,自动门实例的方真（一）,状态机实例,自动门实例的方真（二）,状态机实例,通过/报警,投币/谢谢,加 锁,开 锁,投币/开锁,通过/加锁,异常处理优化,状态机实例,修改“加锁”状态的异常处理,初始状态,/加锁,投币/谢谢,加 锁,开 锁,投币/开锁,通过/加锁,异常处理优化,状态机实例,修改“加锁”状态的异常处理,初始状态,/加锁,一个更好的异常处理方案,投币/谢谢,加 锁,开 锁,投币/开锁,通过/加锁,初始状态,/加锁,违 例,通过/报警,通过,投币,解警/消除警报,就绪/消除警报、加锁,状态机实例,是否完美了？,？,、撤销“谢谢”
4、,2s/撤销“谢谢”,再问一次：是否完美了？,完美只是相对的！,“就绪”是退出“违例”状态的唯一条件！,状态机实例,诊断处理,投币/谢谢,加 锁,开 锁,投币/开锁,通过/加锁、撤销“谢谢”,初始状态,/加锁,违 例,通过/报警,通过,投币,解警/消除警报,就绪/消除警报、加锁,投币测试,通过测试,投币/谢谢,通过/撤销“谢谢”,H,/撤销“谢谢”,普通模式,诊断模式,复位/消除警报、加锁、撤销“谢谢”,2s/撤销“谢谢”,注意状态的嵌套使用！,超状态,子状态,加锁测试/加锁,开锁测试/开锁,报警测试/报警,解警测试/解警,诊断/状态保护,返回/状态恢复,虚状态（断点保护）,回顾自动门的基本状
5、态,加 锁,开 锁,投币/开锁,通过/加锁,初始状态,/加锁,状态机实例,小 结（概念）,无论对连续系统还是离散系统，状态概念无所不在。FSM 提供了一种描述和控制应用逻辑的非常强大的方法，具有规则简单、可读性和可验证性强等特点。,FSM 也是个不错的工具。很多复杂的逻辑都可以用一张图表来表述。,对一个复杂离散系统而言，使用 FSM 方案几乎无所不能。FSM 在通信协议、图形界面控制和其他很多工程应用中均有其足迹。,明确对象要求，确定输入和输出集合，合 理分配状态。,小 结（方法）,确定状态迁移方向和迁移触发条件，确定 合乎要求的输出集合。,充分预计各种异常情况，确定异常处理策 略及出口。,按照实际需求，制定合理的诊断模式。,完成系统综合。,系统评价，设计验证。,练习（1）：交通信号机,绿信比 1:1,路型 十字交叉,相变周期 20(s),黄(红黄)灯时间 2(s),绿闪周期 0.5(s),绿闪时间 5(s),定时输入 100 Hz,TTL,练习（2）：升降电梯,平层信号开关 每层,楼层数 4 层,楼层数显 1 位十进制,顶层呼叫按钮 向下,底层呼叫按钮 向上,中间层呼叫按钮 向上、向下,运行方向指示 2 LED,
