狀態機的寫法

有限狀態機FSM思想廣泛應用于硬件控制電路設計，也是軟件上常用的一種處理方法（軟件上稱為FMM有限消息機）。它把復雜的控制邏輯分解成有限個穩定狀態，在每個狀態上判斷事件，變連續處理為離散數字處理，符合計算機的工作特點。

有限狀態機的工作原理如圖所示，發生事件（event）后，根據當前狀態（cur_state），決定執行的動作（action），并設置下一個狀態號（nxt_state）。

圖 ?有限狀態機工作原理

下圖為一個狀態機實例的狀態轉移圖，它的含義是：

在s0狀態，如果發生e0事件，那么就執行a0動作，并保持狀態不變；

如果發生e1事件，那么就執行a1動作，并將狀態轉移到s1態；

如果發生e2事件，那么就執行a2動作，并將狀態轉移到s2態；

在s1狀態，如果發生e2事件，那么就執行a2動作，并將狀態轉移到s2態；

在s2狀態，如果發生e0事件，那么就執行a0動作，并將狀態轉移到s0態。

圖0一個有限狀態機實例

有限狀態機不僅能夠用狀態轉移圖表示，還可以用二維的表格代表。一般將當前狀態號寫在橫行上，將事件寫在縱列上，如表1所示。其中“--”表示空（不執行動作，也不進行狀態轉移），“an/sn”表示執行動作an，同時將下一狀態設置為sn。下表和圖0表示的含義是完全相同的。

表 ? 圖2狀態機實例的二維表格表示（動作/下一狀態）

時序邏輯電路的數學模型是有限狀態機（FiniteStateMachine）。時序邏輯電路的設計通常用觸發器來實現，狀態機越復雜，設計過程也越復雜。利用MSI（Medium-ScaleIntegration）也可以實現復雜狀態機，雖然設計過程比利用觸發器實現要復雜，但電路相對簡單。在數字邏輯系統中，計數器是基本部件之一。集成計數器芯片類型很多，文中主要討論使用MSI同步計數器74LS161進行復雜狀態機的設計。

74LS161功能介紹

74LS161的引腳排列和邏輯功能如圖1所示。各引出端的邏輯功能如下。1腳為清零端/RD，低電平有效。2腳為時鐘脈沖輸入端CP，上升沿有效（CP↑）。3~6腳為數據輸入端A0~A3，可預置任意四位二進制數。7腳和10腳分別為計數控制端EP和ET，當其中有一腳為低電平時計數器保持狀態不變，當均為高電平時為計數狀態。9腳為同步并行置數控制端/LD，低電平有效。11~14腳為數據輸出端QQ30~。15腳為進位輸出端RCO，高電平有效。

圖1 ? 四位同步二進制計數器74LS161

（a）引線排列圖；（b）邏輯功能圖