狀態(tài)機(jī)“毛刺”的產(chǎn)生及消除措施

　　regl=d;

　　end if;

　　end process;

　　q=regl;

　　……

　　其時序仿真波形如圖1所示。

　　Moore型狀態(tài)機(jī)組成框圖如圖2所示。

　　因?yàn)镸oore型狀態(tài)機(jī)的輸出信號來自組合邏輯——輸出譯碼器，輸出信號中帶有“毛刺”，且引起了輸出信號Q的誤動作,結(jié)果從其仿真時序圖中可以發(fā)現(xiàn)。

　　2 毛刺的消除

　　在同步電路中，一般情況下“毛刺”不會產(chǎn)生重大影響。因?yàn)?ldquo;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。但當(dāng)狀態(tài)機(jī)的輸出信號作為其他功能模塊的控制信號，例如作為異步控制、三態(tài)使能控制或時鐘信號使用時，將會使受控模塊發(fā)生誤動作，造成系統(tǒng)工作混亂。因此，在這種情況下必須通過改變設(shè)計(jì)消除毛刺。

　　消除狀態(tài)機(jī)輸出信號的“毛刺”一般可采用三種方案：

　　(1)調(diào)整狀態(tài)編碼，使相鄰狀態(tài)間只有1位信號改變，從而消除競爭冒險(xiǎn)的發(fā)生條件，避免了毛刺的產(chǎn)生。常采用的編碼方式為格雷碼。它適用于順序遷移的狀態(tài)機(jī)。

　　(2)在有限狀態(tài)機(jī)的基礎(chǔ)上采用時鐘同步信號，即把時鐘信號引入組合進(jìn)程。狀態(tài)機(jī)每一個輸出信號都經(jīng)過附加的輸出寄存器,并由時鐘信號同步，因而保證了輸出信號沒有毛刺，如圖3所示。這種方法存在一些弊端：由于增加了輸出寄存器,硬件開銷增大，這對于一些寄存器資源較少的目標(biāo)芯片是不利的;從狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)位到達(dá)輸出需要經(jīng)過兩級組合邏輯,這就限制了系統(tǒng)時鐘的最高工作頻率;由于時鐘信號將輸出加載到附加的寄存器上,所以在輸出端得到信號值的時間要比狀態(tài)的變化延時一個時鐘周期。

　　(3)直接把狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)碼作為輸出信號，即采用狀態(tài)碼直接輸出型狀態(tài)機(jī)，使?fàn)顟B(tài)和輸出信號一致,使得輸出譯碼電路被優(yōu)化掉了，因此不會出現(xiàn)競爭冒險(xiǎn)。這種方案，占用芯片資源少，信號與狀態(tài)變化同步，因此速度快，是一種較優(yōu)方案。但在設(shè)計(jì)過程中對狀態(tài)編碼時可能增加狀態(tài)向量，出現(xiàn)多余狀態(tài)。雖然可用CASE語句中WHENOTHERS來安排多余狀態(tài)，但有時難以有效控制多余狀態(tài),運(yùn)行時可能會出現(xiàn)難以預(yù)料的情況。因此它適用于狀態(tài)機(jī)輸出信號較少的場合。

　　若對ADC0809的采樣控制采用狀態(tài)碼直接輸出型狀態(tài)機(jī)方案，其主要程序如下：

　　begin

　　lock=lock1;

　　process(current_state,eoc)

　　begin

　　case current_state IS

　　when st0 => next_state =st1;

　　when st1 => next_state =st2;

　　when st2 => next_state =st3;

　　when st3 => if (eoc =‘1’)then next_state =st3; else next_state =st4;end if;