基于有限狀態(tài)機的飛行器自毀系統(tǒng)時序控制設計

不用的分類規(guī)則，狀態(tài)機分類也不同。在實際的應用中，根據(jù)有限狀態(tài)機是否使用輸入信號，設計人員經(jīng)常將其劃分為Moore有限狀態(tài)機和Mealy型有限狀態(tài)機兩種類型。Moore型狀態(tài)機的輸出只與當前的狀態(tài)有關而與輸入無關，而Mealy型狀態(tài)機的輸出不僅與當前狀態(tài)有關，還與當前的輸入有關，它們共同決定Mealy狀態(tài)機的輸出。圖2和圖3分別表示了Moore，Mealy狀態(tài)機的結構圖。

有限狀態(tài)機還有很多分類方法，比如根據(jù)復位信號的不同可以分為同步復位狀態(tài)機和異步復位狀態(tài)機。根據(jù)輸出是否寄存分為直接輸出、寄存輸出、根據(jù)狀態(tài)編碼輸出等類型。
對于Moore型有限狀態(tài)機，輸出信號將在時鐘信號的觸發(fā)沿到的幾個門時延后得到輸出值，同時在該時鐘周期的剩余時間內(nèi)保持不變，即使輸入信號在該時鐘周期內(nèi)發(fā)生變化，輸出信號的值也不會改變。由于Moore型有限狀態(tài)機的輸出與當前的輸入部分無關，因此當前輸入產(chǎn)生的任何效果將會延遲到下一個時鐘周期。可見，Moore型狀態(tài)機的最大優(yōu)點就是可以將輸入部分與輸出部分隔離開。
對于Mealy型有限狀態(tài)機，由于它的輸出是輸入信號的函數(shù)，因此如果輸入信號發(fā)生變化，則輸出可以在1個時鐘周期的中間發(fā)生改變。與Moore型有限狀態(tài)機相比，它對輸入信號的變化相應要早1個時鐘周期。但它也會將輸入端口的噪聲傳遞給輸出信號。
綜合以上幾點的考慮，該設計采用Moore型有限狀態(tài)機實現(xiàn)飛行器自毀系統(tǒng)的時序控制。
2．2 毛刺和信號時延處理
Moore型有限狀態(tài)由于有組合邏輯進程的存在，狀態(tài)機輸出信號會出現(xiàn)毛刺(競爭冒險現(xiàn)象)；另一方面，如果狀態(tài)信號是多位值的，則在電路中對應了多條信號線。由于存在傳輸延遲，各信號線上的值發(fā)生改變的時間則存在先后，從而使得狀態(tài)遷移時在初始狀態(tài)和目的狀態(tài)之間出現(xiàn)臨時狀態(tài)，因此出現(xiàn)毛刺。
參考各方面文獻，現(xiàn)在消除輸出信號的“毛刺”一般可采用3種方案：一是調整狀態(tài)編碼，使相鄰狀態(tài)間只有1位信號改變，從而消除競爭冒險的發(fā)生條件，避免了毛刺的產(chǎn)生。這種方案適用于順序遷移的狀態(tài)機；二是在有限狀態(tài)機的基礎上采用時鐘同步信號，即把時鐘信號引入組合進程。狀態(tài)機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。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芯片是不利的；從狀態(tài)機的狀態(tài)位到達輸出需要經(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比狀態(tài)的變化延時1個時鐘周期；三是直接把狀態(tài)機的狀態(tài)碼作為輸出信號，即采用狀態(tài)碼直接輸出型狀態(tài)機，使狀態(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。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。