状态机“毛刺”的产生及消除方法

文章摘要：消除状态机输出信号的“毛刺”一般可采用三种方案：(1)调整状态编码，使相邻状态间只有1位信号改变，从而消除竞争冒险的发生条件，避免了毛刺的产生。常采用的编码方式为格雷码。它适用于顺序迁移的状态机。(2)在有限状态机的基础上采用时钟同步信号，即把时钟信号引入组合进程。状态机每一个输出信号都经过附加的输出寄存器,并由时钟信号同步，因而保证了输出信号没有毛刺，如图3所示。这种方法存在一些弊端：由于增加了输出寄存器,硬件开销增大，这对于一些寄存器资源较少的目标芯片是不利的;从状态机的状态位到达输出需要经过两级组合逻辑,这就限制了系统时钟的最高工作频率;由于时钟信号将输出加载到附加的寄存器上,所以在输出

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　　消除状态机输出信号的“毛刺”一般可采用三种方案：

　　(1)调整状态编码，使相邻状态间只有1位信号改变，从而消除竞争冒险的发生条件，避免了毛刺的产生。常采用的编码方式为格雷码。它适用于顺序迁移的状态机。

　　(2)在有限状态机的基础上采用时钟同步信号，即把时钟信号引入组合进程。状态机每一个输出信号都经过附加的输出寄存器,并由时钟信号同步，因而保证了输出信号没有毛刺，如图3所示。这种方法存在一些弊端：由于增加了输出寄存器,硬件开销增大，这对于一些寄存器资源较少的目标芯片是不利的;从状态机的状态位到达输出需要经过两级组合逻辑,这就限制了系统时钟的最高工作频率;由于时钟信号将输出加载到附加的寄存器上,所以在输出端得到信号值的时间要比状态的变化延时一个时钟周期。

　　(3)直接把状态机的状态码作为输出信号，即采用状态码直接输出型状态机，使状态和输出信号一致,使得输出译码电路被优化掉了，因此不会出现竞争冒险。这种方案，占用芯片资源少，信号与状态变化同步，因此速度快，是一种较优方案。但在设计过程中对状态编码时可能增加状态向量，出现多余状态。虽然可用CASE语句中WHENOTHERS来安排多余状态，但有时难以有效控制多余状态,运行时可能会出现难以预料的情况。因此它适用于状态机输出信号较少的场合。

　　若对ADC0809的采样控制采用状态码直接输出型状态机方案，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;

　　when st4 => if (eoc =’0’)then next_state<=st4;else next_state <=st5; end if;

　　when st5 => next_state <=st6;

　　when st6 => next_state <=st0;

　　when thers=> next_state <=st0;

　　end case;

　　out4<=current_state(5 downto 2);

　　ale<=current_state(5); start <=current_state(4);

　　oe<=current_state(3); lock1<=current_state(2);

　　end process;

　　process(clk)

　　begin

　　if (clk’event and clk =‘1’) then

　　current_state <=next_state;

　　end if ;

　　end process ;

　　process (lock1)

　　if lock1=‘1’ and lock1’event then

　　regl<=d ;

　　end if ;

　　end process ;

　　q<=regl;

　　……

　　在数字系统设计中状态机不仅很好地解决了系统的控制问题，而且性能灵活。但由于其输出信号有产生毛刺的可能，为避免造成系统工作混乱，必须针对不同的情况采取适当措施来消除毛刺。

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