十个VHDL状态机实例
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简介：
本书通过十个详细的VHDL语言编写的例子，深入浅出地讲解了状态机的设计与实现。适合电子工程专业学生及工程师参考学习。
状态机在数字电路设计中扮演着至关重要的角色，特别是在VHDL这种硬件描述语言的应用当中。VHDL是一种用于描述数字系统的编程语言，在集成电路设计、FPGA（现场可编程门阵列）以及ASIC（专用集成电路）开发领域广泛应用。
本资料包含十种不同类型的VHDL状态机示例，旨在帮助学习者深入理解并掌握其应用技巧和原理。
一、基本概念
状态机是一种逻辑系统，它具有多个不同的状态，并且能够根据输入信号及当前所处的状态来转换到下一个相应的状态。它可以分为同步与异步两种类型：前者在时钟的触发边沿进行状态转移；后者则基于特定条件立即改变其内部状态。通常情况下，在VHDL中通过过程的方式来实现这种机制，即每个时钟周期内都会对输入信号加以检测并更新相应状态。
二、VHDL中的状态机实现方式
1. Mealy型：输出不仅依赖于当前的状态还取决于外部的输入。
2. Moore型：仅根据内部状态决定输出值而不考虑外界条件的影响。
3. 组合模型：结合Mealy与Moore的特点，综合了两者的优势。
三、设计步骤
1. 定义所有潜在的状态，并用二进制或符号形式表示出来；
2. 制定各状态下可能发生的转换规则并绘制状态图；
3. 对这些状态进行编码以便于硬件实现（如采用二进制或者灰度码）;
4. 编写VHDL代码，包括但不限于状态寄存器、解码逻辑以及控制信号等部分；
5. 根据所选类型确定输出生成方法；
6. 将设计模块化为独立的实体和结构体文件；
7. 使用仿真工具进行功能验证（如ModelSim或Icarus Verilog）;
8. 通过综合与布局布线，最终生成用于FPGA或者ASIC配置的数据。
四、实例应用
压缩包中的示例涵盖了广泛的使用场景：
1. 计数器：执行递增/递减或是循环计数；
2. 指令解码器：解析CPU指令并指导程序流程安排；
3. DMA控制器：管理数据传输，实现高速内存与外设之间的交换任务；
4. UART通信状态机：在串行通讯中负责发送和接收数据的控制工作；
5. 编码/解码设备：执行特定编码算法的功能单元；
6. 图像处理模块：用于图像芯片内的各种操作如滤波、缩放等；
7. 键盘扫描器：识别键盘接口中的按键序列输入信息；
8. 优先级编码器：在多路信号中确定最高等级的活动线路；
9. 音视频同步控制器：确保多媒体系统内音频与视频内容的一致性播放；
10. 总线仲裁单元：管理多个处理器间的总线访问权限。
每个示例都详细展示了状态定义、转换逻辑以及输入输出处理方式。这将帮助学习者深入理解状态机的操作原理，并能在实际项目中灵活运用这些知识和技能，提升VHDL编程及数字电路设计的能力。
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