مثال‌هایی از انواع ماشین حالت (FSM) در VHDL

در این بخش، چند مثال از ماشین حالت Moore و Mealy ارائه می‌کنیم تا تفاوت آن‌ها را بهتر درک کنید.

1️⃣ مثال: ماشین حالت Moore - تشخیص الگوی "101"

در این ماشین حالت، خروجی تنها به حالت فعلی بستگی دارد.

🔹 تعریف حالات

 type state_type is (S0, S1, S2, S3); 
signal current_state, next_state : state_type; 

🔹 فرآیند تغییر حالت

 process (clk, rst) 
begin 
if rst = '1' then  
current_state <= S0;   
elsif rising_edge(clk) then  
current_state <= next_state;   
end if;  
end process; 

🔹 فرآیند انتقال بین حالت‌ها

 process (current_state, input_signal) begin 
case current_state is 
when S0 => 
if input_signal = '1' then 
next_state <= S1; 
else next_state <= S0; 
end if; 
when S1 => 
if input_signal = '0' then 
next_state <= S2; 
else 
next_state <= S1; 
end if; 
when S2 => 
if input_signal = '1' 
then next_state <= S3; 
else next_state <= S0; 
end if; 
when S3 => 
next_state <= S0; 
when others => 
next_state <= S0; 
end case; 
end process; 

🔹 تولید خروجی

 process (current_state) begin 
case current_state is 
when S3 => 
output_signal <= '1'; 
when others => 
output_signal <= '0'; 
end case; 
end process; 

2️⃣ مثال: ماشین حالت Mealy - تشخیص الگوی "101"

در این ماشین حالت، خروجی علاوه بر حالت فعلی، به ورودی نیز وابسته است.

🔹 فرآیند تغییر حالت

 process (clk, rst) 
begin 
if rst = '1' then 
current_state <= S0; 
elsif rising_edge(clk) then 
current_state <= next_state; 
end if; 
end process; 

🔹 فرآیند انتقال بین حالت‌ها

 process (current_state, input_signal) begin 
case current_state is 
when S0 => 
if input_signal = '1' then 
next_state <= S1; 
else next_state <= S0; 
end if; 
when S1 => 
if input_signal = '0' then 
next_state <= S2; 
else next_state <= S1; 
end if; 
when S2 => 
if input_signal = '1' then 
next_state <= S1; 
else next_state <= S0; 
end if; 
when others => 
next_state <= S0; 
end case; 
end process; 

🔹 تولید خروجی

 process (current_state, input_signal) begin 
case current_state is 
when S2 => 
if input_signal = '1' then 
output_signal <= '1'; 
else output_signal <= '0'; 
end if; 
when others => 
output_signal <= '0'; 
end case; 
end process; 

3️⃣ مثال: کنترل چراغ راهنمایی

یک ماشین حالت ساده برای کنترل چراغ‌های راهنمایی.

🔹 تعریف حالات

 type state_type is (GREEN, YELLOW, RED); 
signal current_state, next_state : state_type; 

🔹 فرآیند تغییر حالت

 process (clk, rst) 
begin if rst = '1' then 
current_state <= RED;
 elsif rising_edge(clk) then
 current_state <= next_state;
 end if;
 end process; 

🔹 فرآیند انتقال بین حالت‌ها

 process (current_state) begin 
case current_state is 
when GREEN => 
next_state <= YELLOW; 
when YELLOW => 
next_state <= RED; 
when RED => 
next_state <= GREEN; 
when others => 
next_state <= RED; 
end case; 
end process; 

🔹 تولید خروجی

 process (current_state) 
begin 
case current_state is 
when GREEN => 
green_light <= '1'; 
yellow_light <= '0'; 
red_light <= '0'; 
when YELLOW => 
green_light <= '0'; 
yellow_light <= '1'; 
red_light <= '0'; 
when RED => 
green_light <= '0'; 
yellow_light <= '0'; 
red_light <= '1'; 
when others => 
green_light <= '0'; 
yellow_light <= '0'; 
red_light <= '0'; 
end case; 
end process; 

🔹 جمع‌بندی

در این مطلب، انواع ماشین‌های حالت Moore و Mealy را بررسی کرده و با چند مثال عملی نحوه پیاده‌سازی آن‌ها را در VHDL نشان دادیم.