狀態機“毛刺”的產生及消除方法

　　if lock1=‘1’ and lock1’event then

　　regl=d;

　　end if;

　　end process;

　　q=regl;

　　……

　　其時序仿真波形如圖1所示。

　　Moore型狀態機組成框圖如圖2所示。

　　因為Moore型狀態機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,結果從其仿真時序圖中可以發現。

　　2 毛刺的消除

　　在同步電路中，一般情況下“毛刺”不會產生重大影響。因為“毛刺”僅發生在時鐘有效邊沿之后的一小段時間內，只要在下一個時鐘有效邊沿到來之前“毛刺”消失即可。但當狀態機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、三態使能控制或時鐘信號使用時，將會使受控模塊發生誤動作，造成系統工作混亂。因此，在這種情況下必須通過改變設計消除毛刺。

　　消除狀態機輸出信號的“毛刺”一般可采用三種方案：

　　(1)調整狀態編碼，使相鄰狀態間只有1位信號改變，從而消除競爭冒險的發生條件，避免了毛刺的產生。常采用的編碼方式為格雷碼。它適用于順序遷移的狀態機。

　　(2)在有限狀態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。狀態機每一個輸出信號都經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芯片是不利的;從狀態機的狀態位到達輸出需要經過兩級組合邏輯,這就限制了系統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的變化延時一個時鐘周期。

　　(3)直接把狀態機的狀態碼作為輸出信號，即采用狀態碼直接輸出型狀態機，使狀態和輸出信號一致,使得輸出譯碼電路被優化掉了，因此不會出現競爭冒險。這種方案，占用芯片資源少，信號與狀態變化同步，因此速度快，是一種較優方案。但在設計過程中對狀態編碼時可能增加狀態向量，出現多余狀態。雖然可用CASE語句中WHENOTHERS來安排多余狀態，但有時難以有效控制多余狀態,運行時可能會出現難以預料的情況。因此它適用于狀態機輸出信號較少的場合。

　　若對ADC0809的采樣控制采用狀態碼直接輸出型狀態機方案，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;