状态机的基本结构如图7.1所示。除了输人信号、输出信号外,状态机还包含一组寄存器记忆状态机的内部状态。状态机寄存器的下一个状态及输出,不仅同输入信号有关,而且还与寄存器的当前状态有关,状态机可以认为是组合逻辑和寄存器逻辑的特殊组合。它包括两个主要部分:即组合逻辑部分和寄存器。组合逻辑部分又可分为状态译码器和输出译码器,状态译码器确定状态机的下一个状态,即确定状态机的激励方程,输出译码器确定状态机的输出,即确定状态机的输出方程。寄存器用于存储状态机的内部状态。
状态机的基本操作有两种:
1.状态机的内部状态转换。
状态机经历一系列状态,下一状态由状态译码器根据当前状态和输入条件决定。
2.产生输出信号序列。
输出信号由输出译码器根据当前状态和输入条件确定。
用输入信号决定下一状态也称为“转移”。除了转移之外,复杂的状态机还具有重复和历程功能。从一个状态转移到另一状态称为控制定序,而决定下一状态所需的逻辑称为转移函数。
在产生输出的过程中,根据是否使用输入信号可以确定状态机的类型。两种典型的状态机是米立(Mealy)状态机和摩尔(Moore)状态机。摩尔状态机的输出只是当前状态的函数,而米立状态机的输出一般是当前状态和输入信号的函数。对于这两类状态机,控制定序都取决于当前状态和输入信号。大多数实用的状态机都是同步的时序电路,由时钟信号触发进行状态的转换。时钟信号同所有的边沿触发的状态寄存器和输出寄存器相连,使状态的改变发生在时钟的上升或下降沿。