实验四用状态机实现序列检测器的设计.pdf

实验四用状态机实现序列检测器的设计

序列检测器是一种可以检测输入序列中是否包含特定模式的系统，常

见的应用包括编码/解码、错误检测和通信协议等。状态机是一种数学模

型，可以描述系统在不同状态之间的转换关系。本实验旨在利用状态机的

概念和原理，设计一个简单的序列检测器。

一、实验目的

本实验的目的是通过实践，加深对状态机原理的理解，并掌握利用状

态机设计和实现序列检测器的方法和技巧。

二、实验原理

状态机是由状态、输入和输出组成的，其中状态表示系统的各种工作

状态，输入是输入信号，输出是根据输入信号和当前状态产生的输出信号。

在设计序列检测器时，需要针对特定的输入序列定义状态转换条件，

并根据状态转换条件确定系统的下一个状态和输出信号。通常使用状态转

换表或状态转换图来描述系统的状态转换关系。

三、实验内容

1、确定输入序列和输出信号的定义

在设计序列检测器之前，首先需要明确输入序列和输出信号的定义。

例如，输入序列为0和1的连续序列，输出信号为检测到序列的结果。

2、定义状态集合

根据输入序列的定义，确定系统的状态集合。例如，系统的状态可以

有两个：A和B。

3、定义状态转换条件

根据输入序列的定义和状态集合，确定状态转换条件。例如，当输入

为0时，系统从状态A转换到状态B；当输入为1时，系统保持在状态A。

4、确定初始状态

确定系统的初始状态。例如，初始状态可以为A。

5、确定输出信号

根据输入序列的定义和状态转换条件，确定状态对应的输出信号。例

如，当检测到输入序列时，系统输出检测到的信号。

6、绘制状态转换图

根据状态集合、状态转换条件和输出信号，绘制系统的状态转换图。

状态转换图表示系统在不同状态之间的转换关系。

7、实现状态转换逻辑

将状态转换图转化为状态转换表，然后根据状态转换表实现状态转换

逻辑。状态转换逻辑可以使用编程语言来实现，例如使用C、C++或

Verilog等。

8、测试和验证

使用合适的输入序列对设计的状态机进行测试和验证。根据实际运行

结果判断系统是否工作正常。

四、实验步骤

在完成实验内容的基础上，按照以下步骤进行实验。

1、确定输入序列和输出信号的定义。例如，输入序列为01，输出信

号为检测到输入序列的结果。

2、定义状态集合。例如，状态集合为A、B、C。

3、定义状态转换条件。例如，当输入为0且当前状态为A时，系统

转换到状态B；当输入为1且当前状态为B时，系统转换到状态C；当输

入为1且当前状态为C时，系统仍然保持在状态C。

4、确定初始状态。例如，初始状态为A。

5、确定输出信号。例如，当检测到输入序列时，系统输出检测到的

信号。

6、绘制状态转换图。绘制状态集合、状态转换条件和输出信号之间

的连接关系。

7、实现状态转换逻辑。根据状态转换图，将状态转换条件转化为状

态转换表，然后使用编程语言实现状态转换逻辑。

8、测试和验证。使用不同的输入序列对设计的状态机进行测试和验

证，根据实际运行结果判断系统是否工作正常。

五、实验结果与分析

根据实验步骤和设计要求，完成了状态机的设计和实现。在测试和验

证过程中，根据不同的输入序列，观察系统的状态转换和输出信号是否符

合设计要求。

如果系统工作正常，即能正确地检测到输入序列，并输出正确的信号，

则说明实验设计和实现是正确的。如果系统存在异常或错误，需要根据具

体情况分析、调试和修改。

六、实验总结

通过本次实验，进一步了解和掌握了状态机的原理和应用。通过实际

操作和实验设计，深入理解了状态转换条件的确定和状态转换逻辑的实现

方法。

同时，本实验还培养了实验设计和实验分析的能力，提高了解决问题

和调试错误的能力。这对今后的学习和工作都具有重要意义。

总的来说，本实验通过用状态机实现序列检测器的设计和实现，让我

更加熟悉和了解了状态机原理和应用。实验结果证明了状态机的有效性和

可行性，为今后的学习和应用打下了坚实的基础。