【计算计组成原理实验】状态机实验

状态机实验设计与实现 一、实验概述 状态机实验旨在理解“状态机”概念，掌握“状态机”思想描述时序系统。本实验通过设计和实现基于 D 触发器的计数器结构，构建状态机的状态转移电路，并应用于交通灯系统的设计和实现。 二、状态机基本概念 状态机是指具有有限状态集合的自动机，能够根据输入信号和当前状态，转移到下一个状态。状态机可以用来描述时序系统的行为，并且广泛应用于数字电路设计、计算机系统和自动控制系统等领域。 三、基于 D 触发器的计数器结构 在本实验中，我们使用基于 D 触发器的计数器结构设计状态机电路。D 触发器是一种常用的数字电路元件，能够存储和输出二进制信号。我们使用 JK 触发器 74LS73 设计一个状态机，实现图 2-3（右）所示的状态图。 四、交通灯系统设计 交通灯系统是状态机的一种实际应用。我们设计了一个交通灯系统，控制红黄绿信号灯按照以下顺序循环点亮：“绿黄红绿……”，红灯、绿灯和黄灯的亮灯持续时间可以通过拨码开关独立设置。红灯和绿灯是持续亮灯模式，黄灯则是闪烁亮灯模式。 五、实验步骤 实验步骤包括启动仿真、信号 START=0 初始化、手动按钮令信号 CLK 上升沿跳变、观察状态机电路输出、改变当前状态和次态对应的拨码开关 DSWx 和 DSWx+1、设置新的计数初始值等步骤。 六、实验结果与分析 实验结果表明，交通灯系统可以正确地按照预设的顺序循环点亮红黄绿信号灯，并且可以通过拨码开关设置亮灯时间。同时，我们还设计了一些特殊的状态机电路，例如带自启动功能的四位环形计数器、有条件判断的四位环形计数器和多条件判断且不同分支路径的二位扭环计数器等。 七、思考题 思考题 2 要求设计一个状态机电路，实现图 2-4 所示的状态图。该电路可以使用 JK 触发器 74LS73 实现，并需要考虑到状态机的初始状态和状态转移规则。 本实验旨在通过设计和实现基于 D 触发器的计数器结构，掌握状态机的基本概念和设计方法，并应用于交通灯系统的设计和实现。