49. مقدمة في آلات الحالة المحدودة (FSM)

تُصمم الدوائر التتابعية التي تظهر سلوكيات محددة بناءً على تسلسل محدد جيدًا للحالات باستخدام آلات الحالة المحدودة (FSMs). تُعد FSMs النموذج المجرد لمعظم منطق التحكم الرقمي.

مكونات FSM

1. الحالات (States): القيم الحالية المخزنة في عناصر الذاكرة (القلابات).
2. المدخلات (Inputs): إشارات خارجية تؤدي إلى انتقالات.
3. المخرجات (Outputs): إشارات يتم توليدها بناءً على الحالة و/أو المدخل.
4. الانتقالات (Transitions): القواعد التي تحدد كيفية انتقال الآلة من حالة إلى أخرى.

أنواع FSMs

1. نموذج ميلي (Mealy Model)

الخرج هو دالة لكل من الحالة الحالية و المدخل الحالي. هذا يعني أن الخرج يمكن أن يتغير فورًا عند تغيير المدخل، حتى لو لم تتغير الحالة بعد.

2. نموذج مور (Moore Model)

الخرج هو دالة للحالة الحالية فقط. يتغير الخرج فقط بعد أن تتسبب حافة الساعة في انتقال الحالة.

عملية تصميم FSM

يتضمن تصميم دارة تحكم باستخدام FSM ما يلي:

1. إنشاء مخطط الحالة (التمثيل المرئي).
2. إنشاء جدول الحالة (التمثيل الجدولي).
3. اختيار أنواع القلابات (D, JK).
4. تقليل منطق الإثارة (باستخدام خرائط كارنوف أو Q-M).

يسمح هذا النهج المنهجي بإنشاء وحدات تحكم معقدة تُستخدم في وحدات المعالجة المركزية، وإشارات المرور، وبروتوكولات الاتصال.