Zustandsautomaten - Lehrstuhl Technische Informatik, Universität ...

3 Anwendungen: Beispiel Impulsfolgenerkennung
In der Einführung sind schon einige Anwendungsmöglichkeiten von Zustandsautomaten
angedeutet worden. Hier sei nun als ein mögliches Anwendungsbeispiel unter vielen ein
Automat zur Impulsfolgenerkennung vorgestellt (entnommen aus: [Reichardt]). Die
Anwendungen solcher Automaten liegen z.B. im Bereich der Protokollüberprüfung bei
Datenübertragungssystemen.
Der folgende Automat (in 3.1 als Moore-, in 3.2 als Mealy-Schaltwerk realisiert) erhält als
Eingabe jeweils eine 2-Bit-Kombination, z.B. (11) oder (00). Dabei erkennt er eine ganz
bestimmte Abfolge von drei aufeinanderfolgenden 2-Bit-Kombinationen, nämlich in diesem
Fall (01, 11, 10). Das Erkennen wird dadurch nach außen signalisiert, daß der Automat bei
erfolgter Eingabe dieser Folge eine 1 ausgibt, bei anderen Folgen - bzw. solange die Folge
noch nicht vollständig ist - wird stets eine 0 ausgegeben.
Durch die Realisierung sowohl durch Moore- als auch durch das dazu äquivalente Mealy-
Schaltwerk in den beiden folgenden Unterkapiteln soll noch einmal der Unterschied zwischen
diesen beiden Schaltwerkstypen verdeutlicht werden. In Kapitel 4 schließlich wird die
Möglichkeit vorgestellt, wie das Moore-Schaltwerk mithilfe der Hardware-
Beschreibungssprache VHDL dargestellt werden kann.
3.1 Impulsfolgenerkennung: Moore-Schaltwerk
Der im folgenden vorgestellte Impulsfolgeerkennungs-Automat für die Folge (01, 11, 10) ist
hier als Moore-Schaltwerk realisiert. Das Zustandsdiagramm (s. Abb. 7) ist neben der Tabelle
(wie sie in Abb. 2 angedeutet ist) eine weitere Möglichkeit, einen bestimmten
Zustandsautomaten grafisch darzustellen.
Startzustand
X0
Z0
X0
Z1
0
01
0
X0
11
11
00
01
01
Z3
1
11
Abb. 7: Zustandsdiagramm des Moore-Automaten zur Erkennung der Folge E=(01,11,10)
Dabei markieren die Kreise die jeweiligen Zustände, die der Automat einnehmen kann; hier
sind es insgesamt vier: Z0, Z1, Z2 und Z3. Der Startzustand, also der Zustand, in dem sich der
Automat zu Beginn jeder Inbetriebnahme befindet, ist durch einen Pfeil markiert (hier: Z0).
Unterhalb der Zustände lassen sich die Ausgaben ablesen, die der Automat nach außen
signalisiert, wenn er in den jeweiligen Zustand wechselt: z.B. wird im Zustand Z0 eine "0"
ausgegeben, im Zustand Z3 eine "1". Die Pfeile, die von einem Zustand zum anderen
10
01
Z2
0
11
10