设计 101 序列检测器(米利型状态机)

源内容(英文)

A sequence detector is a sequential state machine that takes an input string of bits and generates an output 1 whenever the target sequence has been detected. In a Mealy machine, output depends on the present state and the external input (x). Hence, in the diagram, the output is written outside the states, along with inputs

什么是序列检测器?

序列检测器是一种数字电路,用于从一组二进制数据中检测特定的输入信号序列。它可以确定输入的位是否与预存储的序列相等,因此在通信系统、数据处理和数字信号处理中得到了广泛应用。同时,通过状态机和可编程逻辑设备等多种技术实现,序列检测器在数字电子和通信领域有着重要应用。这项技术还可以应用于生物信息学领域,通过检测DNA或RNA中的特定核苷酸序列,展示了其在各个领域的适用性。序列检测器分为两种类型:

  • 重叠
  • 非重叠

在重叠序列检测器中,一个序列的最后一位成为下一个序列的第一位。然而,在非重叠序列检测器中,一个序列的最后一位不会成为下一个序列的第一位。在这篇文章中,我们将讨论非重叠101米利序列检测器的设计流程。

示例

> 对于非重叠情况

> 输入 :0110101011001

> 输出:0000100010000

>

> 对于重叠情况

> 输入 :0110101011001

> 输出:0000101010000

设计非重叠101米利序列检测器的步骤如下:

步骤1:绘制状态图 –

101序列检测器米利机的状态图如下:

!绘制状态图

步骤2:代码分配 –
规则1:在给定输入条件下具有相同下一状态的状态应分配相邻的代码。
规则2:同一状态的下一状态应分配相邻的代码。

规则1优先于规则2。

!代码分配

代码分配后的状态图如下:

!代码分配后的状态图

步骤3:编制现态/次态表 –

我们将使用D触发器进行设计。

!现态/次态表

步骤4:绘制Dx、Dy和输出(Z)的K图 –

!Dx、Dy和输出(Z)的K图

步骤5:最终实现电路 –

!电路实现

这是米利型非重叠101序列检测器的最终电路。

序列检测器的优势

  • 模式检测:检测器能够区分高保真数据流,从而增强通信系统的完整性。
  • 灵活性:其应用范围从电信到生物信息学,因此在设计和开发中提供了极大的灵活性。
  • 高分辨率:先进的序列检测器即使在噪声较大的环境中也能区分不同序列,因此在关键应用中非常可靠。
  • 与其他数字元件的集成性:它可以轻松与其他数字元件集成,使电路对整个系统更有用。

序列检测器的劣势

  • 设计复杂性:针对特定序列的检测器有时会消耗更多资源,因此可能需要复杂的设计技术。
  • 延迟:在序列检测过程中,序列检测器的实现容易受到延迟的影响,这种延迟在实时系统中更可能成为问题。
  • 资源密集:先进的序列检测器有时也是资源密集型的,这会导致成本效率降低。
  • 可扩展性挑战:序列越复杂,设计和资源需求就越高,这可能带来可扩展性方面的挑战。

序列检测器的应用

  • 数据压缩:用于需要模式识别来存储特定数据序列的算法中。
  • 控制系统:应用于基于观察到的输入信号模式执行监控和决策的控制系统。
  • 生物信息学:应用于在DNA或RNA中查找特定核苷酸序列,用于遗传分析和研究。
  • 模式识别:应用于各种模式识别场景。
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