如何绘制数字逻辑电路的状态转换图？
在数字系统设计中，状态转换图（State Transition Diagram）是描述时序逻辑行为的核心工具。它不仅帮助工程师理解系统的行为流程，也为后续的状态机编码和电路实现提供直观依据。本文将从浅入深，系统讲解如何绘制状态转换图。
1. 理解状态机的基本概念
在开始绘制状态图之前，必须明确几个基本概念：
状态（State）：系统在某一时刻所处的条件或模式。输入信号（Input）：影响状态转换的外部或内部信号。输出信号（Output）：状态机在某一状态下产生的输出结果。状态转换（Transition）：在特定输入条件下，状态从一个跳转到另一个。
2. 确定状态数量
状态数量的确定是设计的第一步。通常可以通过以下步骤进行：
明确电路的功能需求。列出所有可能的运行模式。合并相似状态，避免冗余。
例如，设计一个交通灯控制器，可能的状态包括：红灯、黄灯、绿灯等。
3. 定义状态转换条件
状态之间的转换依赖于输入信号的变化。需要分析每种状态在不同输入下应如何变化。
当前状态输入下一状态红灯定时到绿灯绿灯定时到黄灯黄灯定时到红灯
4. 绘制状态转换图
使用图形化方式表达状态和转换关系。推荐使用圈表示状态，箭头表示转换方向，并标注输入/输出条件。
// 示例伪代码：状态转换逻辑
if (state == RED && timer == 0) {
next_state = GREEN;
}
5. 使用Mermaid绘制状态图
Mermaid 是一种支持在Markdown中绘制流程图的语法，非常适合绘制状态转换图。
graph TD
A[红灯] -->|定时到| B(绿灯)
B -->|定时到| C(黄灯)
C -->|定时到| A
6. 图形设计原则
保持图形简洁，避免交叉连线。使用一致的符号表示状态和转换。标注清晰的输入/输出条件。对复杂系统可分层绘制，先整体后细节。
7. 实际应用与优化
在实际设计中，状态转换图常用于：
有限状态机（FSM）设计嵌入式系统行为建模协议解析器设计
优化建议：
使用工具如Stateflow、Logisim辅助设计。对状态进行编码（如One-hot、Binary）以优化硬件实现。