Aplicaciones de Máquinas de Estados

Diseños FSM del mundo real: detectores de secuencia, semáforos y máquinas expendedoras.

Las máquinas de estados están en todas partes en los sistemas digitales. Este tema aplica la metodología de diseño FSM a problemas prácticos: un detector de secuencia que reconoce patrones de bits, un controlador de semáforo con cruce de peatones, y un controlador de máquina expendedora. Cada ejemplo demuestra el proceso de diseño completo desde la especificación hasta la implementación.

Objectives

  • Diseñar un detector de secuencia "101" (versiones con solapamiento y sin solapamiento)
  • Diseñar un controlador de semáforo FSM con temporización y entrada de peatones
  • Diseñar un controlador de máquina expendedora con aceptación de monedas y dispensación
  • Manejar preocupaciones del mundo real: restablecimiento, temporización, múltiples salidas

Key Takeaways

  • Detectores de secuencia: los estados rastrean el progreso del patrón, salida en coincidencia completa
  • Semáforos: FSM temporizada con intervalos de seguridad entre fases conflictivas
  • Máquinas expendedoras: los estados rastrean el valor acumulado, dispensan cuando es suficiente
  • Detección con vs. sin solapamiento cambia el comportamiento de restablecimiento
  • Las FSMs del mundo real necesitan manejo de restablecimiento, temporización y gestión de múltiples salidas
  • La metodología de diseño (diagrama → tabla → ecuaciones → circuito) funciona para todas las aplicaciones

Applications

  • Protocolos de Comunicación: UART, SPI, I²C todos usan FSMs para el enmarcado y la sincronización.
  • Control de Motores: Secuenciación de motores paso a paso y control de estado de motores DC.
  • Interfaces de Usuario: Navegación de menús y manejo de botones en sistemas embebidos.
  • Lógica de Juegos: Estados de juego (menú, jugando, pausado, fin del juego) y transiciones.

Practice Problems

Problem 1: Diseña un detector de secuencia "110" (con solapamiento). ¿Cuántos estados se necesitan?

Problem 2: Un semáforo tiene Verde (30s), Amarillo (5s), Rojo (30s) para cada dirección. ¿Cuántos estados mínimos?

Problem 3: Una máquina expendedora cuesta 25¢ y acepta monedas de 5 y 10 centavos. ¿Cuántos estados para rastrear el valor acumulado?

Problem 4: ¿Cuál es la diferencia entre detección de secuencia con solapamiento y sin solapamiento para "101"?