有空，我儿子和我学习数字电子学。最近，我们进入了关于有限状态机的章节。本主题充满了典型的任务，例如信号量或自动售货机。但是它们都很乏味而且太简单了，坦率地说，有些牵强。在研究了简单的示例之后，我想做一些更有趣，更复杂的事情。经典的游戏“蛇”引起了我的注意（我的儿子在电话上玩了它），我建议在状态机上制作它。毕竟，游戏的状态是最终的（特别是如果您将自己限制在一个小范围内），并且输入中只有4个按钮。这就是我们得到的。蛇游戏（她是蛇，蟒蛇，蟒蛇等）是众所周知的。她来自遥远的70年代，但我不会重复她的故事，您可以在Wikipedia或Habré上阅读许多 文章。游戏中有相当简单的规则，并在同一时间令人上瘾的游戏））多亏了这一点，它经常被用来进行辅导或代码样本 。在高级编程语言中，制作这样的游戏非常容易。但是在更有限的条件下，最有趣的开始是，例如，在LabVIEW上的实现。 FPGA上还有很多选项：链接1，链接2，链接3，链接4。但是在标准系列的单独TTL芯片上还没有一个选项。这就是我们要做的。看来FPGA解决方案对我们来说是最接近的，您可以从那里借用很多东西吗？但是在我看过的所有选项中，它们很容易分散在左右寄存器中。例如，经常为每个现场单元分配单独的比特或数字。我们不能用松散的粉末来做到这一点，因为每个新的寄存器都是一个单独的微电路，需要放置在某个地方然后连接。因此，我们排除了其他开发人员积累的所有经验，并将从头开始做所有事情。作为奖励，我们将收集k555 / kr1533系列国内（最好是苏联）的芯片上的所有东西，但ROM除外，必须重新购买。问题的提法
我们将有这样的限制：一个大小为8×8单元（中文LED矩阵）的字段，尾部长度为8单元。蛇可以穿过墙壁，但是我们首先不会处理与尾巴的相交（为了不使设计复杂化，您可以稍后添加）。要描述游戏的整个状态，我们需要：- 磁头位置（X = 0..7，Y = 0..7，6位）
- 移动方向（↑↓←→，2位）
- 苹果位置（X，Y，6位）
- 尾巴长度（0..7，3位）
- 尾单元的位置（从0到7个，每个6位）
总共可以得到65位，即使我们每个取8位的寄存器，也只需要8个这样的微电路（和另一个触发器）来存储状态，这是很多的。但是尾巴无法定位在任何想要的位置，而是从头部“长出”。因此，我们不能存储尾巴每个部分的完整坐标，而只能存储从前一个单元格（或头部）绘制方向的方向。然后，我们需要的是4×8 = 16位，而不是6×8 = 48位，这可以节省多达四个寄存器的情况！自动机
让我们尝试在类似于Moore或Miles的计算机上执行所有操作。要实现这种自动机，只需要一点点状态存储器（寄存器）和组合逻辑就可以在它们之间进行切换。维基百科
图片通常将状态机描述为状态图和它们之间的转换。有时候，创建到新状态的转换表更为方便，这是最简单的示例（来自Wikipedia）：
例如，您可以在本文中找到有关更多信息和精美图片，例如关于哈布雷的文章小题外话, , . , ROM , ROM.
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各种状态的蛇（如果不考虑苹果的位置）可以具有2 ^ 8 + 2 ^ 10 + ... + 2 ^ 24≈3200万。将它们写在表中是不可能的，甚至更不可能绘制过渡图。但是大多数过渡都是相同的（头部仅移动一个相邻的单元格，而尾部每转一格移动一节）。在这种情况下，我们无法描述每个单独的状态，而是根据前一个状态制定一个新状态。此外，我们可以将整个游戏分为几个平行的自动机：1）方向自动机，2）头部位置自动机，3）尾部自动机。并对其进行设置，这样会更加方便：1) , │
────────────────────┼───────────────────
← ←/↓/↑ │ ←
← → │ →
↑ ↑/←/→ │ ↑
↑ ↓ │ ↓
...... │
2) , │
─────────────────────┼──────────────
← (x,y) │ (x-1, y)
→ (x,y) │ (x+1, y)
↑ (x,y) │ (x, y-1)
↓ (x,y) │ (x, y+1)
3) , │
─────────────────────────────────────────┼──────────────────────────
← (t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8) │ (←,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7)
...... │
方向
让我们从定向机器开始。如果您仔细考虑，可以将其组装在单独的逻辑上。但是，由于整个任务已经很大，我决定从EEPROM 创建查找表并手动写入转换表会更容易。它将有6个输入，这意味着只有64个值，我们可以将其简单地驱动到十六进制编辑器中。
头
对于头部定位机，编写这样的表格将更加困难。但它实际上仅包含2个操作：+1和-1。它们可以在4位加法器K155IM6上实现。对于+1，我们将使用b'0001添加坐标，对于-1将使用b'1111添加坐标（实际上在附加代码中为-1 ）。我们将需要两个加法器（分别用于x和y），有点逻辑，并将状态存储在8位寄存器IR27中（我们仍然需要很多）：
让我们将其组装在板上，为进行验证，我们将立即将LED矩阵与两个解码器连接。具有反向输出的解码器是ID7，对于直接输出的解码器，可以带K561ID1（CD4028），但我手边没有。另一种选择是采用8个晶体管作为键，但是我不想这样做，所以我不得不愚蠢地花了另一个EEPROM（在那里只写了8个单元）。将新的头位置放在顶部的单独板上的逻辑另一个题外话
让我们休息一下，保存试验板（和一些芯片盒）。我们将再次利用以下事实：通过将表写入ROM，可以用LUT替换任何组合电路。但是对于这么大的桌子怎么办呢？我们将使用另一个技巧-我们将做相反的事情：用我们的逻辑电路替换EEPROM并将其放入编程器中。未使用的支脚通过电阻器接地。（如果您深入研究程序员的设置，则无法完成此操作）
现在，我们将以ROM形式读取逻辑图并获取一个表。我们用相同的编程器将其写入一个真正的EEPROM，而不是由单独的元件构成。
尾巴
尾巴的长度（在我们的限制内）为2至8个细胞。要存储此长度，可以使用带有帐户解析输入的常规计数器。实际上，它将是相同的有限状态机，其中新状态S'等于S + 1或仅等于S（如果帐户被禁止）。尾巴本身（或者说尾巴的生长方向）将存储在两个8位的寄存器中。从理论上讲，可以使用现成的移位寄存器（例如IR8），但由于暂不使用它们，因此使用了相同的IR27。在每个步骤中，当前磁头的移动方向都写入寄存器的第一位，第二个和下一个写入前一个的值。为了从中获得尾巴生长的方向，我们只需要反转一位即可。录制时您可以立即执行此操作，但我认为最好将其余电路取反。方案
总的来说，我们的下一台机器采用以下形式：该图片（与其他所有人一样）都是可单击的。
从理论上讲，这是一个相当“纯粹”的部分。输出编码摩尔机的几乎完美的例子。U1负责新方向，U2负责磁头的位置，这些位置存储在U5中。U3和U4用于尾部，其长度存储在U6中（并增加）。
接下来，我们将需要显示屏幕上的所有内容，并且还将有一个太空船，只是形式更脏。除了原始的随机数生成器之外，还包括具有不同时钟信号的电路与其他故障之间的过渡。
小计
希望本文引起您的兴趣，我将尽力快速完成第二部分。并且，如果您已经陷入战斗，备有面包板，微电路和点屏，那么本文将附带ROM电路和固件文件。小型扰流板：要重复进行设计，您将需要大约6个原型，4个EEPROM 28C16和略多于2打的其他芯片。好吧，应该是这样：喜欢，分享，转发，注册，按钟声等。。。））今天，感谢您的关注！未完待续…
使用ROM固件和通用的UPD 方案存档：第二部分在此处提供。