VHDL编程实现交通灯控制(数电实验)解析.pptVIP

交通灯设计一、实验目的1．了解可编程逻辑器件设计的流程；2．掌握数码管动态扫描显示的实现方法；3．掌握状态机的设计方法；4．掌握进程的设计方法。长江大学电工电子示范中心二、设计任务与要求长江大学电工电子示范中心1.实现正常时序控制功能；2.实现特殊状态控制功能；3.实现信号灯点亮时间预置功能；4.将东西方向、南北方向的灯亮时间分别用数码管显示；5.在MAXPLUS或QuartusII开发平台上，采用VHDL或Verilog编程设计；6.对编写的程序进行编译仿真、修改，使仿真结果达到设计要求；7.下载并测试电路的逻辑功能。2.1.问题描述设计并实现一十字路口的红、绿、黄三色交通灯控制与显示电路，即每个路口设置一组红、黄、绿交通灯，按图1所示情况变化，以保证车辆、行人通行安全。图12,2.功能分析1．基本功能（见前面图）2．扩展功能（1）特殊状态控制功能特殊状态如紧急车辆随时通行功能受一开关控制，无急车时，信号灯按正常时序控制。有急车来时，将特殊状态开关按下，不管原来信号灯的状态如何，一律强制让两个方向的红灯同时点亮，禁止其它车辆通行，同时计时停止；特殊状态结束后，恢复原来状态继续运行。（2）信号灯点亮时间预置功能控制电路在任何时候可根据实际情况修改信号灯点亮时间。2.3.设计思路：1．参考图1，定义交通灯的状态，确定状态表；状态东西方向南北方向时间（s）S0绿灯亮红灯亮TeS1黄灯亮红灯亮TyS2红灯亮绿灯亮TsS3红灯亮黄灯亮Ty三、程序设计思路1.状态转换的实现在进程中利用自定义数据类型定义交通灯的4个状态，根据东西、南北方向的时间计数器的计数结果利用CASE语句实现4个状态的转换，在每一个状态中利用内部信号传递实现对红黄绿灯的显示控制。FSM设计方法分析控制器设计指标,建立系统算法模型,即状态转换图；分析被控对象的时序,确定控制器的有限状态机的各个状态及输入、输出条件；应用VHDL语言完成状态机的描述。FSM分类Moore型:输出信号仅与现态相关Mealy型:输出信号与现态和输入相关DFFsOutput

Comb.LogicFeedback

Comb.LogicDFFsOutput

Comb.LogicFeedback

Comb.LogicMooreMealy现态次态输入输出现态次态输出输入FSM构成FSM用来解决一般时序逻辑电路问题,包括同步/异步时序逻辑状态寄存器当前状态（现态）寄存器组合逻辑电路下一状态（次态）组合逻辑输出组合逻辑Moore和Mealy状态机描述的区别就在于输出逻辑进程vhdl语言描述FSM的建立过程定义状态机的状态定义状态变量描述状态机的进程定义状态机的状态在使用状态机之前应该定义状态变量的枚举类型，可以定义在状态机描述的源文件中，或者是专门的程序包中。例子:TYPEstateIS（state1，state2）；交通灯typecoloris(greenred,yellowred,redgreen,redyellow);定义状态变量定义两个状态机变量:当前状态和次态，其中当前状态描述的是一组寄存器，而下状态描述的是组合逻辑。例:signalcurrent_state:state;signalnext_state:state;交通灯:signalcurrent_state:color:=redgreen;signalnext_state:color;描述状态机的进程状态机的描述方式:三进程、二进程、单进程(本实验采用)一般采用三个进程来描述状态机描述状态机寄存器的时序进程描述次态产生逻辑的组合逻辑进程描述输出组合逻辑进程状态机寄存器的时序进程process(reset,clk)beginifreset=1thencurrent_state=初始状态；elserising_edge(clk)thencurrent_state=next_state;endif;endprocess;一定要有复位信号,否则状态机处于随机状态,无法开始正常工作次态转移逻辑进程process(current_state,其他输入信号)beginnext_st