P6-交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計概要課件

EDA技術(shù)應(yīng)用南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計6.1有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計原理6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計習(xí)題6.1有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計原理實際設(shè)計中比較復(fù)雜的時序邏輯電路的設(shè)計通常采用有限狀態(tài)機(jī)實現(xiàn)。有限狀態(tài)機(jī)的特征：1）用有限個狀態(tài)概括系統(tǒng)整個工作過程；2）各狀態(tài)可根據(jù)條件進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換；3）各狀態(tài)均有相應(yīng)輸出信號；4）系統(tǒng)復(fù)位時指定具體初始狀態(tài)。有限狀態(tài)機(jī)（FinitedStateMachine)的特征：P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用根據(jù)是否具有外部輸入控制信號，有限狀態(tài)機(jī)可以分為：

1）米勒型(mealy)狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)的轉(zhuǎn)移由當(dāng)前狀態(tài)、時鐘與外部輸入控制信號共同控制；2）摩爾型(moore)狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)的轉(zhuǎn)移只受當(dāng)前狀態(tài)和時鐘的控制。EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計6.1有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計原理有限狀態(tài)機(jī)的分類：該狀態(tài)機(jī)共有3個狀態(tài)（S0、S1、S2），X為外部控制信號，Y為輸出控制信號。

EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計6.1有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計原理米勒型狀態(tài)機(jī)舉例：LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；ENTITYmealyISPORT(x，clk：INBIT；y：OUTBIT)；ENDmealy；ARCHITECTUREbehaveOFmealyISTYPEfmstIS(s0，s1，s2)；SIGNALstate：fmst；EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計6.1有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計原理米勒型狀態(tài)機(jī)VHDL語言實現(xiàn)

：BEGINP1:PROCESS(clk)BEGINIFclk‘eventANDclk=‘1’THENCASEstateISWHENs0=>IFx=‘0’THENstate<=s0;ELSEstate<=s1;ENDIF;WHENs1=>IFx=‘0’THENstate<=s0;ELSEstate<=s2;ENDIF；WHENs2=>IFx=‘0’THENstate<=s0;ELSEstate<=s2;ENDIF；ENDCASE；ENDIF；ENDPROCESSP1；EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計6.1有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計原理米勒型狀態(tài)機(jī)VHDL語言實現(xiàn)

：P2:PROCESS(state，x)BEGINCASExISWHEN‘0’=>y<=‘0’；WHEN‘1’=>IFstate=s2THENy<=‘1’；ELSEy<=‘0’；ENDIF；ENDCASE；ENDPROCESSP2；ENDbehave；EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計6.1有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計原理米勒型狀態(tài)機(jī)VHDL語言實現(xiàn)

：設(shè)計一個單方向交通燈控制系統(tǒng)；設(shè)計指標(biāo)：

1）控制紅黃綠三盞燈交替工作，數(shù)碼管顯示倒計時時間； 2）綠燈時間為30秒(S0)，黃燈時間為3秒(S1)，紅燈時間為20秒(S2)；3）能通過按鍵復(fù)位；設(shè)計要求：EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計分頻模塊：對外部時鐘信號進(jìn)行分頻得到1Hz信號；系統(tǒng)控制模塊：控制交通燈狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，并輸出相應(yīng)控制信號；顯示模塊：控制數(shù)碼管及發(fā)光二極管；系統(tǒng)原理框圖6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計分頻模塊的設(shè)計外部輸入脈沖為12MHz，分頻后輸出信號為1Hz。（分頻模塊設(shè)計詳見數(shù)字鐘設(shè)計部分）6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計系統(tǒng)控制模塊由倒計時模塊和狀態(tài)機(jī)模塊構(gòu)成;倒計時模塊主要實現(xiàn)數(shù)碼管倒計時信號的控制；狀態(tài)機(jī)模塊主要實現(xiàn)交通燈各狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYSMISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;CR:INSTD_LOGIC;LAMP:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);LEDM:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);LEDS:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));ENDSM;系統(tǒng)控制模塊的VHDL實現(xiàn)庫文件定義實體6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計ARCHITECTUREBEHAVIORALOFSMISTYPESTATESIS(S2,S1,S0);SIGNALSTATE:STATES:=S0;SIGNALNEXT_STATE:STATES:=S0;SIGNALSEC:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALMIN:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALDATAS:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALDATAM:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALLIGHT:STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);SIGNALLOAD:STD_LOGIC;BEGIN定義狀態(tài)定義信號系統(tǒng)控制模塊的VHDL實現(xiàn)6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計倒計時結(jié)束轉(zhuǎn)為下一狀態(tài)倒計時結(jié)束為倒計時模塊賦初值倒計時程序系統(tǒng)控制模塊的VHDL實現(xiàn)6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計P1:PROCESS(CLK,CR,LOAD)BEGINIFCR='0'THEN SEC<="0000"; MIN<="0000";ELSIFRISING_EDGE(CLK)THEN IFLOAD='1'THEN SEC<=DATAS; MIN<=DATAM; ELSE IFSEC<="0000"THEN SEC<="1001"; ELSE SEC<=SEC-'1'; ENDIF; IFSEC="0000"THEN MIN<=MIN-'1'; ENDIF; ENDIF;ENDIF;ENDPROCESSP1;P2:PROCESS(CLK)BEGINIF(FALLING_EDGE(CLK))THEN IF((SEC="0000")AND(MIN="0000"))THEN LOAD<='1'; STATE<=NEXT_STATE; ELSE LOAD<='0'; ENDIF;ENDIF;ENDPROCESSP2;倒計時結(jié)束轉(zhuǎn)為下一狀態(tài)倒計未結(jié)束保持原來狀態(tài)6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)控制模塊的VHDL實現(xiàn)東西向綠燈（S0）東西向黃燈（S1）東西向綠燈（S2）6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)控制模塊的VHDL實現(xiàn)P3:PROCESS(STATE)BEGINCASESTATEIS WHENS0=>LIGHT<="100";----GREEN30S NEXT_STATE<=S1;----NEXTYELLOW DATAM<="0010"; DATAS<="1001"; WHENS1=>LIGHT<="010";----YELLOW3S NEXT_STATE<=S2;----NEXTRED DATAM<="0000"; DATAS<="0010"; WHENS2=>LIGHT<="001";----RED20S NEXT_STATE<=S0;----NEXTGREEN DATAM<="0001"; DATAS<=“1001"; ENDCASE;ENDPROCESSP3;LAMP<=LIGHT;LEDM<=MIN;LEDS<=SEC;ENDBEHAVIORAL;顯示模塊的設(shè)計數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示模式，該模塊功能即是將輸入的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為7段數(shù)碼管控制信號。6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計顯示模塊的VHDL實現(xiàn)LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYLEDISPORT(DATA_IN:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);----輸入8421BCD碼SEG_OUT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0)---輸出數(shù)碼管段位碼 );ENDLED;ARCHITECTUREBIN27SEGOFLEDISBEGIN6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計顯示譯碼程序顯示模塊的VHDL實現(xiàn)6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計PROCESS(DATA_IN)BEGINSEG_OUT<=(OTHERS=>'0'); CASEDATA_INIS WHEN"0000"=>SEG_OUT<="0111111";--0 WHEN"0001"=>SEG_OUT<="0000110";--1 WHEN"0010"=>SEG_OUT<="1011011";--2 WHEN"0011"=>SEG_OUT<="1001111";--3 WHEN"0100"=>SEG_OUT<="1100110";--4 WHEN"0101"=>SEG_OUT<="1101101";--5 WHEN"0110"=>SEG_OUT<="1111101";--6 WHEN"0111"=>SEG_OUT<="0000111";--7 WHEN"1000"=>SEG_OUT<="1111111";--8 WHEN"1001"=>SEG_OUT<="1101111";--9 WHENOTHERS=>NULL;ENDCASE; ENDPROCESS;ENDBIN27SEG;單向交通燈控制器頂層結(jié)構(gòu)圖6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)控制模塊的波形仿真6.2單向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計項目要求：模仿6.2單向交通燈控制系統(tǒng)方法，設(shè)計雙向交通燈控制系統(tǒng)；項目技術(shù)指標(biāo)：

1）設(shè)計一個雙向（南北向、東西向）交通燈控制系統(tǒng)；2）控制南北向和東西向紅黃綠三盞燈交替工作，兩個二位數(shù)碼管顯示倒計時時間；3）要求南北向和東西向紅黃綠燈時間相互協(xié)調(diào)。6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計雙向交通燈控制系統(tǒng)工作原理

交通燈通常有東、西、南、北四個方向，其中東西方向完全一致，南北方向也完全一致，因此只需兩個控制器來控制；每組交通燈共有紅、黃、綠三盞燈和數(shù)碼管組成，按綠燈→黃燈→紅燈→綠燈順序變化，并通過數(shù)碼管顯示倒計時時間；交通燈控制系統(tǒng)可簡單看作摩爾型狀態(tài)機(jī)，可分為4種不同狀態(tài)，詳見下表；6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計表1交通燈的4種狀態(tài)狀態(tài)東西方向南北方向綠黃紅綠黃紅1100001201000130011004001010雙向交通燈控制系統(tǒng)工作原理

6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

交通燈時間分配：1）東西向綠燈時間30秒，黃燈3秒，紅燈20秒；2）南北向紅燈時間33秒，黃燈3秒，綠燈17秒。雙向交通燈控制系統(tǒng)工作原理

6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計交通燈狀態(tài):1）東西向綠燈（S0）；2）東西向黃燈（S1）；3）南北向綠燈（S2）；4）南北向黃燈（S3）。雙向交通燈控制系統(tǒng)工作原理

6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYSM4ISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;-------時鐘信號CR:INSTD_LOGIC;-------復(fù)位信號LAMP:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0);-------紅黃綠燈信號WELED1:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);-------東西向倒計時十位信號WELED0:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);-------東西向倒計時個位信號NSLED1:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);-------南北向倒計時十位信號NSLED0:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0)-------南北向倒計時個位信號);ENDSM4;雙向交通燈控制系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)VHDL實現(xiàn)庫文件定義實體6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計ARCHITECTUREBEHAVIORALOFSM4ISTYPESTATESIS(S3,S2,S1,S0);SIGNALSTATE:STATES:=S0;SIGNALNEXT_STATE:STATES:=S0;SIGNALCOUNT0:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALCOUNT1:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALCDATA0:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALCDATA1:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALWESEC0:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALWESEC1:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALWEDATA0:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALWEDATA1:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALNSSEC0:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALNSSEC1:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALNSDATA0:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALNSDATA1:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALLIGHT:STD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0);SIGNALLOAD:STD_LOGIC;BEGIN定義狀態(tài)定義信號雙向交通燈控制系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)VHDL實現(xiàn)6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計P1:PROCESS(CLK,CR,LOAD)BEGINIFCR='0'THEN COUNT0<="0000"; COUNT1<="0000";ELSIFRISING_EDGE(CLK)THENIFLOAD='1'THEN COUNT0<=CDATA0; COUNT1<=CDATA1;ELSE IFCOUNT0<="0000"THEN COUNT0<="1001"; ELSE COUNT0<=COUNT0-'1'; ENDIF; IFCOUNT0="0000"THEN COUNT1<=COUNT1-'1'; ENDIF; ENDIF;ENDIF;ENDPROCESSP1;倒計時器復(fù)位倒計時結(jié)束為倒計時模塊賦初值倒計時程序雙向交通燈控制系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)VHDL實現(xiàn)6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計P2:PROCESS(CLK)BEGIN IF(FALLING_EDGE(CLK))THEN IF((COUNT0="0000")AND(COUNT1="0000"))THEN LOAD<='1'; STATE<=NEXT_STATE; ELSE LOAD<='0'; ENDIF; ENDIF;ENDPROCESSP2;倒計時結(jié)束轉(zhuǎn)為下一狀態(tài)倒計未結(jié)束繼續(xù)倒計時雙向交通燈控制系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)VHDL實現(xiàn)6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計P3:PROCESS(STATE)BEGINCASESTATEIS WHENS0=>LIGHT<="100001"; NEXT_STATE<=S1; CDATA1<="0010";CDATA0<="1001"; WHENS1=>LIGHT<="010001"; NEXT_STATE<=S2; CDATA1<="0000";CDATA0<="0010"; WHENS2=>LIGHT<="001100"; NEXT_STATE<=S3; CDATA1<="0001";CDATA0<="0110"; WHENS3=>LIGHT<="001010"; NEXT_STATE<=S0; CDATA1<="0000";CDATA0<="0010"; ENDCASE;ENDPROCESSP3;東西向綠燈（S0）東西向黃燈（S1）南北向綠燈（S2）南北向黃燈（S3）雙向交通燈控制系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)VHDL實現(xiàn)6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計P4:PROCESS(STATE)BEGINCASESTATEISWHENS0=>WEDATA1<="0010";WEDATA0<="1001";NSDATA1<="0011";NSDATA0<="0010";WHENS1=>WEDATA1<="0000";WEDATA0<="0010";WHENS2=>WEDATA1<="0001";WEDATA0<="1001";NSDATA1<="0001";NSDATA0<="0110";WHENS3=>NSDATA1<="0000";NSDATA0<="0010";ENDCASE;ENDPROCESSP4;根據(jù)不同狀態(tài)為兩個方向的倒計時計數(shù)器賦初值東西向綠燈（S0）東西向黃燈（S1）南北向綠燈（S2）南北向黃燈（S3）雙向交通燈控制系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)VHDL實現(xiàn)6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計P5:PROCESS(CLK,LOAD,STATE)BEGINIFRISING_EDGE(CLK)THENIF((LOAD='1')AND(NOT(STATE=S3)))THEN WESEC0<=WEDATA0; WESEC1<=WEDATA1;ELSE IFWESEC0<="0000"THEN WESEC0<="1001"; ELSE WESEC0<=WESEC0-'1'; ENDIF; IFWESEC0="0000"THEN WESEC1<=WESEC1-'1'; ENDIF; ENDIF;ENDIF;ENDPROCESSP5;東西向交通燈倒計時器雙向交通燈控制系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)VHDL實現(xiàn)6.3雙向交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計EDA技術(shù)應(yīng)用P6交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計P6:PROCESS(CLK,LOAD)BEGINIFRISING_EDGE(CLK)TH