长江大学：《数字电子技术实验》课程教学课件（PPT讲稿）12.可编程交通灯设计

长江大学电工电子示苑中心交通灯设计实验目的1.了解可编程逻辑器件设计的流程；2，学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

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

长江大学电工电子示苑中心二、设计任务与要求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QuartusI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

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MAX PLUS或Quartus II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。情况！T2情况2Ox.XXOXO图1个X大情况4T2情况3T3OXX

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1

2,2、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

2,2、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：儿YT1情况！T2情况2状态东西方向南北方向时间xOOXXO●X(s)0个+So绿灯亮红灯亮T.←S1黄灯亮红灯亮T,xS2T红灯亮绿灯亮xo情况4T2情况3T3CS3红灯亮黄灯亮T.xOX

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 Te S1 黄灯亮 红灯亮 Ty S2 红灯亮 绿灯亮 Ts S3 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

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输出输出OutputOutputComb.LogicComb.Logic现态现态FeedbackFeedbackDFFSDFFSComb.LogicComb.Logic输入次态次态输入MooreMealy

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 DFFs Output Comb. Logic Feedback Comb. Logic DFFs Output Comb. Logic Feedback Comb. Logic Moore Mealy 现态 次态 输入 输出 现态 次态 输出 输入

Mealy型状态机D组合存储组合7电路工电路电路2XMoore型状态机时钟QD组合存储组合电路工电路2电路X时钟

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（现态）寄存器一当前状态·组合逻辑电路一下一状态（次态）组合逻辑一输出组合逻辑Moore和Mealy状态机描述的区别就在于输出逻辑进程

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