利用有限狀態(tài)機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真
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將編譯后的程序進(jìn)行仿真，得到交通燈控制與倒計(jì)時(shí)模塊仿真波形圖如圖3所示。由仿真波形可以看出，交通燈按St0→*St1→St2→St3 →St0順序進(jìn)行狀態(tài)循環(huán)。light按主路紅、主路黃、主路綠、支路紅、支路黃、支路綠的順序排列。如在St0狀態(tài)下，light的值為“001100 ”，當(dāng)hold緊急情況信號(hào)為高電平時(shí)，主路、支路均亮紅燈，并且停止倒計(jì)時(shí)。當(dāng)rst復(fù)位信號(hào)為高電平時(shí)，恢復(fù)到初態(tài)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/160987.htm
3 頂層文件的設(shè)計(jì)及仿真
將分頻模塊和顯示控制模塊均分別用VHDL進(jìn)行編程、仿真，檢查其功能正確性，并包裝元件入庫(kù)建立元件符號(hào)。在上述3個(gè)模塊設(shè)計(jì)完成之后，按照?qǐng)D1所示電路結(jié)構(gòu)，用原理圖輸入方式進(jìn)行連接，構(gòu)成交通燈控制系統(tǒng)的頂層文件，并在Quartus II平臺(tái)上進(jìn)行編譯、仿真，引腳鎖定，得到仿真波形如圖4所示，圖中信號(hào)light、a(b)、dec7sa(dec7sb)分別用二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制表示。
從仿真波形中可以看出：當(dāng)復(fù)位信號(hào)rst=1有效時(shí)，電路復(fù)位，此時(shí)light復(fù)位為“001100”狀態(tài)，置a方向和b方向計(jì)數(shù)器為最大值24和29；當(dāng)rst=0無(wú)效，緊急信號(hào)hold=1有效時(shí)，light為“100100”表示兩路紅燈均亮的狀態(tài)；當(dāng)rst=0，hold=0時(shí)，恢復(fù)電路原來(lái)的light為“001100”狀態(tài)，a和b進(jìn)行倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)。7段顯示譯碼器a方向的dec7sa和b方向的dec7sb分別顯示計(jì)數(shù)器a和b的數(shù)值，如當(dāng)a計(jì)數(shù)到21時(shí)，dec7sa的高位2和低位1的0gfedcba=01011011B(5B)和00000110 B(06)，即5806，同理當(dāng)b計(jì)數(shù)到26時(shí)，dec7sb的值為5B7D，所以交通燈控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果完全正確。
最后將頂層文件下載到可編程邏輯器件EP1C12Q240C8中，經(jīng)測(cè)試，交通燈控制系統(tǒng)正常工作，完全符合設(shè)計(jì)要求。
4 結(jié)束語(yǔ)
有限狀態(tài)機(jī)及其設(shè)計(jì)技術(shù)是數(shù)字系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠性邏輯控制的重要途徑。在交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)控制功能的分析和實(shí)際狀態(tài)的選擇，把交通燈的控制歸納為4種工作狀態(tài)，并建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，較為準(zhǔn)確、直觀(guān)的反映了實(shí)際需求。在用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)時(shí)，既有傳統(tǒng)的基于邏輯單元構(gòu)建的整體組成結(jié)構(gòu)方式，也有利用純軟件編程實(shí)現(xiàn)的邏輯模塊。設(shè)計(jì)方法靈活、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。
以上有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法具有通用性，對(duì)于較為復(fù)雜的有限狀態(tài)機(jī)可采用多個(gè)進(jìn)程，分別完成任意復(fù)雜組合邏輯和時(shí)序邏輯，包括進(jìn)程間狀態(tài)值的傳遞以及狀態(tài)轉(zhuǎn)換值的輸出，對(duì)類(lèi)似含有邏輯控制功能的系統(tǒng)，通過(guò)自頂向下設(shè)計(jì)、分步實(shí)現(xiàn)，是切實(shí)可行的方法。
評(píng)論