文章目錄

• • 一、實驗目的
  • 二、實驗內容
  • 三、實驗設計與結果
  • 四、實驗思考與小結

一、實驗目的

掌握有限狀態機的編程和使用方法。

二、實驗內容

設計一個十字路口交通燈控制器，東西(b)、南北(a)方向有紅燈、黃燈、綠燈，持續時間分別為45、5、40秒，仿真驗證其功能。

三、實驗設計與結果

1.整體設計思路：根據題目要求可知，需要用VHDL描述設計不同的進程分別進行“復位清零”、“狀態定義及轉化”、“時間定義及控制”、“計時”的功能。而又因為紅綠燈需要持續40秒，而黃燈只需要持續5秒，因此需要將“時間的定義及控制”、“計時”的功能各自都分開成兩個部分。細節：需要注意復位清零的異步性、雙向紅綠燈存在的4種不同狀態、計時功能與狀態選擇的銜接等。VHDL描述代碼如下。
①引入與定義：

LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.ALL; USE ieee.std_logic_unsigned.ALL;ENTITY rgy3 isport( clk,rst: in std_logic;Ra,Rb,Ga,Gb,Ya,Yb: out std_logic); END rgy3;Architecture bhv of rgy3 istype state is (S0,S1,S2,S3);signal presentstate,nextstate : state;signal time40,time5 : std_logic;signal rst40,rst5 : std_logic ;signal en40,en5 : std_logic ; signal tmp40 : std_logic_vector(5 downto 0);signal tmp5 : std_logic_vector(2 downto 0);begin

②異步復位清零：

process(clk,rst)beginif rst = '1' then presentstate <= S0;elsif clk'event and clk='1' thenpresentstate<=nextstate;end if;end process;

③40秒計時：

process(clk,rst40,en40) begin if rst = '1' then tmp40<="000000";elsif rst40='1' then tmp40<="000000";elsif clk'event and clk='1' then if en40='1' thenif tmp40="100111" then tmp40<="000000";else tmp40<=tmp40+1;end if;end if;end if;if tmp40="100111" then time40<='1';else time40<='0';end if;end process;

④5秒計時：

process(clk,rst5,en5) begin if rst = '1' then tmp5<="000";elsif rst5='1' then tmp5<="000";elsif clk 'event and clk='1' then if en5='1' thenif tmp5="100" then tmp5<="000";else tmp5<=tmp5+1;end if;end if;end if;if tmp5="100" then time5<='1';else time5<='0';end if;end process;

⑤時間與狀態銜接：

process(presentstate,time40,time5)begincase presentstate iswhen S0 => rst40 <='0';en40<='1';rst5<='1';en5<='0';if time40= '1' then nextstate<= S1;else nextstate<= S0; end if;when S1 => rst5 <='0';en5 <='1';rst40<='1';en40<='0';if time5= '1' then nextstate<= S2;else nextstate<= S1; end if; when S2 => rst40 <='0';en40<='1';rst5<='1';en5<='0';if time40= '1' then nextstate<= S3;else nextstate<= S2; end if; when S3 => rst5 <='0';en5<='1';rst40<='1';en40<='0';if time5= '1' then nextstate<= S0;else nextstate<= S3; end if; end case;end process;

⑥狀態對應轉化：

process(presentstate)begincase presentstate is when S0 => Ra<='0'; Ya<= '0'; Ga<='1'; Rb<='1'; Yb<= '0'; Gb<='0'; when S1 => Ra<='0'; Ya<= '1'; Ga<='0'; Rb<='1'; Yb<= '0'; Gb<='0'; when S2 => Ra<='1'; Ya<= '0'; Ga<='0'; Rb<='0'; Yb<= '0'; Gb<='1'; when S3 => Ra<='1'; Ya<= '0'; Ga<='0'; Rb<='0'; Yb<= '1'; Gb<='0';end case;end process;

2.仿真實驗：輸入：clk、rst，輸出：Ra、Rb、Ga、Gb、Ya、Yb以及狀態中間輸出：presentstate、tmp40、tmp5。

3.狀態機轉換圖。

4.根據引腳配置完成接線，下載至FPGA芯片中，在實驗箱上完成驗證。如下圖為相關的實驗驗證。

四、實驗思考與小結

1.VHDL描述的模塊化，將實現不同功能的VHDL描述分開在不同的進程里面，實現VHDL的“高內聚低耦合”。
2. 需要明確不同的狀態機它們之間的轉換條件。
3. 狀態機由狀態寄存器和組合邏輯電路構成，能夠根據控制信號按照預先設定的狀態進行狀態轉移，是協調相關信號動作、完成特定操作的控制中心。交通信號燈可以用狀態機的原理來實現，因為信號燈的變化狀態是有限的，各個狀態可以列舉出來，狀態間切換由計數器決定。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的FPGA(7)--有限状态机--交通灯的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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