利用有限状态机的交通灯控制系统设计与仿真
将编译后的程序进行仿真，得到交通灯控制与倒计时模块仿真波形图如图3所示。由仿真波形可以看出，交通灯按St0→*St1→St2→St3 →St0顺序进行状态循环。light按主路红、主路黄、主路绿、支路红、支路黄、支路绿的顺序排列。如在St0状态下，light的值为“001100 ”，当hold紧急情况信号为高电平时，主路、支路均亮红灯，并且停止倒计时。当rst复位信号为高电平时，恢复到初态。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/160987.htm
3 顶层文件的设计及仿真
将分频模块和显示控制模块均分别用VHDL进行编程、仿真，检查其功能正确性，并包装元件入库建立元件符号。在上述3个模块设计完成之后，按照图1所示电路结构，用原理图输入方式进行连接，构成交通灯控制系统的顶层文件，并在Quartus II平台上进行编译、仿真，引脚锁定，得到仿真波形如图4所示，图中信号light、a(b)、dec7sa(dec7sb)分别用二进制、十进制、十六进制表示。
从仿真波形中可以看出：当复位信号rst=1有效时，电路复位，此时light复位为“001100”状态，置a方向和b方向计数器为最大值24和29；当rst=0无效，紧急信号hold=1有效时，light为“100100”表示两路红灯均亮的状态；当rst=0，hold=0时，恢复电路原来的light为“001100”状态，a和b进行倒计时计数。7段显示译码器a方向的dec7sa和b方向的dec7sb分别显示计数器a和b的数值，如当a计数到21时，dec7sa的高位2和低位1的0gfedcba=01011011B(5B)和00000110 B(06)，即5806，同理当b计数到26时，dec7sb的值为5B7D，所以交通灯控制系统的仿真结果完全正确。
最后将顶层文件下载到可编程逻辑器件EP1C12Q240C8中，经测试，交通灯控制系统正常工作，完全符合设计要求。
4 结束语
有限状态机及其设计技术是数字系统中实现高效率、高可靠性逻辑控制的重要途径。在交通灯控制系统设计中，通过对控制功能的分析和实际状态的选择，把交通灯的控制归纳为4种工作状态，并建立状态转移关系，较为准确、直观的反映了实际需求。在用VHDL语言设计实现交通灯控制系统时，既有传统的基于逻辑单元构建的整体组成结构方式，也有利用纯软件编程实现的逻辑模块。设计方法灵活、实现简单、性能稳定的特点。
以上有限状态机的设计方法具有通用性，对于较为复杂的有限状态机可采用多个进程，分别完成任意复杂组合逻辑和时序逻辑，包括进程间状态值的传递以及状态转换值的输出，对类似含有逻辑控制功能的系统，通过自顶向下设计、分步实现，是切实可行的方法。
评论