EDA实验教程-红绿灯.ppt

《计算机EDA设计(shèjì)》实验教程
实验(shíyàn)五 交通红绿灯控制器
北航计算机学院(xuéyuàn) 艾明晶
第一页，共40页。
2021/12/16
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内容(nèiróng)概要
实验目的
实验要求
实验原理
实验方案(fāng àn)
实验内容
实验报告
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了解交通红绿灯控制器的工作原理。
掌握建立状态机的逻辑模型的方法。
掌握状态机的实现(shíxiàn)和多个状态机的组合使用方法
实验(shíyàn)目的
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假定十字路口马路的A方向和B方向各有一组红、黄、绿三个灯组成的交通灯，要求设计一个交通红绿灯控制器，实现对这两组交通灯的管理。正常时，交替放行十字交叉路的两个方向，放行时间相等；交通堵塞时，由交通警察人工控制某方向的放行时间，以便按照交通负荷疏导阻塞车辆。
具体(jùtǐ)功能要求如下 ：
实验(shíyàn)要求
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在正常运行状态下，两组交通灯按以下规律自动进行转换(zhuǎnhuàn)，在不同时刻分别放行不同方向上的车辆：
（绿，红）50s（黄绿，红）5s（黄，红）20s（红黄，红）20s（红，黄）10s
（红，绿）50s（红，黄绿）5s（红，黄）20s（红，红黄）20s（黄，红）10s
（绿，红）50s……
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人工放行：若某一方向发生交通阻塞，则交通警察按下该方向的放行按钮来人工控制放行该方向，则红绿灯自动将相应(xiāngyīng)方向的道路放行，此后不会自动放行另一个方向的道路，直到疏通后，按“恢复到正常状态”按钮，重新进入正常运行状态。
如果某方向处于人工放行的状态，应有指示灯指示这一情况。
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人工控制放行遵循如下(rúxià)限制规则：
有黄灯亮时，不允许立刻改变放行方向，必须按正常运行到所需放行的方向时，才保持放行该方向；
每个方向的放行时间不得小于某一最小值（假定为30秒钟），以免车辆频繁起停。
只有在（绿，红）20s和（红，绿）20s状态下，可以人工控制改变放行方向，即直接跳转到下一状态。
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基于状态机的设计
有限状态机
有限状态机（FSM，Finite State machine）是时序电路设计中经常采用的一种方式，尤其适合于设计数字系统的控制模块。在Verilog HDL中采用case、if-else语句可以很好地描述基于状态机的设计。
状态机包括组合(zǔhé)逻辑部分和寄存器部分。组合(zǔhé)逻辑部分又包括次态逻辑和输出逻辑，分别用于状态译码和产生输出信号；寄存器部分用于存储状态。
实验(shíyàn)原理
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状态机的次态是现态及输入信号的函数，输出(shūchū)信号根据状态机的现态或输入信号而定。
状态机可分为两类：摩尔（Moore）型状态机和米里（Mealy）型状态机。Moore型状态机，其输出(shūchū)只为状态机当前状态的函数，而与输入无关。Mealy型状态机，其输出(shūchū)不仅与状态机当前状态有关，而且与输入有关。
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输出
现态
次态
现态
输入
次态逻辑
状态
寄存器
输出逻辑
输出
现态
次态
现态
输入
次态逻辑
状态
寄存器
输出逻辑
（1）Moore型状态机
（2）Mealy型状态机
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