交通灯控制系统设计：从逻辑电路到FPGA实现

"该实验是关于交通灯设计的综合项目，旨在通过两种技术手段——传统数字电路和CPLD/FPGA可编程器件，培养学生的数字系统设计和实践能力。实验内容包括组合逻辑和时序逻辑电路的设计，以及软件仿真和硬件调试。实验目标包括掌握逻辑电路设计方法、软件仿真、安装调试，以及提升综合设计能力。实验分为四个部分，从方案设计到最终的可编程器件实现。元器件涉及集成逻辑门、编码器、译码器、选择器和计数器等中、小规模数字电路，以及CPLD/FPGA器件。设计方案需考虑红绿黄灯的控制，包括特殊状态处理、点亮时间预置和故障报警功能（选做）。设计任务包括定义状态表、绘制状态转换图，并设计电路模块图。" 在交通灯控制系统设计中，学生需要掌握以下几个关键知识点： 1. 组合逻辑电路设计：组合逻辑电路由基本逻辑门（如与门、或门、非门）组成，其输出仅取决于当前输入，不具有记忆功能。在这个实验中，可能需要设计和实现用于控制灯颜色转换的逻辑电路。 2. 时序逻辑电路设计：时序逻辑电路包含记忆元件，例如触发器，它的状态不仅依赖于当前输入，还取决于之前的状态。在交通灯系统中，计数器可以用于控制灯的周期性和顺序变化。 3. CPLD/FPGA设计：复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）是可编程的集成电路，能实现更复杂的逻辑功能。在实验的第四部分，学生将学习如何使用这些器件来实现完整的交通灯控制系统，这通常涉及硬件描述语言（如VHDL或Verilog）编程。 4. 软件仿真：在设计过程中，软件工具如ModelSim或Xilinx ISE用于仿真逻辑设计，确保设计在实际硬件部署前满足预期功能。 5. 数字电路安装与调试：实际电路搭建和调试是验证设计是否正确的重要环节，学生需要学会如何将逻辑设计转化为实际电路，并解决可能出现的问题。 6. 特殊状态处理：交通灯系统需要考虑紧急情况，如紧急车辆通行，这涉及到额外的控制逻辑，能够中断常规信号流程并切换到特殊模式。 7. 时间预置功能：允许用户根据实际交通流量调整信号灯的持续时间，这可能涉及到可编程计数器或者定时器的设计。 8. 故障报警功能：选做部分，当交通灯出现异常状态时，系统能够发出警报，这需要额外的检测和报警电路。 通过这个实验，学生不仅能学习到基础的数字电路知识，还能深入理解数字系统的设计流程，包括需求分析、方案设计、逻辑实现、仿真验证和硬件调试，这对他们的专业技能发展至关重要。