VHDL编程实现交通灯控制：状态机与特殊功能设计

在本次VHDL编程实验中，目标是设计并实现一个十字路口的红、绿、黄三色交通灯控制系统，以确保道路的安全通行。实验旨在通过以下几个关键知识点来达成： 1. 实验目的： - 学习可编程逻辑器件设计的基本流程，包括设计步骤、原理理解和实践操作。 - 掌握数码管动态扫描显示技术，这对于实时显示交通灯状态至关重要。 - 学习状态机（State Machine, FSM）的设计方法，这有助于组织交通灯的逻辑控制，使得不同颜色信号灯按预定顺序切换。 - 熟悉进程设计，如何利用自定义数据类型和CASE语句实现状态之间的切换。 2. 设计任务与要求： - 正常时序控制：确保信号灯按照预定的规则（如图1所示）交替闪烁，保证交通秩序。 - 特殊状态控制：引入一个开关，当紧急车辆出现时，可强制两个方向的红灯同时亮起，其他车辆禁止通行，且计时停止。紧急状态解除后，系统恢复到正常运行。 - 信号灯点亮时间预置：允许用户在任何时刻调整信号灯的亮灯时间，提高灵活性。 - 采用VHDL编程语言：利用MAXPLUS或QuartusII开发平台进行设计、编译、仿真和下载，确保逻辑功能正确无误。 3. 设计思路： - 定义交通灯状态：基于图1中的指示，创建状态表，明确各个状态下的灯色和持续时间。 - 状态转换实现：使用FSM（有限状态机）方法设计，通过CASE语句根据时间计数器的变化实现状态之间的切换，并利用内部信号控制灯的显示。 - FSM分类：理解Moore型和Mealy型FSM的区别，前者输出只依赖当前状态，后者则同时考虑当前状态和输入信号。 - DFFs（触发器）的应用：在状态机中，DFFs用于存储状态信息，而Comb Logic和Feedback Logic则用于处理组合逻辑和时序逻辑部分。 通过这个实验，参与者不仅能巩固VHDL编程技能，还能实际体验到硬件设计中状态机和逻辑控制的重要性，以及在实际交通管理中优化系统性能的可能。此外，对于数字电路设计和模拟软件的使用也有显著提升。