《FPGA原理及应用》
大作业
题目用有限状态机法设计交通灯学院专业
姓名学号
指导教师
2017年11月
实验八用有限状态机设计交通灯
（综合性实验）
一、实验目的
掌握有限状态机的编程和使用方法。

二、实验内容
设计一个十字路口交通灯控制器，东西、南北方向有红灯、黄灯、绿灯，持续时间分别为35、5、30秒，并在实验箱上验证。

方案一：利用状态机设计
本报告通过用状态机对交通信号灯的设计，完成对红、绿、黄三盏灯状态变换的控制，进而完成对十字路口交通通断的控制。

本实验以VHDL语言为基础，状态机为工具，完成四种交通状态的控制，即主道有车支道无车，主道无车支道有车，主道支道均有车，主道支道均无车四种状态。

以主支道的安装的传感器为信号输入，感应道路有无车辆，实现交通自动化控制。

状态机一般用来描述数字系统的控制单元，是许多数字电路的核心元件。

状态机包括输入信号、输出信号、状态译码器和状态寄存器。

状态寄存器用来记忆状态机的内部状态。

状态寄存器的下一个状态及输出不仅同输入信号有关，而且还与寄存器的当前状态有关，即下一个状态根据当前状态和输入决定。

VHDL程序如下：
方案二：利用接线图设计
设计一个五秒计时器，VHDL程序如下：
结果用二进制表示，需要输出三个变量。

仿真无误后，新建波形仿真文件，得到结果如下：
对五秒计时器进行封装。

设计三十秒计时器：
结果有三十个，用二进制表示，最少需要五个输出变量。

仿真无误后新建仿真波形，仿真波形如下：
对三十秒计时器进行封装。

设计三十五秒计时器，VHDL程序如下：
程序结构大致与五秒计时器、三十秒计时器相似，并且用二进制表示，需要输出六个变量。

波形仿真结果如下：
设计好后进行封装。

然后设计通过计时器控制六个交通灯亮灭的转换器。

使用case语句，根据五秒、三十秒、三十五秒计时器的进位信号，对交通灯的亮灭进行控制。

初始状态为主干道的红灯亮，而支干道的绿灯亮，三十五秒内，支干道由绿灯变为黄灯，黄灯亮五秒后变为红灯。

此时主干道由红灯变为绿灯，两边交换，以此情况反复进行。

红灯时间为三十五秒钟，在此期间，另一干到的黄灯和绿灯发生变化，完成十字路口交通灯的功能。

其波形仿真如下图：
VHDL程序设计如下：
检测该状态检测功能无误后，进行封装。

新建原理图链接文件，将封装好的四个原件进行连接实现交通灯的功能：
程序设计好后，进行输出输入口的管脚绑定：
管脚绑定如上图，绑定好后，对程序进行上传。

FPGA硬件连接图如下，按如下接线图接好线后，进行程序上传：
V8连接1Hz的时钟输入，Y8接开关1，V3接入LED1(r1)，V7接入LED2(y1),V10接入LED3(g1), V5接入LED8(r2),W8接入LED7(y2),W13接入LED6(g2)。

上传程序后开始进行六个灯开始进行交替闪烁。

实验中遇到的问题：
1.V8连接1Hz的时钟输入，Y8接开关1，V3接入LED1(r1)，V7接入LED2(y1),V10接入LED3(g1), V5接入LED4(r2),W8接入LED5(y2),W13接入LED6(g2)。

上传程序后六个灯只有LED1到LED4发光，其余灯泡始终不会亮，无法实现交通灯的功能，于是检查LED5及LED6发现这两个灯泡有问题无法正确接收管脚的输入信号，于是选择其他LED该问题得到解决。