利用有限状态机的交通灯控制系统设计与仿真

冯竞楠

（陕西科技大学 陕西 西安 710021）

实现路口交通灯控制器系统的方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。但是这些方法在进行功能修改及调试时，都涉及硬件电路的调整，在一定程度上增加了工作的难度。随着电子技术的迅猛发展，集成电路的设计方法也在不断地更新，传统的“固定功能集成电路+连线”的手工电子设计方法已被现代的对“芯片”进行设计的电子设计自动化（EDA）的设计方法所替代[1-3]，使用“语言”进行电子电路设计已成为一种趋势。笔者设计开发的交通信号灯控制器系统，采用EDA技术和可编程逻辑器件FPGA，应用VHDL有限状态机来设计控制系统的控制功能，并可根据实际情况对灯亮时间进行自由调整，整个系统通过QuartusⅡ软件平台进行了仿真，并下载到FPGA器件EP1C12Q240C8中进行调试，验证了设计的交通信号灯控制电路完全可以实现预定的功能。该系统可以较好地缓解交通压力，并可实现对突发事件进行紧急处理，具有一定的实用性。

1 有限状态机的基本特性

有限状态机FSM（finite state machine）由有限的状态及其相互之间的转移关系构成。从有限状态机的角度看，许多数字系统中的时序电路都可以用其来描述，因此，有限状态机是一种重要的、易于建立的、比较规范、以描述控制特性为主的建模方法，它可以应用于从系统分析到设计的所有阶段。同时，因为有限状态机具有有限个状态，所以可以在实际的工程上实现。但这并不意味着其只能进行有限次的处理。……