小型数字系统设计完整版

交通灯-基本要求
设计一个十字路口交通信号灯控制器，在每个入口 处设置红，绿，黄三色信号灯，红灯亮禁止通行， 绿灯亮允许通行，在绿灯转红灯之间，黄灯亮
每次放行60秒，其中绿灯55秒，黄灯5秒，红灯60 秒
用4个数码管显示时间，其中2个显示东西方向时间 ，另2个显示南北方向时间，显示采用加计数模式
有限状态机
MOORE机模型：输出只为有限状态机当前值的函 数。
…… …
输入信号 当前状态
控制输出函数
输出信号
状态转换函数
次状态
状态寄存器
有限状态机
MEALY机模型：输出为有限状态机当前值和输入 的函数。
…… …
输入信号
状态转换函数
输出信号
当前状态
次状态
状态寄存器
控制器设计
逻辑功能 状态图
状态转换真值表 逻辑方程组 逻辑电路图
2020/7/7
东南大学电工电子实验中心
17
ห้องสมุดไป่ตู้
用6个LED显示两个方向的红灯、绿灯和黄灯
交通灯-提高要求
分主次干道，主干道绿灯55秒，黄灯5秒，红 灯30秒；次干道绿灯25秒，黄灯5秒，红灯60 秒
4个数码管显示，其中2个显示主干道方向的时 间，另2个显示次干道时间
原理框图
流程图
东南大学电工电子实验中心
控制器设计举例
交通灯控制器
状态流程图
T1=1
EWR NSY
T2=1
EWG NSR
EWR NSG
T0=1
EWY NSR
T1=1
状态表
状态
南北
东西
S3 S2 S1 S0
R
Y
G
计 数
R
Y
G
计 数
00001100
0 0 1 55
60
10010100
0105
2 0 1 0 0 0 0 1 55 1 0 0
60
310000105100
层次化设计
–自顶向下
调试
–自底向上
数字系统的划分
控制器
– 常用FSM有限状态机设计。接收受控器 输出的条件信号，输出控制信号。
受控器
– 可用常用时序逻辑电路设计或组合逻辑 电路设计。提供控制器条件信号及执行 各自功能。
控制器设计
控制器常用传统的有限状态机（FSM ）实现。
有限状态机有两种类型：MOORE型 和MEALY型。
– 经过分析，可用4个有限状态来描述交通灯的控制 行为，故控制器的设计是一个有限状态机。它有4 个状态：
– 1)初始状态(S1): EW亮绿灯、NS亮红灯。 – 2)第二个状态(S2): EW亮黄灯、NS亮红灯。 – 3)第三个状态(S3): EW亮红灯、NS亮绿灯。 – 4)第四个状态(S4): EW亮红灯、NS亮黄灯。
小型数字系统设计
数字系统
不管其规模大小，凡是 有控制器的数字电路， 都称为数字系统。
数字系统的结构
自
数字系统
顶
向
功能
下
模块
功能 模块
单单
单单
自
元元
元元
底
电电
电电
向
路路
路路
上
数字系统设计的方法 自顶向下 何谓顶？
顶——系统的功能
自底向上 何谓底？
自顶底向—下—与最自基底本向的上实相结现合单元
数字系统的设计方法