VHDL有限状态机（单进程，双进程）交通灯示例

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我是靠谱客的博主细腻草莓，最近开发中收集的这篇文章主要介绍VHDL有限状态机（单进程，双进程）交通灯示例，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

Finite State Machine有限状态机

它的逻辑流程图是：

注意！“当前状态”和“下一状态”的位置，我们将在下文的交通灯示例中理解。

设计要求：

--我们要设计一个十字路口的交通灯，就两个按钮，东西方向一个（sensor2），南北方向一个（sensor）。流程就是，东西方向为红灯，南北在走人，
--这时候东西方向的人想过马路，按下sensor2,然后红变绿，东西走，南北停。然后南北的人想过马路，按下sensor,灯就由绿变黄再变红。
--整体上这个逻辑不是很严谨，放在这里只是举个例子。

下图为状态流程图：

我把注释写在代码中了，请参悟下文的代码。本实验用的是ModelSim软件，VHDL语言。他一般有两个文件，一个是硬件配置文件（df.vhd）用来写你设计的硬件的结构的。第二个是硬件测试文件（testbench,也就是tb.vhd），是用来设置仿真参数，用来仿真的。补充：因为本实验只用了状态机，所以就是一个硬件配置文件。但是，在往后的综合实验中，我们会用状态机与寄存器等其他硬件综合使用，所以要单独把状态机拿出来进行配置（df_state.vhd），这个就相当于库函数，然后在主函数（df.vhd）中再多写一行：

USE work.state_machine_package.all

进行调用，所以，它相当于三个文件了。

就是写上文的下行即可。

不多墨迹了，见代码（df.vhd）

--我们要设计一个十字路口的交通灯，就两个按钮，东西方向一个（sensor2），南北方向一个（sensor）。流程就是，东西方向为红灯，南北在走人，
--这时候东西方向的人想过马路，按下sensor2,然后红变绿，东西走，南北停。然后南北的人想过马路，按下sensor,灯就由绿变黄再变红。
--整体上这个逻辑不是很严谨，放在这里只是举个例子。

-- single Process FSM 单进程的有限状态机
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_SIGNED.ALL;

Entity Traffic_light is
	port(sensor : in std_logic;
		sensor2: in std_logic;
		 rst	: in std_logic;
		 clk	: in std_logic;
		 red_light: out std_logic;
		 green_light: out std_logic;
		 yellow_light : out std_logic
		);
end entity;

Architecture one_process of  Traffic_light is		--结构设定，one_process是本process的名字，一般情况下，状态机我们用一个process就够了
	type statetype is (red,green,yellow)           --type 是状态（圆圈），有多少个圆圈，括号里就写多少个名字；它们三个的功能就像HIGH/LOW一样，表示状态
	signal state : statetype;						--这里只设置了一个叫“state”的信号，它既不是输入也不是输出，表示的只是当前信号的状态
	
begin
-- synchronous reset
	process(clk,rst)
	begin
		if rising_edge (clk) then    --CLK 上升沿触发
			red_light <= '1';
			green_light <= '0';     --这是初始设置，红灯状态
			yellow_light <= '0';
			if rst= '0' then
				state <= red;   	--如果RST复位键没有触发，那么就把红灯状态给当前状态；也可以理解为保存红灯亮
			else
			case state is			--注意！！！state状态设定这里只能用case，不能用if
				when red =>			--若为状态红灯
				    red_light <= '1';
					yellow_light <= '0';
					green_light <= '0';
					if sensor = '1' then		--如果按钮sensor被按下（1），那么
						state <= green;			--将绿灯亮的状态给”当前状态“
						green_light <= '1';     --绿灯亮，红灯灭
						red_light <= '0';
						
					else
						state <= red;			--否则的话，红灯给“当前状态”，也就是保持的意思
					end if;						--不要忘了end if
				when green => 		--若状态为绿灯
				 if sensor2 = '1' then			--如果按钮2,sensor2被按下，那么
					state <= yellow;			--把黄灯亮的状态给“当前状态”
					yellow_light <= '1';		--黄灯亮，绿灯灭
					green_light <= '0';
				 else 							--否则保持绿灯亮
					state <= green;
				end if;
				
				when yellow =>		--若状态为黄灯
					state <= red;				--因为黄灯的下一步肯定是变红灯，所以在这就把红灯状态给“当前状态”
					red_light <= '1';			--红灯亮，黄灯灭
					yellow_light <= '0';
			end case;
			end if;
		end if;
	end process;
end one_process;

差不多懂了吧？上文的测试代码我就不写了，有兴趣的同学可以自己测试。

下面是双进程结构代码，还是以上文相同的状态逻辑流程图为例。


library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_SIGNED.ALL;

entity Traffic_light is
end entity;

	
Architecture dual_process_B of  Traffic_light is		
	type statetype is (red,green,yellow)           
	signal current_state, next_state : statetype; --请看我画的流程图，在这我定义两个状态（当前状态，下一状态）
	
begin

	decoding: process(current_state, sensor)
	begin
		red_light <= '1'; --开始是红灯亮
		green_light <= '0';
		yellow_light <= '0';
		case current_state is --当前状态设置
			when red =>					--若为红灯状态，若检测到开关1按下，则把“绿灯亮”给下一状态
				if sensor = '1' then
					next_state <= green;
				end if;								--若没按开关，那就保持红灯
				red_light <= '1';	
			when green =>				--若为绿灯状态，把黄灯给下一状态，并点亮绿灯
				next_state <= yellow;		--（逻辑不严谨，为了简单的举例才这么写的，具体流程图请见上文的手画的状态逻辑流程图）
				green_light <= '1';
					
			when yellow =>			--若为黄灯状态，下一状态为红灯，且黄灯点亮
				next_state <= red;
				yellow_light <= '1';
		end case;
	end process;
	
	state_register: process(clk,rst)--设置时钟进程
	begin
		if rising_edge (clk) then		--上升沿触发
			if rst = '1' then
				current_state <= red;		--等复位键置1，就红灯亮（开始仿真）
			else
				current_state <= next_state;	--否则就继续循环等待
			end if;
		end if;
	end process;

end dual_process_B;

这是我的课堂笔记，题目是老师随便的，他说逻辑有错的，我改对了。放到这就是加深理解的，学VHDL就应该多悟，多写，抄我代码没有任何意义，随便抄，您开心就好。