作业内容
根据本周课堂内容，设计一个停车场门禁控制系统的状态机。
门禁控制系统的输入信号包括：
- 起落杆位置传感器：有两个位置值信号（升起/落下）
- 汽车入闸传感器：有两个值（True/False）
- 汽车出闸传感器：有两个值（True/False）
门禁控制系统的输出信号包括：
- 起落杆电机控制信号：（上升/下降）
- 通行灯信号：（红灯/绿灯）
一辆汽车的通过流程为：
- 起落杆处于落下状态，通行灯为红灯。
- 汽车进入门禁系统，入闸传感器值变为True。
- 控制起落杆上升，直到起落杆位置传感器到达升起位置。
- 通行灯为绿灯。
- 汽车离开门禁，触发汽车出闸传感器值为True。
- 控制起落杆下降，直到起落杆位置传感器到达落下位置。
- 通行灯变为红灯。
所描述的控制系统的状态机包括：
- 状态机的所有状态
- 状态机所接收到的外部事件
- 状态机所产生的动作
- 状态机的所有状态跃迁：（原状态、新状态、触发条件、产生动作）
状态机分析
Verilog代码
module carlight( car_in , //入闸传感器信号 car_out , //出闸传感器信号 gan_up , //起落杆上方传感器信号 gan_down , //起落杆下方传感器信号 motion_up , //起落杆电机上升控制信号 motion_down , //起落杆电机下降控制信号 light_red , //红灯信号 light_green , //绿灯信号 clk , //时钟信号 ncr ); //复位信号 //输入信号 input clk , ncr ; input car_in , car_out ; input gan_up , gan_down ; //输出信号 output motion_up , motion_down ; output light_red , light_green ; //寄存器 reg [1:0] state , next_state ; reg motion_up , motion_down ; reg light_red , light_green ; //状态机四种状态 parameter [1:0] down = 2'b00 , //杆处于下方状态 down2up = 2'b01 , //杆处于上升状态 up = 2'b11 , //杆处于上方状态 up2down = 2'b10 ; //杆处于下降状态 always@(posedge clk or negedge ncr) begin if(~ncr) state <= down ; else state <= next_state ; //状态转移 end always@(*) begin case(state) down: begin //down状态时，有car_in信号，转换到down2up状态，否则，状态不变 if(car_in==1) next_state = down2up ; else next_state = down ; end down2up: begin //down2up状态时，有gan_up信号，转换到up状态，否则，状态不变 if(gan_up==1) next_state = up ; else next_state = down2up ; end up: begin //up状态时，有car_out信号，转换到up2down状态，否则，状态不变 if(car_out==1) next_state = up2down ; else next_state = up ; end up2down: begin //up2down状态时，有gan_down信号，转换到down状态，否则，状态不变 if(gan_down==1) next_state = down ; else next_state = up2down ; end default: next_state = down ; endcase end always@(posedge clk or negedge ncr) begin if(~ncr) begin motion_up = 0 ; motion_down = 0 ; light_red = 1 ; light_green = 0 ; end else begin case(state) down: begin //down状态时对应的输出 motion_up = 0 ; motion_down = 0 ; light_red = 1 ; light_green = 0 ; end down2up: begin //down2up状态时对应的输出 motion_up = 1 ; motion_down = 0 ; light_red = 1 ; light_green = 0 ; end up: begin //up状态时对应的输出 motion_up = 0 ; motion_down = 0 ; light_red = 0 ; light_green = 1 ; end up2down: begin //up2down状态时对应的输出 motion_up = 0 ; motion_down = 1 ; light_red = 0 ; light_green = 1 ; end default: begin motion_up = 0 ; motion_down = 0 ; light_red = 1 ; light_green = 0 ; end endcase end end endmodule
实际状态机
RTL电路图
C++代码
#include <iostream> #include <string> using namespace std; string state; bool car_in,car_out; //出入闸信号 bool gan_up,gan_down; //杆上下传感器信号 bool light_red,light_green; //红绿灯控制信号 bool motion_up,motion_down; //杆上下动作控制信号 void change_state() //状态迁移函数 { if (state=="down") { if (car_in == true) state = "down2up"; else state = "down"; } else if (state == "down2up") { if (gan_up == true) state = "up"; else state = "down2up"; } else if (state == "up") { if (car_out == true) state = "up2down"; else state = "up"; } else if (state == "up2down") { if (gan_down == true) state = "down"; else state = "up2down"; } } void action() //状态动作函数 { if (state == "down") { light_red = true; light_green = false; motion_up = false; motion_down = false; } else if (state == "down2up") { light_red = true; light_green = false; motion_up = true; motion_down = false; } else if (state == "up") { light_red = false; light_green = true; motion_up = false; motion_down = false; } else if (state == "up2down") { light_red = false; light_green = true; motion_up = false; motion_down = true; } } void ncr() //复位函数 { car_in = false; car_out = false; gan_down = false; gan_up = false; } void read(string m) //测试信号函数 { if (m=="1y") car_in = true; //汽车入闸传感器为true else if (m == "1n") car_in = false; //汽车入闸传感器为false else if (m == "2y") car_out = true; //汽车出闸传感器为true else if (m == "2n") car_out = false; //汽车出闸传感器为false else if (m == "3y") gan_up = true; //杆上方传感器为true else if (m == "3n") gan_up = false; //杆上方传感器为false else if (m == "4y") gan_down = true; //杆下方传感器为true else if (m == "4n") gan_down = false; //杆下方传感器为false } void main() //主函数 { state = "down"; //默认杆放下 string sensor; cout << "wait for car coming in..." << endl; cout << "current state is " << "down" << endl; while (1) { action(); ncr(); cout << "please input the signal" << endl; cin >> sensor; read(sensor); change_state(); cout << "current state is " << state << endl; } }
结果显示图
c++测试结果分析
本c++代码程序是为了测试验证逻辑，所以一些信号是手动给出。首先默认当前状态为杆放下，即down状态，当有car_in信号输入时，即1y，状态变为down2up，其他信号发生改变时，状态不变。同理其他三个状态相似。测试结果符合预期要求。