基于VHDL的交通灯设计

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1、 级学生EDA课程设计 EDA课程设计报告书课题名称基于VHDL的交通灯设计姓 名 学 号 院 系 专 业 指导教师 年 月 日 一 设计任务及要求： 设计任务： 模拟十字路口交通信号灯的工作过程，利用实验板上的两组 红、黄、绿LED作为交通信号灯，设计一个交通信号灯控制器。设计要求： （1）交通灯从绿变红时，有4秒黄灯亮的间隔时间； （2）交通灯红变绿是直接进行的，没有间隔时间； （3）主干道上的绿灯时间为40秒，支干道的绿灯时间为20秒； （4）在任意时间，显示每个状态到该状态结束所需的时间。指导教师签名： 年 月 日 二、指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日 三、成绩验收盖章 年 月

2、 日 基于VHDL的交通灯设计一、设计任务及要求：设计任务：模拟十字路口交通信号灯的工作过程，利用实验板上的两组红、黄、绿LED作为交通信号灯，设计一个交通信号灯控制器。设计要求： （1）交通灯从绿变红时，有4秒黄灯亮的间隔时间； （2）交通灯红变绿是直接进行的，没有间隔时间； （3）主干道上的绿灯时间为40秒，支干道的绿灯时间为20秒； （4）在任意时间，显示每个状态到该状态结束所需的时间。 支干道 主干道 图1 路口交通管理示意图ABCD主干道交通灯绿（40秒）黄（4秒）红（20秒）红（4秒）支干道交通灯红红绿黄表1 交通信号灯的4种状态二、设计原理： 设计目的：学习DEA开发软件和Qua

3、rtusII的使用方法，熟悉可编辑器件的使用。通过制作来了解交通灯控制系统，交通灯系统主要是实现城市十字交叉路口红绿灯的控制。 设计说明：（1）第一模块：clk时钟秒脉冲发生电路在红绿灯交通信号系统中，大多数情况是通过自动控制的方式指交通的。因此为了避免意外事件的发生，电路必须给一个稳定的时钟（clock）才能让系统正常运作。 模块说明： 系统输入信号： clk: 由外接信号发生器提供256的时钟信号； 系统输出信号： full:产生每秒一个脉冲的信号； （2）第二模块：计数秒数选择电路 计数电路最主要的功能就是记数负责显示倒数的计数值，对下一个模块提供状态转换信号。 模块说明： 系统输入信号

4、：full：接收由clk电路的提供的1hz的时钟脉冲信号； 系统输出信号：tm：产生显示电路状态转换信号； tl：倒计数值 秒数个位变化控制信号； th：倒计数值 秒数十位变化控制信号； （3）第三模块：红绿灯状态转换电路。 本电路负责红绿灯的转换。 模块说明： 系统输入信号：full: 接收由clk电路的提供的1hz的时钟脉冲信号； tm：接收计数秒数选择电路状态转换信号； comb_out:负责红绿灯的状态显示。 （4）第四模块：时间显示电路。 本电路负责红绿灯的计数时间的显示。 模块说明： 系统输入信号：tl：倒计数值 秒数个位变化控制信号； th：倒计数值 秒数十位变化控制信号； 系统

5、输出信号：led7s1: 负责红绿灯的显示秒数个位。 led7s2：负责红绿灯的显示秒数十位。三、 设计方案定时时间到检测电路计时器预置数产生电路状态发生器（两位二进制计数器） 时间显示数据输出红黄绿灯输出控制电路（RYG） 红黄绿灯信号输出1秒时钟脉冲信号发生器 图2 交通信号灯控制器的原理框图秒脉冲信号发生器（进程P1和P2）状态寄存器（进程P6）计数器（进程P3、P4和P5）CLK 时间显示数据输出 次态发生器信号灯输出信号（进程P7） 信号灯输出图3 交通信号灯控制器程序原理框图 该程序由7个进程组成，进程P1和P2将CLK信号分频后产生1秒信号，进程P3、P4、P5构成两个带有预置数

6、功能的十进制计数器，其中P4产生允许十位计数器计数的控制信号。进程P6实现状态转换和产生状态转换的控制信号，进程P7产生次态信号和信号灯输出信号，以及每一个状态的时间值。四、程序清单library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; entity traffic is port (clk:in std_logic; led7s1:out std_logic_vector(6 downto 0); led7s2:out std_logic_vector(6 downto 0); comb_out:ou

7、t std_logic_vector(5 downto 0); end;architecture one of traffic istype dm is (s0,s1,s2,s3); signal current_state,next_state:dm; signal full:std_logic; signal tl :std_logic_vector(6 downto 0); signal th:std_logic_vector(1 downto 0); signal tm :std_logic_vector(6 downto 0); signal time:std_logic_vecto

8、r(6 downto 0);begin P_REG: process(clk) variable cnt8:std_logic_vector(7 downto 0); begin if clkevent and clk=1 then if cnt8 = 11111111 then cnt8:=01111111; full=1; else cnt8 := cnt8+1; full= 0; end if; end if ; end process P_REG;process(full)begin if full event and full=1 thenIf time1000011 then ti

9、me=time+1; else time =0000000; end if;end if;end process; REG:process( full,current_state) begin if full=1 and fullevent then current_statecomb_out=001100;tm=39-time; if time=39 then next_state=s1; else next_statecomb_out=010100;tm=43-time; if time=43 then next_state=s2; else next_statecomb_out=1000

10、10;tm=63-time; if time=63 then next_state=s3; else next_statecomb_out=100001;tm=67-time; if time=67 then next_state=s0; else next_state=30 then th=11;tl=20 then th=10;tl=10 then th=01;tl=tm-10;else th=00;tlled7s1led7s1led7s1led7s1null; end case;case tl is when 0000000=led7s2led7s2led7s2led7s2led7s2l

11、ed7s2led7s2led7s2led7s2led7s2null; end case; end process;end;五、仿真结果六、实验心得体会 通过这次课程设计，我进一步加深了对电子设计自动化的了解。并进一步熟练了对QuartusII软件的操作。在编写程序的过程中，遇到了很多问题，使我发现自己以前学习上存在的不足。通过与同学探讨和请教老师，终于把问题都解决了，并加深了对交通灯原理和设计思路的了解。同时也掌握了做课程设计的一般流程，为以后的设计积累了一定的经验。做课程设计时，先查阅相关知识，把原理吃透，确定一个大的设计方向，再按照这个方向分模块的把要实现的功能用流程图的形式展示。最后参照每个模块把输入和输出引脚设定，运用我们所学的VHDL语言进行编程。总之，通过这次的设计，进一步了解了EDA技术，收获很大，对软件编程、排错调试、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。参考文献 1 江国强.EDA技术与应用.第三版.北京：电子工业出版社，2010. 2 康华光，邹寿彬，秦臻.电子技术基础数字部分M.华中科技大学电子技术课程组编,北京：高等教育出版社，2006.1（2009重印）9