交通灯控制器.docx
《交通灯控制器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通灯控制器.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
交通灯控制器
VHDL语言与EDA课程设计
：
交通灯控制器
通信与控制工程系
电子信息工程
摘要
本系统采用GW48EDA/SOPC实验箱来设计交通灯控制器，模拟实现了红、绿灯指挥
交通的功能。
它直接采用FPGA/CPLD芯片开发，用VHDL语言编程和QUARTUSⅡ6.0设
计。
交通灯控制器设计,系统地阐述了用FPGA/CPLD实现数字电路的设计过程,展示了
FPGA/CPLD的强大功能和非凡特性。
本交通灯控制器适用东西方向和南北方向的车流量
大致相同的路口，红灯45秒，黄灯5秒，绿灯40秒，同时用数码管指示当前状态（红、
黄、绿灯）剩余时间。
另有一个紧急状态，当紧急状态出现时，两个方向都禁止通行，
指示红灯。
紧急状态解除后，重新计时并指示时间。
关键词：
交通灯控制器，
设计要求................................................................1
1方案论证与对比........................................................1
1.1方案一...........................................................1
1.2方案二...........................................................1
2设计过程..............................................................1
2.1总体设计慨要.....................................................1
2.2交通灯原理分析...................................................2
3模块设计及仿真........................................................3
3.1顶层文件的设计...................................................3
3.2状态控制模块（jtdctrl）.........................................4
3.3倒计时模块（jtdtime）的设计.....................................5
3.4数码管显示模块（jtdxs）的设计...................................7
3.5信号灯显示模块（jtdlight）的设计................................9
3.6引脚锁定........................................................11
4编程下载.............................................................12
5结束语...............................................................12
6致谢.................................................................12
7参考文献.............................................................13
更多论文
1交通灯控制器
设东西方向和南北方向的车流量大致相同，因此红、黄、绿灯的时长也相同，定为
红灯45秒，黄灯5秒，绿灯40秒，同时用数码管指示当前状态（红、黄、绿灯）剩余
时间。
另外，设计一个紧急状态，当紧急状态出现时，两个方向都禁止通行，指示红灯。
紧急状态解除后，重新计时并指示时间。
采用VHDL语言直接编写，实现交通灯指挥功能。
但此方案编写复杂且困难，开发
时间较长。
编译后，不便读懂，找出错误很困难。
采用模块层次化设计，将此设计分为四个模块：
计时模块，状态控制模块，信号灯
显示模块，数码扫描显示模块。
将四个模块再分别用VHDL语言编写成，做成原理图模
块，用原理图输入法做整个设计的顶层文件。
此方案设计方便、简单，方法易懂、易操
作，也易于寻找程序中的错误，故我们采用此方案。
根据交通灯控制器的功能与要求,将其总体电路分为状态控制，倒计时，数码管显
示，信号灯显示模块（jtdctrl，jtdtime，jtdxs，jtdlight）。
jtdctrl实现逻
辑和时序控制，外部两路脉冲振荡器的频率选为1kHz和1Hz的信号，1khz信号用于
显示模块的扫描，1Hz信号用做倒计时模块的计数脉冲。
M为紧急状态和自动运行状态
的控制端。
总体框图：
更多论文
2
2.2交通灯原理分析
当M='1'时，进入紧急状态，S输出为B"100100",即南北、东西向均为红灯亮。
当M='0'时，交通即开始正常工作。
M=‘0’时，经过40秒，S由B"100010"变为B"100001"，
再经过5秒，S变为B"010100"，再经过40秒，S变为B"001100"，再经过5秒，S
变为B"100010"……如此循环下去。
当M=‘1’跳变到M=‘0’时，数码管继续计时，恢复正常工作状态。
南北、东西方向的红绿灯按表一表二变化。
东西（A）方向
红灯红灯绿灯黄灯
45秒40秒5秒
南北（B）方向
绿灯黄灯红灯红灯
40秒5秒45秒
MS备注
1100100长时间亮红灯
0
状态1：
100010持续40秒，转到状态2
状态2：
100001持续5秒，转到状态3
状态3：
010100持续40秒，转到状态4
状态4：
001100持续5秒，转到状态1
S的六位分别对应东西方向（A方向）的红绿黄和南北方向（B方向）的红绿黄。
‘1’表示亮，‘0’表示灭。
更多论文
33
模块设计及仿真
顶层原理图设计可以依据系统框图进行，由反馈控制，倒计时，数码管显示，信号
灯显示模块（jtdctrl，jtdtime，jtdxs，jtdlight）五部分组成。
其顶层原理图
如图2所示。
图2顶层原理图图
3顶层文件的仿真波形
更多论文
4
状态控制模块根据倒计时模块（jtdtime）的输出信号和1hz的时钟信号，产生系
统的状态机，控制其他部分的协调工作。
该模块的源文件程序如下：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYJTD_CTRLIS
PORT（CLK:
INSTD_LOGIC;
AT,BT:
INSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;
S:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0））;
ENDJTD_CTRL;
ARCHITECTUREJTDOFJTD_CTRLIS
SIGNALQ:
STD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0）;
BEGIN
PROCESS（CLK,AT,BT）
BEGIN
IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN
IF（AT=X"01"）OR（BT=X"01"）THENQ<=Q+1;——通过AT，BT的反馈信号
控制倒计时模块和信号显示jtd_light模块的工作
ELSEQ<=Q;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
S<=Q;
ENDJTD;
：
更多论文
5
倒计时模块用来设定A和B两个方向计时器的初值，并为数码管显示模块提供倒计
时时间。
倒计时模块源文件程序如下：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYJTD_TIMEIS
port（CLK:
INSTD_LOGIC;
M:
INSTD_LOGIC;
S:
INSTD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0）;
AT,BT:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0））;
ENDJTD_TIME;
ARCHITECTUREJTD_1OFJTD_TIMEIS
SIGNALATI:
STD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）:
=X"01";
SIGNALBTI:
STD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）:
=X"01";
SIGNALART,AGT,AYT:
STD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;
SIGNALBRT,BGT,BYT:
STD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;
BEGIN——设定各个红绿黄的工作时间
ART<=X"45";更多论文
6AGT<=X"40";
AYT<=X"05";
BRT<=X"45";
BGT<=X"40";
BYT<=X"05";
PROCESS（CLK,M,S）
BEGIN
IFM='1'THENATI<=ATI;BTI<=BTI;
ELSE
IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN
IF（ATI=X"01"）OR（BTI=X"01"）THEN
CASESIS——通过S的变化控制各个状态，给倒计时显示灯赋值
WHEN"00"=>ATI<=ART;BTI<=BGT;
WHEN"01"=>BTI<=BYT;
WHEN"10"=>ATI<=AGT;BTI<=BRT;
WHEN"11"=>ATI<=AYT;
ENDCASE;
ENDIF;
IFATI/=X"01"THEN——A方向（东西方向）倒计时
IFATI（3DOWNTO0）="0000"THEN
ATI（3DOWNTO0）<="1001";
ATI（7DOWNTO4）<=ATI（7DOWNTO4）-1;
ELSEATI（3DOWNTO0）<=ATI（3DOWNTO0）-1;
ATI（7DOWNTO4）<=ATI（7DOWNTO4）;
ENDIF;
ENDIF;
IFBTI/=X"01"THEN——B方向（南北方向）倒计时
IFBTI（3DOWNTO0）="0000"THEN
BTI（3DOWNTO0）<="1001";
BTI（7DOWNTO4）<=BTI（7DOWNTO4）-1;更多论文
7ELSEBTI（3DOWNTO0）<=BTI（3DOWNTO0）-1;
BTI（7DOWNTO4）<=BTI（7DOWNTO4）;
ENDIF;
ENDIF;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
AT<=ATI;
BT<=BTI;
ENDJTD_1;
显示模块用来显示倒计时时间。
采用动态扫描显示，通过分位程序，控制四个数码
管的显示时间。
数码管显示模块的源文件程序为：
图5倒计时模块的仿真波形图
更多论文
8LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYJTD_XSIS
PORT（CLK1K:
INSTD_LOGIC;
AT,BT:
INSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;
LED1,LED2,LED3,LED4:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0））;
ENDJTD_XS;
ARCHITECTUREJTD_3OFJTD_XSIS
SIGNALOU1,OU2,OU3,OU4:
STD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
SIGNALSL:
STD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0）;
BEGIN
PROCESS（CLK1K）
BEGIN
IFCLK1K'EVENTANDCLK1K='1'THEN
IFSL="11"THENSL<="00";——扫描LED显示管
ELSESL<=SL+1;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
PROCESS（SL,AT,BT）
BEGIN
CASESLIS——将A方向和B方向的剩余时间显示
WHEN"00"=>OU1<=BT（3DOWNTO0）;
WHEN"01"=>OU2<=BT（7DOWNTO4）;
WHEN"10"=>OU3<=AT（3DOWNTO0）;
WHEN"11"=>OU4<=AT（7DOWNTO4）;
ENDCASE;
ENDPROCESS;
LED1<=OU1;更多论文
9LED2<=OU2;
LED3<=OU3;
LED4<=OU4;
ENDJTD_3;
：
通过控制模块的输出的状态控制信号，控制六个信号灯的亮灭。
信号灯显示模块的
源文件程序为：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYJTD_LIGHTIS
PORT（M:
INSTD_LOGIC;
S:
INSTD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0）;
ABL:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0））;
图6数码管显示模块的仿真波形图
更多论文
10ENDJTD_LIGHT;
ARCHITECTUREJTD_2OFJTD_LIGHTIS
SIGNALLT:
STD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;
BEGIN
PROCESS（S,M）
BEGIN
IFM='1'THENLT<="100100";
ELSE
CASESIS——通过控制模块输出的状态控制信号灯（红绿黄）的亮灭
WHEN"00"=>LT<="100010";
WHEN"01"=>LT<="100001";
WHEN"10"=>LT<="010100";
WHEN"11"=>LT<="001100";
ENDCASE;
ENDIF;
ENDPROCESS;
ABL<=LT;
ENDJTD_2;
图7信号灯显示模块的仿真波形图
更多论文
11
本次设计我们采用GW48EDA/SOPC实验箱，选择模式5，引脚锁定如图8所示：
图8引脚锁定
更多论文
124
编程下载
在实验箱上选择clock2为1Hz，clock5为1024Hz，模式选择模式5，引脚锁定如
上图所示。
下载后，结果显示正确，六个信号灯依次为东西方向的红绿黄和南北方向的
红绿黄。
两个方向上的数码管显示的时间完全吻合。
键8为紧急状态控制端，按下键8
时，两路信号灯都为红灯，时间暂停，再次按下键8，恢复原状态，继续计时。
结果证
实调试成功!
5结束语
通过的紧张工作，完成了我们的设计任务——用VHDL设计交通灯控制器。
通过本
次课程设计的学习，我们深深的体会到设计课的重要性和目的性所在。
为了完成项目，
在网络上找到了许多相关资料，大大扩充自己的知识面，使许多以前想解决却无法解决
的困难迎刃而解。
对软件设计流程有了更深刻的理解，掌握了EDA软件的使用。
将书本
上的理论知识和实际有机地结合起来，锻炼了实际分析问题和解决问题的能力，提高了
适应实际的能力，为今后的学习和实践打下了良好的基础。
本次EDA课程设计的目的和
意义：
通过设计交通灯控制器，了解EDA技术，了解并掌握VHDL硬件描述语言的设计
方法和思想，巩固和综合运用所学过的原理知识，提高分析、解决实际问题的独立工作
能力。
在指导老师田汉平老师和周桃云老师的精心指导和严格要求下，经过我们自己的努
力，终于完成了这次课程设计。
同时获得了丰富的理论知识，极大地提高了实践能力，
对FPGA技术方面有了更深的了解，这对我们今后进一步学习有极大的帮助。
通过大量
阅读资料，我拓宽了自己的知识面，并懂得将所学知识融会贯通到实践中去。
在获得知
识的同时，我也认识到了自己还需要学习的东西很多，理论需要很好的结合实践，全面
分析并解决问题的能力有待提高。
另外，此次课程设计还获得了我们的同学大力支持，在我们对有些知识掌握不够时，
是我们的同学及时伸出帮助之手使我们的课程设计能够及时的完成。
在此，我们衷心感
谢各位同学的帮助。
在未来的工作和学习中，我也将以更好的成绩来回报老师，谢谢你
们！
更多论文
13［
1］黄任编著.VHDL入门?
解惑?
经典实例?
经验总结（第一版）.2005年.北京:
北京航空
航天大学出版社.
［2］邹彦编著.EDA技术与数字系统设计.2007年.北京:
电子工业出版社.
［3］潘松，黄继业编著.EDA技术与VHDL（第二版）.2007年.北京:
清华大学出版社.
［4］王锁萍编著.电子设计自动化教程.2000年.成都:
电子科技大学出版社.
［5］徐志军,徐光辉编著.CPLD/FPGA的开发与应用.2002年.北京:
电子工业出版社.
升级会员 