VHDLFPGA交通灯.doc
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《VHDL与数字系统设计》课程设计报告
（2014--2015年度第1学期）
名称：
VHDL与数字系统设计
题目：
交通灯控制器
院系：
电气与电子工程学院
班级：
电子1301
学号：
1131230106
学生姓名：
韩辉
指导教师：
高雪莲
设计周数：
2周
成绩：
日期：
2015年1月日
课程课程设计报告
一、课程设计的目的与要求
1.设计目的
（1）熟悉MAXPLUS2/QuartusII软件，掌握软件的VHDL程序输入、程序编译和程序仿真操作；
（2）学习利用VHDL语言设计交通灯控制器电路程序。
2．设计要求：
根据设计正文提出的交通灯控制器功能，实现交通灯控制器设计。
（1）分析交通灯控制器的基础功能（见设计正文），在此基础上完善该交通灯控制器功能。
（2）根据提出的真值表编写相应的VHDL程序。
（3）对编写的程序说明其实现的功能和编程思路，描述程序中出现的端口含义。
二、设计正文
1.设计思路：
设计一个交通灯控制器，该控制器包括两组红黄绿灯（A组和B组）。
它们的变化顺序采用实际红绿灯变化顺序，变化时长设置：
红灯15秒，绿灯10秒，黄灯5秒。
（便于最终仿真结果的观察）
2.交通灯控制器的源程序：
libraRyieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;——包含库和程序包
entitycounteris——定义实体
port（clock,reset,hold:
instd_logic;——输入变量clock,reset,hold
flash:
outstd_logic;——输出变量flash，numa，numb，a，b
numa,numb:
outintegerrange0to25;
aR,aG,aY:
outstd_logic;
bR,bG,bY:
outstd_logic）;
endcounter;——结束实体
architecturertlofcounteris——定义结构体
signalcountnum:
integerrange0to30;
begin
process（clock）
begin
ifreset='1'then——reset=1时保持原状态
countnum<=0;
elsifrising_edge（clock）then——检测时钟上升沿
ifcountnum=29then——计29秒自动跳回0
countnum<=0;
else
countnum<=countnum+1;——在前一秒的基础上加一秒
endif;
endif;
endprocess;
process（clock）
begin
ifrising_edge（clock）then——检测时钟上升沿
ifcountnum<=9then——A路为绿灯
numa<=10-countnum;
aR<='0';
aG<='1';
aY<='0';
elsifcountnum<=14then——A路为黄灯
numa<=15-countnum;
aR<='0';
aG<='0';
aY<='1';
else
numa<=30-countnum;——A路为红灯
aR<='1';
aG<='0';
aY<='0';
endif;
ifcountnum<=14then
numb<=15-countnum;——b路为红灯
bR<='1';
bG<='0';
bY<='0';
elsifcountnum<=24then
numb<=25-countnum;——B路为绿灯
bR<='0';
bG<='1';
bY<='0';
else
numb<=30-countnum;——B路为黄灯
bR<='0';
bG<='0';
bY<='1';
endif;
endif;
endprocess;——结束进程
end;
三．课程设计结论与总结
1.交通灯控制器的仿真波形图及其分析：
图1交通灯控制道路的仿真波形图一
图1为交通灯控制道路的仿真波形图，由图1分析可得以下结论：
（1）如图1中蓝色框内区域所示，当reset=1时，交通灯状态保持不变；当reset=0时，交通灯控制器正常运行，即道路A按照绿—黄—红变化，道路B按照红—绿—黄变化。
（2）如图1中绿色直线所示，道路A的绿灯持续时间为10S，之后跳变为黄灯，黄灯持续时间为5S；道路B的红灯持续时间为15S。
符合原设计方案。
图2交通灯控制道路的仿真波形图二
图2为交通灯控制道路的仿真波形图，由图2分析可得以下结论：
上一周期道路A的5S黄灯结束后跳变为红灯，并持续15S；上一周期道路B的15S红灯结束后跳变为绿灯，并持续10S，而后又变为黄灯，持续5S。
之后的周期继续循环往复。
2.课程设计的总结与改进方案
考虑到道路在偶遇突发状况的特殊情况，可以考虑在交通灯控制系统中加入特殊控制信号control，其作用为：
当道路遇到突发状况时，control=1，此时要求道路A、B均为红灯；在无突发状况时，control=0，交通灯按原方案运行。
改进后的交通灯控制器的源程序如下：
（红色字体为修改部分）
libraRyieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitycounteris
port（clock,reset,control:
instd_logic;
flash:
outstd_logic;
numa,numb:
outintegerrange0to15;
aR,aG,aY:
outstd_logic;
bR,bG,bY:
outstd_logic）;
endcounter;
aRchitecturertlofcounteris
signalcountnum:
integerrange0to30;
begin
process（clock）
begin
ifreset='1'then
countnum<=0;
elsifrising_edge（clock）then
ifcontrol='1'then
flash<='1';
else
flash<='0';
ifcountnum=29then
countnum<=0;
else
countnum<=countnum+1;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
process（clock）
begin
ifrising_edge（clock）then
ifcontrol='1'then
aR<='1';
bR<='1';
aG<='0';
bG<='0';
aY<='0';
bY<='0';
else
ifcountnum<=9then
numa<=10-countnum;
aR<='0';
aG<='1';
aY<='0';
elsifcountnum<=14then
numa<=15-countnum;
aR<='0';
aG<='0';
aY<='1';
else
numa<=30-countnum;
aR<='1';
aG<='0';
aY<='0';
endif;
ifcountnum<=14then
numb<=15-countnum;
bR<='1';
bG<='0';
bY<='0';
elsifcountnum<=24then
numb<=25-countnum;
bR<='0';
bG<='1';
bY<='0';
else
numb<=30-countnum;
bR<='0';
bG<='0';
bY<='1';
endif;
endif;
endif;
endprocess;
end;
改进后的交通灯控制器的仿真波形图如下：
图3改进后的交通灯控制器的仿真波形图
图3为改进后的交通灯控制器的仿真波形图，由图3分析可得以下结论：
当control=1时，道路A、B的交通灯均为红色。
其他结论与未改进前相同，在此不再赘述。
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