VHDL交通灯控制器实验报告.docx
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VHDL交通灯控制器实验报告
可编程逻辑器件应用
项
目
报
告
书
项目名称：
交通灯控制器
指导老师：
姓名：
学号：
班级：
（以后写报告要包含以下一些内容：
）
一、设计要求--------------------------------------------------------------------------------
二、设计目的--------------------------------------------------------------------------------
三、设计方案--------------------------------------------------------------------------------
四、设计程序---------------------------------------------------------------------------------
五、管脚分配---------------------------------------------------------------------------------
六、硬件下载实现现象描述------------------------------------------
七、体会、对设计工作的总结与展-------------------------------------------
一、设计要求：
①在十字路口的两个方向上各设一组红、绿、黄灯，显示顺序为其中一方向（东西方向）是绿灯、黄灯、红灯；另一方向（南北方向）是红灯、绿灯、黄灯。
②设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间，其中绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是20s、5s和25s。
③当各条路上任意一条上出现特殊情况时，如当消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆通过时，各方向上均是红灯亮，倒计时停止，且显示数字在闪烁。
当特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行。
二、设计方案：
计数器的计数值与交通灯亮灭的关系如图1所示。
图1计数值与交通灯亮灭的关系
显然，本课题的核心是一个计数范围为0～49（共50s）的计数器和一个根据计数值做出规定反应的控制器。
另外，所用实验箱配备的晶振为20MHz，因此还需要一个分频电路。
最后，要驱动七段数码管，显然还需要一个译码电路。
根据上面的分析，可以画出如图2所示的系统框图。
图2交通灯控制器系统框图
2、计数器的设计
这里需要的计数器的计数范围为0～49。
计到49后，下一个时钟沿回复到0，开始下一轮计数。
此外，当检测到特殊情况（Hold=’1’）发生时，计数器暂停计数，而系统复位信号Reset则使计数器异步清0。
3、控制器的设计
控制器的作用是根据计数器的计数值控制发光二极管的亮、灭，以及输出倒计时数值给七段数译管的分位译码电路。
此外，当检测倒特殊情况（Hold=’1’）发生时，无条件点亮红色的发光二级管。
由于控制器要对计数值进行判断，很容易想到用IF语句来实现。
本控制器可以有两种设计方法，一种是利用时钟沿的下降沿读取前级计数器的计数值，然后做出反应；另一种则是将本模块设计成纯组合逻辑电路，不需要时钟驱动。
这两种方法各有所长，必须根据所用器件的特性进行选择：
比如有些FPGA有丰富的寄存器资源，而且可用于组合逻辑的资源则相对较少，那么使用第1种方法会比较节省资源；而有些CPLD的组合逻辑资源则相对较多，用第2种方法可能会更好。
大家可尝试两种方法，比较一下哪种方法所用资源较少，然后在最后的方案中采用这个方法。
4、分位译码电路的设计
因为控制器输出的倒计时数值可能是1位或者2位十进制数，所以在七段数码管的译码电路前要加上分位电路（即将其分为2个1位十进制数，如25分为2和5，7分为0和7）。
与控制器一样，分位电路同样可以由时钟驱动，也可以设计成纯组合逻辑电路。
控制器中，引入了寄存器。
三、程序语言：
-----------交通灯带有点阵显示---------------------
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
ENTITYjtdIS
PORT（
duan:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;--数码管显示bcd码from100to91
hang,lie:
outstd_logic_vector（7downto0）;-----点阵行输出和列输出
led,light_cs:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;--数码管和灯扫描led6521||light66676869
led_no:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0）;--43
light:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;--灯727071
B1eep:
OUTSTD_LOGIC;--7
clk,jinji:
INSTD_LOGIC--频率输入和紧急处理端-----
）;
ENDjtd;
ARCHITECTUREoneOFjtdIS
SIGNALclk_1k,clk_1:
STD_LOGIC;
SIGNALcnt4:
INTEGERRANGE0TO3;------------用于计数--------------
SIGNALnum,num1,num2,num3,num4:
INTEGERRANGE0TO9;
SIGNALL1,L2:
STD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;---------灯显示---------------
SIGNALtime1,time2:
INTEGERRANGE0TO25;--------------时间显示--------------
signalt:
std_logic_vector（2downto0）;-----点阵信号传输
signalq:
std_logic_vector（1downto0）;---------点阵输出显示信号--------
BEGIN
led_no<="11";------------把数码管第三第四位屏蔽---------------
------1KHz频率输出--------------------------
process（clk）
variablecnt1:
integerrange0to250;
variablecnt2:
integerrange0to100;
Begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifcnt1=250then
cnt1:
=0;
ifcnt2=100then
cnt2:
=0;
clk_1k<=notclk_1k;
else
cnt2:
=cnt2+1;
endif;
else
cnt1:
=cnt1+1;
endif;
endif;
endprocess;
-----------------点阵扫描-----------
process（clk_1k）
variablecount:
integerrange0to8;
begin
ifclk_1k'eventandclk_1k='1'then
ifcount<=8then------count数用于循环扫描行用
ifcount=8then
count:
=0;
endif;
casecountis
when0=>hang<="00000001";t<="000";------扫描第一行，并把t赋予000由于信号t的变化触发下一个进程
when1=>hang<="00000010";t<="001";------扫描第二行
when2=>hang<="00000100";t<="010";------扫描第三行
when3=>hang<="00001000";t<="011";
when4=>hang<="00010000";t<="100";
when5=>hang<="00100000";t<="101";
when6=>hang<="01000000";t<="110";
when7=>hang<="10000000";t<="111";
whenothers=>hang<="00000000";t<="000";
endcase;
count:
=count+1;
endif;
endif;
endprocess;
----------------------------
process（t）
variableshu:
integerrange0to7;
begin
casetis-----根据t的值去查表
when"000"=>shu:
=0;
when"001"=>shu:
=1;----变量的赋值是立即发生的
when"010"=>shu:
=2;
when"011"=>shu:
=3;
when"100"=>shu:
=4;
when"101"=>shu:
=5;
when"110"=>shu:
=6;
when"111"=>shu:
=7;
whenothers=>null;
endcase;
caseqis-----再根据相应的值送到列上去
when"01"=>caseshuis
when0=>lie<="11111111";
when1=>lie<="11111111";
when2=>lie<="11111111";
when3=>lie<="10111101";
when4=>lie<="00000000";
when5=>lie<="10111101";
when6=>lie<="11111111";
when7=>lie<="11111111";
whenothers=>lie<="11111111";
ENDCASE;
when"10"=>caseshuis
when0=>lie<="11101111";
when1=>lie<="11000111";
when2=>lie<="10000011";
when3=>lie<="11101111";
when4=>lie<="11101111";
when5=>lie<="10000011";
when6=>lie<="11000111";
when7=>lie<="11101111";
whenothers=>lie<="11111111";
ENDCASE;
when"11"=>caseshuis
when0=>lie<="00111100";
when1=>lie<="00111100";
when2=>lie<="11011011";
when3=>lie<="11100111";
when4=>lie<="11100111";
when5=>lie<="11011011";
when6=>lie<="00111100";
when7=>lie<="00111100";
whenothers=>lie<="11111111";
ENDCASE;
whenothers=>null;
endcase;
endprocess;
-------------1s分频加计数-------------------
PROCESS（clk_1k）
VARIABLEcount_1k:
INTEGERRANGE0TO499;
BEGIN
IFclk_1k'EVENTANDclk_1k='1'THEN
IFcnt4=3THEN
cnt4<=0;
ELSE
cnt4<=cnt4+1;
ENDIF;
IFcount_1k=499THEN
count_1k:
=0;
clk_1<=NOTclk_1;
ELSE
count_1k:
=count_1k+1;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
-----------------倒计时和灯显示-----------------------
PROCESS（cnt4,L1,L2,time1,time2）
BEGIN
CASEtime1IS-------------输出时间1------------
WHEN0TO9=>num1<=0;
WHEN10TO19=>num1<=1;
WHEN20TO25=>num1<=2;
WHENOTHERS=>num1<=0;
ENDCASE;
num2<=time1REM10;------------取余-----
CASEtime2IS
WHEN0TO9=>num3<=0;
WHEN10TO19=>num3<=1;
WHEN20TO25=>num3<=2;
WHENOTHERS=>num3<=0;
ENDCASE;
num4<=time2REM10;
CASEcnt4IS
WHEN0=>
led<="1110";-------------动态扫描数码管（从右到左）--------
num<=num1;
light_cs<="1110";
light<=L1;
WHEN1=>
led<="1101";
num<=num2;
light_cs<="1101";
light<=L2;
WHEN2=>
led<="1011";
num<=num3;
light_cs<="1011";
light<=L1;
WHEN3=>
led<="0111";
num<=num4;
light_cs<="0111";
light<=L2;
WHENOTHERS=>
led<="1111";
light_cs<="1111";
ENDCASE;
ENDPROCESS;
--------------------译码------------------------
PROCESS（num）
BEGIN
CASEnumIS
WHEN0=>duan<="00111111";------0到9-------------
WHEN1=>duan<="00000110";
WHEN2=>duan<="01011011";
WHEN3=>duan<="01001111";
WHEN4=>duan<="01100110";
WHEN5=>duan<="01101101";
WHEN6=>duan<="01111101";
WHEN7=>duan<="00000111";
WHEN8=>duan<="01111111";
WHEN9=>duan<="01101111";
WHENOTHERS=>duan<="00000000";
ENDCASE;
ENDPROCESS;
--------------------------------------
PROCESS（clk_1）
VARIABLEi,j:
INTEGERRANGE0TO2:
=0;
VARIABLEw:
INTEGERRANGE0TO1:
=0;
BEGIN
IFclk_1'EVENTANDclk_1='1'THEN
IFjinji='0'then----------------判断是否要紧急制动------------
IFtime1=0THEN
IFi=2THEN
i:
=0;
ELSE
i:
=i+1;
ENDIF;
CASEiIS
WHEN1=>
time1<=20;
L1<="001";
B1eep<='0';
WHEN2=>
time1<=5;
L1<="010";
B1eep<='1';
WHEN0=>
time1<=25;
L1<="100";
B1eep<='0';
q<="01";--------------点阵显示前进方向-----------
WHENOTHERS=>
time1<=24;
ENDCASE;
ELSE
time1<=time1-1;
ENDIF;
IFtime2=0THEN
IFj=2THEN
j:
=0;
ELSE
j:
=j+1;
ENDIF;
CASEjIS
WHEN1=>
time2<=25;
L2<="100";
B1eep<='0';
q<="10";--------------点阵显示前进方向-----------
WHEN2=>
time2<=20;
L2<="001";
B1eep<='0';
WHEN0=>
time2<=5;
L2<="010";
B1eep<='1';
WHENOTHERS=>
time2<=24;
ENDCASE;
ELSE
time2<=time2-1;
ENDIF;
else------------------出现紧急制动情况的表现-----------
B1eep<='1';
time1<=0;
time2<=0;
q<="11";
IFw=1THEN
w:
=0;
ELSE
w:
=w+1;
ENDIF;
CASEwIS---------------红灯的闪烁--------------
WHEN1=>
L1<="100";
L2<="100";
WHEN0=>
L1<="000";
L2<="000";
endcase;
endif;
ENDIF;
ENDPROCESS;
ENDone;
四、管脚分配
五、硬件下载实现现象描述
硬件上的实现是
（1）、东西方向的绿灯，跟黄灯亮25s时，南北方向亮着红灯，当南北方向红灯亮到25s时，将变成绿灯，而在东西方向黄灯亮5s时蜂鸣器同时响5s，
（2）、而与此同时，一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间，其中绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是20s、5s和25s。
（3）、点阵也会显示出东西，南北方向通行是的指示标。
（4）、当拨码开关拨表示出现特殊情况时，如当消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆通过时，各方向上均是红灯亮，倒计时停止，且显示数字在闪烁，点阵出现X禁止通行的标号。
当特殊运行状态结束后（即拨回拨码开关），控制器恢复原来状态，继续正常运行。
六：
体会、对设计工作的总结及展望
这次的交通灯控制器是将点阵，彩灯，数码管的程序结合起来编写的，刚开始是真的觉得很难，但是通过慢慢的分析开来，最后终于成功了。
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