EDA交通灯控制电路设计.doc

设计课题二：交通灯控制电路设计
一、问题描述：
交通灯的显示有很多方式，如十字路口、丁字路口等，而对于同一个路口又有很多不同的显示要求，比如十字路口，车辆如果只要东西和南北方向通行就很简单，而如果车子可以左右转弯的通行就比较复杂，本实验仅针对最简单的南北和东西直行的情况。
二、功能要求：
要完成本实验，首先必须了解交通路灯的燃灭规律。依人们的交通常规，“红灯停，绿灯行，黄灯提醒”。其交通灯的燃灭规律为：初始态是两个路口的红灯全亮，之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。
系统要求实现对2组交通灯控制信号的模拟输出，其控制规律为如上所述，同时要完成等待时间模拟的输出，即红绿灯的持续时间倒数输出。系统时钟输入为一个1KHz的系统时钟。

目录

一、交通灯控制电路设计的主要功能 3
二、课题的功能模块的划分 4
三、主要功能的实现 4
1.1倒计时模块 4
1.2交通灯控制转换模块 5
四、系统调试与仿真 7
五、总结与体会 8
六、附件 8
七、评分表 11

一、交通灯控制电路设计的主要功能
交通灯控制电路设计遵循“红灯停，绿灯行，黄灯提醒”原则。其初始态是两个路口的红灯全亮，之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。系统要求实现对2组交通灯控制信号的模拟输出，其控制规律为如上所述，同时要完成等待时间模拟的输出，即红绿灯的持续时间倒数输出。系统时钟输入为一个1KHz的系统时钟。
本实验中主要应用了状态机以及减法器的设计原理。在状态连续变化的数字系统设计中，采用状态机的设计思想有利于提高设计效率，增加程序的可读性，减少错误的发生几率。同时，状态机的设计方法也是数字系统中一种最常用的设计方法。

二、课题的功能模块的划分
CLK
倒计时模块
交通灯控制转换模块

三、主要功能的实现
1.1倒计时模块
倒计时模块采用减法计数器设计，等到时钟的上升沿来到时，对计数器进行计数。其中减法计数器的代码如下：

process(lock,clk)
begin
if lock='1' then
cnt<=init;
else if clk'event and clk='1' then
cnt<=cnt-1;
if cnt=0 then
ov<='1';
end if;
end if;
time<=cnt;
end if;
end process;

1.2交通灯控制转换模块
在设计交通灯控制电路转换模块时，采用状态机来实行这个功能模块，其中状态机共有五个状态，如：两个路口的红灯全亮；东西路口的绿灯亮，而南北路口的红灯亮；在延时后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁；在闪烁若干次后，东西路口的红灯亮，同时南北路口的绿灯亮；在延时后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁；在闪烁若干次后，在切换到东西路口方向。
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity trafic_light is
port (clk,rst:in std_logic; ----时钟信号，复位信号
time:out integer range 0 to 59; -----时间信号
r1,r2,y1,y2,g1,g2:out std_logic);
end trafic_light ;
architecture rt1 of trafic_light is
type state is(r1r2,r1g2,r1y2,r2g1,r2y1);
signal n_state ,c_state:state;
signal cnt ,init:integer range 0 to 49;
signal lock,ov:std_logic;
begin
state_reg:process(clk,rst)
begin
if rst='1'then c_state<=r1r2;
elsif clk'event and clk='1'then
c_state <=n_state;
end if;
end process;
state_com:process(c_state,ov) ---交通灯控制转换
begin
case c_state is
when r1g2=>r1<='1';g2<='1'; y1<='0';
r2<='0';g2<= '0';y2<='0';
init<=9;lock<='1';n_state<=r1g12;
when r1g12=>r1<='1';g2<='1'; y1<='0';
r2<='0';g2<= '0';y2<='0';
init<=0;lock<='0';
if ov='1' then n_state<=r1y2;
else n_state<=r1g21;
end if;
when r1y2=>r1<='1';y2<='1';g1<='0';
r2<='0';y1<='0';g2<='0';
init<=49;lock<='1';n_state<=r1y21;
when r1y21=>r1<='1';y2<='1';g1<='0';
r2<='0';y1<='0';g2<='0';
init<=0;lock<='0';
if ov='1' then n_state<=r2g1;
else n_state<=r1y21;
end if;
when r2g1=>r2<='1';g1<='1';y1<='0';
r1<='0';g2<='0';y2<='0';
init<=9;lock<='1';n_state<=r2g11;
when r2g11=>r2<='1';g1<='1';y1<='0';
r1<='0';g2<='0';y2<='0';
init<=0;lock<='0';
if ov='1' then n_state<=r2y1;
else n_state<=r2g11;
end if;
when r2y1=>r2<='1';y1<='1';g1<='0';
r1<='0';y2<='0';g2<='0';
init<=49;lock<='1';n_state<=r2y11;
when r2y11=>r2<='1';y1<='1';g1<='0';
r1<='0';y2<='0';g2<='0';
init<=0;lock<='0';
if ov='1' then n_state<=r1g2;
else n_state<=r2y11;
end if;
when others=>n_state<=r1r2;
end case;
end process;

四、系统调试与仿真

初始态是两个路口的红灯全亮，之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。

五、总结与体会
通过这次EDA课程设计，我不仅熟悉了QuartusⅡ软件的使用方法，而且学习了VHDL 基本逻辑电路和状态机电路的综合设计应用。理论结合实际，很好地实现了学以致用。除此之外，还加强了我思考和解决问题的能力.现在设计已经做好了,自己感觉还是比较好的,虽然花了很多的时间,但学到了很多东西.做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍,还在网上查阅了很多的有关交通灯控制电路设计的资料，大大增强了自己对知识的理解,很多以前不是很懂的问题现在都已经一一得以解决了。
EDA设计我感觉程序调试、试验软件、硬件熟悉最重要。在编完各模块程序之后，编译查错最初有三十几个错误，有输入错误、语法错误。一遍一遍的变异查错，直到没有错误。必须注意工程名和实体名一致，不然一般会出错。在没有错误之后可以进行波型仿真。若与理想的不同，再查看程序，有无原理上的编辑错误或没有查出的输入错误。
这次课程设计之后,使我明白了,做任何事情都要认真仔细,不然的话,你会花更多的时间才会做好.课程设计有利于提高我们的动手能力,能把我们所学的书本知识运用到实际生活中去.同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力。
六、附件

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity trafic_light is
port (clk,rst:in std_logic; ----时钟信号，复位信号
time:out integer range 0 to 59; -----时间信号
r1,r2,y1,y2,g1,g2:out std_logic); ---交通灯控制信号
end trafic_light ;

architecture rt1 of trafic_light is
type state is(r1r2,r1g2,r1y2,r2g1,r2y1);
signal n_state ,c_state:state;
signal cnt ,init:integer range 0 to 49;
signal lock,ov:std_logic;
begin
state_reg:process(clk,rst)
begin
if rst='1'then c_state<=r1r2;
elsif clk'event and clk='1'then
c_state <=n_state;
end if;
end process;

state_com:process(c_state,ov) --交通灯控制转换
begin
case c_state is
when r1g2=>r1<='1';g2<='1'; y1<='0';
r2<='0';g2<= '0';y2<='0';
init<=9;lock<='1';n_state<=r1g12;

when r1g12=>r1<='1';g2<='1'; y1<='0';
r2<='0';g2<= '0';y2<='0';
init<=0;lock<='0';
if ov='1' then n_state<=r1y2;
else n_state<=r1g21;
end if;
when r1y2=>r1<='1';y2<='1';g1<='0';
r2<='0';y1<='0';g2<='0';
init<=49;lock<='1';n_state<=r1y21;
when r1y21=>r1<='1';y2<='1';g1<='0';
r2<='0';y1<='0';g2<='0';
init<=0;lock<='0';
If ov='1' then n_state<=r2g1;
else n_state<=r1y21;
end if;

when r2g1=>r2<='1';g1<='1';y1<='0';
r1<='0';g2<='0';y2<='0';
init<=9;lock<='1';n_state<=r2g11;
when r2g11=>r2<='1';g1<='1';y1<='0';
r1<='0';g2<='0';y2<='0';
init<=0;lock<='0';
if ov='1' then n_state<=r2y1;
else n_state<=r2g11;
end if;
when r2y1=>r2<='1';y1<='1';g1<='0';
r1<='0';y2<='0';g2<='0';
init<=49;lock<='1';n_state<=r2y11;
when r2y11=>r2<='1';y1<='1';g1<='0';
r1<='0';y2<='0';g2<='0';
init<=0;lock<='0';
if ov='1' then n_state<=r1g2;
else n_state<=r2y11;
end if;
when others=>n_state<=r1r2;
end case;
end process;
process(lock,clk)
begin
if lock='1' then
cnt<=init;
else if clk'event and clk='1' then
cnt<=cnt-1;
if cnt=0 then
ov<='1';
end if;
end if;
time<=cnt;
end if;
end process;
end rtl;