基于VHDL的交通灯设计(EDA课程设计报告)!!.doc

EDA课程设计实验报告
交通信号控制器的VHDL的设计
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。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

A
B
C
D
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
设计要求:
（1） 采用VHDL语言编写程序，并在QUARTUSII工具平台中进行仿真，下载到EDA实验箱进行验证。
（2） 编写设计报告，要求包括方案选择、程序清单、调试过程、测试结果及心得体会.
二 设计原理
1、设计目的:
学习DEA开发软件和QuartusII的使用方法，熟悉可编程逻辑器件的使用。通过制作来了解交通灯控制系统，交通灯控制系统主要是实现城市十字交叉路口红绿灯的控制
2’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挥交通的。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：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;
系统输出信号：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
采用VHDL语言输入的方式实现交通信号灯控制器
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:out std_logic_vector（5 downto 0));
END；
ARCHITECTURE one OF traffic IS
TYPE 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_VECTOR（6 DOWNTO 0）;
BEGIN
P_REG： PROCESS(CLK)
VARIABLE CNT8：STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0）；
BEGIN
IF CLK’EVENT 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' THEN
IF TIME〈”1000011" THEN
TIME<=TIME+1；
ELSe TIME <=”0000000”;
END IF;
END IF；
END PROCESS;
REG：process（ full，current_state）
BEGIN
IF full=’1’ AND full'EVENT THEN
current_state〈=next_state;
END IF;
END process;
COM：process（current_state， time)
begin
case current_state is
when s0=〉comb_out〈="001100”；tm<=39—time;
if time=39 then next_state<=s1;
else next_state<=s0；
end if；
when s1=>comb_out<="010100”；tm〈=43—time；
if time=43 then next_state<=s2；
else next_state<=s1;
end if；
when s2=>comb_out<=”100010”;tm<=63—time;
if time=63 then next_state<=s3；
else next_state<=s2；
end if；
when s3=〉comb_out〈=”100001”；tm〈=67—time;
if time=67 then next_state〈=s0;
else next_state〈=s3;
end if;
end case;
end process;
PROCESS(tm)
BEGIN
IF tm〉=30 THEN th<=”11"；tl<=tm—30；
ELSIF tm〉=20 THEN th〈="10”；tl〈=tm-20；
ELSIF tm〉=10 THEN th<=”01”；tl<=tm—10;
ELSE th〈="00”;tl〈=tm；
END IF；
END PROCESS；
process（th，tl）
begin
case th is
when"00”=>led7s1〈="0111111”；
when”01”=>led7s1<=”0000110”；
when”10"=〉led7s1<="1011011”；
when"11"=〉led7s1<=”1001111"；
when others=〉null；
end case；
case tl is
when "0000000”=〉led7s2〈=”0111111”;
when"0000001"=>led7s2〈=”0000110”;
when "0000010”=〉led7s2<=”1011011”；
when"0000011”=〉led7s2<=”1001111”；
when"0000100”=〉led7s2〈=”1100110”；
when "0000101”=〉led7s2〈=”1101101"；
when ”0000110”=〉led7s2<=”1111101";
when”0000111"=〉led7s2〈=”0000111”；
when "0001000”=〉led7s2〈=”1111111”；
when ”0001001"=〉led7s2〈="1101111"；
when others=〉null；
end case;
end process；
end;
五 仿真结果(如下图）
六 引脚设置
接下来就要选择目标器件并对相应的引脚进行锁定了，我们选择的器件为cyclone系列的EP1C3T144芯片，引脚锁定方法如下图所示。将未使用的管脚设置为三态输入（一定要设置，否则可能会损坏芯片）.
本实验只能用采用模式6下载调试，一切正常
七 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，在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.
八 参考书目
（1） VHDL数字控制系统设计 电子工业出版社
（2） EDA技术与VHDL 清华大学出版社
（3） 数字原理与设计 清华大学出版社
（4） FPGA EP1C3T144的模式结构图与引脚对应资料 网上资料
6