交通灯VHDL课程设计报告.doc

《电子设计自动化（EDA）技术》课程实训报告

题目: 交通信号控制器VHDL设计

姓 名：* *
院 系： 应 用 技 术 学 院
专 业：电子信息工程（仪器仪表）
学 号： ************
指导教师：徐 正 坤

完毕时间: 2023 年 6 月 29 日
设计题目
交通信号控制器VHDL设计
设计规定

1、设计一个南北方向为主干道，东西方向为支干道的；
2、选择一个标准时钟发生电路，为电路提供一个标准1HZ信号；
3、（1）交通灯从绿变红时，有5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50秒，支干道的绿灯时间为30秒；

设计过程
(涉及：设计方案、上机设计与仿真结果、硬件实验方案及实验结果、收获和体会)
1、 选择我们所要制作的课程设计题目；
2、 用Quartus Ⅱ 9.0写出交通信号控制器的VHDL源程序代码；
3、 将程序代码编译完毕后对其波形进行仿真；
4、 设立引脚后将程序下载到EP1K10TC100-3主芯片之中；
5、 进行硬件测试，检查是否尚有错误，并对错误进行研究问题出在哪里，并解决问题，直到该设计的完毕。

成绩评估
指导教师评语

课程设计等级

目 录
1 课程设计题目、内容与规定 …………………………………4页
1.1 设计题目…………………………………………………4页
1.2 设计内容…………………………………………………4页
1.3 具体规定…………………………………………………4页

2 系统设计 ………………………………………………………5页
2.1 设计思绪…………………………………………………5页
2.2 系统原理…………………………………………………5页

3 系统实现 ………………………………………………………5页
3.1 VHDL源程序的具体程序和说明………………………5页
3.2 交通信号控制器程序中使用到得信号及其相应的管脚…7页

4 系统仿真 ………………………………………………………7页

5 硬件验证（操作）说明………………………………………7页

6 总结 …………………………………………………………8页
7 参考书目 ……………………………………………………8页

交通灯控制器

周晓
重庆三峡学院应用技术学院电子信息工程（仪器仪表）2023级 重庆万州 404000
摘 要 基于VHDL的交通灯控制器设计，芯片采用ALTERA公司的ACEX1K 系列的EP1K10TC100-3，使用硬件描述语言 VHDL进行描述，对交通灯进行模块化，在VHDL编程环境Quartus II下编译通过。此报告对该设计的思想原理，具体程序和引脚配置以及波形仿真进行了具体的阐述。
关键词： VHDL 模块化 交通灯 设计
1 课程设计题目、内容与规定
1.1 设计题目
交通信号控制器VHDL设计
1.2 设计内容
交通信号控制器的VHDL源程序；
交通信号控制器的仿真波形；
交通信号控制器的硬件测试结果。
1.3 具体规定
设计一个交通信号控制器。
交通信号控制器原理框图如下图所示。

模拟场景图：

2 系统设计
2.1 设计思绪
选择课程设计题目→查资料写出交通信号控制器的VHDL源程序代码→对程序进行全程编译→时序仿真→引脚设立和下载→硬件测试
2.2 系统原理
用VHDL编写程序实现交通信号控制器以下功能：
（1）交通灯从绿变红时，有5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50秒，支干道的绿灯时间为30秒

用VHDL编写程序实现交通信号控制器的端口控制信号。其中， clk为标准的1HZ的时钟信号；R为复位信号；SPC为紧急情况信号，负责紧急情况的解决，当紧急情况发生时，南北主干道和东西支干道均显示红灯。
该程序定义了4个状态S0,S1,S2,S3。当状态为S0时，南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯,50s；当为状态为S1时，南北方向亮黄灯，东西方向亮红，5s ；当状态为S2时，南北方向亮红灯，东西方向绿灯，30s；当状态为S3时，南北方向亮红灯，东西方向黄灯，5s；程序还设计了一个紧急信号情况，当遭遇紧急情况时，主干道和支干道都亮红灯。

3 系统实现
3.1交通灯控制器 VHDL源程序的具体程序和说明

LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH;
ENTITY TRAFFIC2 IS
PORT (CLK,R,SPC: IN STD_LOGIC; --时钟、复位、特殊情况
LIGHT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); --light:G1,R1,Y1,G2,R2,Y2;
Q1,Q2 : OUT INTEGER RANGE 0 TO 55);
END TRAFFIC2 ;
ARCHITECTURE behav OF TRAFFIC2 IS
TYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3); --定义枚举
SIGNAL STATE : STATES ;
SIGNAL T1,T2: INTEGER RANGE 0 TO 55;
BEGIN
P1: PROCESS (CLK,STATE)
BEGIN
IF R='1'THEN STATE<=S0;T1<=50;T2<=55; --复位
ELSIF SPC='1' THEN LIGHT<="010010"; --特殊情况亮红灯
ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN
CASE STATE IS
--states为s0时，南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯,50s
WHEN S0=> LIGHT<="100010";
T1<=T1-1;T2<=T2-1;
Q1<=T1;Q2<=T2;
IF T1=0 THEN
STATE<=S1;T1<=5;T2<=5;
END IF;
--states为s1时，南北方向亮黄灯，东西方向亮红，5s
WHEN S1=> LIGHT<="001010";
T1<=T1-1;T2<=T2-1;
Q1<=T1;Q2<=T2;

IF T1=0 THEN
STATE<=S2;T1<=35;T2<=30;
END IF;
--states为s2时，南北方向亮红灯，东西方向绿灯，30s
WHEN S2=> LIGHT<="010100";
T1<=T1-1;T2<=T2-1;
Q1<=T1;Q2<=T2;

IF T2=0 THEN
STATE<=S3;T1<=5;T2<=5;
END IF;
--states为s3时，南北方向亮红灯，东西方向黄灯，5s
WHEN S3=> LIGHT<="010001";
T1<=T1-1;T2<=T2-1;
Q1<=T1;Q2<=T2;

IF T1=0 THEN
STATE<=S0;T1<=50;T2<=55;
END IF;
WHEN OTHERS=>STATE<=S0;T1<=50;T2<=55;--主干道
END CASE;
END IF;
END PROCESS;
END behav;
3.2 交通灯控制器程序中使用到得信号及其相应的管脚

4 系统仿真

5 硬件验证（操作）说明
根据之前写定的引脚来进行连线，其中clk连接1Hz的脉冲，R连可控制电平的高低电平信号，实现复位功能。SPC接高低电平信号，实现紧急情况功能。G1接南北道的绿灯,R1接南北道的红灯,Y1街南北道的黄灯。G2接东西道的绿灯,R2接东西道的红灯,Y2街东西道的黄灯。通过对源程序的不断检查和对EP1K10TC100-3主芯片的各个引脚是否可以提供正常工作进行检测，最终将结果调试成功。
6 总结
通过这次实训，我们在程序的功能，源程序修改以及最后的硬件调试波形仿真中取得了更深一步的成就，通过理论结合实际进行不断地修改、讨论。填补了我们在这一方面的局限性，当最后结果出来的时候，我们心比蜜甜，通过这次实训，我们在实践中学会了很多在平时的实验中无法学到得东西。将使我们在以后的工作中受益匪浅。
7 参考书目
1、PLD与数字系统设计 李辉编著 西安电子科技大学出版社，2023
2、《数字电子技术基础》（第四版），阎石主编，高教出版社
3、候伯亨、顾新《VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计》【M】西安电子科技大学出版社，2023-4。
4、EDA工程实践技术 付家才 主编 第二版 北京：化学工业出版社.2023
5、 宋万杰等. CPLD技术及其应用. 西安电子科技大学出版社，2023.
6、《CPLD/FPGA的开发与应用》 徐志军等编著，电子工业出版社，2023-7
7、《VHDL实用教程》（修订版） 潘松 王国栋 电子科技大学出版社 2023.7