基于VHDL的交通灯设计(EDA课程设计报告)!!

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

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

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

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Quartu sII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