EDA交通灯控制电路设计.docx

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EDA交通灯控制电路设计

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。

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

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

iflock='1'then

cnt<=init;

elseifclk'eventandclk='1'then

cnt<=cnt-1;

ifcnt=0then

ov<='1';

endif;

endif;

time<=cnt;

endif;

endprocess;

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。

libraryieee;

useieee.std_logic_1164.all;

useieee.std_logic_unsigned.all;

entitytrafic_lightis

port（clk,rst:

instd_logic;----时钟信号，复位信号

time:

outintegerrange0to59;-----时间信号

r1,r2,y1,y2,g1,g2:

outstd_logic）;

endtrafic_light;

architecturert1oftrafic_lightis

typestateis（r1r2,r1g2,r1y2,r2g1,r2y1）;

signaln_state,c_state:

state;

signalcnt,init:

integerrange0to49;

signallock,ov:

std_logic;

begin

state_reg:

process（clk,rst）

begin

ifrst='1'thenc_state<=r1r2;

elsifclk'eventandclk='1'then

c_state<=n_state;

endif;

endprocess;

state_com:

process（c_state,ov）---交通灯控制转换

begin

casec_stateis

whenr1g2=>r1<='1';g2<='1';y1<='0';

r2<='0';g2<='0';y2<='0';

init<=9;lock<='1';n_state<=r1g12;

whenr1g12=>r1<='1';g2<='1';y1<='0';

r2<='0';g2<='0';y2<='0';

init<=0;lock<='0';

ifov='1'thenn_state<=r1y2;

elsen_state<=r1g21;

endif;

whenr1y2=>r1<='1';y2<='1';g1<='0';

r2<='0';y1<='0';g2<='0';

init<=49;lock<='1';n_state<=r1y21;

whenr1y21=>r1<='1';y2<='1';g1<='0';

r2<='0';y1<='0';g2<='0';

init<=0;lock<='0';

ifov='1'thenn_state<=r2g1;

elsen_state<=r1y21;

endif;

whenr2g1=>r2<='1';g1<='1';y1<='0';

r1<='0';g2<='0';y2<='0';

init<=9;lock<='1';n_state<=r2g11;

whenr2g11=>r2<='1';g1<='1';y1<='0';

r1<='0';g2<='0';y2<='0';

init<=0;lock<='0';

ifov='1'thenn_state<=r2y1;

elsen_state<=r2g11;

endif;

whenr2y1=>r2<='1';y1<='1';g1<='0';

r1<='0';y2<='0';g2<='0';

init<=49;lock<='1';n_state<=r2y11;

whenr2y11=>r2<='1';y1<='1';g1<='0';

r1<='0';y2<='0';g2<='0';

init<=0;lock<='0';

ifov='1'thenn_state<=r1g2;

elsen_state<=r2y11;

endif;

whenothers=>n_state<=r1r2;

endcase;

endprocess;

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

libraryieee;

useieee.std_logic_1164.all;

useieee.std_logic_unsigned.all;

entitytrafic_lightis

port（clk,rst:

instd_logic;----时钟信号，复位信号

time:

outintegerrange0to59;-----时间信号

r1,r2,y1,y2,g1,g2:

outstd_logic）;---交通灯控制信号

endtrafic_light;

architecturert1oftrafic_lightis

typestateis（r1r2,r1g2,r1y2,r2g1,r2y1）;

signaln_state,c_state:

state;

signalcnt,init:

integerrange0to49;

signallock,ov:

std_logic;

begin

state_reg:

process（clk,rst）

begin

ifrst='1'thenc_state<=r1r2;

elsifclk'eventandclk='1'then

c_state<=n_state;

endif;

endprocess;

state_com:

process（c_state,ov）--交通灯控制转换

begin

casec_stateis

whenr1g2=>r1<='1';g2<='1';y1<='0';

r2<='0';g2<='0';y2<='0';

init<=9;lock<='1';n_state<=r1g12;

whenr1g12=>r1<='1';g2<='1';y1<='0';

r2<='0';g2<='0';y2<='0';

init<=0;lock<='0';

ifov='1'thenn_state<=r1y2;

elsen_state<=r1g21;

endif;

whenr1y2=>r1<='1';y2<='1';g1<='0';

r2<='0';y1<='0';g2<='0';

init<=49;lock<='1';n_state<=r1y21;

whenr1y21=>r1<='1';y2<='1';g1<='0';

r2<='0';y1<='0';g2<='0';

init<=0;lock<='0';

Ifov='1'thenn_state<=r2g1;

elsen_state<=r1y21;

endif;

whenr2g1=>r2<='1';g1<='1';y1<='0';

r1<='0';g2<='0';y2<='0';

init<=9;lock<='1';n_state<=r2g11;

whenr2g11=>r2<='1';g1<='1';y1<='0';

r1<='0';g2<='0';y2<='0';

init<=0;lock<='0';

ifov='1'thenn_state<=r2y1;

elsen_state<=r2g11;

endif;

whenr2y1=>r2<='1';y1<='1';g1<='0';

r1<='0';y2<='0';g2<='0';

init<=49;lock<='1';n_state<=r2y11;

whenr2y11=>r2<='1';y1<='1';g1<='0';

r1<='0';y2<='0';g2<='0';

init<=0;lock<='0';

ifov='1'thenn_state<=r1g2;

elsen_state<=r2y11;

endif;

whenothers=>n_state<=r1r2;

endcase;

endprocess;

process（lock,clk）

begin

iflock='1'then

cnt<=init;

elseifclk'eventandclk='1'then

cnt<=cnt-1;

ifcnt=0then

ov<='1';

endif;

endif;

time<=cnt;

endif;

endprocess;

endrtl;