交通燈控制器

1、vhdl語言與eda課程設(shè)計： 交 通 燈 控 制 器通信與控制工程系電子信息工程摘 要本系統(tǒng)采用gw48 eda/sopc實驗箱來設(shè)計交通燈控制器，模擬實現(xiàn)了紅、綠燈指揮交通的功能。它直接采用fpga/cpld芯片開發(fā)，用vhdl語言編程和quartus 6.0設(shè)計。交通燈控制器設(shè)計, 系統(tǒng)地闡述了用fpga/cpld實現(xiàn)數(shù)字電路的設(shè)計過程, 展示了fpga/cpld的強大功能和非凡特性。本交通燈控制器適用東西方向和南北方向的車流量大致相同的路口，紅燈45秒，黃燈5秒，綠燈40秒，同時用數(shù)碼管指示當前狀態(tài)（紅、黃、綠燈）剩余時間。另有一個緊急狀態(tài)，當緊急狀態(tài)出現(xiàn)時，兩個方向都禁止通行，指示紅

2、燈。緊急狀態(tài)解除后，重新計時并指示時間。關(guān)鍵詞：交通燈控制器，設(shè)計要求 . 11方案論證與對比 . 11. 1方案一 . 11. 2方案二 . 12. 設(shè)計過程 . 13. 1總體設(shè)計慨要 . 12.2 交通燈原理分析 . 24. 模塊設(shè)計及仿真 . 34.1. 頂層文件的設(shè)計 . 34.2. 狀態(tài)控制模塊（jtd ctrl） . 45. 3倒計時模塊（jtd time）的設(shè)計 . 56. 4數(shù)碼管顯示模塊（jtd xs）的設(shè)計 . 77. 5信號燈顯示模塊（jtd light）的設(shè)計 . 98. 6引腳鎖定 . 114編程下載 . 125結(jié)束語 . 126致謝 . 127參考文獻 . 13更

3、多論文1. 交通燈控制器設(shè)東西方向和南北方向的車流量大致相同，因此紅、黃、綠燈的時長也相同，定為紅燈45秒，黃燈5秒，綠燈40秒，同時用數(shù)碼管指示當前狀態(tài)（紅、黃、綠燈）剩余時間。另外，設(shè)計一個緊急狀態(tài)，當緊急狀態(tài)出現(xiàn)時，兩個方向都禁止通行，指示紅燈。緊急狀態(tài)解除后，重新計時并指示時間。采用vhdl語言直接編寫，實現(xiàn)交通燈指揮功能。但此方案編寫復(fù)雜且困難，開發(fā)時間較長。編譯后，不便讀懂，找出錯誤很困難。采用模塊層次化設(shè)計，將此設(shè)計分為四個模塊：計時模塊，狀態(tài)控制模塊，信號燈顯示模塊，數(shù)碼掃描顯示模塊。將四個模塊再分別用vhdl語言編寫成，做成原理圖模塊，用原理圖輸入法做整個設(shè)計的頂層文件。此方

4、案設(shè)計方便、簡單，方法易懂、易操作，也易于尋找程序中的錯誤，故我們采用此方案。根據(jù)交通燈控制器的功能與要求,將其總體電路分為狀態(tài)控制，倒計時，數(shù)碼管顯示，信號燈顯示模塊（jtd ctrl，jtd time，jtd xs，jtd light）。jtd ctrl實現(xiàn)邏輯和時序控制，外部兩路脈沖振蕩器的頻率選為1 khz和1 hz的信號，1khz信號用于顯示模塊的掃描，1 hz信號用做倒計時模塊的計數(shù)脈沖。m為緊急狀態(tài)和自動運行狀態(tài)的控制端。總體框圖：更多論文22.2 交通燈原理分析當m = 1時，進入緊急狀態(tài)，s輸出為b100100,即南北、東西向均為紅燈亮。當m = 0時，交通即開始正常工作。m

5、=0時，經(jīng)過40秒， s由b100010變?yōu)閎100001，再經(jīng)過5秒，s變?yōu)閎010100，再經(jīng)過40秒，s變?yōu)閎001100，再經(jīng)過5秒，s變?yōu)閎100010如此循環(huán)下去。當m=1跳變到m=0時，數(shù)碼管繼續(xù)計時，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。南北、東西方向的紅綠燈按表一表二變化。東西（a）方向紅燈 紅燈 綠燈 黃燈45秒 40秒 5秒南北（b）方向綠燈 黃燈 紅燈 紅燈40秒 5秒 45秒m s 備注1. 100100 長時間亮紅燈0狀態(tài)1：100010 持續(xù)40秒，轉(zhuǎn)到狀態(tài)2狀態(tài)2：100001 持續(xù)5秒，轉(zhuǎn)到狀態(tài)3狀態(tài)3：010100 持續(xù)40秒，轉(zhuǎn)到狀態(tài)4狀態(tài)4：001100 持續(xù)5秒，轉(zhuǎn)到狀態(tài)

6、1s的六位分別對應(yīng)東西方向（a方向）的紅綠黃和南北方向（b方向）的紅綠黃。1表示亮，0表示滅。 更多論文3 3模塊設(shè)計及仿真頂層原理圖設(shè)計可以依據(jù)系統(tǒng)框圖進行，由反饋控制，倒計時，數(shù)碼管顯示，信號燈顯示模塊（jtd ctrl，jtd time，jtd xs，jtd light）五部分組成。其頂層原理圖如圖2所示。圖2 頂層原理圖 圖3 頂層文件的仿真波形更多論文4狀態(tài)控制模塊根據(jù)倒計時模塊（jtd time）的輸出信號和1hz的時鐘信號，產(chǎn)生系統(tǒng)的狀態(tài)機，控制其他部分的協(xié)調(diào)工作。該模塊的源文件程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use i

7、eee.std_logic_unsigned.all;entity jtd_ctrl isport ( clk :in std_logic;at,bt : in std_logic_vector(7 downto 0);s: out std_logic_vector(1 downto 0);end jtd_ctrl;architecture jtd of jtd_ctrl issignal q :std_logic_vector (1 downto 0);beginprocess(clk,at,bt)beginif clkevent and clk =1 thenif(at =x01)or (

8、bt = x01) then q=q+1; 通過at，bt的反饋信號控制倒計時模塊和信號顯示jtd_light模塊的工作else q=q;end if;end if;end process;s=q;end jtd;：更多論文5倒計時模塊用來設(shè)定a和b兩個方向計時器的初值，并為數(shù)碼管顯示模塊提供倒計時時間。倒計時模塊源文件程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jtd_time isport( clk : in std_logic;m : in std_logic;s

9、 :in std_logic_vector(1 downto 0);at,bt :out std_logic_vector(7 downto 0);end jtd_time;architecture jtd_1 of jtd_time issignal ati : std_logic_vector(7 downto 0):=x01;signal bti : std_logic_vector(7 downto 0):=x01;signal art,agt,ayt : std_logic_vector(7 downto 0);signal brt,bgt,byt : std_logic_vecto

10、r(7 downto 0);begin 設(shè)定各個紅綠黃的工作時間art=x45; 更多論文6 agt=x40;ayt=x05;brt=x45;bgt=x40;byt=x05;process (clk,m,s)beginif m = 1 then ati=ati; btiati=art; btibtiati=agt; btiati=ayt;end case;end if;if ati/=x01 then a方向（東西方向）倒計時if ati(3 downto 0)= 0000 thenati(3 downto 0)=1001;ati(7 downto 4)=ati(7 downto 4)-1;e

11、lse ati(3 downto 0)=ati(3 downto 0)-1;ati(7 downto 4)=ati(7 downto 4);end if;end if;if bti/=x01 then b方向（南北方向）倒計時if bti(3 downto 0)=0000 thenbti(3 downto 0)=1001;bti(7 downto 4)=bti(7 downto 4)-1; 更多論文7 else bti(3 downto 0)=bti(3 downto 0)-1;bti(7 downto 4)=bti(7 downto 4);end if;end if;end if;end i

12、f;end process;at=ati;bt=bti;end jtd_1;顯示模塊用來顯示倒計時時間。采用動態(tài)掃描顯示，通過分位程序，控制四個數(shù)碼管的顯示時間。數(shù)碼管顯示模塊的源文件程序為：圖5 倒計時模塊的仿真波形圖更多論文8 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jtd_xs isport ( clk1k :in std_logic;at,bt :in std_logic_vector(7 downto 0);led1,led2,led3,led4:out std_l

13、ogic_vector(3 downto 0);end jtd_xs;architecture jtd_3 of jtd_xs issignal ou1,ou2,ou3,ou4:std_logic_vector(3 downto 0);signal sl:std_logic_vector(1 downto 0);beginprocess(clk1k)beginif clk1kevent and clk1k =1 thenif sl=11 then sl=00; 掃描led顯示管else slou1ou2ou3ou4=at(7 downto 4);end case;end process;led

14、1=ou1; 更多論文9 led2=ou2;led3=ou3;led4=ou4;end jtd_3;：通過控制模塊的輸出的狀態(tài)控制信號，控制六個信號燈的亮滅。信號燈顯示模塊的源文件程序為：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jtd_light isport (m :in std_logic;s : in std_logic_vector(1 downto 0);abl :out std_logic_vector(5 downto 0);圖6 數(shù)碼管顯示模塊的仿真波形圖更多

15、論文10 end jtd_light;architecture jtd_2 of jtd_light issignal lt: std_logic_vector (5 downto 0);beginprocess (s,m)beginif m =1 then ltltltltlt=001100;end case;end if;end process;abl=lt;end jtd_2;圖7 信號燈顯示模塊的仿真波形圖更多論文11本次設(shè)計我們采用gw48 eda/sopc實驗箱，選擇模式5，引腳鎖定如圖8所示：圖8 引腳鎖定更多論文12 4編程下載在實驗箱上選擇clock2為1hz， clock5

16、為1024hz，模式選擇模式5，引腳鎖定如上圖所示。下載后，結(jié)果顯示正確，六個信號燈依次為東西方向的紅綠黃和南北方向的紅綠黃。兩個方向上的數(shù)碼管顯示的時間完全吻合。鍵8為緊急狀態(tài)控制端，按下鍵8時，兩路信號燈都為紅燈，時間暫停，再次按下鍵8，恢復(fù)原狀態(tài)，繼續(xù)計時。結(jié)果證實調(diào)試成功!5結(jié)束語通過的緊張工作，完成了我們的設(shè)計任務(wù)用vhdl設(shè)計交通燈控制器。通過本次課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，我們深深的體會到設(shè)計課的重要性和目的性所在。為了完成項目，在網(wǎng)絡(luò)上找到了許多相關(guān)資料，大大擴充自己的知識面，使許多以前想解決卻無法解決的困難迎刃而解。對軟件設(shè)計流程有了更深刻的理解，掌握了eda軟件的使用。將書本上的理論知

17、識和實際有機地結(jié)合起來，鍛煉了實際分析問題和解決問題的能力，提高了適應(yīng)實際的能力，為今后的學(xué)習(xí)和實踐打下了良好的基礎(chǔ)。本次eda課程設(shè)計的目的和意義：通過設(shè)計交通燈控制器，了解eda技術(shù)，了解并掌握vhdl硬件描述語言的設(shè)計方法和思想，鞏固和綜合運用所學(xué)過的原理知識，提高分析、解決實際問題的獨立工作能力。在指導(dǎo)老師田漢平老師和周桃云老師的精心指導(dǎo)和嚴格要求下，經(jīng)過我們自己的努力，終于完成了這次課程設(shè)計。同時獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，對fpga技術(shù)方面有了更深的了解，這對我們今后進一步學(xué)習(xí)有極大的幫助。通過大量閱讀資料，我拓寬了自己的知識面，并懂得將所學(xué)知識融會貫通到實踐中去。在獲得知識的同時，我也認識到了自己還需要學(xué)習(xí)的東西很多，理論需要很好的結(jié)合實踐，全面分析并解決問題的能力有待提高。另外，此次課程設(shè)計還獲得了我們的同學(xué)大力支持，在我們對有些知識掌握不夠時，是我們的同學(xué)及時伸出幫助之手使我們的課程設(shè)計能夠及時的