基于FPGA的十字路口交通灯控制器

仿真时各输入端的端口对应表
设计过程中的问题及解决办法

（1）如何使东西南北方 向的红绿、红黄、绿红、 绿黄四种状态之间进行跳 变?


解决方案：将这四种状 态简单的看成两个（东西、 南北）减1计数的计数器， 通过检测两个方向的计数 值来判别红绿灯组合的跳 变。



ELSIF (East_West = "00000101" AND South_North = "00000000") THEN East_West <= "00000100"; South_North <= "00000100"; led <= "100010"; --东西红灯余5秒，南 北黄灯5秒
黄灯 红灯 黄灯 绿灯 绿灯 红灯 （30S） （5S） （25S） （25S） （5S） （30S）
交通灯控制器程序




ENTITY traffic IS PORT( clk : IN STD_LOGIC; --时 钟信号（1Hz） urgency : IN STD_LOGIC; --紧急状 态控制端 led : BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); --红黄绿，绿黄红 East_West,South_North : BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) ); --东西，南北倒计时数码管（高4位为十位，低 4位为个位） END;
六、普通状态中红绿黄灯之间的转换

此图为东西南北的绿红灯转变为黄红灯在转换为红绿灯的跳变，可从 图中的LED之间的001001和010001以及100100的跳变可知LED的转 换，并且可从时间轴上看出时间的跳变。
4 硬件验证




(1) 确定管脚对应关系。输入信号urgency与按键K1对应；输出信号 led与发光二极管D5~D0一一对应；输出信号East_West和 South_North与电路板上的数码管显示译码驱动器引脚相连，其中 East_West的低4位与数码管U1的十进制输入管脚相连，East_West 的高4位与数码管U2的十进制输入管脚相连，South_North的低4位与 数码管U3的十进制输入管脚相连，South_North的高4位与数码管U4 的十进制输入管脚相连。 （2）由QuartusⅡ进行管脚分配。K1在MAXⅡ芯片上对应的管脚号 为27；DO~D5在MAXⅡ芯片上对应的管脚号依次为88~83；数码管 U1的十进制输入管脚在MAXⅡ芯片上对应的管脚号为100~97；数码 管U2的十进制输入管脚在MAXⅡ芯片上对应的管脚号为96、95、92、 91；数码管U3的十进制输入管脚在MAXⅡ芯片上对应的管脚号为61、 58~56；数码管U4的十进制输入管脚在MAXⅡ芯片上对应的管脚号为 55~52. （3）电平定义。以D5~D0的亮代表输出信号对应位的电平为“1”， D5~D0的灭代表输出信号对应位的电平为“0”；按键K1按下时相当于 输入信号为低电平。 （4）运行验证。按下K1，表示进入紧急状态，此时东西方向与南北 方向的红灯都亮，数码管均显示“0”。弹出K1后，可观察到相应灯的 亮灭情况，各灯的亮灭时间通过数码管可以显示，经验证能实现交通 灯控制功能。以下为仿真时各输入端的端口对应表。来自1 交通灯控制器的实现

东西、南北方向的不同状 态组合（红绿、红黄、绿 红、黄红四个状态） ,右 图为两交通灯的运行状态。 但我们可以简单地将其看 成两个（东西、南北）减 1的计数器，通过监测两 个方向的计数值，可以检 测红黄绿灯组合的跳变。
2 软件程序设计
东西方向
南北方向
led(5) led(4) led(3) led(2) led(1) led(0)
3 软件仿真

本实验仿真应用的是QUARTUSⅡ 6.0软件 的内部仿真程序，在仿真过程中高电平置1， 有效状态也为高电平1，若红绿黄灯置1时 则证明其工作处于亮的状态。在东西南北 方向的数码管显示的数字是由BCD码转换 的，00000000则显示是00，00011001显 示为19。
一、程序编译后的截图

（2）如何准确的显示 数码管的剩余时间? 解决方案：为了能直 接将剩余时间显示在 数码管中，分别对信 号以BCD码的规则进 行处理，因此将这两 个信号直接送往BCD 码译码器电路就可以 直接显示相关的数字 了。






ELSIF (East_West(3 DOWNTO 0) = 0 AND South_North (3 DOWNTO 0) = 0) THEN East_West <= East_West - 7; --BCD码减法转换 South_North <= South_North - 7; ELSIF (East_West(3 DOWNTO 0) = 0 AND South_North (3 DOWNTO 0) = 0) THEN East_West <= East_West - 7; --BCD码减法转换 South_North <= South_North - 1; ELSIF (South_North (3 DOWNTO 0) = 0 AND East_West(3 DOWNTO 0) = 0) THEN South_North <= South_North - 7; --BCD码减法转换 East_West <= East_West - 1; ELSE East_West <= East_West - 1; South_North <= South_North - 1; --不满足上述特殊情况时 减一

下图为当紧急状况结束时，也就是urgency置0时转为普通状态的红 绿灯显示，图中的LED显示为100100，也就是东西方向红灯，南北 方向绿灯，并且能保持为25秒（可由上面的时间轴看出）
五、普通状态中红绿黄灯之间的转换

此图为东西南北的红绿灯转为红黄灯再转为绿红灯的三种 状态之间的转换，可从图中的LED之间的100100和 100010以及001001的跳变可知LED的转换，并且可从时 间轴上看出时间的跳变。
交通灯设计
指导老师： 作 者：
摘要
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本系统采用EDA实验箱设计交通灯控制器，模拟实现了 红、绿、黄灯指挥交通的功能。它直接采用FPGA/CPLD 芯片开发，用VHDL语言编程和QUARTUSⅡ 6.0设计。交 通灯控制器设计，系统的阐述了用FPGA/CPLD芯片实现 数字电路的设计过程，展示了FPGA/CPLD芯片的强大功 能和非凡特性。本交通灯控制器适用东西和南北方向的车 流量大致相同的路口，红灯30S，绿灯25S，黄灯5S，同 时用数码管指示当前状（红、绿、黄灯）的剩余时间。另 有一个紧急状态，当特殊情况发生时，两个方向都禁止通 行，指示红灯，紧急状态解除后，重新计时并指示时间。
三、复位键仿真检测图

此图为复位键urgency的检测，当urgency置1时则为特殊 状态，两个方向都禁止通行，指示红灯，图中LED显示的 为100001，即就是东西南北的红灯亮。数码管的控制端 East_West,South_North均显示00000000，即就是数码管 显示为0.
四、复位后转为普通状态仿真检测图
结束语
本次实验我们受益良多，在写和更改程序 的过程中，我们对VHDL语言有了更深一步 的了解，并且在与组员探讨的过程中，加 深了对十字路口交通灯的状态转换的了解， 明白了绿红、黄红、红绿、红黄4个状态之 间的循环往复，也加深了团队之间的友谊

编写完程序后的编 译，其中有一警告， 是指发现管脚没有 送入时钟信号，属 于编译中正常现象， 因此未作程序更改。
二、程序编译后的整体仿真图

此图为该程序波形图整体仿真，通过Edit->End Time 来设定仿真结束 时间为65.5S，将clk的时钟周期设置为1S，点击save保存后进行仿真， 上图为总的输出波形。其中已经将交通灯之间的转换显示出来了。