VHDL交通灯控制器_实验报告
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VHDL数字系统设计交通灯实验报告姓名:李奕洋学号:010790021.实验目的:使用VHDL语言在FPGA实验板上模拟一个十字路口两对交通灯的亮灭情况。
2.实验原理:本实验要实现的效果是:0s~5s,第1对灯为绿,第2对灯为红;5s~6s,第1对灯为黄,第2对灯为红;6s~11s,第1对灯为红,第2对灯为绿;11s~12s,第1对灯为红,第2对灯为黄;12s为一个状态循环周期。
可以选择实验板上的8个LED中的6个来模拟上述功能。
为了便于区分两对灯我们选择除去中间2个的6个LED,用LED<7>、LED<6>、LED<5>分别表示第1对灯的红黄绿3盏灯,用LED<2>、LED<1>、LED<0>分别表示第2对灯的红黄绿3盏灯。
程序中,输出端口light (5)~ light (0)分别映射到LED<7>、LED<6>、LED<5>、LED<2>、LED<1>、LED<0>。
本实验需要在每个周期的特定时间点发生状态转移,所以需要实现较精确的定时。
我们使用实验板上的50MHz晶振作为时钟信号,该晶振的50M个时钟周期近似为1s。
因此可以在每个时钟周期的上升沿使用变量count计数,每计够250000000表示到第5s,每计够300000000表示到第6s,每计够550000000表示到第11s,每计够600000000表示到第12s。
程序中输入端口clk映射到50MHz晶振。
本实验的VHDL程序中,首先在实体lights中定义了输入端口clk和6个输出端口light (5)~ light (0)。
然后在实体lights的结构体Behavioral中使用2个进程。
第1个进程中在clk的每个上升沿对变量count加1,当分别计数到0、250000000、300000000、550000000时分别输出100010、001100、010100、100001。
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表1 交通信号灯的4种状态设计要求:(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。
一、设计要求-------------------------------------------------------------------------------- 二、设计目地-------------------------------------------------------------------------------- 三、设计方案--------------------------------------------------------------------------------四、设计程序---------------------------------------------------------------------------------五、管脚分配---------------------------------------------------------------------------------六、硬件下载实现现象描述------------------------------------------七、体会、对设计工作地总结与展-------------------------------------------一、设计要求:① 在十字路口地两个方向上各设一组红、绿、黄灯,显示顺序为其中一方向(东西方向)是绿灯、黄灯、红灯;另一方向(南北方向)是红灯、绿灯、黄灯.② 设置一组数码管,以倒计时地方式显示允许通行或禁止通行地时间,其中绿灯、黄灯、红灯地持续时间分别是20s 、5s 和25s.③ 当各条路上任意一条上出现特殊情况时,如当消防车、救护车或其他需要优先放行地车辆通过时,各方向上均是红灯亮,倒计时停止,且显示数字在闪烁.当特殊运行状态结束后,控制器恢复原来状态,继续正常运行.二、设计方案:计数器地计数值与交通灯亮灭地关系如图1所示.49东西方向南北方向2419图1 计数值与交通灯亮灭地关系显然,本课题地核心是一个计数范围为0~49(共50 s )地计数器和一个根据计数值做出规定反应地控制器.另外,所用实验箱配备地晶振为20MH z,因此还需要一个分频电路.最后,要驱动七段数码管,显然还需要一个译码电路.根据上面地分析,可以画出如图2所示地系统框图.图2 交通灯控制器系统框图2、计数器地设计这里需要地计数器地计数范围为0~49.计到49后,下一个时钟沿回复到0,开始下一轮计数.此外,当检测到特殊情况(Hold=’1’)发生时,计数器暂停计数,而系统复位信号Reset 则使计数器异步清0.3、控制器地设计控制器地作用是根据计数器地计数值控制发光二极管地亮、灭,以及输出倒计时数值给七段数译管地分位译码电路.此外,当检测倒特殊情况(Hold=’1’)发生时,无条件点亮红色地发光二级管.由于控制器要对计数值进行判断,很容易想到用IF语句来实现.本控制器可以有两种设计方法,一种是利用时钟沿地下降沿读取前级计数器地计数值,然后做出反应;另一种则是将本模块设计成纯组合逻辑电路,不需要时钟驱动.这两种方法各有所长,必须根据所用器件地特性进行选择:比如有些FPGA有丰富地寄存器资源,而且可用于组合逻辑地资源则相对较少,那么使用第1种方法会比较节省资源;而有些CPLD地组合逻辑资源则相对较多,用第2种方法可能会更好.大家可尝试两种方法,比较一下哪种方法所用资源较少,然后在最后地方案中采用这个方法.4、分位译码电路地设计因为控制器输出地倒计时数值可能是1位或者2位十进制数,所以在七段数码管地译码电路前要加上分位电路(即将其分为2个1位十进制数,如25分为2和5,7分为0和7).与控制器一样,分位电路同样可以由时钟驱动,也可以设计成纯组合逻辑电路.控制器中,引入了寄存器.三、程序语言:-----------交通灯带有点阵显示---------------------LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY jtd ISPORT(duan : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);-- 数码管显示bcd码from 100 to 91hang,lie:out std_logic_vector(7 downto 0); -----点阵行输出和列输出led,light_cs : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-- 数码管和灯扫描led 6 5 2 1 || light 66 67 68 69led_no: OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);-- 4 3 light : OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);--灯72 70 71B1eep : OUT STD_LOGIC; -- 7clk,jinji : IN STD_LOGIC-- 频率输入和紧急处理端-----);END jtd;ARCHITECTURE one OF jtd ISSIGNAL clk_1k,clk_1 : STD_LOGIC;SIGNAL cnt4 : INTEGER RANGE 0 TO 3; ------------用于计数--------------SIGNAL num,num1,num2,num3,num4 : INTEGER RANGE 0 TO 9;SIGNAL L1,L2: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);---------灯显示---------------SIGNAL time1,time2: INTEGER RANGE 0 TO 25;--------------时间显示--------------signal t:std_logic_vector(2 downto 0); -----点阵信号传输signal q:std_logic_vector(1 downto 0);---------点阵输出显示信号--------BEGINled_no<="11";------------把数码管第三第四位屏蔽---------------------1KHz频率输出--------------------------process(clk)variable cnt1: integer range 0 to 250;variable cnt2: integer range 0 to 100;Beginif clk'event and clk='1' thenif cnt1=250 thencnt1:=0;if cnt2=100 thencnt2:=0;clk_1k<=not clk_1k;elsecnt2:=cnt2+1;end if;elsecnt1:=cnt1+1;end if;end if;end process;-----------------点阵扫描-----------process(clk_1k)variable count:integer range 0 to 8;beginif clk_1k'event and clk_1k='1' thenif count<=8 then ------count数用于循环扫描行用if count=8 thencount:=0;end if;case count iswhen 0 => hang<="00000001";t<="000";------扫描第一行,并把t赋予000 由于信号t地变化触发下一个进程when 1 => hang<="00000010";t<="001";------扫描第二行when 2 => hang<="00000100";t<="010";------扫描第三行when 3 => hang<="00001000";t<="011";when 4 => hang<="00010000";t<="100";when 5 => hang<="00100000";t<="101";when 6 => hang<="01000000";t<="110";when 7 => hang<="10000000";t<="111";when others =>hang<="00000000";t<="000";end case;count:=count+1;end if;end if;end process;----------------------------process(t)variable shu:integer range 0 to 7;begincase t is -----根据t地值去查表when "000" => shu:=0;when "001" => shu:=1;----变量地赋值是立即发生地when "010" => shu:=2;when "011" => shu:=3;when "100" => shu:=4;when "101" => shu:=5;when "110" => shu:=6;when "111" => shu:=7;when others =>null;end case;case q is-----再根据相应地值送到列上去when "01"=>case shu iswhen 0 => lie<="11111111";when 1 => lie<="11111111";when 2 => lie<="11111111";when 3 => lie<="10111101";when 4 => lie<="00000000";when 5 => lie<="10111101";when 6 => lie<="11111111";when 7 => lie<="11111111";END CASE;when "10"=>case shu is when 0 => lie<="11101111"; when 1 => lie<="11000111"; when 2 => lie<="10000011"; when 3 => lie<="11101111"; when 4 => lie<="11101111"; when 5 => lie<="10000011"; when 6 => lie<="11000111"; when 7 => lie<="11101111"; when others =>lie<="11111111"; END CASE;when "11"=>case shu is when 0 => lie<="00111100"; when 1 => lie<="00111100"; when 2 => lie<="11011011"; when 3 => lie<="11100111"; when 4 => lie<="11100111"; when 5 => lie<="11011011"; when 6 => lie<="00111100"; when 7 => lie<="00111100";END CASE;when others=>null;end case;end process;-------------1s分频加计数-------------------PROCESS(clk_1k)V ARIABLE count_1k : INTEGER RANGE 0 TO 499; BEGINIF clk_1k'EVENT AND clk_1k='1' THENIF cnt4=3 THENcnt4<=0;ELSEcnt4<=cnt4+1;END IF;IF count_1k=499 THENcount_1k:=0;clk_1<= NOT clk_1;ELSEcount_1k:=count_1k+1;END IF;END IF;END PROCESS;-----------------倒计时和灯显示-----------------------PROCESS(cnt4,L1,L2,time1,time2)BEGINCASE time1 IS -------------输出时间1------------WHEN 0 TO 9 => num1<=0;WHEN 10 TO 19 => num1<=1;WHEN 20 TO 25 => num1<=2;WHEN OTHERS => num1<=0;END CASE;num2<=time1 REM 10; ------------取余-----CASE time2 ISWHEN 0 TO 9 => num3<=0;WHEN 10 TO 19 => num3<=1;WHEN 20 TO 25 => num3<=2;WHEN OTHERS => num3<=0;END CASE;num4<=time2 REM 10;CASE cnt4 ISWHEN 0 =>led<="1110"; -------------动态扫描数码管(从右到左)--------num<=num1;light_cs<="1110";light<=L1;WHEN 1 =>led<="1101";num<=num2;light_cs<="1101";light<=L2;WHEN 2 =>led<="1011";num<=num3;light_cs<="1011";light<=L1;WHEN 3 =>led<="0111";num<=num4;light_cs<="0111";light<=L2;WHEN OTHERS =>led<="1111";light_cs<="1111";END CASE;END PROCESS;--------------------译码------------------------PROCESS(num)BEGINCASE num ISWHEN0=>duan<="00111111"; ------0到9-------------WHEN 1=>duan<="00000110";WHEN 2=>duan<="01011011";WHEN 3=>duan<="01001111";WHEN 4=>duan<="01100110";WHEN 5=>duan<="01101101";WHEN 6=>duan<="01111101";WHEN 7=>duan<="00000111";WHEN 8=>duan<="01111111";WHEN 9=>duan<="01101111";WHEN OTHERS=>duan<="00000000";END CASE;END PROCESS;--------------------------------------PROCESS(clk_1)V ARIABLE i,j : INTEGER RANGE 0 TO 2 :=0;V ARIABLE w: INTEGER RANGE 0 TO 1 :=0;BEGINIF clk_1'EVENT AND clk_1='1' THENIF jinji='0' then ----------------判断是否要紧急制动------------IF time1=0 THENIF i=2 THENi:=0;ELSEi:=i+1;END IF;CASE i ISWHEN 1 =>time1<=20;L1<="001";B1eep<='0';WHEN 2 =>time1<=5;L1<="010";B1eep<='1';WHEN 0 =>time1<=25;L1<="100";B1eep<='0';q<="01"; --------------点阵显示前进方向-----------WHEN OTHERS =>time1<=24;END CASE;ELSEtime1<=time1-1;END IF;IF time2=0 THENIF j=2 THENj:=0;ELSEj:=j+1;END IF;CASE j ISWHEN 1 =>time2<=25;L2<="100";B1eep<='0';q<="10"; --------------点阵显示前进方向-----------WHEN 2 =>time2<=20;L2<="001";B1eep<='0';WHEN 0 =>time2<=5;L2<="010";B1eep<='1';WHEN OTHERS =>time2<=24;END CASE;ELSEtime2<=time2-1;END IF;else ------------------出现紧急制动情况地表现-----------B1eep<='1';time1<=0;time2<=0;q<="11";IF w=1 THENw:=0;ELSEw:=w+1;END IF;CASE w IS ---------------红灯地闪烁-------------- WHEN 1 =>L1<="100";L2<="100";WHEN 0 =>L1<="000";L2<="000";end case;end if;END IF;END PROCESS;END one;四、管脚分配五、硬件下载实现现象描述硬件上地实现是(1)、东西方向地绿灯,跟黄灯亮25s时,南北方向亮着红灯,当南北方向红灯亮到25s时,将变成绿灯,而在东西方向黄灯亮5s时蜂鸣器同时响5s,(2)、而与此同时,一组数码管,以倒计时地方式显示允许通行或禁止通行地时间,其中绿灯、黄灯、红灯地持续时间分别是20s、5s和25s.(3)、点阵也会显示出东西,南北方向通行是地指示标. (4)、当拨码开关拨表示出现特殊情况时,如当消防车、救护车或其他需要优先放行地车辆通过时,各方向上均是红灯亮,倒计时停止,且显示数字在闪烁,点阵出现X禁止通行地标号.当特殊运行状态结束后(即拨回拨码开关),控制器恢复原来状态,继续正常运行.六:体会、对设计工作地总结及展望这次地交通灯控制器是将点阵,彩灯,数码管地程序结合起来编写地,刚开始是真地觉得很难,但是通过慢慢地分析开来,最后终于成功了.版权申明本文部分内容,包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.gIiSp。
大连理工大学本科实验报告题目:十字路口交通灯控制系统课程名称:数字电路课程设计学院(系):电子信息与电气工程学部专业:班级:学生姓名:学号:完成日期:成绩:年月日题目:1 设计要求设计并调试好一个十字路口的交通灯控制系统,具体功能如下:(1).主干道、支干道方向分别有红、黄、绿指示灯以及两个显示数码管。
(2).当主干道方向允许通行亮绿灯时,支干道方向亮红灯,而支干道方向允许通行亮绿灯时,主干道方向亮红灯。
(3).工作顺序为支干道方向红灯亮40秒,前35秒支干道方向绿灯亮,后5秒黄灯亮。
然后主干道方向红灯亮20秒,前15秒支干道方向绿灯亮,后5秒黄灯亮。
(4).主干道和支干道的数码管分别以倒计时的方式显示该道路当前状态所剩余的时间。
2 设计分析及系统方案设计根据设计要求整个系统需要包括交通灯状态控制以及倒计时显示控制两部分,包括了计时器、交通灯状态转换控制器以及译码显示电路的设计。
交通等状态转换控制器用来控制交通灯的颜色转换;计时器用来产生交通灯状态转换的条件以及数码管倒计时所需显示的数据;译码显示电路用来控制数码管完成倒计时的功能。
交通灯控制流程图mg my mr sg sy sr1 0 0 0 0 10 1 0 0 0 10 0 1 1 0 00 0 1 0 1 03系统以及模块硬件电路设计下载时选择开发系统模式54 系统的VHDL设计library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity traffic isport(clk: in std_logic;mg,my,mr,sg,sy,sr: out std_logic;showmh: out std_logic_vector(3 downto 0);showml: out std_logic_vector(3 downto 0);showsh: out std_logic_vector(3 downto 0);showsl: out std_logic_vector(3 downto 0));end;architecture sys of traffic istype state is (a0,a1,a2,a3); --交通灯亮灭状态type mstate is (m0,m1,m2); --主干道显示状态type sstate is (s0,s1,s2); --支干道显示状态signal presents,nexts : state;signal mpresent,mnext : mstate;signal spresent,snext : sstate;signal ch35,mh35 : std_logic_vector(3 downto 0) :="0011";signal cl35,ml35 : std_logic_vector(3 downto 0) :="0100";--ch35(高位),cl35(低位)为交通灯状态计时信号(35s)--mh35(高位),ml35(低位)为主干道显示计时信号(35s) signal ch15,sh15 : std_logic_vector(3 downto 0) :="0001";signal cl15,sl15 : std_logic_vector(3 downto 0) :="0100";--ch15(高位),cl15(低位)为交通灯状态计时信号(15s)--sh15(高位),sl15(低位)为支干道显示计时信号(15s) signal cl5,sl5,ml5 : std_logic_vector(3 downto 0) :="0100";signal ch5,sh5,mh5 : std_logic_vector(3 downto 0) :="0000";--ch5(高位),cl5(低位)为交通灯状态计时信号(5s)--sh5(高位),sl5(低位)为支干道显示计时信号(5s)--mh5(高位),ml5(低位)为主干道显示计时信号(5s)signal sh40 : std_logic_vector(3 downto 0) :="0011";signal sl40 : std_logic_vector(3 downto 0) :="1001";--sh40(高位),sl40(低位)为支干道显示计时信号(40s) signal mh20 : std_logic_vector(3 downto 0) :="0001";signal ml20 : std_logic_vector(3 downto 0) :="1001";--mh20(高位),ml20(低位)为主干道显示计时信号(20s) signal sreach40,mreach20,mreach5,sreach5,mreach35 : std_logic:='0';sreach15,reach5,reach35,reach15 : std_logic:='0';--表示各计时信号计时一次结束的信号signal srst40,mrst20,mrst5,srst5,mrst35,srst15,rst5,rst35,rst15 : std_logic :='0';--将各计时信号重新置数的信号beginshift: process(clk) --状态转换beginif clk'event and clk='1' thenpresents<=nexts; --交通灯状态转换mpresent<=mnext; --主干道显示状态转换spresent<=snext; --支干道显示状态转换end if;end process;lightctrl: process(presents,reach35,reach15,reach5) --交通灯控制begincase presents iswhen a0 => mg<='1';my<='0';mr<='0';sg<='0';sy<='0';sr<='1';if reach35='1' then nexts<=a1;else nexts<=a0;rst35<='0';rst15<='1';rst5<='1';end if;--若reach35为1则转到a1状态,否则维持a0状态when a1 => mg<='0';my<='1';mr<='0';sg<='0';sy<='0';sr<='1';if reach5='1' then nexts<=a2;else nexts<=a1;rst35<='1';rst15<='1';rst5<='0';end if;--若reach5为1则转到a2状态,否则维持a1状态when a2 => mg<='0';my<='0';mr<='1';sg<='1';sy<='0';sr<='0';if reach15='1' then nexts<=a3;else nexts<=a2;rst35<='1';rst15<='0';rst5<='1';end if;--若reach15为1则转到a3状态,否则维持a2状态when a3 => mg<='0';my<='0';mr<='1';sg<='0';sy<='1';sr<='0';if reach5='1' then nexts<=a0;else nexts<=a3;rst35<='1';rst15<='1';rst5<='0';end if;--若reach5为1则转到a0状态,否则维持a3状态end case;end process;c35: process(clk,rst35) --35s交通灯状态计时beginif rst35='1' then ch35<="0011";cl35<="0100";elsif (clk'event and clk='1') thenif (cl35="0001" and ch35="0000") then reach35<='1';else reach35<='0';--计数到1时reach35置1,否则置0if cl35="0000" thenif ch35="0000" thench35<="0011";cl35<="0100";else cl35<="1001";ch35<=ch35-1;end if;else cl35<=cl35-1;end if;end if;end process;c15: process(clk,rst15) --15s交通灯状态计时beginif rst15='1' then ch15<="0001";cl15<="0100";elsif clk'event and clk='1' thenif (cl15="0001" and ch15="0000") then reach15<='1';else reach15<='0';end if;--计数到1时reach15置1,否则置0if cl15="0000" thenif ch15="0000" thenelse cl15<="1001";ch15<=ch15-1;end if;else cl15<=cl15-1;end if;end if;end process;c5: process(clk,rst5) --5s交通灯状态计时beginif rst5='1' then cl5<="0100";elsif clk'event and clk='1' thenif cl5="0001" then reach5<='1';else reach5<='0';--计数到1时reach5置1,否则置0cl5<=cl5-1;end if;end process;mcount: process(mpresent,mreach20,mreach35,mreach5) --主干道显示控制begincase mpresent iswhen m0 => mrst35<='0';mrst20<='1';mrst5<='1';showmh<=mh35;showml<=ml35;if mreach35='1' then mnext<=m1;else mnext<=m0;end if;--若mreach35为1则转到m1状态,否则维持m0状态when m1 => mrst35<='1';mrst20<='1';mrst5<='0';showmh<=mh5;showml<=ml5;if mreach5='1' then mnext<=m2;else mnext<=m1;end if;--若mreach5为1则转到m2状态,否则维持m1状态when m2 => mrst35<='1';mrst20<='0';mrst5<='1';showmh<=mh20;showml<=ml20;if mreach20='1' then mnext<=m0;else mnext<=m2;end if;--若mreach20为1则转到m0状态,否则维持m2状态end case;end process;m5: process(clk,mrst5) --5s主干道显示计时beginif mrst5='1' then ml5<="0100";mh5<="0000";elsif clk'event and clk='1' thenif ml5="0001" then mreach5<='1';else mreach5<='0';end if;--计数到1时mreach5置1,否则置0if ml5="0000" then ml5<="0100";else ml5<=ml5-1;end if;end if;end process;m20: process(clk,mrst20) --20s主干道显示计时beginif mrst20='1' then mh20<="0001";ml20<="1001";elsif clk'event and clk='1' thenif (ml20="0001" and mh20="0000") then mreach20<='1';else mreach20<='0';end if;--计数到1时mreach20置1,否则置0if ml20="0000" thenif mh20="0000" thenmh20<="0001";ml20<="1001";else ml20<="1001";mh20<=mh20-1;end if;else ml20<=ml20-1;end if;end if;end process;m35: process(clk,mrst35) --20s主干道显示计时beginif mrst35='1' then mh35<="0011";ml35<="0100";elsif (clk'event and clk='1') thenif (ml35="0001" and mh35="0000") then mreach35<='1';else mreach35<='0';end if;--计数到1时mreach35置1,否则置0if ml35="0000" thenif mh35="0000" thenmh35<="0011";ml35<="0100";else ml35<="1001";mh35<=mh35-1;end if;else ml35<=ml35-1;end if;end if;end process;scount: process(spresent,sreach40,sreach15,sreach5) --支干道显示控制begincase spresent iswhen s0 => srst40<='0';srst15<='1';srst5<='1';showsh<=sh40;showsl<=sl40;if sreach40='1' then snext<=s1;else snext<=s0;end if;--若sreach40为1则转到s1状态,否则维持s0状态when s1 => srst40<='1';srst15<='0';srst5<='1';showsh<=sh15;showsl<=sl15;if sreach15='1' then snext<=s2;else snext<=s1;end if;--若sreach15为1则转到s2状态,否则维持s1状态when s2 => srst40<='1';srst15<='1';srst5<='0';showsh<=sh5;showsl<=sl5;if sreach5='1' then snext<=s0;else snext<=s2;end if;--若sreach5为1则转到s0状态,否则维持s2状态end case;end process;s40: process(clk,srst40) --40s支干道显示计时beginif srst40='1' then sh40<="0011";sl40<="1001";elsif (clk'event and clk='1') thenif (sl40="0001" and sh40="0000") then sreach40<='1';else sreach40<='0';end if;--计数到1时sreach40置1,否则置0if sl40="0000" thenif sh40="0000" thensh40<="0011";sl40<="1001";else sl40<="1001";sh40<=sh40-1;end if;else sl40<=sl40-1;end if;end if;end process;s5: process(clk,srst5) --5s支干道显示计时beginif srst5='1' then sl5<="0100";sh5<="0000";elsif clk'event and clk='1' thenif sl5="0001" then sreach5<='1';else sreach5<='0';--计数到1时sreach5置1,否则置0end if;if sl5="0000" then sl5<="0100";else sl5<=sl5-1;end if;end if;end process;s15: process(clk,srst15) --15s支干道显示计时beginif srst15='1' then sh15<="0001";sl15<="0100";elsif clk'event and clk='1' thenif (sl15="0001" and sh15="0000") then sreach15<='1';else sreach15<='0';end if;--计数到1时sreach15置1,否则置0if sl15="0000" thenif sh15="0000" thensh15<="0001";sl15<="0100";else sl15<="1001";sh15<=sh15-1;end if;else sl15<=sl15-1;end if;end if;end process;end sys;5 结论以及结果说明采用GW48-CK开发系统,选用工作模式5,使用MAX+plus II软件调试环境,仿真过程中时钟周期设为200ns,仿真时间100us。
基于VHDL语言的交通灯控制器设计与实现摘要 VHDL是Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language 的缩写,意思是超高速集成电路硬件描述语言。
对于复杂的数字系统的设计,它有独特的作用。
它的硬件描述能力强,能轻易的描述出硬件的结构和功能。
这种语言的应用至少意味着两种重大的改变:电路的设计可以通过文字描述的方式完成;电子电路可以当作文件一样来存储。
随着现代技术的发展,这种语言的效益与作用日益明显,每年均能够以超过30%的速度快速成长。
交通灯控制系统通常要实现自动控制红绿灯的变化,基于FPGA设计的交通灯控制系统电路简单、可靠性好。
本系统可控制2个路口的红、黄、绿三盏交通灯。
对于Max+PlusⅡ开发工具,它是美国Altera公司自行设计的一种CAE软件工具。
他具有全面的逻辑设计能力,设计者可以自由组合文本、图形和波形输入法,建立起层次化的单器件或多器件设计。
利用该工具配备的编辑、编译、仿真、综合、芯片编程等功能,将设计的电路图或电路描述程序变成基本的逻辑单元写入到可编程芯片中(如CPLD、FPGA),做成ASIC芯片。
仿真实验结果表明了该编解码器的正确性和合理性。
关键词:交通灯;控制器;VHDL;MAX+PlusⅡAbstract VHDL is the Very Hight Speed Integrated Circuit Hardware Description Language acronym,meaning that high-speed integrated circuit hardware description language.For complex digital system design,it has a unique role.Its hardware descirption ability,can easily describe the structure and funtion of the hardware.The application of this language implies that at least two kinds of major changes:the design of the circuit can actually be completed by the manner described in the text;electronic circuits can be used as to store the same files.With modern technology,the benefits and role of this language has become more obvious every year to more than 30% of the rate of rapid growth.Traffic light control system is usually to achieve the automatic trafffic light changes,FPGA-based design of a traffic light control system circuit is simplem,and good reliability.The system can control two junctions of red,yellow,green,three traffic lights.For theMax-Plus II development tool,it is United States Altera’s own design of a CAE software tools.It has a comprehensive logic design capabilities,designers can freely mix text,graphics,and waveform input method,set up hierarchical design of a single device or multiple devices.The use of the tool is equipped with the editing,compiling,simulation,synthesis,chip programming features such as the design of the circuit or circuit described procedure into the basic logic unit is written into the programmable chip(eg,CPLD,FPGA),made of ASIC chips.The simulation results show that the correct codec and rationality.Keywords:traffic light;controller,VHDL,MAX+PlusII目录1 引言 (1)2 课题背景及相关技术 (2)2.1 Max+plusII简介 (2)2.2 VHDL语言简介 (3)2.3 VHDL设计的优点与设计方法 (5)3交通灯控制器分析 (7)3.1 分频器 (7)3.2 状态机 (8)4交通灯控制器的VHDL设计 (9)4.1程序流程图 (9)4.2交通灯顶层文件和管脚分配 (10)4.3分频器和状态机的图示符号 (11)4.4仿真波形图 (12)附录 (13)结束语 (17)参考文献 (18)1引言在交通发达的当代,交通灯控制器无疑是最实用的的工具。
《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2010 年6 月29 日目录1 课程设计题目、内容与要求…………………………………4页1.1 设计题目…………………………………………………4页1.2 设计内容…………………………………………………4页1.3 具体要求…………………………………………………4页2 系统设计………………………………………………………5页2.1 设计思路…………………………………………………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对应的管脚…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)2008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,详细程序和引脚配置以及波形仿真进行了详细的阐述。
关键词:VHDL 模块化交通灯设计1 课程设计题目、内容与要求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。
课题三:交通灯控制器学院:信息与通信工程学院专业:通信工程姓名:***学号:********课题三:交通灯控制器一.设计课题的任务要求(一)、实验目的1. 熟练掌握 VHDL 语言和QuartusII 软件的使用;2. 理解状态机的工作原理和设计方法;3. 掌握利用 EDA 工具进行自顶向下的电子系统设计方法;(二)、相关知识本实验要利用 CPLD 设计实现一个十字路口的交通灯控制系统,与其他控制系统一样,本系统划分为控制器和受控电路两部分。
控制器使整个系统按设定的工作方式交替指挥车辆及行人的通行,并接收受控部分的反馈信号,决定其状态转换方向及输出信号,控制整个系统的工作过程。
路口交通灯控制系统的有东西路和南北路交通灯 R(红)、Y(黄)、G(绿)三色,所有灯均为高电平点亮。
设置20s 的通行时间和5s 转换时间的变模定时电路,用数码管显示剩余时间。
提供系统正常工作/复位和紧急情况两种工作模式。
(三)、实验任务1.基本任务:设计制作一个用于十字路口的交通灯控制器。
1). 南北和东西方向各有一组绿、黄、红灯用于指挥交通,绿灯、黄灯和红灯的持续时间分别为20 秒、5 秒和25 秒;2). 当有特殊情况(如消防车、救护车等)时,两个方向均为红灯亮,计时停止,当特殊情况结束后,控制器恢复原来状态,继续正常运行;3). 用两组数码管,以倒计时方式显示两个方向允许通行或禁止通行的时间;2.提高要求:1). 增加左、右转弯显示控制功能;2). 紧急状况时增加声光警告功能;3). 自拟其它功能。
二.系统设计(包括设计思路、总体框图、分块设计)(一)设计思路利用有限状态机描绘出交通灯的状态转移图,并设置记录东西和南北路口可通行时间的全局变量count,共设置四个正常状态,状态间的转移以count的值作为判断条件。
对于两种特殊情况:当复位信号reset为高电平时,则回到最初状态;当紧急输入信号emergency 为高电平时,则转移到一特殊状态。
可编程逻辑器件应用项目报告书项目名称:交通灯控制器指导老师:姓名:学号:班级:(以后写报告要包含以下一些内容:)一、设计要求--------------------------------------------------------------------------------二、设计目的--------------------------------------------------------------------------------三、设计方案--------------------------------------------------------------------------------四、设计程序---------------------------------------------------------------------------------五、管脚分配---------------------------------------------------------------------------------六、硬件下载实现现象描述------------------------------------------七、体会、对设计工作的总结与展-------------------------------------------一、设计要求:①在十字路口的两个方向上各设一组红、绿、黄灯,显示顺序为其中一方向(东西方向)是绿灯、黄灯、红灯;另一方向(南北方向)是红灯、绿灯、黄灯。
②设置一组数码管,以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间,其中绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是20s、5s和25s。
③当各条路上任意一条上出现特殊情况时,如当消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆通过时,各方向上均是红灯亮,倒计时停止,且显示数字在闪烁。
当特殊运行状态结束后,控制器恢复原来状态,继续正常运行。
一、设计要求--------------------------------------------------------------------------------二、设计目的--------------------------------------------------------------------------------三、设计方案--------------------------------------------------------------------------------四、设计程序---------------------------------------------------------------------------------五、管脚分配---------------------------------------------------------------------------------六、硬件下载实现现象描述------------------------------------------七、体会、对设计工作的总结与展-------------------------------------------一、设计要求:①在十字路口的两个方向上各设一组红、绿、黄灯,显示顺序为其中一方向(东西方向)是绿灯、黄灯、红灯;另一方向(南北方向)是红灯、绿灯、黄灯。
②设置一组数码管,以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间,其中绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是20s、5s和25s。
③当各条路上任意一条上出现特殊情况时,如当消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆通过时,各方向上均是红灯亮,倒计时停止,且显示数字在闪烁。
当特殊运行状态结束后,控制器恢复原来状态,继续正常运行。
二、设计方案:计数器的计数值与交通灯亮灭的关系如图1所示。
49东西方向南北方向2419图1 计数值与交通灯亮灭的关系显然,本课题的核心是一个计数范围为0~49(共50 s )的计数器和一个根据计数值做出规定反应的控制器。
另外,所用实验箱配备的晶振为20MH z ,因此还需要一个分频电路。
最后,要驱动七段数码管,显然还需要一个译码电路。
根据上面的分析,可以画出如图2所示的系统框图。
图2 交通灯控制器系统框图 2、计数器的设计这里需要的计数器的计数范围为0~49。
计到49后,下一个时钟沿回复到0,开始下一轮计数。
此外,当检测到特殊情况(Hold=’1’)发生时,计数器暂停计数,而系统复位信号Reset则使计数器异步清0。
3、控制器的设计控制器的作用是根据计数器的计数值控制发光二极管的亮、灭,以及输出倒计时数值给七段数译管的分位译码电路。
此外,当检测倒特殊情况(Hold=’1’)发生时,无条件点亮红色的发光二级管。
由于控制器要对计数值进行判断,很容易想到用IF语句来实现。
本控制器可以有两种设计方法,一种是利用时钟沿的下降沿读取前级计数器的计数值,然后做出反应;另一种则是将本模块设计成纯组合逻辑电路,不需要时钟驱动。
这两种方法各有所长,必须根据所用器件的特性进行选择:比如有些FPGA有丰富的寄存器资源,而且可用于组合逻辑的资源则相对较少,那么使用第1种方法会比较节省资源;而有些CPLD的组合逻辑资源则相对较多,用第2种方法可能会更好。
大家可尝试两种方法,比较一下哪种方法所用资源较少,然后在最后的方案中采用这个方法。
4、分位译码电路的设计因为控制器输出的倒计时数值可能是1位或者2位十进制数,所以在七段数码管的译码电路前要加上分位电路(即将其分为2个1位十进制数,如25分为2和5,7分为0和7)。
与控制器一样,分位电路同样可以由时钟驱动,也可以设计成纯组合逻辑电路。
控制器中,引入了寄存器。
三、程序语言:-----------交通灯带有点阵显示---------------------LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY jtd ISPORT(duan : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);-- 数码管显示bcd码from 100 to 91hang,lie:out std_logic_vector(7 downto 0); -----点阵行输出和列输出led,light_cs : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); -- 数码管和灯扫描led 6 5 2 1 || light 66 67 68 69led_no: OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); -- 4 3 light : OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);--灯72 70 71B1eep : OUT STD_LOGIC; -- 7clk,jinji : IN STD_LOGIC-- 频率输入和紧急处理端-----);END jtd;ARCHITECTURE one OF jtd ISSIGNAL clk_1k,clk_1 : STD_LOGIC;SIGNAL cnt4 : INTEGER RANGE 0 TO 3; ------------用于计数--------------SIGNAL num,num1,num2,num3,num4 : INTEGER RANGE0 TO 9;SIGNAL L1,L2: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);---------灯显示---------------SIGNAL time1,time2: INTEGER RANGE 0 TO 25;--------------时间显示--------------signal t:std_logic_vector(2 downto 0); -----点阵信号传输signal q:std_logic_vector(1 downto 0);---------点阵输出显示信号--------BEGINled_no<="11";------------把数码管第三第四位屏蔽---------------------1KHz频率输出--------------------------process(clk)variable cnt1: integer range 0 to 250;variable cnt2: integer range 0 to 100;Beginif clk'event and clk='1' thenif cnt1=250 thencnt1:=0;if cnt2=100 thencnt2:=0;clk_1k<=not clk_1k;elsecnt2:=cnt2+1;end if;elsecnt1:=cnt1+1;end if;end if;end process;-----------------点阵扫描-----------process(clk_1k)variable count:integer range 0 to 8;beginif clk_1k'event and clk_1k='1' thenif count<=8 then ------count数用于循环扫描行用if count=8 thencount:=0;end if;case count iswhen 0 => hang<="00000001";t<="000";------扫描第一行,并把t赋予000 由于信号t的变化触发下一个进程when 1 => hang<="00000010";t<="001";------扫描第二行when 2 => hang<="00000100";t<="010";------扫描第三行when 3 => hang<="00001000";t<="011";when 4 => hang<="00010000";t<="100";when 5 => hang<="00100000";t<="101";when 6 => hang<="01000000";t<="110";when 7 => hang<="10000000";t<="111";when others =>hang<="00000000";t<="000";end case;count:=count+1;end if;end if;end process;----------------------------process(t)variable shu:integer range 0 to 7;begincase t is -----根据t的值去查表when "000" => shu:=0;when "001" => shu:=1;----变量的赋值是立即发生的when "010" => shu:=2;when "011" => shu:=3;when "100" => shu:=4;when "101" => shu:=5;when "110" => shu:=6;when "111" => shu:=7;when others =>null;end case;case q is-----再根据相应的值送到列上去when "01"=>case shu iswhen 0 => lie<="11111111";when 1 => lie<="11111111";when 2 => lie<="11111111";when 3 => lie<="10111101";when 4 => lie<="00000000";when 5 => lie<="10111101";when 6 => lie<="11111111";when 7 => lie<="11111111";when others =>lie<="11111111";END CASE;when "10"=>case shu iswhen 0 => lie<="11101111";when 1 => lie<="11000111";when 2 => lie<="10000011";when 3 => lie<="11101111";when 4 => lie<="11101111";when 5 => lie<="10000011";when 6 => lie<="11000111";when 7 => lie<="11101111";when others =>lie<="11111111";END CASE;when "11"=>case shu iswhen 0 => lie<="00111100";when 1 => lie<="00111100";when 2 => lie<="11011011";when 3 => lie<="11100111";when 4 => lie<="11100111";when 5 => lie<="11011011";when 6 => lie<="00111100";when 7 => lie<="00111100";when others =>lie<="11111111";END CASE;when others=>null;end case;end process;-------------1s分频加计数-------------------PROCESS(clk_1k)V ARIABLE count_1k : INTEGER RANGE 0 TO 499;BEGINIF clk_1k'EVENT AND clk_1k='1' THENIF cnt4=3 THENcnt4<=0;ELSEcnt4<=cnt4+1;END IF;IF count_1k=499 THENcount_1k:=0;clk_1<= NOT clk_1;ELSEcount_1k:=count_1k+1;END IF;END IF;END PROCESS;-----------------倒计时和灯显示-----------------------PROCESS(cnt4,L1,L2,time1,time2)BEGINCASE time1 IS -------------输出时间1------------WHEN 0 TO 9 => num1<=0;WHEN 10 TO 19 => num1<=1;WHEN 20 TO 25 => num1<=2;WHEN OTHERS => num1<=0;END CASE;num2<=time1 REM 10; ------------取余-----CASE time2 ISWHEN 0 TO 9 => num3<=0;WHEN 10 TO 19 => num3<=1;WHEN 20 TO 25 => num3<=2;WHEN OTHERS => num3<=0;END CASE;num4<=time2 REM 10;CASE cnt4 ISWHEN 0 =>led<="1110"; -------------动态扫描数码管(从右到左)--------num<=num1;light_cs<="1110";light<=L1;WHEN 1 =>led<="1101";num<=num2;light_cs<="1101";light<=L2;WHEN 2 =>led<="1011";num<=num3;light_cs<="1011";light<=L1;WHEN 3 =>led<="0111";num<=num4;light_cs<="0111";light<=L2;WHEN OTHERS =>led<="1111";light_cs<="1111";END CASE;END PROCESS;--------------------译码------------------------PROCESS(num)BEGINCASE num ISWHEN0=>duan<="00111111";------0到9-------------WHEN 1=>duan<="00000110";WHEN 2=>duan<="01011011";WHEN 3=>duan<="01001111";WHEN 4=>duan<="01100110";WHEN 5=>duan<="01101101";WHEN 6=>duan<="01111101";WHEN 7=>duan<="00000111";WHEN 8=>duan<="01111111";WHEN 9=>duan<="01101111";WHEN OTHERS=>duan<="00000000";END CASE;END PROCESS;--------------------------------------PROCESS(clk_1)V ARIABLE i,j : INTEGER RANGE 0 TO 2 :=0;V ARIABLE w: INTEGER RANGE 0 TO 1 :=0;BEGINIF clk_1'EVENT AND clk_1='1' THENIF jinji='0' then ----------------判断是否要紧急制动------------IF time1=0 THENIF i=2 THENi:=0;ELSEi:=i+1;END IF;CASE i ISWHEN 1 =>time1<=20;L1<="001";B1eep<='0';WHEN 2 =>time1<=5;L1<="010";B1eep<='1';WHEN 0 =>time1<=25;L1<="100";B1eep<='0';q<="01"; --------------点阵显示前进方向-----------WHEN OTHERS =>time1<=24;END CASE;ELSEtime1<=time1-1;END IF;IF time2=0 THENIF j=2 THENj:=0;ELSEj:=j+1;END IF;CASE j ISWHEN 1 =>time2<=25;L2<="100";B1eep<='0';q<="10"; --------------点阵显示前进方向-----------WHEN 2 =>time2<=20;L2<="001";B1eep<='0';WHEN 0 =>time2<=5;L2<="010";B1eep<='1';WHEN OTHERS =>time2<=24;END CASE;ELSEtime2<=time2-1;END IF;else ------------------出现紧急制动情况的表现-----------B1eep<='1';time1<=0;time2<=0;q<="11";IF w=1 THENw:=0;ELSEw:=w+1;END IF;CASE w IS ---------------红灯的闪烁--------------WHEN 1 =>L1<="100";L2<="100";WHEN 0 =>L1<="000";L2<="000";end case;end if;END IF;END PROCESS;END one;四、管脚分配五、硬件下载实现现象描述硬件上的实现是(1)、东西方向的绿灯,跟黄灯亮25s时,南北方向亮着红灯,当南北方向红灯亮到25s时,将变成绿灯,而在东西方向黄灯亮5s时蜂鸣器同时响5s,(2)、而与此同时,一组数码管,以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间,其中绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是20s、5s和25s。