当前位置：文档之家 › 基于VHDL状态机设计的智能交通控灯

基于VHDL状态机设计的智能交通控灯

  • 格式：doc
  • 大小：464.00 KB
  • 文档页数：15

毕 业 论 文（设 计） 论文（设计）题目：基于VHDL状态机设计的智能交通控灯

撰写日期 2010 年 4 月 摘 要 VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可是部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。实现路口交通灯系统控制的方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了设计难度。采用EDA技术，应用VHDL硬件电路描述语言实现交通灯系统控制器的设计，利用MAX+PLUSⅡ集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。该灯控制逻辑可实现3种颜色灯的交替点亮、时间的倒计时，指挥车辆和行人安全通行。

关键词：智能交通灯，VHDL，状态机，CPLD Abstract VHDL structural features of the procedure is an engineering design, or design entities (can be a component, a circuit module or a system) into an external (or, but part of, and ports) and internal (or invisible part), both entities involved in the completion of some internal functions and algorithms. The definition of a design entity in the external interface, if after the completion of its internal development, and other design can directly call this entity. Such entities will be designed into the concept of internal and external part of the VHDL design of the basic points。A lot of devices, such as standard logic device, PLC(Programmable Logic Controller), single chip microcomputer, etc,can be used in the design of traffic light system.However,debugging and adjusting the circuits based on these devices require hardware supports.In some sense it complicates the design procedure. In this article, VHDL is applied in designing the system and the logic functions is achieved by CPLD.The code is synthesized,simulated and then downloaded into the CPLD by MAX+PLUS Ⅱ.The control logic of the system can change the color of traffic lights alternately and has the function of countdown,thus it can command vehicles and people on the road. VHDL digital system mainly used to describe the structure, behavior, function and interfaces. In addition to features with a number of statements outside with hardware, VHDL description of language form and style and syntax is very similar to the general high-level computer language.

Key Words： intelligent traffic light，VHDL，state machine ，CPLD 目 录 1 引言................................................................ 5 2 智能交通灯的方案选择 ............................................... 5 2.1 智能交通灯的研究现状 .......................................... 5 2.2 智能交通灯的设计方案及改进措施 ................................ 6 3 总体设计结构框图 ................................................... 6 4 交通灯方案的实现 ................................................... 7 4.1 智能交通灯系统的组成 .......................................... 7 4.2 交通灯的软件设计流程图 ........................................ 8 4.4 智能交通灯的总体电路图 ........................................ 9 4.5 工作原理 ..................................................... 10 5 仿真结果........................................................... 11 七.结束语............................................................ 13 参考文献............................................................. 14 致 谢............................................................... 15 1 引言 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。可编程器件的广泛应用，为数字系统的设计带来了极大的灵活性。由于可编程器件可以通过软件编程对硬件的结构和工作方式进行重构，使得硬件的设计可以如同软件设计那样快捷方便。由于高速发展的FPGA/CPLD兼有串、并行工作方式和高速、高可靠性的特点，在电子系统设计中得到了广泛应用。

通常使用硬件描述语言（Hardware DescriPtion Language，HDL）进行数字电子系统设计。目前应用广泛的硬件描述语言有：VHDL语言， Verilog HDL语言，AHDL语言。VHDL语言由于具有强大的行为描述能力和丰富的仿真语句从而成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。

2 智能交通灯的方案选择 2.1 智能交通灯的研究现状 目前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法;有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计;有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：

(1)两车道的车辆轮流放行时间相同且固定， 在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。 (2)没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。 2.2 智能交通灯的设计方案及改进措施

针对道路交通拥挤，交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术．提出了软件和硬件设计方案及两点改进措施：1、根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间。2、考虑特殊车辆通行情况，设计紧急切换开关。

3 总体设计结构框图

总体设计结构框图如图3-1所示，共有11个功能模块，包括控制东西方向交通灯的状态机和控制南北方向交通灯的状态机、计数器模块、键盘扫描模块、数字合成模块、三个分位模块、数码管显示模块、动态显示扫描模块。

合集下载

基于VHDL的交通灯设计(EDA课程设计报告)!!

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。

_基于VHDL的交通灯控制器设计与仿真

_基于VHDL的交通灯控制器设计与仿真

本科毕业论文（设计）( 2013届)题目：基于VHDL的交通灯控制器设计与仿真学院：机电与信息工程学院专业：电子信息工程学生姓名：杨洋学号：20906022071 指导教师：官鸣俊职称（学位）：副教授合作导师：职称（学位）：完成时间：2013 年 5 月22 日成绩：黄山学院教务处制学位论文原创性声明兹呈交的学位论文，是本人在指导老师指导下独立完成的研究成果。

本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明确方式标明。

本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。

声明人（签名）：年月目录摘要 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。

英文摘要 ............................................................................................. 错误！未定义书签。

1 引言 (3)2 EDA设计技术综述 (3)2.1 EDA技术 (3)2.1.1 EDA简介 (3)2.1.2 EDA设计流程 (4)2.1.3 EDA技术优势 (4)2.2 Max+plusII设计平台 (5)2.2.1 Max+plusII简介 (5)2.2.2 Max+plusII设计流程 (5)2.3 VHDL硬件描述语言 (5)2.3.1 VHDL简介 (5)2.3.2 VHDL硬件描述语言的主要优点 (5)2.3.3 VHDL设计流程 (6)3 交通灯控制器功能描述与组成结构 (6)3.1 交通灯控制器功能描述 (6)3.2 交通灯控制器组成结构 (7)4 交通灯控制器的VHDL设计 (7)4.1 交通灯控制器主要模块设计与仿真 (7)4.1.1 分频器设计与仿真 (7)4.1.2 状态机设计与仿真 (10)4.2 交通灯控制器顶层文件设计与仿真 (12)5 结束语 (15)参考文献 (16)致谢 (17)附录：交通灯控制器各模块VHDL程序描述和顶层文件VHDL程序描述 (18)基于VHDL的交通灯控制器设计与仿真机电与信息工程学院电子信息工程杨洋（20906022071）指导老师：官鸣俊(副教授)摘要：与传统的电子系统设计方案相比较，传统的交通灯控制系统都是基于单片机或者PLC 的设计方案来实现，而对于复杂电路的设计运用EDA技术则会使之变得比较简单。

基于VHDL的交通灯设计与实现

基于VHDL的交通灯设计与实现

华中科技大学基于xilinx FPGA的VHDL交通灯控制器的设计--基于Spartan3E开发板专业：电子信息工程一. 任务设计要求①设计一个十字路口交通信号灯的定时控制电路。

要求红、绿灯按一定的规律亮和灭，并在亮灯期间进行倒计时，并将运行时间用数码管/液晶显示出来。

②绿灯亮时，为该车道允许通行信号，红灯亮时，为该车道禁止通行信号。

要求主干道每次通行时间为99秒，支干道每次通行时间为30秒。

每次变换运行车道前绿灯闪烁，持续时间为5秒。

即车道要由主干道转换为支干道时，主干道在通行时间只剩下5秒钟时，绿灯闪烁显示，支干道仍为红灯，以便主干道上已过停车线的车继续通行，未过停车线的车停止通行。

同理，当车道由支干道转换为主干道时，支干道绿灯闪烁显示5秒钟，主干道仍为红灯。

③对红、绿灯的运行时间要能比较方便的进行重新设置。

④对器件进行在系统编程和实验验证。

⑤用VHDL语言对设计进行描述，设计一个测试方案，通过ISE对设计进行仿真验证。

并能够下载到实验板上调试成功。

任务扩展：在原设计的基础上加入指示方向的功能。

二. 系统设计1.系统原理图与说明由系统设计原理图，我以清楚地将系统分为六个模块：分频模块，时间设置模块，状态转换模块，时间计算模块，LED流水灯模块，LCD显示模块。

1）分频模块分频模块其作用为：由于Spartan3E板上提供的时钟信号为50MHz，而设计所需时钟信号为1Hz，故使用分频模块将50MHz信号分频为1Hz信号。

2）时间置数模块由于任务设计要求可以对主干道，支干道上左转、绿灯运行的时间进行重新设置调整，所以要对系统进行参数化设计。

首先引入一组参数，main_gh，main_gl，main_lh,main_ll,branch_gh，branch_gl，branch_lh,branch_ll(下划线后面的字母分别取green,left,high,low首字母).需要置数时，首先选择对主干道还是支干道时间置数，这里设置一个main_or_branch参数，当main_or_branch为高时设置支干道时间，为低时设置主干道时间。

基于vhdl的交通灯设计

基于vhdl的交通灯设计

交通灯设计课程名称：学院专业姓名：学号：年级：任课教师：2011年9 月 5 日实验目的：1.熟悉quartus的使用，了解VHDL编程2.掌握逻辑电路的设计方法3.利用Quartus，使用VHDL语言编写一个交通灯的程序，使之可以实现红黄绿灯的交替出现，并在十字路口的另一条岔路上实现指挥的同步，完成交通指挥的功能。

实验基本原理：在假设时钟信号为1HZ的情况下，对路口的灯进行计时，每当时间到时转入下一个状态，开始新一轮的计时，一个十字路口的交通灯组合后有四种情况（绿，红）（黄，红）（红，绿）（红，黄），每个状态可对应一个时间。

在对每种状态编号后就可以开始状态的循环了。

实验内容：实验代码：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity traffic isport(clk: in std_logic;r1,y1,g1,r2,y2,g2:out std_logic --六个输出对应十字路口的六个红绿灯);end traffic;architecture act of traffic isconstant yellow_time:integer:=5;constant green_time:integer:=20; --不用定义红灯的时间，因为后面用不到.signal state:integer range 0 to 3; --这里有四种状态，用state来表示beginprocess(clk)beginif(clk'event and clk='1') thencase state is --用来展示这四种状态when 0=>r1<='0';y1<='0';g1<='1';r2<='1';y2<='0';g2<='0';when 1=>r1<='0';y1<='1';g1<='0';r2<='1';y2<='0';g2<='0';when 2=>r1<='1';y1<='0';g1<='0';r2<='0';y2<='0';g2<='1';when others=>r1<='1';y1<='0';g1<='0';r2<='0';y2<='1';g2<='0';end case;end if;end process;process(clk)variable count:integer range 0 to 25;beginif(clk'event and clk='1') thenif count=0 then --状态的循环if state=3 thenstate<=0;elsestate<=state+1;end if;case state iswhen 0=>count:=yellow_time; --选择状态对应的时间when 1=>count:=green_time;when 2=>count:=yellow_time;when others=>count:=green_time;end case;elsecount:=count-1; --状态的计时end if;end if;end process;end act;实验结果点击编译，可以看出没有出现错误设计出相应的波形文件并加载后，点击仿真，就可以出现如下的波形由时序仿真的结果可以看出，它实现了红绿灯的交替以及十字路口的两路灯的协调实验总结：此次实验做出的交通灯是建立在时钟频率为1HZ的基础上的，而硬件实验中提供的时钟信号一般都为几兆赫兹，因此如果这个实验想要下载到实验箱上去模拟的的话就需要在前面加上分频的代码，并将clk换成更改后的时钟通过实验的结果可以看出，在红绿灯稳定之前，有几秒钟的不稳定时期，这个是由于在设计是没有给变量赋给初值造成的，这在以后的设计中尤其需要注意，而在稳定后，功能实现较好，各时间段的衔接很顺畅，并且计时的时候用的是定义的常数green_time和yellow_time本实验中定义式25秒和5秒，这种做法可以方便以后的维护，修改起来也比较方便，并且使代码比较容易读懂。