基于VHDL語言的交通信號燈設計

1、交通信號控制器的vhdl的設計1. 設計任務 模擬十字路口交通信號燈的工作過程，利用實驗板上的兩組紅、黃、綠led作為交通信號燈，設計一個交通信號燈控制器，示意圖如圖1-1所示。要求：（1） 交通燈從綠變紅時，有4秒黃燈亮的間隔時間；（2） 交通燈紅變綠是直接進行的，沒有間隔時間；（3） 主干道上的綠燈時間為40秒，支干道的綠燈時間為20秒；（4） 在任意時間，顯示每個狀態(tài)到該狀態(tài)結束所需的時間。 支干道 主干道 圖1-1 路口交通管理示意圖表1-1 交通信號燈的4種狀態(tài)abcd主干道交通燈綠（40秒）黃（4秒）紅（20秒）紅（4秒）支干道交通燈紅紅綠黃2.設計要求 采用vhdl語言編寫程序，

2、并在quartusii工具平臺中進行開發(fā)，下載到eda實驗箱進行驗證。 編寫設計報告，要求包括方案選擇、程序清單、調試過程、測試結果及心得體會。3.設計方案狀態(tài)寄存器秒脈沖信號發(fā)生器計數器clk 時間顯示數據輸出 次態(tài)發(fā)生器信號燈輸出信號 信號燈輸出 圖3-1 交通信號燈控制器程序原理框圖進程將clk信號分頻后產生1秒信號，然后構成兩個帶有預置數功能的十進制計數器，并產生允許十位計數器計數的控制信號。狀態(tài)寄存器實現狀態(tài)轉換和產生狀態(tài)轉換的控制信號，下個模塊產生次態(tài)信號和信號燈輸出信號，以及每一個狀態(tài)的時間值。經過五個模塊的處理，使時間計數、紅綠燈顯示能夠正常運行。程序原理圖如圖3-1所示。 4

3、.各模塊具體設計4.1頂層文件的設計 頂層文件的原理圖可以依據系統(tǒng)的框圖進行，由控制模塊jtd_ctrl、計時模塊jtd_time、譯碼驅動模塊jtd_light、顯示模塊jtd_dis和分頻模塊jtd_fqu五部分組成，其頂層原理圖文件如圖3-1所示。圖4-1交通燈頂層文件原理圖頂層模塊的程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity traffic isport( clk1k,clr:in std_logic;

4、m:in std_logic_vector(2 downto 0); led:out std_logic_vector(6 downto 0); sel:out std_logic_vector(2 downto 0); abl:out std_logic_vector(7 downto 0) );end traffic;architecture behave of traffic iscomponent jtd_fqu is -分頻器元件的例化port( clk1k:in std_logic; clk:out std_logic );end component;component jtd_d

5、is is -數碼顯示的元件例化port( clk1k,clk,clr:in std_logic; m:in std_logic_vector(2 downto 0); at,bt:in std_logic_vector(7 downto 0); led:out std_logic_vector(6 downto 0); sel:out std_logic_vector(2 downto 0) );end component;component jtd_light is -譯碼驅動的元件例化port( clr:in std_logic; m,s:in std_logic_vector(2 do

6、wnto 0); abl:out std_logic_vector(7 downto 0) );end component;component jtd_time is -計時元件的例化port( clk,clr:in std_logic; m,s:in std_logic_vector(2 downto 0); at,bt:out std_logic_vector(7 downto 0) );end component;component jtd_ctrl is -控制模塊的元件例化port( clk,clr:in std_logic; at,bt:in std_logic_vector(7

7、downto 0); m:in std_logic_vector(2 downto 0); s:out std_logic_vector(2 downto 0) );end component;signal clk:std_logic;signal at:std_logic_vector(7 downto 0);signal bt:std_logic_vector(7 downto 0);signal s:std_logic_vector(2 downto 0);begin u1:jtd_fqu port map( -名字關聯方式賦值 clk1k=>clk1k, clk=>clk

8、);u2:jtd_time port map( clr=>clr, at=>at, bt=>bt, clk=>clk, m=>m, s=>s );u3:jtd_ctrl port map( m=>m, s=>s, clk=>clk, clr=>clr, at=>at, bt=>bt );u4:jtd_dis port map( clk1k=>clk1k, clk=>clk, clr=>clr, at=>at, bt=>bt, led=>led, sel=>sel, m=>m

9、);u5:jtd_light port map( clr=>clr, s=>s, abl=>abl, m=>m );end behave;4.2 控制模塊jtd_ctrl的設計 控制的模塊根據外部輸入信號m2m0和計時模塊jtd_time的輸入信號，產生系統(tǒng)的狀態(tài)機，控制其他部分協(xié)調工作。控制模塊的源文件程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jtd_ctrl isport( clk,clr:in std_logic; m:in std_lo

10、gic_vector(2 downto 0); -用m來表示系統(tǒng)的8種工作狀態(tài) at,bt:in std_logic_vector(7 downto 0); s:out std_logic_vector(2 downto 0) ); end jtd_ctrl; architecture jtd_1 of jtd_ctrl is signal q:std_logic_vector(2 downto 0); begin process(clr,clk,m,at,bt) begin if clr='1'then q<="000" -清'0'處

11、理 elsif(clk'event and clk='1')then -時鐘上升沿信號一來，m控制系統(tǒng)的8種狀態(tài) if m="000"then q<="001" end if; if m="001"then q<="011" end if; if m="010"then q<="101" end if; if m="011"then q<="111" end if; if m>=&q

12、uot;100"then if(at=x"01")or(bt=x"01")then q<=q+1; else q<=q; end if; end if; end if; end process; s<=q; -m的控制端轉向控制口s end jtd_1;該模塊的時序仿真和功能仿真波形圖如圖4-2圖4-2功能仿真4.3 計時模塊jtd_time的設計計時模塊用來設定a和b兩個方向計時器的初值，并為顯示模塊jtd_dis提供倒計時時間。當正常計時開始后，需要進行定時計數操作，由于東西和南北兩個方向上的時間顯示器是由兩個led七段顯

13、示數碼管組成的，因此需要產生兩個2位的計時信息：2個十位信號，2個個位信號，這個定時計數操作可以由一個定時計數器來完成，又因為交通燈的狀態(tài)變化是在計時為0的情況下才能進行的，因此需要一個計時電路來產生使能信號，因此定時計數的功能就是用來產生2個2位計時信息和使能信號。計時模塊的源文件程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jtd_time isport( clk,clr:in std_logic; m,s:in std_logic_vector(2 downto 0

14、); at,bt:out std_logic_vector(7 downto 0) );end jtd_time;architecture jtd_2 of jtd_time is signal at1,bt1:std_logic_vector(7 downto 0);signal art,agt,alt,abyt:std_logic_vector(7 downto 0); signal brt,bgt,blt:std_logic_vector(7 downto 0);begin art<=x"55" -art<=“01010101”a方向紅燈亮 agt<

15、=x"40" -agt<=“01000000”a方向綠燈亮 alt<=x"15" -alt<=“00010101”燈間歇閃爍 abyt<=x"05"-abyt<=“00000101”ab兩方向黃燈亮 brt<=x"65"-brt<=“01100101”b方向紅燈亮 bgt<=x"30"-bgt<=“00110000”b方向綠燈亮 blt<=x"15"-blt<=“00010101”b方向燈閃爍 process(

16、clr,clk,m,s) begin if clr='1'then at1<=x"01"bt1<=x"01" elsif (clk'event and clk='1')then if m="000"then at1<=x"01"bt1<=x"51"-m=0時，a方向的計時器計時，b方向的紅燈亮 end if; if m="001"then at1<=x"01"bt1<=x"

17、;06"-m=1時，a方向的計時器計時，b方向綠燈亮 end if; if m="010"then at1<=x"41"bt1<=x"01"-b方向的計時器計時，a方向的黃燈亮 end if; if m="011"then at1<=x"06"bt1<=x"01"-b方向的計時器計時，a方向的紅燈亮 end if; if m>="100"then if(at1=x"01")or(bt1=x&quo

18、t;01")then case s is when"000"=>at1<=alt;bt1<=brt;-當s=0時，ab兩方向的計時器計時，a方向車左轉，b方向的紅燈亮 when"001"=>at1<=abyt;-當s=1時，a方向計時器計時，a方向黃燈亮 when"010"=>at1<=agt;-當s=2時，a方向計時器計時，a方向綠燈亮 when"011"=>at1<=abyt;-當s=3時，ab兩方向黃燈亮，a方向計時器計時 when"1

19、00"=>at1<=art;bt1<=blt;-當s=4時，a方向計時，紅燈亮，b方向車左轉，b方向計時器計時 when"101"=>bt1<=abyt;-當s=5時，b方向計時器計時，ab兩方向黃燈亮 when"110"=>bt1<=bgt;-當s=6時，b方向計時器計時，b方向綠燈亮 when"111"=>bt1<=abyt;-當s=7時，b方向計時器計時，ab兩方向車右轉 when others=>at1<=at1;bt1<=bt1; end ca

20、se; end if; if at1/=x"01"then if at1(3 downto 0)="0000"then at1(3 downto 0)<="1001"-第四位數碼管顯示 at1(7 downto 4)<=at1(7 downto 4)-1;高四位數碼管減一顯示 else at1(3 downto 0)<=at1(3 downto 0)-1;低四位數碼管減一顯示 at1(7 downto 4)<=at1(7 downto 4);高四位數碼管顯示不變 end if; end if; if bt1=x

21、"01"then if bt1(3 downto 0)="0000"then bt1(3 downto 0)<="1001"-b方向計數器低四位數碼管顯示9 bt1(7 downto 4)<=bt1(7 downto 4)-1;-b方向計數器高四位數碼管減一計數 else bt1(3 downto 0)<=bt1(3 downto 0)-1;-b方向計數器低四位數碼管減一計數 bt1(7 downto 4)<=bt1(7 downto 4); end if; end if; end if; end if;end

22、 process; at<=at1; bt<=bt1;end jtd_2； 該模塊是為節(jié)省資源而設的，實驗中有四個led七段數碼管顯示計數，點亮一個led需電流550ma，同時點亮4個led，cpld可能無法負荷這樣的電流驅動，而且功率太大，散熱也是問題。同時這么做也容易造成電路被燒毀，因此需要逐個循環(huán)點亮。又為使顯示結果持續(xù)不致閃爍抖動，只需每個掃描頻率超過人眼視覺暫留頻率24hz以上，就能達到。選擇1khz作為時鐘，分到4個數碼管，每個數碼管50hz（大于24hz），故不會有閃爍。 該模塊的功能仿真波形圖如圖4-4所示圖4-4功能仿真4.4 譯碼驅動模塊jtd_light的設計

23、譯碼驅動模塊根據控制信號，驅動交通燈的顯示。該模塊的源程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jtd_light isport( clr:in std_logic; m,s:in std_logic_vector(2 downto 0); abl:out std_logic_vector(7 downto 0) );end jtd_light;architecture jtd_3 of jtd_light is signal lt:std_logic_vector(

24、7 downto 0);begin process(clr,s,m)begin if clr='1'then lt<="00000000" -清'0'時系統(tǒng)狀態(tài)全部處于關閉狀態(tài) else if m="000"then lt<="10000001" end if; if m="001"then lt<="00100001" end if; if m="010"then lt<="00011000" en

25、d if; if m="011"then lt<="00010010" end if; if m>="100"then case s is -八種情況下的狀況顯示 when"000"=>lt<="00010100" when"001"=>lt<="10000001" when"010"=>lt<="01000001" when"011"=>lt

26、<="00100001" when"100"=>lt<="01000001" when"101"=>lt<="00011000" when"110"=>lt<="00010100" when"111"=>lt<="00010010" when others=>lt<=lt; end case; end if; end if; end process;a

27、bl<=lt;end jtd_3;該模塊的功能仿真波形圖如圖4-5：圖4-5功能仿真4.5 顯示模塊jtd_dis的設計 顯示模塊用來顯示倒計時時間和系統(tǒng)的工作狀態(tài)。其輸出用來驅動六位數碼管，其中四位用于顯示倒計時時間，兩位顯示工作狀態(tài)，采用動態(tài)掃描顯示。該模塊的源程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jtd_dis isport( clk1k,clk,clr:in std_logic; m:in std_logic_vector(2 downto 0);

28、at,bt:in std_logic_vector(7 downto 0); led:out std_logic_vector(6 downto 0); sel:out std_logic_vector(2 downto 0) );end jtd_dis;architecture jtd_4 of jtd_dis is signal ou,stl,sth,mm:std_logic_vector(3 downto 0); signal dis,ds:std_logic_vector(7 downto 0); signal sl:std_logic_vector(2 downto 0);begin

29、 mm<="0"&m; sth<=x"a" process(clr,clk1k) begin if clr='1'then sl<="000" elsif(clk1k'event and clk1k='1')then if sl="101"then sl<="000" -清'0' else sl<=sl+1; -計數 end if; end if; end process; process(sl) be

30、gin case sl is -數碼管的位選 when"000"=>ou<=bt(3 downto 0); when"001"=>ou<=bt(7 downto 4); when"010"=>ou<=at(3 downto 0); when"011"=>ou<=bt(7 downto 4); when"100"=>ou<=stl; when"101"=>ou<=sth; when others=>o

31、u<=x"0" end case; end process; process(ou) begin case ou is -數碼管的譯碼 when x"0"=>ds<="00111111" -顯示'0' when x"1"=>ds<="00000110" -顯示'1' when x"2"=>ds<="01011011" -顯示'2' when x"3"

32、;=>ds<="01001111" -顯示'3' when x"4"=>ds<="01100110" -顯示'4' when x"5"=>ds<="01101101" -顯示'5' when x"6"=>ds<="01111100" -顯示'6' when x"7"=>ds<="00000111" -顯示'7' when x"8"=>ds<=