交通信号灯控制器代码及说明

1、课程设计报告课程名称：FPGA现代数字系统设计设计名称：交通信号灯控制器姓 名：* * *学号：2010000379专业：通信指导教师：* * *起止日期： 2010. 12. 25 - 2011. 1. 9课程设计任务书设计名称:设计要求：(1)设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个 入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮那么给行驶中 的车辆有时间停在禁行线外。(2)红、绿、黄发光二极管作信号灯，用传感器或逻辑开关作检测车辆是否到来的信号。(3)主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，支 干道亮红

2、灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。(4)主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行45s,支干道每次放行 25s,设立45s、25s计时、显示电路。(5)在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5s黄灯作为过渡，使行驶中的车辆有 时间停到禁行线外，设立5s计时、显示电路。(6)发生紧急事件，如救护车、警车、抢险车通过，可以手动控制四个方向的红灯全亮。一、设计目的和意义通过应用Verilog语言在QuartusII软件平台上设计交通信号灯控制器，并借助硬件来测 试仿真效果。通过课程设计，熟悉硬件编程语言的应用，特别是有限状态机的灵活使用，为以 后进一步的学习实践打下良好的基础。二、设计

3、原理(1)主、支干道用传感器检测车辆到来情况，实验电路用逻辑开关代替。(2)选择1HZ时钟脉冲作为系统时钟。(3) 45s、25s、5s定时信号可用顺计时，也可用倒计时，计时起始信号由主控电路给出, 每当计满所需时间，启、闭三色信号灯，并启动另一计时电路。(4)交通灯状态变化如表1及图1所示：表1：交通灯状态图主干道(A) 状态主干道(A)交通灯 及显示时间支干道(B)交通灯 及显示时间支干道(B) 状态0绿(45s)MM红(50s)01黄(5s)oeM2红(30s)MM绿(25s)1M黄(5s)2Emergency红(0)MM红(0)Emergency图1：交通灯状态图(5)交通灯设计输入信

4、号4个：CLK (时钟),EN(使能),EMERGENCY (紧急),BCHECK (检测)； 输出信号4个：LAMPA(主干道信号灯)，LAMPB(支干道信号灯)，AC0UNT(主干道计数器)，BCOUNT(支干道计数器)。交通灯控制原理如图2所示。CLKeFTEMERGENCYBCHECKCLKLAMPA2.OENLAMPB2.OEMERGENCY0cLJUC IZACOUNT7.0DCCI IKITF7 HIdCUUN 1 /.ujINPUTVCCINPUTVCCtraffic controlpJTPUTButput11、LAMPA2.OTA而。目万r 1A cduZ 0 尸二rr前三汩

5、而行:而inst图2：交通灯原理图三、详细设计步骤(1)确定4个输入信号与4个输出信号，具体见图2；(2)将50MHZ时钟分频为1MHZ；(3)设计红黄绿3中信号灯切换的时间及顺序；(4)设计支路检测状态下的信号灯切换；(5)设计紧急(EMERGENCY)状态下信号灯的切换；(6)程序使用3always块山，详细代码如下:module traffic_control(CLK,EN,EMERGENCY,BCHECK,LAMPA,LAMPB,ACOUNT,BCOUNT);output2:0 ACOUNT,BCOUNT;output2:0 LAMPA,LAMPB;reg clkl;input CLK

6、,EN,EMERGENCY,BCHECK;reg2:0 numa,numb;reg tempa,tempb;reg|25:0count;reg2:0 counta,countb;reg2:0 ared,ayellow,agreen,aleft,bred,byellow,bgreen,bleft;reg2:0 LAMPA,LAMPB;/*信号定义与说明：CLK：为同步时钟；EN：使能信号，为1的话，那么控制器开始工作；LAMPA：控制A方向四盏灯的亮灭；其中，LAMPA0LAMPA2,分别控制A方向的绿灯、黄灯和 红灯；LAMPB：控制B方向四盏灯的亮灭；其中，LAMPB0LAMPB2,分别控制

7、B方向的绿灯、黄灯 和红灯；ACOUNT：用于A方向灯的时间显示，8位BCOUNT：用于B方向灯的时间显示，8位*/always (posedge CLK ) 将 50MHZ 时钟分频为 1MHZbeginif(count=49999999)begincount=0; clkl=clkl; end else count=count+1; end assign ACOUNT=numa; assign BCOUNT=numb; always (EN) if(!EN) begin ared =6; ayellow =2; agreen =4; bred =6; byellow =2; bgreen

8、=4; endalways (posedge clkl)/该进程控制 A 方向 beginif(EMERGENCY)/EMERGENCY高电平有效，手动控制begin numa=0;LAMPA=4;counta=0;tempa=0; endelse if(EN) begin if(!tempa)/亮灯 begin tempa=l; case(counta)/控制亮灯的顺序0: begin numa=agreen; LAMPA= 1; counta= 1; end 1: begin numa=ayellow; LAMPA=2; counta=2; end2: begin numa=ared; L

9、AMPA=4; counta=0; end default:LAMPA2) numa=numa-1;if(numa=2) begin numa=l ;tempa=0;if (BCHECK) &(counta=2) countal)if(numa|3:0=0) beginnuma3:0=4,bl001;numa7:4=numa7:4-l;endelsenuma3:0=numa3:0-1;if (numa=2)begin tempa=O;if (!BCHECK )& (counta=l) counta=0;end*/endendelsebeginLAMPA=3blOO;counta=0; temp

10、a=0;endendalways (posedge clkl)/该进程控制B方向的四种灯beginif(EMERGENCY)/EMERGENCY高电平有效，手动控制beginnumb=0;LAMPB=4;countb=0;tempb=0;endelse if (EN)beginif(!tempb)begintempb=l;case (countb)0: begin numb=bred; LAMPB=4; countb=l; endbegin numb=bgreen; LAMPB=1; countb=2; endbegin numb=byellow; LAMPB=2; countb=0; end

11、 default:LAMPB2) numb=numb-l;if(numb=2) begin numb=l ;tcmpb=0;if(BCHECK )& (countb=l) countbl)if(!numb3:0)beginnumb3:0=9;numb7:4=numbf7:4-l;endelse numb3:0=numb3:0-l;if(numb=2)begin tempb=O;if(!BCHECK) & (countb=l) countb=0;end*/endendelsebeginLAMPB=3blOO;tempb=0; countb 1EN2BCHECK-3EMERGENCY04H LAM

12、PA08国 AC0UNT3 17国 LAMPB21国 BCOUNTMaster Time Bar:|硬AZ甑x 一 口团r10.0 ns20. 0 ns30. 0 ns15.325 ns，_n_n rLrLn rm nj LrLn n n rLrLrLn n rLn n rm n n rLn n rLn n n n n rLrLrLnjci )rrnx444图3： BCHECK低电平EMERGENCY低电平时，主干道和支干道的信号灯的显示状态从图4中可以看出，在支干道检测到无车辆通过或者紧急信号发生时，主干道和支干道的信号灯能够按照预先设计正确变换。Simulation WaveformsSi

13、mulation mode： FunctionallK325nT 生.37.32 ns Interval:22.0 nsStart:End:Name 0CEK- 1EN- 2BCHECK- 3EMERGENCY040 LAMPA080 ACOUNT._/17国 LANPB210 BCOUNTA Master Time Bar:A 英 乳 触-/I、1”2O.pns3O.pns40. 15.325 ns1 IWOTWlTWi rmTDTOOTUWLTLnJWUTrwmTOTUWETlTOTUTOTBCigDc ： 4tnran tn xm(旭醯姻欧堂区短颐0（0回由妈近妈颐莎颐颜M H21X4X Hi iXw0图4： BCHECK EMERGENCY低电平或高电平时，主干道和支干道的信号灯的显示状态五、总结仿真结果符合设计要求，交通灯有规律的变化，显示倒计时；在检测支路无车辆和紧急情 况下，交通灯可以做出相应调整。设计中使用FSM （三段式），此方式描述方法虽然代码结构 复杂了一些，但是使FSM做到了同步寄存器输出，有利于实现交通灯控制。六、体会通过课程设计，更加体会到硬件编程语言的特点，与以前所