交通灯控制程序设计

实验三交通灯控制程序设计1.实验目的和要求完成交通灯控制器的设计，掌握状态机的使用。2．实验内容或原理在十字路口，每条道路各有一组红，黄，绿和倒计时显示器，用以指挥车辆和行人有序的通行。其中，红灯亮表示该道路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示可以通行；倒计时显示器是用来显示允许通行或是禁止通行的时间。根据交通灯的工作方式，设计的交通灯由两组红绿灯信号控制四组交通灯，其中处于同一个方向的交通灯共用一组红绿灯信号。显示顺序为：方向一为黄灯、红灯、绿灯，方向二为绿灯、黄灯，红灯。‘0'表示灯亮，‘1'表示灯熄。其中绿灯，黄灯，红灯的持续时间分别为25秒，5秒，20秒。系统框图如图2所示，系统包括分频模块及信号灯模块。分频模块对系统时钟进行秒分频，为信号灯提供秒输入信号；信号灯模块实现交通灯控制的逻辑功能。交通灯控制器的设计方案设东西方向和南北方向的车流量大致相同，因此红、绿、黄灯的时长也相同，定为红灯20秒，绿灯25秒，黄灯5秒，同时用数码管指示当前状态（红、绿、黄灯）剩余时间。方案一：采用vHDL语言直接编写，实现交通灯指挥功能。方案二：采用模块层次化设计，将此设计分为四个模块：计时模块，状态控制模块，信号灯显示模块，数码扫描显示模块。将四个模块再分别用VHDL语言编写成，做成原理图模块，用原理图输入法做整个设计的顶层文件。交通灯原理分析当SPC=T'时，数码管停止计时，S输出为B〃010010〃，即南北、东西方向指示灯示数维持不变。当SPC='1'跳变到SPC='O'时，数码管继续计时，恢复正常工作状态。当SPC='O'时，交通即开始正常工作。R='1'时，进入初始状态SO="OO1O1O"经过20秒，变为S1="100010"再经过5秒，变为S2="010001"，再经过20秒，变为S3="010100"，再经过5秒，S变为B"001010"……如此循环下去。南北、东西方向的红绿灯按表一表二变化。表一交通灯状态转换表东西（A）方黄灯红灯绿灯向5秒20秒25秒南北（B）方绿灯黄灯红灯向25秒520秒表二交通灯状态转换表SPCS备注1010010指示灯示数维持不变0S0：001010持续5秒，转到S1S1：100010持续20秒，转到S2S2：010001持续5秒，转到S3S3：010100持续20秒，转到S0注：S的六位分别对应东西方向（A方向）的红绿黄和南北方向（B方向）的红绿黄。'1'表示亮，‘0'表示灭。VHDL仿真实验(1)为此工程新建一个文件夹。启动QuartusII软件工作平台，新建工程设计文件名为traffic.vhd。在新建的VHDL模型窗口下编写源程序代码如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH;ENTITYtrafficISPORT(CLK,R,SPC:INSTD_LOGIC;LIGHT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0);Q1,Q2:OUTINTEGERRANGE0TO25;LED1,LED2,LED3,LED4:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));ENDtraffic;ARCHITECTUREbehavOFtrafficISTYPESTATESIS(S0,S1,S2,S3);SIGNALSTATE:STATES;SIGNALT1,T2:INTEGERRANGE0TO25;SIGNALL1,L2,L3,L4:INTEGERRANGE0TO9;BEGINP1:PROCESS(CLK,STATE)BEGINIFR='1'THENSTATE<=S0;T1<=20;T2<=25;ELSIFSPC='1'THENLIGHT<="010010";ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENCASESTATEISWHENS0=>LIGHT<="100010";T1<=T1-1;T2<=T2-1;Q1<=T1;Q2<=T2;IFT1=0THENSTATE<=S1;T1<=5;T2<=5;ENDIF;WHENS1=>LIGHT<="001010";T1<=T1-1;T2<=T2-1;

Q1<=T1;Q2<=T2;IFT1=0THENSTATE<=S2;T1<=25;T2<=20;ENDIF;WHENS2=>LIGHT<="010100";T1<=T1-1;T2<=T2-1;Q1<=T1;Q2<=T2;IFT2=0THENSTATE<=S3;T1<=5;T2<=5;ENDIF;WHENS3=>LIGHT<="010001";T1<=T1-1;T2<=T2-1;Q1<=T1;Q2<=T2;IFT1=0THENSTATE<=S0;T1<=20;T2<=25;ENDIF;WHENOTHERS=>STATE<=S0;T1<=20;T2<=25;ENDCASE;ENDIF;endPROCESS;p2:PROCESS(T1,T2)beginL1<=T1/10;L2<=T1REM10;L3<=T2/10;L4<=T2REM10;ENDPROCESS;P3:PROCESS(L1)BEGINCASEL1ISWHEN0=>LED1<="0000";WHEN1=>LED1<="0001";WHEN2=>LED1<="0010";WHEN3=>LED1<="0011";WHEN4=>LED1<="0100";WHEN5=>LED1<="0101";WHEN6=>LED1<="0110";WHEN7=>LED1<="0111";WHEN8=>LED1<="1000";WHEN9=>LED1<="1001";WHENOTHERS=>LED1<="0000";ENDCASE;ENDPROCESS;P4:PROCESS(L2)BEGINCASEL2ISWHEN0=>LED2<="0000";WHEN1=>LED2<="0001";WHEN2=>LED2<="0010";WHEN3=>LED2<="0011";WHEN4=>LED2<="0100";WHEN5=>LED2<="0101";WHEN6=>LED2<="0110";WHEN7=>LED2<="0111";WHEN8=>LED2<="1000";WHEN9=>LED2<="1001";WHENOTHERS=>LED2<="0000";ENDCASE;ENDPROCESS;P5:PROCESS(L3)BEGINCASEL3ISWHEN0=>LED3<="0000";WHEN1=>LED3<="0001";WHEN2=>LED3<="0010";WHEN3=>LED3<="0011";WHEN4=>LED3<="0100";WHEN5=>LED3<="0101";WHEN6=>LED3<="0110";WHEN7=>LED3<="0111";WHEN8=>LED3<="1000";WHEN9=>LED3<="1001";WHENOTHERS=>LED3<="0000";ENDCASE;ENDPROCESS;P6:PROCESS(L4)BEGINCASEL4ISWHEN0=>LED4<="0000";WHEN1=>LED4<="0001";WHEN2=>LED4<="0010";WHEN3=>LED4<="0011";WHEN4=>LED4<="0100";WHEN5=>LED4<="0101";WHEN6=>LED4<="0110";WHEN7=>LED4<="0111";WHEN8=>LED4<="1000";WHEN9=>LED4<="1001";WHENOTHERS=>LED4<="0000";ENDCASE;ENDPROCESS;ENDbehav;（2）创建工程及全程编译。完成源代码输入后即可创建工程然后进入全程编译，检查设计是否正确。选择Tools->NetlistViewers->RTLViewers命令，即HDL的RTL级图形观测器，选择好后即自动弹出计数器设计的RTL电路，如下图：（3）仿真。建立波形编辑文件进行时序仿真或时序仿真，仿真结果如下图所示时序仿真：]pc ISO.□ns 32D.0ns <IEO.0ns 6400he SOO.0ns ®Zl0hei i i i i iIE.InsJCIK□LED1□LED2田LEDSLEDlClLtWFUS：C?N^npCLKF.汕:匡LEDLLlI.KIi?FLED3ELED1EhlE徒LlT.T74"K：imePJ「inIc「：-CIK□LED1□LED2田LEDSLEDlClLtWFUS：C?N^npCLKF.汕:匡LEDLLlI.KIi?FLED3ELED1EhlE徒LlT.T74"K：imePJ「inIc「：-— ；恥】鼻RX[辽[1JL：：ptt[b：U5^[ipx：习0KZZ)：ZZnoK=fjrtm冋T^jLijcr^TEfmr可Eti5T何忙tv⑹竄叼何畑海r四)i2oj[5])c卫xWHdE厂巧冋巾I*】：i小)w阿庐t丙me耐—tr刁Gwx帀:CFij両诃[□]:勺卄 ■-1打"[0]C瓦[：]二二「何CD卫Z1EK四耳」：」1)0或[1] Yj工]畑黑⑴^r([2j|tiI{[o/)tDl([3r^a画回【门◎;;血11211^jwwtww顾河河何河河订订时冋邓硕回丙:円尸辽炉nr「小¥CLKRSPCLEL1lireLED3LEMQI02LIGHT[r：2.41asiWX til. X CT⑶;x::硬件测试。完成仿真实验后，若仿真结果无误，则进行锁脚，然后下载到FPGA实验箱上进行硬件测试。选择试验箱的模式为模式5,时钟CLK选择为CLOCKO(PIN_28脚)，频率f=4Hz,LDEl[3..O]对应的引脚编号PIN-20,19,1