基于EDA的VHDL语言设计的交通灯

玉林师范学院本科生课程设计论文基于VerilogHDL的RS编码器设计院系电子与通信工程学院专业通信工程学生班级通信111班姓名韦仁良学号201108402123指导教师单位电子与通信工程学院指导教师姓名陈宇宁【摘要】随着社会上特别是城市中机动车辆保有量的不断增加,在现代城市的日常运行控制中，车辆的交通控制越来越重要，在十字交叉路口，越来越多的使用红绿灯进行交通指挥和管理。本文以VHDL硬件描述语言为设计手段，完成了交通信号灯控制电路的设计，其中交通信号灯控制电路的开发目的是设计一个适用于主、支干道十字交叉路口的红黄绿交通灯的控制系统，通过合理设计系统功能，使红黄绿灯的转换有一个准确的时间间隔和转换顺序。所设计的交通信号灯控制电路经过在QuartusⅡ软件下进行模拟仿真，观察其波形，证明所设计的交通信号灯控制电路完全可以实现预定的功能，并有一定的实用性。【关键词】VHDL;QuartusⅡ;交通灯【题目要求】用有限状态机设计一个交通灯控制器，设计要求：A路和B路，每路都有红、黄、绿三种灯，持续时间为：红灯45s、黄灯5s、绿灯40s。A、B路交通灯的转换状态是：（1）A红、B绿（持续时间40s）；（2）A红、B黄（持续时间5）；（3）A绿、B红（持续时间40s）；（4）A黄、B红（持续时间5s）；【系统总体设计原理】4000Hz分频器4000Hz分频器发光二极管交通灯控制器交通灯控制器50MHz1秒分频器50MHz1秒分频器显示模块数码管显示模块数码管outputclkout;regclkout;reg[24:0]q;always@(posedgeclkin)beginif(q==12499)beginq<=0;clkout<=~clkout;endelseq<=q+1;endendmodule编译结果：【交通灯控制及计时模块】端口说明：Clock：输入时钟信号，上升沿有效。Reset：复位信号，高电平有效。Red1、yellow1、green1：分别表示A路的红灯、黄灯、绿灯显示信号，高电平有效。Red2、yellow2、green2：分别表示B路的红灯、黄灯、绿灯显示信号，高电平有效。Timea：A路绿灯亮时间，高电平有效。Timeb：B路红灯亮时间，高电平有效。Alarm：倒计时信号输出实现程序：moduletraffic_control(clock,reset,red1,yellow1,green1,red2,yellow2,green2,timea,timeb,alarm);inputclock,reset;outputred1,yellow1,green1,red2,yellow2,green2,alarm;output[7:0]timea,timeb;reg[1:0]state=2'b00;reg[7:0]timea=40;//A路绿灯亮时间reg[7:0]timeb=45;//B路红灯亮时间regred1=1'b0,yellow1=1'b0,green1=1'b1;//A绿灯亮regred2=1'b1,yellow2=1'b0,green2=1'b0;//B红灯亮regalarm=1'b0;always@(posedgeclockorposedgereset)beginif(reset)begin state<=2'b00;timea<=40;timeb<=45; endelsebegincase(state)2'b00:begin if(timea==0)//A绿灯亮时间40S结束begin timea<=5;//A黄灯亮时间5S red1<=1'b0;yellow1<=1'b1;green1<=1'b0;//A黄灯亮 red2<=1'b1;yellow2<=1'b0;green2<=1'b0;//B红灯继续亮 state<=2'b01;//转到A黄灯，B红灯 endelse begin timea<=timea-1;//A绿灯亮时间40S-- timeb<=timeb-1;//B红灯亮时间45S-- state<=2'b00; end end2'b01:beginif(timea==0)//A黄灯亮5S时间结束 begin timea<=45;//A红灯亮时间45S timeb<=40;//B绿灯亮时间40S red1<=1'b1;yellow1<=1'b0;green1<=1'b0;//A红灯亮 red2<=1'b0;yellow2<=1'b0;green2<=1'b1;//B绿灯亮 alarm<=1'b0; state<=2'b10;//转到A红灯，B绿灯 endelse begin timea<=timea-1;//A黄灯亮时间3S-- timeb<=timeb-1;//B红灯亮时间3S-- alarm<=~alarm;yellow1<=~yellow1; state<=2'b01; endend2'b10:beginif(timeb==0)//B绿灯亮40S时间结束begin timeb<=5;//B灯黄亮时间5S red1<=1'b1;yellow1<=1'b0;green1<=1'b0;//A红灯亮 red2<=1'b0;yellow2<=1'b1;green2<=1'b0;//B黄灯亮 state<=2'b11;//转到A红灯，B黄灯 end else begin timea<=timea-1;//A红灯亮时间-- timeb<=timeb-1;//B绿灯亮时间-- state<=2'b10; end end 2'b11:beginif(timeb==0)//B黄灯亮5S时间结束begin timea<=40;//A绿灯亮时间40S timeb<=45;//B绿灯亮时间45S red1<=1'b0;yellow1<=1'b0;green1<=1'b1;//A绿灯亮 red2<=1'b1;yellow2<=1'b0;green2<=1'b0;//B红灯亮 alarm<=1'b0; state<=2'b00;//转到A绿灯，B红灯 end else begin timea<=timea-1;//A红灯亮时间-- timeb<=timeb-1;//B黄灯亮时间-- alarm<=~alarm;yellow2<=~yellow2; state<=2'b11; end endendcaseendendEndmodule编译结果：此模块是整个系统的核心部分，主要功能是完成四个状态的转换，并且在每个状态里完成相应的控制作用，即控制主干道和支干道的红黄绿灯的点亮和各自数码管倒计时显示。【bin2bcd转换模块】该模块将二进制语言转换为BCD码输出，模块如下图：端口说明：numin[7..0]:输入8位二进制编码numa[3..0]：输出高4位BCD码numb[3..0]：输出低4位BCD码bin2bcd转换模块实现程序：modulebin2bcd(numin,numa,numb);input[7:0]numin;output[3:0]numa,numb;reg[3:0]numa,numb;always@(numin)beginif(numin>=90)beginnuma=9;numb=numin-90;endelseif(numin>=80)beginnuma=8;numb=numin-80;endelseif(numin>=70)beginnuma=7;numb=numin-70;endelseif(numin>=60)beginnuma=6;numb=numin-60;endelseif(numin>=50)beginnuma=5;numb=numin-50;endelseif(numin>=40)beginnuma=4;numb=numin-40;endelseif(numin>=30)beginnuma=3;numb=numin-30;endelseif(numin>=20)beginnuma=2;numb=numin-20;endelseif(numin>=10)beginnuma=1;numb=numin-10;endelsebeginnuma=0;numb=numin;endendendmodule编译结果：【数码管显示译码和扫描模块】驱动交通信号LED灯以及倒计时器数码管的显示，模块如下图：端口说明：Scanclk：4000Hz时钟脉冲Ewh,smh:输入高4位BCD码Ewl,sml:输入高4位BCD码Ledout:数码管段选Ledsel：数码管位选Verilog语言描述如下：moduledisplay(scanclk,ewh,ewl,snh,snl,ledout,ledsel);inputscanclk;input[3:0]ewh,ewl,snh,snl;output[6:0]ledout;output[3:0]ledsel;reg[6:0]ledout;reg[3:0]ledsel;reg[3:0]bcd;reg[2:0]q;always@(posedgescanclk)beginq<=q+1;case(q)3'b000:beginledsel<=4'b0111;bcd<=ewh;end3'b001:beginledsel<=4'b1011;bcd<=ewl;end3'b010:beginledsel<=4'b1101;bcd<=snh;end3'b011:beginledsel<=4'b1110;bcd<=snl;enddefault:beginledsel<=8'b11111111;bcd<=4'bzzzz;endendcaseendalways@(bcd)begincase(bcd)4'b0000:ledout=7'b0111111;4'b0001:ledout=7'b0000110;4'b0010:ledout=7'b1011011;4'b0011:ledout=7'b1001111;4'b0100:ledout=7'b1100110;4'b0101:ledout=7'b1101101;4'b0110:ledout=7'b1111101;4'b0111:ledout=7'b0000111;4'b1000:ledout=7'b1111111;4'b1001:ledout=7'b1101111;default:ledout=7'b0000000;endcaseendendmodule编译结果：【各模块电路符号】顶层电路图如下：顶层文件原理图顶层文件编译结果如下：【硬件验证结果】引脚配置如下：硬件验证效果如下：按照设计好的原理图，运行QuartusⅡ软件，运用模块化设计方法，创建图形设计文件，画出所设计的交通灯控制器总框图并连接，对其进行测试，编译，得到结果如图所示：【总结】