fpga課程設計---基于vhdl的交通燈控制器設計

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文檔簡介

1、　　CPLD/FPGA開發(fā)技術大作業(yè)　　題目：基于VHDL的交通燈控制器設計 　　院系：信息與電氣工程學院 　　班級： 08級電子信息工程 <

2、;p>　　學號： 　　學生姓名： ××× ××× 　　指導教師： 　　成

3、績： 　　2011年7月　　基于VHDL的交通燈控制器設計　　一、系統(tǒng)功能與要求　　1系統(tǒng)功能：</p

4、>　　實現(xiàn)十字路口的交通燈顯示。　　2系統(tǒng)要求：　　用兩組紅、黃、綠三色燈作為兩個方向的紅、黃、綠燈；　　用兩組數(shù)碼管作為東西和南北方向的倒計時顯示，顯示時間為紅燈45秒、綠燈50秒、黃燈5秒；　　按照實

5、際紅綠燈規(guī)則，使紅、黃、綠燈與其顯示時間。　　設計思路及實現(xiàn)方法　　1基本思路　　要完成本實驗，首先必須了解交通路燈的亮滅規(guī)律。本實驗需要用到實驗箱上交通燈模塊中的發(fā)光二極管，即紅、黃、綠各三個。依人們的交通常規(guī)，“紅燈停，綠燈行，黃燈

6、提醒”。其交通燈的亮滅規(guī)律為：初始態(tài)是兩個路口的紅燈全亮，之后東西路口的綠燈亮，南北路口的紅燈亮，東西方向通車，延時一段時間后，東西路口綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，東西路口紅燈亮，而同時南北路口的綠燈亮，南北方向開始通車，延時一段時間后，南北路口的綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，再切換到東西路口方向，重復上述過程。　　2實現(xiàn)方法

7、;　　交通燈控制器用一個有限自動機來實現(xiàn)上述功能，它定義了5種狀態(tài)，見下表：　　其中狀態(tài)4為初始狀態(tài)，其狀態(tài)轉換圖如下：　　值狀態(tài)　　000 0　　100 1　　0

8、10 2　　110 3　　111 4　　在結構體中包含一個進程，此進程帶一個顯示敏感信號表，其敏感信號包括TimeL，Times和Cars。所謂敏感信號表，如以下語句：　　Process（cars,timeoutL，timeout

9、S）　　帶顯示敏感信號表的進程，當敏感信號表中的任何一個信號上發(fā)生事件時，此進程將被激活。　　進程說明部分定義的幾個變量的意義如下：　　newstate:下一個狀態(tài)值。　　current_state：當前狀態(tài)值。　　newHL：南

10、北方向燈的狀態(tài)，三位位長的二進制位串，每一位分別表示綠、黃紅燈的亮滅狀態(tài)。如“100”表示路燈為紅燈，“010”表示路燈為黃燈“001” 表示路燈為綠燈　　newFL：東西方向燈的狀態(tài)，三位位長的二進制位串，每一位分別表示綠、黃紅燈的亮滅狀態(tài)。　　newST：用于啟動外部計時器的輸出位。</

11、p>　　在進程中使用一條case語句完成狀態(tài)的轉換關系。　　Case current_state is　　When "000"=>newHL：=“100”newFL：=“001”；　　if (Cars="1")and(timeoutL=

12、"1") then　　newstate：="100"；newST：="1"；　　newHL：="010"；newFL：="001"；　　else<

13、p>　　newstate：="000"；newST：="0"；　　end if；　　When "100"=>newHL：=“010”newFL：=“001”；　　if (timeoutS="

14、;1") then　　newstate：="010"；newST：="1"；　　newHL：="001"；newFL：="100"；　　else

15、　　newstate：="100"；newST：="0"；　　end if；　　When "010"=>newHL：=“001”newFL：=“100”；　　if (Cars="1"

16、) or (timeoutL="1") then　　newstate：="100"；newST：="1"；　　newHL：="001"；newFL：="010"；　　else&

17、lt;/p>　　newstate：="010"；newST：="0"；　　end if；　　When "110"=>newHL：=“001”newFL：=“010”；　　if

18、(timeoutS="1") then　　newstate：="000"；newST：="1"；　　newHL：="100"；newFL：="001"；　　else</p

19、>　　newstate：="110"；newST：="0"；　　end if；　　When "111"=>newstate：="000"；　　newHL：=&q

20、uot;100"；　　newFL：="001"；　　newST：="0"；　　When others=>　　end case；　　在ca

21、se語句的不同分支中又使用if語句完成狀態(tài)的判斷和轉換。需要注意的是信號在賦值之后，其值并不立即有效（這是由于delta延遲的存在所造成的），只有變量的值在賦值之后會立即有效。因此在本例中用于表示狀態(tài)的current_stat被定義為變量。　　模擬結果分析　　模擬結果部分波形如圖所示：<

22、p>　　初始時，東西路為紅燈，其值為001，南北路上為綠燈，其值為100.當東西路上來車時，則南北路上的燈開始轉為黃色，但此時東西路上的燈仍為紅燈，同時有限狀態(tài)機的狀態(tài)開始發(fā)生變化。經(jīng)過一段時間后，南北路轉為紅燈，同時東西路轉為綠燈，同時有限狀態(tài)機的狀態(tài)變?yōu)?10，再經(jīng)過一段較短的時間后，不管東西路上是否有車，燈轉為黃色，此時南北路上仍為紅燈，其后，東西路上變?yōu)榧t燈，南北路上變?yōu)榫G燈。周而復始，不斷循環(huán)。&

23、lt;p>　　三、設計與仿真結果分析　　1程序：　　LIBRARY IEEE;　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

24、　　ENTITY traffic is　　GENERIC( green1:integer:=100;--定義主道綠燈亮50S　　yellow1 :integer:=50 ;--定義主道黃燈亮25S　　green2:integer:=150;--定義支道綠燈亮40S

25、　　yellow2 :integer:=50);--定義支道黃燈亮25S　　PORT(　　CLK,RST: IN STD_LOGIC;　　lgt1_r,lgt1_y,lgt1_g,lgt2_r,lgt2_y,lgt2_g: out STD_LOGIC);&l

26、t;/p>　　End traffic;　　ARCHITECTURE rtl of traffic is　　Type states is (st0,st1,st2,st3);--定義控制器各種狀態(tài)　　Signal state:states:=st0; --初始

27、化狀態(tài)　　Signal cnt:integer range 0 to 200:=1;--定義計數(shù)器　　Signal cnt_enb:std_logic:='0'; ---初始化計數(shù)器使能信號　　signal clkcnt: std_logic_vector(18 downto 0);&l

28、t;/p>　　constant divcnt: std_logic_vector(18 downto 0):="1111001110001000000";　　signal clkdiv: std_logic;　　signal tc_clkcnt: std_logic; <p&g

29、t;　　signal clk_int: std_logic;　　begin　　process(clk,rst)　　begin　　if(rst='0')then

30、　　clkcnt<="0000000000000000000";　　elsif(clk'event and clk='1')then　　if(clkcnt=divcnt)then----// t=498752*25ns=12.5ms　　cl

31、kcnt<="0000000000000000000";　　else　　clkcnt<=clkcnt+1;　　end if;　　end if;&l

32、t;/b>　　end process;　　tc_clkcnt<='1' when clkcnt=divcnt else --//12.5ms產(chǎn)生計數(shù)溢出脈沖 '0';　　process(tc_clkcnt,rst)<b&g

33、t;　　begin　　if(rst='0')then　　clkdiv<='0';　　elsif(tc_clkcnt'event and tc_clkcnt='1')then　　clkdiv&

34、lt;=not clkdiv; --//翻轉時鐘 t=25ms f=40hz　　end if;　　end process;　　process(clkdiv,rst)　　begin</p&g

35、t;　　if(rst='0')then　　clk_int<='0';　　elsif(clkdiv'event and clkdiv='1')then　　clk_int<= not clk_int; --//分頻 t=50ms

36、 f=20hz　　end if;　　end process;　　Process(clk_int,rst)　　Begin　　if (rst='0&#

37、39;) then　　state<=st0;　　cnt<=1;　　Elsif (clk_int'event and clk_int='1') then　　if (cnt_enb='1

38、') then　　cnt<=cnt+1;--計數(shù)器計數(shù)　　else　　cnt<=1;　　end if;<

39、p>　　Case state is　　when st0=>　　if (cnt=green1 ) then　　state<=st1;　　Else　　state<=

40、st0; End if;　　when st1=>　　if (cnt=yellow1 ) then　　state<=st2;　　Else　　state<=st1;

41、 End if;　　when st2=>　　if (cnt=green2 ) then　　state<=st3;　　Else　　state<=st2; End

42、 if;　　when st3=>　　if (cnt=yellow2 ) then　　state<=st0;　　Else　　state<=st3; End if;

43、　　End case;　　End if;　　End process;　　Process(state)　　Begin

44、　　Case state is　　when st0=>　　lgt1_r<='0';　　lgt1_y<='1';　　lgt1_g<='1';</p&

45、gt;　　lgt2_r<='0';　　lgt2_y<='1';　　lgt2_g<='1';　　Cnt_enb<='1';　　if (cnt=green1) t

46、hen　　cnt_enb<='0';　　end if;　　when st1=>　　lgt1_r<='1';　　lgt1_y<='

47、;1';　　lgt1_g<='0';　　lgt2_r<='1';　　lgt2_y<='0';　　lgt2_g<='1';　　Cnt_e

48、nb<='1';　　if (cnt=yellow1) then　　cnt_enb<='0';　　end if;　　when st2=>

49、　lgt1_r<='0';　　lgt1_y<='0';　　lgt1_g<='1';　　lgt2_r<='1';　　lgt2_y<='1';

50、　　lgt2_g<='1';　　Cnt_enb<='1';　　if (cnt=green2) then　　cnt_enb<='0';　　end if;</b&g

51、t;　　when st3=>　　lgt1_r<='1';　　lgt1_y<='0';　　lgt1_g<='0';　　lgt2_r<='0

52、9;;　　lgt2_y<='1';　　lgt2_g<='0';　　Cnt_enb<='1';　　if (cnt=yellow2) then　　cnt_enb&l

53、t;='0';　　end if;　　End case;　　End process;　　End rtl; 　　2 仿真結果：</p

54、>　　紅——紅　　紅——黃　　黃——綠　　設計心得　　通過這次交通燈控制器設計和實現(xiàn)，我們掌

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