FPGA_交通灯控制程序设计.doc

实验三 交通灯控制程序设计 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 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 = 1时，数码管停止计时，S输出为B010010,即南北、东西方向指示灯示数维持不变。 当SPC=‘1’跳变到SPC=‘0’时，数码管继续计时，恢复正常工作状态。 当SPC = 0时，交通即开始正常工作。R=‘1’时，进入初始状态S0=001010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B001010……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）方向 黄灯 红灯 红灯 绿灯 绿灯 黄灯 5秒 20秒 25秒 5秒 南北（B）方向 绿灯 黄灯 绿灯 黄灯 红灯 红灯 25秒 5秒 5 20秒 表二 交通灯状态转换表 SPC S 备注 1 010010 指示灯示数维持不变 0 S0：001010 持续5秒，转到S1 S1：100010 持续20秒，转到S2 S2：010001 持续5秒，转到S3 S3：010100 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。 5.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： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH; ENTITY traffic IS PORT (CLK,R,SPC: IN STD_LOGIC; LIGHT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); Q1,Q2 : OUT INTEGER RANGE 0 TO 25; LED1,LED2,LED3,LED4 :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)); END traffic ; ARCHITECTURE behav OF traffic IS TYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3); SIGNAL STATE : STATES ; SIGNAL T1,T2: INTEGER RANGE 0 TO 25; SIGNAL L1,L2,L3,L4 : INTEGER RANGE 0 TO 9; BEGIN P1: PROCESS (CLK,STATE) BEGIN IF R=1THEN STATE=S0;T1=20;T2=25; ELSIF SPC=1 THEN LIGHT=010010; ELSIF CLKEVENT AND CLK=1 THEN CASE STATE IS WHEN S0= LIGHT=100010; T1=T1-1;T2=T2-1; Q1=T1;Q2=T2; IF T1=0 THEN STATE=S1;T1=5;T2=5; END IF; WHEN S1