基于VHDL的交通灯控制器的设计.docVIP

基于VHDL的交通灯控制器的设计 一 、设计目的 掌握计数器、分频器、译码器的工作原理和设计方法； 掌握数码管的动态扫描译码显示的工作原理和设计方法； 掌握交通灯控制器的设计方法； 掌握在EDA开发软件QuartusII环境下基于FPGA/CPLD的数字系统设计方法，掌握该环境下系统的功能仿真、时序仿真、管脚锁定和芯片下载的方法。 二 、概述 在城市的的十字路口处都设置有交通信号灯控制系统，这个系统由绿、黄、红信号灯指挥十字路口车辆和行人的正常通行。其示意图如下所示： 次 要 支 道 主要干道 S 主要干道 次要支道 三 、设计任务与要求 设计一个主要干道和次要支道交叉路口处的交通信号灯控制器,其技术要求如下： 1、要求主要干道和次要支道上各具有绿、黄、红三色信号灯，用来指示车辆的允许通行或禁止通行，同时设有计时、译码及显示电路,显示定时器的定时状态。 2、如果只有一个方向有车时，则保持该方向畅通；当两个方向都有车时， 主要干道和次要支道交替通行， 但主要干道通行的时间要比次要支道长一些。设主要干道每次通行的时间为60秒，即主要干道每次绿灯亮的时间为60秒；次要支道上每次通行时间为30秒，即次要支道上绿灯亮的时间为30秒。 3、要求主要干道或是次要支道上绿灯亮足规定的时间后，要求黄灯先亮5秒钟后红灯才能亮，然后才能交换通行车道。 四、系统框图及组成 系统主要由控制器和处理器两部分组成，控制器接受外部系统时钟信号。处理器由定时器和译码显示器组成。定时器能向控制器发出5秒、30秒和60秒的定时信号，译码器在控制器的控制下，改变交通灯的信号。根据上述要求画出系统框图如下： 图中： R：主要干道传感器来的信号，高电平表示有车，低电平表示设车。 S：次要支道传感器来的信号，高电平表示有车，低电平表示设车。 TL：主要干道绿灯亮的时间间隔为60秒，即主要干道车辆通行的时间为60秒，定时时间到时，TL 1，否则，TL 0。 TS：次要支道绿灯亮的时间间隔为30秒，即次要支道车辆通行的时间为30秒，定时时间到时，Ts 1，否则，TS 0。 TY：主要干道或次要支道黄灯亮的时间间隔为5秒，定时时间到时，TY 1，否则，TY 0。 ST：控制器发出的状态转换信号，也是定时器的清零信号。 因此，TL、TS、Ty、S是控制器的输入信号；ST是控制器的输出信号。 五、画出交通灯控制器的ASM图 在画出ASM图前，先作一些规定： AG、AY、AR分别表示主要车道绿、黄、红灯。 BG、BY、BR分别表示次要车道绿、黄、红灯。 且规定： AG 1：主要车道绿灯亮；BG 1：次要车道绿灯亮； AY 1：主要车道黄灯亮；BY 1：次要车道黄灯亮； AR 1：主要车道红灯亮；BR 1：次要车道红灯亮； 然后分析一下交通灯控制系统的工作过程。工作过程分为4个阶段，对应的控制器输出有4个状态，分别用S0,S1,S3和S2表示： S0状态：AG 1,BR 1。表示主要车道上的车辆允许通行，次要车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间间隔TL，且次要车道有车时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一个工作状态S1。 S1状态：AY 1,BY 1。表示主要车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，次要车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔Ty时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一个工作状态S3。 S3状态：AR 1,BG 1。表示主要车道上的车辆禁止通行，次要车道允许通行。绿灯亮足规定的时间间隔TS或者次要车道没有车时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一个工作状态S2。 S2状态：AR 1,BY 1。表示主要车道禁止通行，次要车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定时间间隔Ty时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一个工作状态S0。 交通灯以上S0,S1,S3和S2 4种工作状态的转换是由控制器进行控制的。设控制器的S0,S1,S3和S2四种状态的编码分别为00,01,11和10，则控制器的工作状态及其功能如下表所示。 控制器工作状态及其功能 控制器状态 信号灯状态 车道运行状态 S0（0 0） AG 1,BR 1 主要车道通行，次要车道禁止 S1（0 1） AY 1,BR 1