智能交通灯--VHDL.doc

设 计 报 告 课程名称 在系统编程技术 任课教师 设计题目 交通信号灯 班级 姓名 学号 日期 项目分析及设计要求 项目分析 本项目设计一个智能交通灯控制系统，使其能模仿城市“十字”路口交通灯的功能，并能满足特殊的控制要求（如按键m的使用），该系统的具体功能如下：? （1） 该控制系统能控制东、西、南、北四个路口的红、黄、绿信号灯正常工作。? （2） 当东西方向准行，南北方向禁行时，东西方向亮绿灯，南北方向亮红灯。? （3） 当南北方向准行，东西方向禁行时，南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯。?? （4） 绿灯亮完后，加亮一盏黄灯，以警告车辆及行人，准行方向即将改变（即准行变为禁行）。? （5） 四个道口各用一组由十位和个位组成的数码管显示准行（或禁行）的剩余时间。? （6） 在交通情况比较特殊的情况下，可以通过按键对交通灯进行紧急控制。 设计要求 本系统有两种工作状态：正常工作状态、紧急工作状态，可利用按键进行改变工作状态。 正常工作时： 十字路口的4个路口信号灯（红、黄、绿）显示各路口的各条通道的状态；? 每个路口都有两位数码管显示当前信号灯的倒计时。 表1 信号灯状态转换表 红 黄 绿（南北） 红 黄 绿（东西） 状态（S） 1 0 0 0 0 1 00 1 0 0 0 1 0 01 0 0 1 1 0 0 10 0 1 0 1 0 0 11 紧急情况： 四个路口的红灯全亮，禁止车辆通行； 四个路口的数码管显示全0，停止倒计时； 扬声器报警，警告车辆及行人。 图1 系统总体方框图 系统设计及方案论证 基于项目分析及设计要求，本系统采用“自顶向下”的设计思想，将整个交通灯控制系统分为四个子模块，即分频模块、倒计时控制模块、信号灯控制模块、报警模块。 本项目使用Quartus II软件进行设计，四个子模块（底层模块）分别采用VHDL语言设计，并进行元件打包，以供顶层文件使用。设计好四个子模块后即可进行顶层文件的搭建，即交通灯控制系统，顶层文件采用图形设计方法，利用打包好的底层元件进行原理图绘制以实现项目功能。 图2 系统设计方框图 根据GW48 EDA/SOPC系统使用说明，输入时钟信号采用CLOCK5的1024Hz，紧急情况按键输入使用高低电平发生器。因为东西方向为同一条道路，所以交通灯状态相同，信号灯输出采用一组LED灯（红黄绿），倒计时输出也采用一组数码管（十、个位），南北方向同理。 系统各模块仿真与分析 分频模块 分频模块用来对输入的时钟频率进行分频以获得需要的工作频率，本项目的输入时钟频率clk=1024Hz，经过1024分频后得到1Hz的时钟频率，即1s，通过clk_1s输出给倒计时控制模块，进行秒倒计时；经过512分频后得到2Hz的时钟频率，即0.5s，通过clk_05s输出给报警控制模块，进行扬声器发声控制。 图3 分频模块 通过观察波形图易知，当输入信号clk=1024Hz时，输出信号clk_1s=1Hz、clk_05s=2Hz，且clk_1s为clk_05s的二分频，满足该模块的功能需求。 图4 分频模块仿真波形 倒计时控制模块 倒计时控制模块是整个系统的核心模块，它起着控制信号灯状态和倒计时显示计数的作用，通过对程序内部东西南北方向的绿灯、黄灯的时长预置，可实现对交通灯的智能控制。 clk作为时钟输入端，接收来自分频模块的clk_1s的时钟信号（1s），实现秒倒计时计数和信号灯的状态转换。 ent为紧急情况信号的输入端，当紧急情况按键被按下，ent为高电平，此时停止倒计时计数，数码管控制信号输出为全0。 图5 倒计时控制模块 s[1..0]为信号灯状态输出端，给信号灯控制模块提供状态信息，状态信号s根据倒计时时间进行状态转换，即s=00(01(10(11(00(01……如此循环。 data_a[7..0]为东西方向的数码管显示信号输出端，将倒计时时间送显至数码管（其中高4位是十位，低4位是个位）。 data_b[7..0]为南北方向的数码管显示信号输出端，将倒计时时间送显至数码管（其中高4位是十位，低4位是个位）。 图6 倒计时控制模块仿真波形 设置东西方向绿灯时间为15s，南北方向绿灯时间为12s，黄灯时间为3s时，通过观察波形图易知： 当ent=’0’时，每来一次时钟上升沿，计数值就会减1，每当东西或南北