数字电路课程设计：基于FPGA和VHDL语言的交通灯控制系统设计

数字电路课程设计题目：基于FPGA和VHDL语言的交通灯控制系统设计设计者：李小栋学号：20080711209同组：彭钊日期：2010年12月20日交通灯控制器功能描述：通过两组交通灯来模拟控制十字路口东西、南北两条道路上的车辆通行，所有功能在实验操作平台上模拟通过，其主要功能如下：1. 根据要求显示模拟路口东西、南北两个方向上的红灯、黄灯和绿灯的指示状态。2. 在LED指示的同时，实现正常的倒计时功能。3. 控制实现两种特殊状态并用交通灯加以显示。4. 能实现系统总清零。5. 具有一定的扩展功能。设计任务：1.用红、黄、绿三色发光二极管做信号灯，主干道A为东西向，设红、黄、绿三色灯为AR、AG、AY；支干道B为南北向，三色灯为BR、BG、BY。2.主干道上车辆较多，所以亮绿灯的时间设为40s；支干道亮绿灯的时间设为35s。当主干道允许通行亮绿灯时则支干道亮红灯；相反，支干道允许通行亮绿灯时则主干道亮红灯。每次由绿灯转变为红灯时，其间要亮5s的黄灯作为过渡，以便行驶中的车辆有时间停到禁止线以内。3.交通灯正常运行时，在LCD 显示屏上显示主干道和支道的倒计时时间，ES主干道在当前状态的剩余时间，SN显示支干道在当前状态的剩余时间。4.能实现系统清0，清0后计数器由初始状态开始计数，指示灯指示主干道亮黄灯。5.能实现特殊状态的显示，用开关S作为特殊信号传感器，S为1时进入特殊状态并实现以下功能： （1)计数器停止计数并保持原来的时间数据。(2)东西、南北方向的三色灯全显示红色状态。 （3）特殊状态解除后能继续返回正常工作状态。设计要求1.分析设计任务，拟定多种设计方案，根据当时的制作条件，选定适合的方案绘制框图和设计流程。2.设计各部分单元电路或编写VHDL描述程序。3.对制作的电路进行功能测试，分析各项技术指标；或对设计的电路进行功能仿真，分析仿真波形。4.总结设计资料，但因包括原理电路、VHDL描述、仿真波形的设计报告，校验并演示电路装置。状态顺序与灯亮对应表态序（S1 S0）主干道（A）支干道（B）亮灯时间1 （0 0）黄灯亮红灯亮5S2 （0 1）红灯亮绿灯亮35S3 （1 0）红灯亮黄灯亮5S4 （1 1）绿灯亮红灯亮40S交通灯控制状态图5S未到，保持原状态5S到，转到下一状态00状态YA,RB40S未到，保持原状态40S到，转到下一状态35S未到，保持原状态35S到，转到下一状态5S未到，保持原状态5S到，转到下一状态10状态RA,YB01状态RA,GB11状态GA,RB译码器真值表SS1S0AGARAYBGBRBY1XX010010000001010001010100011100010系统设计输入： 本实验采用硬件语言输入，其整体VHDL源文件描述如下，其中“S0”“S1”“S2”“S3”为事先设定的四种状态library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity JIAOTONGDENG is port (CP,RS,SPE: IN STD_LOGIC; -输入 EWRYG,SNRYG:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); -各方向上交通灯颜色显示 EW,SN: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)-ASCII码LCD显示 );end JIAOTONGDENG ;architecture JGT of JIAOTONGDENG ISTYPE STATES IS(S0,S1,S2,S3); -定义状态SIGNAL S:STATES;SIGNAL AQ,AQQ,BQQ: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL CQ,CQQ,CQQQ: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL AARYG,AAARYG,BBRYG,BBBRYG:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);FUNCTION SAM (BIN:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) -2位16进制转2位BCD码函数RETURN STD_LOGIC_VECTOR ISVARIABLE SBCD,ADDBCD :STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);VARIABLE N:INTEGER RANGE 0 TO 8;BEGINN:=0;SBCD:=00000000;IF BIN ADDBCD:=00000001; WHEN 1= ADDBCD:=00000010; WHEN 2= ADDBCD:=00000100; WHEN 3= ADDBCD:=00001000; WHEN 4= ADDBCD:=00010110; WHEN 5= ADDBCD:=00110010; WHEN 6= ADDBCD:=01100100; WHEN OTHERS= ADDBCD:=00000000; END CASE; SBCD:=SBCD+ADDBCD; IF SBCD(3 DOWNTO 0)1001 THEN -进行BCD码加法调整 SBCD:=SBCD+0110; END IF;END IF;N:=N+1;EXIT WHEN N=8;END LOOP;RETURN SBCD;ELSE RETURN 00000000;END IF;END FUNCTION SAM;BEGINPROCESS(CP,RS,SPE)BEGINIF RS=1 THEN S=S0; AQ=X00; AARYG=010;BBRYG=010; AQQ=X00; BQQ=X00;ELSIF CP=1 AND CP EVENT THEN IF SPE=1 THEN AARYG=100;BBRYG=100; CQ=AQ;CQQ=AQQ;CQQQ0 THEN AQ=X00;AQQ=X00; BQQ=X00; ELSE AQ=CQ; AQQ=CQQ; BQQ IF AQ0 THEN AQ=AQ-1; AARYG=AAARYG;BBRYG=BBBRYG;AQQ=AQQ-1;BQQ=BQQ-1; ELSE AQ=X22; S=S1; AARYG=100;BBRYG=001;AAARYG=100;BBBRYG=001;AQQ=X27; BQQ IF AQ0 THEN AQ=AQ-1; AARYG=AAARYG;BBRYG=BBBRYG; AQQ=AQQ-1; BQQ=BQQ-1; ELSE AQ=X04; S=S2; AARYG=100;BBRYG=010;AAARYG=100;BBBRYG=010;AQQ=X04;BQQ IF AQ0 THEN AQ=AQ-1; AARYG=AAARYG;BBRYG=BBBRYG;AQQ=AQQ-1;BQQ=BQQ-1; ELSE AQ=X27; S=S3; AARYG=001;BBRYG=100; AAARYG=001;BBBRYG=100;AQQ=X27; BQQ IF AQ0 THEN AQ=AQ-1; AARYG=AAARYG;BBRYG=BBBRYG;AQQ=AQQ-1; BQQ=BQQ-1; ELSE AQ=X04; S=S0; AARYG=010;BBRYG=100; AAARYG=010;BBBRYG=100;AQQ=X04;BQQ=X04; -转次态S0,主黄支红倒计5s END IF; END CASE; END IF; END IF;END PROCESS;PROCESS(AQQ,BQQ)BEGINEW=SAM(AQQ);SN=SAM(BQQ);END PROCESS;PROCESS(AARYG,BBRYG)BEGINEWRYG=AARYG;SNRYG CP, EW = EW, EWRYG = EWRYG, RS = RS, SN = SN, SNRYG = SNRYG, SPE = SPE );STIMULUS0:process begin - insert stimulus here RS=1;WAIT FOR 2 NS; RS=0;SPE=0;WAIT FOR 1 NS; RS=0;SPE=1;WAIT FOR 1NS; RS=0;SPE=0;WAIT; END PROCESS; PROCESS BEGIN CP=0;WAIT FOR 5 NS; CP=1;WAIT FOR 5 NS; end process; WRITE_RESULTS( CP, EW, EWRYG, RS, SN, SNRYG, SPE );end architecture;仿真波形：交通灯控制电路原理图：心得体会通过这两周的课程设计，我在这次的设计当中学习到了很多的知识，感激学校给了我们这次动手实践的机会，让我们学生有了一个共同学习，增长见识，开拓视野的机会。也感谢老师们对我们无私忘我的指导，我会以这次课程设计作为对自己的激励，继续学习。这次设计不仅培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，而且还教会了我如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。在这次的课程设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在设计时，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。 当然，从设计中也发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。 同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而