交通灯控制器设计

1、.学号：成绩：XX联合大学电气工程学院"综合性课程设计报告交通灯控制器设计"专业：电子科学与技术班 级：_ 11电技班 _姓 名：_指导教师：_2021 年1月9日交通灯控制设计 X桂明摘要:本次课设是目的是通过Verilog_HDL语言对交通灯控制的设计,是同学们熟悉并掌握EDA技术、培养综合应用数字电子技术、EDA设计工具、HDL语言等各领域知识的能力、提高设计能力和实际操作能力。本课题是利用Verilog_HDL语言自顶而下的设计方法设计交通的控制系统，并通过Quartus和ModelSim完成综合、仿真，对FPGA芯片进展编译下载。把程序下载到FPGA芯片后，由于生

2、成的是集成电路，所以故障率低、可靠性高、体积比拟小，可应用于实际的交通灯控制系统中，使其实现道路交通的快速正常运转。随着大规模集成电路的开展、EDA技术随之出现，本课题说明了EDA技术在数字电路设计中的优越性。关键词：Verilog_HDL FPGA 交通灯控制器 硬件描述语言1、简介 1.1课程设计的目的和内容用Verilog HDL语言设计实现一个交通灯控制器电路：十字路口A方向和B方向各设红、黄、绿和左拐四盏灯，两个方向各种灯亮的时间能够进展设置和修改，此外，假设A方向是主干路，车流量大，因此A方向通行的时间应比B方向长；四盏灯按合理的顺序亮灭，并能将灯亮的时间以倒计时的形式显示出来。每

3、个方向四种灯依次按如下顺序点亮，并不断循环：绿灯黄灯左拐灯黄灯红灯，并且每个方向红灯亮的时间应该与另一方向绿、黄、左拐、黄灯亮的时间相等。黄灯所起的作用是用来在绿灯和左拐灯后进展缓冲。在本课程设计中，着重培养学生的如下能力：熟悉EDA技术概况。培养综合应用数字电子技术、EDA设计工具、HDL语言等各领域知识的能力。提高设计能力和实际操作能力，使学生能够独立完成具有一定难度的数字电子系统的设计，并锻炼动手实践能力。1.2Verilog语言简介Verilog HDL是一种硬件描述语言HDL:Hardware Description Language，以文本形式来描述数字系统硬件的构造和行为的语言，

4、用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式，还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。 Verilog HDL和VHDL是世界上最流行的两种硬件描述语言，都是在20世纪80年代中期开发出来的。前者由Gateway Design Automation公司该公司于1989年被Cadence公司收购开发。两种HDL均为IEEE标准。1.3 Verilog HDL 的设计流程1文本编辑：用任何文本编辑器都可以进展，也可以用专用的 HDL 编辑环境。通常 Verilog HDL 文件保存为 .v 文件。 2功能仿真：将文件调入 HDL 仿真软件进展功能仿真，检查逻辑功能是否正确也叫前仿真，对简单的设计可以跳过这一

5、步，只有在布线完成之后，才进展时序仿真 。 3逻辑综合：将源文件调入逻辑综合软件进展综合，即把语言综合成最简的布尔表达式。逻辑综合软件会生成 .edf EDIF 的 EDA 工业标准文件。 最好不用 MAX+PLUS II 进展综合，因为只支持 VHDL/Verilog HDL 的子集 4布局布线：将 .edf 文件调入 PLD 厂家提供的软件中进展布线，即把设计好的逻辑安放到 CPLD/FPGA 。 5时序仿真：需要利用在布局布线中获得的准确参数，用仿真软件验证电路的时序也叫后仿真。2、总体设计每个方向四种灯依次按如下顺序点亮，并不断循环：绿灯黄灯左拐灯黄灯红灯，并且每个方向红灯亮的时间应该

6、与另一方向绿、黄、左拐、黄灯亮的时间相等。黄灯所起的作用是用来在绿灯和左拐灯后进展缓冲，以提醒行人及驾驶员该方向上要禁行了；信号灯变换次序为：A主干道 每次放行 40 秒，亮 5 秒黄灯让行驶中的车辆有时间停到禁行线外，左拐放行 15 秒，亮 5 秒黄灯；支干道放行 30 秒，亮 5 秒黄灯，左拐放行 15 秒，亮 5 秒黄灯.，各计时电路位倒计时显示。图1 设计流程图根据系统的功能要求， 可分为四个局部来实现， 分别是定时模块， 主控电路， 译码驱动电路和扫描显示几局部。 分频局部是把外部提供的 1Hz 进展分频得到系 统工作需要的工作脉冲，显示局部包括两个内容，一个是主干道红绿灯显示，另

7、一个是支干道红绿灯显示。然后将红绿灯显示时间以 BCD 码形式显示出来，显示 模块将其译码轮流扫描显示 4 具有四种信号灯的交通灯控制器设计如图2交通信号灯控制器系统工作流程 1主干道放行亮绿灯 40 秒，支干道红灯显示 65 秒； (2)主干道绿灯转黄灯 5 秒，支干道红灯显示 25 秒(3)主干道黄灯转左拐 15 秒，支干道红灯显示 20 秒； (4)主干道左拐转红灯 55 秒，支干道绿灯显示 30 秒； (5)主干道红灯显示 25 秒，支干道绿灯转黄灯 5 秒； (6)主干道红灯显示 20 秒，支干道黄灯转左拐 15 秒； (7)主干道亮红灯 5 秒，支干道左拐转黄灯 5 秒；(8)依次

8、循环跳到主干道，红绿灯重新计时图2 设计电路图道红绿灯显示；输出局部为七段译码显示和位选码 MS，数码管显示的是交 通信号灯转换时间。3、实验方法3.1仿真平台简介Mentor公司的ModelSim是业界最优秀的HDL语言仿真软件，它能提供友好的仿真环境，是业界唯一的单内核支持VHDL和Verilog混合仿真的仿真器。它采用直接优化的编译技术、Tcl/Tk技术、和单一内核仿真技术，编译仿真速度快，编译的代码与平台无关，便于保护IP核，个性化的图形界面和用户接口，为用户加快调错提供强有力的手段，是FPGA/ASIC设计的首选仿真软件。主要特点:RTL和门级优化，本地编译构造，编译仿真速度快，跨平

9、台跨版本仿真； 单内核VHDL和Verilog混合仿真； 源代码模版和助手，工程管理； 集成了性能分析、波形比拟、代码覆盖、数据流ChaseX、Signal Spy、虚拟对象Virtual Object、Memory窗口、Assertion窗口、源码窗口显示信号值、信号条件断点等众多调试功能； C和Tcl/Tk接口，C调试；对SystemC的直接支持，和HDL任意混合； 支持SystemVerilog的设计功能；对系统级描述语言的最全面支持，SystemVerilog，SystemC，PSL； ASIC Sign off。可以单独或同时进展行为behavioral、RTL级、和门级gate-l

10、evel的代码。3.2仿真步骤1） 点开file，选择new，点击project，来创立一个新工程。2） 在弹出的对话框中输入工程名和库名称，这里直接采用默认库work，输入的工程名为“testtraffic，输入完毕后点击ok完成。3） 在弹出的对话框中选中AddExistingFile按钮，找到文件存储的路径“modelsim点击ok。同时两个程序文件处会有两个问号。4右键点击空白处，选择其中的pile选项，会出现一系列的编译方式。最常用的是前两个，即编译选中文件pile Selected。同时两个程序文件处的问号变为对号。5） 选中Simulate，选择第二个start Simulati

11、on。在弹出的对话框中选择work里的testtraffic并且去掉左下角的对号，点击ok。6） 右键点击testtraffic模块，选中Add，然后Add to Wave。这时会出现一个新窗口：wave-default。这里就是观察信号变化的区域，在仿真没有运行时，输出的信号均为空，快捷键中有Run-All按钮进展仿真。4、 仿真步骤图3 仿真结果示意图如图3所示，我们看出看出主干道红灯亮的时间等于支路绿灯，黄灯，左转灯，黄灯亮的时间之和，同时支路红灯亮的时间等于主干道绿灯，黄灯，左转灯，黄灯亮的时间之和。本设计中设定A方向红、绿、黄、左拐灯亮的时间分别为55秒、40秒、5秒和15秒，B方向

12、红、绿、黄、左拐灯亮的时间分别为:65秒、30秒、5秒和15秒，该系统满足我们的设计需求。5、 结论通过本次课设,是我从一个verilog HDL编程语言的菜鸟逐渐升级为一个感兴趣的初学者.体验到了细心对一个编程者的重要性， 和程序的规X性对于程序的重要性在verilog语言中，我们必须注意其与C语言的异同，比方格式和变量定义，还有模块的调用，和时钟信号的应用。还有，verilogHDL设计语言是一门很好的硬件描述语言， 可以直白的描述实际的电路， 实际的系统模型， 易懂而且易于实现，我觉得在以后多加练习，可以对以后的学习和工作带来莫大的帮助。通过做熊教师的课程设计培养了学生综合运用所学知识，

13、发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的， 只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来， 从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。如果说大学的学习就像是在充实自己,那么课设的意义就是让所学的东西充分的发挥出来,我希望大学的制度也可以从大一就开场抓起,这才是对我们学生的一次提升。在实战中自由发挥,只有困难才能让我们更加强大。参考文献1、"CPLD/FPGA 应用系统设计与(根底篇)" 亿特科技 人民邮电 出版日期：2005年7

14、月 书号：ISBN 7-115-13200-3/TP.45032、林明权.VHDL 数字控制系统设计X例(第一版)M：电子工业；3、杨晓慧.电子技术 EDA 实践教程第一版M，：国防工业；附录module aa(clk,rst,LAMPA,led,data_out);output7:0 LAMPA ,led,data_out;input clk,rst;reg7:0numa,led;reg tempa ,i;reg3:0 data_in;reg3:0counta;reg7:0ared,ayellow,agreen;reg7:0LAMPA,data_out;reg 24:0 c, k,c1;re

15、g clk1s;reg clk_100;reg19:0t2;always (posedge clk )beginif(c=12500000)beginc<=0;clk1s=clk1s;endelsec<=c+1;endalways (posedge clk )begint2<=t2+1;if(t2=100000)beginclk_100=clk_100;t2<=0;endendalways(posedge clk1s or negedge rst )/该模块控制东西方向的三种灯if(!rst)LAMPA<=8'b00001001;elsebeginayel

16、low<=8'b00000110;agreen<=8'b00000111;if(!tempa)begintempa<=1;if(counta = 0)beginnuma<=agreen;LAMPA<=8'b00100001;/南北方向通绿灯亮东西方向红灯亮counta<=counta+1;endif(counta = 1)beginnuma<=ayellow;LAMPA<=8'b00010001;/南北方向黄灯亮东西方向红灯亮counta<=counta+1;endif(counta = 2)beginnum

17、a<=ayellow；LAMPA<=8'b00000001;/南北方向黄灯灭东西方向红灯亮counta<=counta+1;endif(counta = 3)beginnuma<=ayellow;LAMPA<=8'b00010001;/南北方向黄灯亮东西方向红灯亮counta<=counta+1;endif(counta = 4)beginnuma<=agreen;LAMPA<=8'b00001100;/南北方向红灯亮东西方向绿灯亮counta<=counta+1;endif(counta = 5)beginnuma

18、<=ayellow;LAMPA<=8'b00001010;/南北方向红灯亮东西方向黄灯亮counta<=counta+1;endif(counta = 6)beginnuma<=ayellow;LAMPA<=8'b00001000;/南北方向红灯亮东西方向黄灯灭counta<=counta+1;endif(counta = 7)beginnuma<=ayellow;LAMPA<=8'b00001010;/南北方向红灯亮东西方向黄灯亮counta<=0;endendelsebegin/倒计时模块if(numa)begi

19、nif(numa=0)begintempa<=0;endelsebeginif(numa7:4=4'b0000)beginnuma3:0<=4'b1111;numa7:4<= numa7:4-4'b0001;endelsenuma3:0<=numa3:0-4'b0001;endendendend/always (posedge clk_100 or negedge rst)if(!rst)begini<=0;led<=8'b11111100;data_out<=8'b11000000;endelsebeginled<=(1<<i);if(i=0)begindata_in<=numa7:4;i<=i+1'b1;endelse