(推荐下载)基于FPGA的智能交通灯设计附VHDL语言程序

1、（完整 word 版）基于 FPGA 的智能交通灯设计附 VHDL 语言程序编辑整理:尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我 们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（完整word版）基于FPGA的智能交通灯设计附VHDL语言程序）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也 真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅,最后祝您生活愉快业绩进步, 以下为（完整word版）基于FPGA的智能交通灯设计附VHDL语言程序的全部内容。目录第一章

2、设计原理.1仁1使用VHDL语言实现对FPGA器件的编程.12使用的设计工具.1仁2。1硬件部分.1仁2.2软件部分.11.3软件框图.2仁4红绿灯拓展模块.2第二章程序设计及分析.32。1分频器器件的设计.32.2数码管显示驱动器件的设计.42。3顶层器件设计.42。3. 1按键消抖.42。3.2数码管扫描显示.52.3。3 24小时时钟.62.3。4改变时间设定.62.3。5交通灯主控程序.7第三章使用说明及实验结果.83.1使用说明.83. 2实验结果.9第四章结论与体会.12附录程序源码.13第一章设计原理1o 1使用VHDL语言实现对FPGA器件的编程FPGA(Field Progr

3、ammabIe Gate Array),即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电 路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克 服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。对于目前的FPGA器件，可以使用硬件描述语言(VeClog或VHDL)完成电路 设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试,是现代IC设计验证的技术主流.这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路 (比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程 式.1.2使用的设计工具1.2O

4、1硬件部分Cyc I one i i是一款FPGA器件，于2004年由AI tera公司推出.Cyc I one I I FPGA的成本比第一代Cyclone器件低30%,逻辑容量大了三倍多，同时具有丰富 的I/O引脚实验板采用EP2C5T144C8芯片并配有SDRAM芯片，时钟频率为50MHz。 同时，实验板包含4个数码管以及5个按键，同时将丰富的I/O口用排针进行了 引出。从系统资源以及运行速度的方面考虑，均足以完成智能交通灯的设计。1o 2o 2软件部分Quartus II是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，原理图、VHDL、Ver i logHDL以及AHDL (Alt

5、era Hardware支持Descr ipt ion Language)等多种 设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置 的完整PLD设计流程。VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。它在80年代的后期出现。具有 设计灵活、支持广泛、易于修改、独立于器件的设计或工艺等优秀的特性十分适合于对FPGA器件进行编程。1 3软件框图本系统包含一个顶层以及两个子器件（分频器以及数码管显示驱动）。分频器将系统时钟分为1000Hz, 1Hz等待信号供顶层程序使用。顶层包含了整个系统数码管亠图1o 1关彳处直扌顶层*Processl:按铤5消抖.数码管模式选择（s6Proce

6、ss2:按铤1 2 3 4消抖、改变预设时间（s2 s3 s4 s5）Process3:红绿:灯点亮控制丿Process4:红绿灯左控卅序Processo:数码管扫描计时Process6:数码管不冋模式卜的显/jProcess?: 24小时时钟卩匚LED灯，丁ED分频瓠Processl:分出Ims的时钟信号卩Process2:分出50ms的时钟信号卩Process3:分出Is的时钟佶号卩Process4:分出lmin的时钟佶号卩Processor分岀lh的时钟佶号数码管显示驱动Processl:根据输入的移型信号以 及位选信号驱动数码管显示-0, 1 293, 4 596： 71 8, 9,

7、AB, C, D, E 21 o 4红绿灯拓展模块为了达到更好的人机交互效果， 本系统将红绿灯在电路板上通过不同的颜色 的LED进行实物化。模块原理图如下：PCB设计如下:第二章程序设计及分析2o 1分频器器件的设计本系统将分频器单独设置为一个器件，目的是便于对时间倍率进行修改以及 方便调用。具体思路如下：(以1ms为周期的输出信号为例)process (clk_in)一一1ms系统时圭中输入beginif rising_edge (elk in) then-当检测到时钟信号为上丹沿时if (data_ms=25000) ehen-由计数需实现分频的功能，-由SOM/(25000*2)得到信号

8、翻转周期。-修改的判断値就可以实现不同的分频比data ms=0;Q_ms=not Q_ms；-茁暂存状态重进行翻转elsedata ms=daca ms+二；end if;end If;Glk_ouv_ms daca_ _ouc dataout dataout dataout dataout dataout NULLend case;end process;图2. 22. 3顶层器件设计2.3.1按键消抖本系统对于按键采取了消抖的处理办法，可以有效的增加稳定性消抖的实现 原理基于计数器，当检测到有按键按下则开始计数，当计数达到设定值时给出按 键按下的信号并执行相应功能，其中key5实现模式选

9、择，其余按键实现对时间 设定的更改。process (sysclk:, key5)-按键 5 消抖+数码管模式选择(s6variab：Lw COUNT 1 : integer range 0 to 1000000;beginif key5=l0 thenif RISING_EDGE(sysclk) thenif COUNTKL000000 thenCOUNT 1: =COUNT1+1 ；else COUNTl:=COUfTTl;end if;if COUNT1=999999 thendata_mode = d.ata_mo de+1;else dat.a_mocie dataoutdataou

10、t=when2=dataoutdataoutdataoutdataoutdataout-IOOOOOIO；when7dacaouc=r,11111000r,；when3dataoucdataour=,10010000r,；0 0 1212 3 3 4 4 5 5 6 67 7 didi 9 9process(intern)begincase int in xs2o 3o 2数码管扫描显示实验板采用了四个共阳的数码管，若需要让每个数码管都显示不一样的内容, 则需要对数码管进行扫描显示。本系统采用1000Hz的频率对数码管进行扫描显 不,实际效果可以稳定的显不而不会出现闪烁的现象。程序设计方面采用

11、了两个process,分别对数码管位选进行扫描以及输入段 选信号pxoce3s (tirtp_si. data_counc_5eg) -生成数 码管位选扫描beginif xising_ed.ge (t-iRp_sig_ms) then data_count_seg = dara_counr_seg+l:if(data_count_seg = 4) then data_conn.t_seg = 0;end if;end if;end process;图2.4process (sysclk)数码管扫描各模式显示样式beginif (data_mode = 0) then-if (data cou

12、nt seg = 0) then-位选扫描输入seg7com =r0111r,;-位迭tmp_seg7daca = data_min_low;段选 elsif (data_coun.t_seg = 1) then seg7com =r,1011r;tmp seg7daca = data min high;elsif (data_coun.t_seg = 2) Chen seg7com =rf1101r,;tmp_seg7data = data_h_low;elseseg7com =r,1110r,;tmp seg7data = data h high;end if;图2。52. 3. 3 24

13、小时时钟为了实现白天与夜间的模式切换效果，需要加入24小时制的时钟.本系统对于 时钟的实现依然基于计数器。具体流程如下：对分频器输出的分钟信号进行检测，当检测到上升沿时执行计数，当达到该 位最大值时执行进位与清零。process (sysciK)一一24小时时神计数beginif rising_edge |tnp_sig_min) then辎入信号为分时，当分即输入信号为上升沿时術发da* a_itin_low then分轴怅位达到駅大伯，执行邊1立data_min_iow =o；淸瑟daLa_min_hlgh=dac a_min_high1;if (daoa_nin_high - S) th

14、en満一小时进位纶小时data xiin lew =D;濟窓data min high r=0：data_h_low = da*a_h_low+i;dauah = daua_n+l;if (datc_h_low - 9 ) then小时佞位游进检给小时高位daca nin low =0;-瘠寿daa nin high =0;daca_h_low =0;daa_n_nign =data_n_nigh-ri ；end if;end if;ir(data_n = 2)tren daa min low -G;da*a itin high =C; daa h low =0;da匸a_h_hi0h =0:

15、 da匚a n - data time nightin or data h data time nightout) *hcn一一白天黑夜別生f night =1;elseniaht =0; end ir； end pxcccos;2o 3.4改变时间设定本程序实现了对行人通行时间，汽车通行时间以及夜间时间段的设定。设定 方式为由按键实现加减。主要代码已经内嵌于按键消抖程序中。if (keyOjchenif(datamode = 2)chendata timc cp data time cp+1;elsif(datamode =3)thendata_tiine_niahtouc = data_c

16、ime_niahtout+2; end if;eni ir；if(key2=l0)Chenif (data_nvode = 2) chendata time cn tmp_sig_s. cIk_out_ms=tmp_s ig_ms.clk_out_min二tmp_sig_min, clk_ out_h = tinp_sig_h cIk_out_50ms二tmp_s i g_50ms)；dis: seg7led PORT MAP (-数码管int_in二tmp_seg7data, data_out = seg7data)；process (sysclk, key5) -按键5消抖+数码管模式选择

17、(s6)var i abIe COUNT1 : i nteger range 0 to 1000000; beg i ni f key5二O thenif RISING EDGE (syscIk) thenif C0UNT1 1000000 thenC0UNT1: =C0UNT1+1；else C0UNT1:二C0UNT1;end if；if C0UNT1=999999 thendata mode二data_mode+1；eIse data jnode二data_mode;end if;end if;else C0UNT1:=0;END if；17i f (datajnode二4)thenda

18、ta_mode二0；end if；end process ;process (sysclk)-按键1 2 3 4消抖+改变设定时间(s2 s3 s4 s5)var i abIe COUNT1 : i nteger range 0 to 1000000；beg i nif key1=,O or key2二O or key3=O or key4= O theni f r i s i ng_edge (syscIk) thenif C0UNT11000000 thenC0UNT1:=C0UNT1+1；else C0UNT1:=C0UNT1;end if;if C0UNT1=999999 thenif

19、 (key1=,O) theni f (data_mode二2)thendata time cp= data time_cp+1;eIs i f (data mode =3)thendata_time_nightout二data_time_nightout+1； end if；end i f；if (key2=,O) theni f (data_mode二2)thendata_time_cp = data_time_cpT;eIs i f (data_mode =3) thendata t i me_n i ghtout二data_t i me_n i ghtout1； end i f；end

20、 if；if (key3=0,)theni f (data_mode = 2) thendata_time_pp二data_time_pp+1;eIs i f (data_mode =3)thendata t i me_n i ght i n二data_t i me_n i ght i n+1 ；end if;end i f；if(key4=,O)thenif (data_mode = 2)thendata_time_pp二data_time_pp1;eIs i f (data mode =3) thendata t i me n i ght i n二data_t ime_n i ght i

21、nT; end if；end if；end if；end if；else COUNT1:二0;end i f；end process;process (syscIk)beg i nif (led一c二0) then led c r二；led_c_gU 01; led_c_y二0；eIs i f (led_c = 1) then1 ed,c_r = 0* ;1 ed_c_g=*r；1 ed_.c_y二o*；e 1se1 ed_c_r=*0；1 ed_c_g二0；1 ed_.c_y八endif；if(led_p = 0) then Ied_p_r = T ； Ied_p_g二，O;e I seIe

22、d_p_r二O;Ied_p_g = T；end if；end process;process (syscIk)beginif r i sing_edge (tmp_sig一s) then data timecount=data time count+1；17红绿灯点亮定义红绿灯主控程序18i f (n i ght= 11)then-if(key_flag二1) thenif (data time count二data time cp) thenled_p =0;-进入黄灯led_c二2；data mode led =3:9end if；i f (data_time_count二(data_ti

23、me_cp+3) ) then led_p =1;行人通行led_c二0;data mode Ied二2;end if;i f(data t i me count二(data_t ime cp+3+data t ime_pp)then led_p =0；一-车通行Ied_c =1;key_flag二0；data time count =0：9data mode led = 0;MMend i f;e I seled_pled_cdata_mode_led=0;end if；end if;if (night0)then-白天模式i f (data_time一count二data_time_cp)

24、thenled_p二0;-进入黄灯Ied_c二2；data_mode一led=3；end if;i f (data_time_count二(data_time_cp+3) )thenled_p =1;行人通行led_c=0；data_mode_led=2；end if;i f (data_t i me_count= (data t i me_cp+3+data t i me pp) ) thenI ed_p =0;-车通行Ied_c =1;黑夜模式二0；=1;19data_t i me_count二0；data_mode_led=1;end if;end if;end if;if(key6=,

25、0 and key_flag = 0)then datatime_count二0； data_mode_led=1;end i f；if (key6=01) then key_flag =1;end i f;end process;process (tmp_s i g_ms, data_count_seg) -生成数码管位选扫描beg i ni f r i si ng_edge (tmp_s ig_ms) thendata_count_seg二data_count_seg+1；if (data_count_seg二4) thendata_count_seg = 0;end if;end if;

26、end process； process (syscI k)数码管扫描各模式显示样式beg i ni f (data mode二0)then-一-模式0,时命显示i f (data_count_seg = 0) then-位选扫描输入seg7com二”0111n;位选tmpseg7da ta =data_m inflow;段选eIsif (data_count_seg二then seg7com =1011n；tmp一seg7data = datajnin_high；elsif (data_count_seg = 2) thenseg7com二”01;tmp seg7data = data hl

27、ow；e I seseg7com = 10”；tmp一seg7data = data_h_high；end if;e I s i f (data mode二1 ) then-20模式r,红绿灯剩余时间显示i f (data_mode_led = 0) then-夜间模式一直车走，显示i f (data_count_seg = 0) then seg7com 0111n;tmpseg7data =16；eIs i f (data_count_seg = 1) then seg7com二1011” ；tmpseg7data =16；elsif (data_count_seg = 2) then s

28、eg7com =n110r*； tmp_seg7data二16； e I seseg7com=”1110；tmpseg7data =16;end if;elsif (data_mode一I ed = 1) then-车通行剩余时间if (data_count_seg二0) thenseg7com二0111;tmp_seg7data二(data一time一cp data_time_count)rem 10; elsif (data_count_seg二1) thenseg7com =1011n;tmp_seg7data = (data_time_cp - data_time_count) / 1

29、0; elsif (data_count_seg = 2) thenseg7com =1101n；tmp_seg7data =16；e I seseg7com =n1110；tmp_seg7data =16；end if;elsif (data_mode_Ied = 2) then-人通行剩余时间i f (data_count_seg = 0)then seg7com二0111” ； tmpseg7data =( data一time一cp+3+data_time一pp )data time count) rem 10;elsif (data_count_seg = 1)thenseg7com二

30、1011n;tmp_seg7data二 (data_t ime_cp+3+data_t i me_pp )data_time_count)/ 10；elsif (data_count_seg二2)then seg7com =n1101； tmp_seg7data二16；seseg7com =n1110,f;tmp_seg7data二16；end if；e I se-黄灯则显示00if (data_count_seg二0) then seg7com二0111n;tmp_seg7data = 0;elsif (data_count_seg二thenseg7com=1011” ；tmp一seg7da

31、ta二0；elsif (data_count_seg = 2) then seg7com =n1101H;tmp_seg7data=16;e I seseg7com二”1110n；tmp_seg7data=16；end if;end if;elsif (data_mode二2) then-模式2,红绿火T时间显示i f (data_count_seg二0)then seg7com二”0111；tmp_seg7data二data_time_pp rem 10; elsif (data_count_seg = 1) then seg7com =1011;tmp_seg7data二data_time

32、_pp / 10; elsif (data.count_seg = 2) then seg7com =1101n；tmp_seg7data = data_time_cp rem 10;e I seseg7com =1110；tmp_seg7data二data_time_cp /10；end if;e I se- 模式3,白天黑夜设定时间显示if (data_count_seg二0) then seg7com二”0111n；tmp_seg7data二data_time_nightin rem 10； elsif (data_count_seg二1)then seg7com =1011n;tmp_

33、seg7data二data_time_nightin / 10; elsif (data_count_seg二2) then seg7com二”1101” ；tmp_seg7data二data_time_nightout rem 10;22e I seseg7com =,1110n；tmp_seg7data二data_time_nightout / 10; end if;end if；end process；process (sysc I k) -24小时时钟计数data mi n_h i gh=data_m i n h i gh+1;i f (data_min_high = 5) then满

34、一小时进位给小时data_min_low =0;清零data_mi n_h i gh=0；data_h_low二data一h_low+1； data h = data_h+1；if (data_h_low = 9 ) then -小时低位满进位给小时高位data_m inflow二0；-清零data_m i n_h igh二0；data_h_low二0;data_h_h i gh二data一h_h i gh+1;end if；end if;begi nif rising一edge (tmp一sig_min) then时触发 _data_min_low二data一min_low+1； if(da

35、ta_min_low二9)then data_min_low二0;输入信号为分钟，当分钟输入信号为上升沿开始计数一分钟低位达到最大值，执行进位if(data_h = 24)then data_min_low二0; data min_h igh二0；data_h_low二0； data_h_high二0;满24小时，全部清零23end i f；i f (data h白天黑夜判断night =二data_time_night in ordata_hdata一t i me一n i ghtout) thenseV；0;24分频器器件I ibrary ieee;USE ieee.std_logic_11

36、64Oa I I；ENTITY clkdiv ISPORT （ clk_in: IN STD一LOGIC；时钟信号输入clk_out_ms： OUT STD_LOGIC；时钟信号输岀clk_out_s： OUT STD_LOGIC;时钟信号输岀cIk out min： OUT STD LOGIC;elk out h： OUT STD LOGIC;MMcIk out_50ms : OUT STD LOG IC）;end clkdiv;arch i tecture d i v of clkdiv i sms: integer range 0 to 1000000; s:i nteger range

37、 0 to 100000000： min:integer range 0 to 100;h： integer range 0 to 100;50ms: i nteger range 0 to 10000000；SIGNAL Qjns, Q_s. Q_min, Q _h, Q 50ms:std_logic； beg i n process (c I k_ i n) 1 ms系统时钟输入beg i nif r ising_edge (clk_in) then-当检测到时钟信号为上升沿时if(data_ms=25000) then -由计数器实现分频的功能，-由50M/ (25000*2)得到信号翻

38、转周期。修改data_ms的判断值就 可以实现不同的分频比data_ms二0;Q_ms=not Q_ms;对暂存状态量进行翻转e I sedata ms二data_ms+1；night =（/;end if;end process;END main；SIGNALdataSIGNALdataSIGNALdataSIGNALdataSIGNAL data25end if；end if；elk out ms=Q ms;end process;process (clkn) -50ms当前输岀为实际时间(最终没有用到)beginif r ising_edge (clk_in) thenif(data_50ms=1250000 ) then此句 为你想要的分频比，in/out二data*2+1 ;data=(in/out -1)/2data_50ms=0；Q_50ms二not Q一50ms;e I sedata_50ms二data_50ms+1;en