交通灯控制规律电路设计与总结报告

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CPLD语言设计

交通灯控制规律电路设计与总结报告

一、设计任务

用CPLD设计路口交通灯控制器

二、设计要求

1、满足一下时序要求：南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；

2、每一方向的红（绿）黄灯总共维持30秒；

3、十字路口要有时间显示，具体为：当某一方向绿灯亮时，置显示器为30秒，然后以每秒减一技术方式工作，直至减到数为4秒时，红绿灯熄灭，黄灯开始间隙闪烁4秒，减到0时，红绿灯交换，一次工作循环终止，进入下一步另一方向的工作循环；

4、红绿灯均采用发光二极管；

5、设计由晶振电路产生1Hz标准秒信号的单元电路(实际秒脉冲由开发箱提供)；

6、要求对整体电路进行仿真，观测并记录下仿真波形；

7、选作部分：

a、手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪烁；

b、白天黄灯亮时，以2Hz的速度闪烁点亮四秒；

c、红绿灯循环点亮时间可以自由修改。

三、设计设备

含有Quartus软件的电脑一台，可下载的试验台；

四、设计方法

使用VHDL语言进行程序的设计运行和仿真，以及波形的运行仿真，最终进行下载仿真；

五、方案论证

方案1：把整个流程分成几个进程来做；

方案2：每个进程都使用if和case语句实现功能的实现；

方案3：使用状态机来实现状态间的转换；

方案论证：

1、要实现整个流程，需要做的输出内容类型不同，假使放在一个进程里面就比较简单混淆，产生混乱。而采用分成几个进程来做的方式就明确了每个模块的内容和分工，使其调理明了，一目了然；

2、if语句是条件语句，是VHDL语言中常用的基本语句。该流程中的变量比较繁多，而使用case语句分状况列出来，简单明白。

3、状态机的使用格式简单，使用简单便利，特别是在进行状态的转换时候。并行的状态转换不易出错，可将状态转换、赋值、计数等多个功能封装在某一个状态中，并且更

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加便于为系统添加新的状态功能。

方案选定：

通过以上分析，确定用以上方案为本次设计的方案。

六、工作原理

先对所给时钟脉冲进行分频到标准时钟脉冲；设计两个时钟控制倒计时，倒计时的时间可自由修改，由输入决定；设计另一个时钟，用以控制白天与夜间模式的转换；在白天时，根据倒计时的数字进行红绿灯的状态转换；夜间时，红绿灯状态改为夜间模式：黄灯闪烁。

七、程序设计

交通灯控制系统所使用的库和包

libraryieee;

useieee.std_logic_1164.all;

useieee.std_logic_unsigned.all;

交通灯控制系统的实体

entityjtis

port(clk,reset:instd_logic;时钟脉冲clk由系统直接提供，需要进行分

频；reset是启动键，当reset为1是，系统启动

t0:integerrange0to30;红绿灯循环点亮的时间，根据输入的不同

系统运行的不同

r1,y1,g1,r2,y2,g2:outstd_logic;r1为东西方向红灯，y1为东西方

向黄灯，g1为东西方向绿灯；r2为南北方向红灯，

y2为南北方向黄灯，g2为南北方向绿灯

ec0,ec1,nc0,nc1:outstd_logic_vector(3downto0));

ec0,ec1分别为东西方向的倒计时间的个位和十位；

nc0,nc1分别为南北方向的倒计时间的个位和十位

endjt;

交通灯控制系统的结构体（5个进程）

architectureoneofjtis

typestate_typeis(s0,s1,s2,s3);定义状态的类型

signalstate:state_type;使用状态机

signalk:std_logic;分频后的1Hz的标准时钟脉冲

signalc1,c2:integerrange0to30;定义东西、南北方向的两个

倒计时的计数

signalt1:integerrange0to3600;

signalt2:integerrange0to24;定义一个时钟，用以控制白天与夜间模式Begin

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该进程用以分频

q0:process(clk)

variablett:std_logic_vector(9downto0);中间变量

begin

ifclk'eventandclk='1'then

iftt=1111101000then把所给1kHz分频成1Hz的脉冲

k，10000分频，仿真值用

“0000000100〞八分频

tt:=(others='0');

k='1';

else

tt:=tt+1;

k='0';

endif;

endif;

endprocessq0;

该进程用以设计时钟

q1:process(k,reset)

begin

ifreset='1'then启动开关为1时，系统开始运行

t1=0;

t2=0;从0点开始

elsifk='1'andk'eventthen

ift1=3599then一个t1循环是一个秒，仿真值用“35〞

ift2=23then一个t1循环是一个小时，一天24小时

t2=0;

else

t2=t2+1;

endif;

t1=0;

else

t1=t1+1;

endif;

endif;

endprocessq1;

该进程用以控制白天黑天模式和红绿灯状态转换

q2:process(k,reset,t2)

begin

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ift2=5andt2=22then白天模式5：00到22：00之间

ifreset='1'then启动开关为1时，系统开始运

行，进行状态转换

r1='0';y1='0';g1='1';东西方向绿灯亮

r2='1';y2='0';g2='0';南北方向红灯亮

state=s0;红绿灯处于初始状态s0

c1=t0;

c2=t0;倒计时从自由输入值开始递减

elsifk='1'andk'eventthen

casestateis

whens0=当处于第1状态时，探讨

ifc1=5then由于进程内部的并列进

行，当倒计时第4秒时，

进入到第2状态s1

state=s1;

c1=c1-1;

c2=c2-1;倒计时递减

elsifc2=0then倒计时减到0时，再从

初始值开始

c1=t0;

c2=t0;

else否则继续保持第1状态s0state=s0;

c1=c1-1;

c2=c2-1;

endif;

whens1=当处于第2状态时，探讨

ifc1=1then由于进程内部的并列进行，当

倒计时第t0秒时，进入

到第3状态s2

state=s2;

c1=c1-1;

c2=c2-1;

else否则继续保持第2状态state=s1;

c1=c1-1;

c2=c2-1;

endif;

whens2=当处于第3状态时，探讨

ifc2=5then由于进程内部的并列进行，

当倒计时第4秒时，进入到

第4状态s3

state=s3;

c1=c1-1;

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c2=c2-1;elsifc1=0then倒计时减到0时，再从初始值开始c1=t0;c2=t0;else否则继续保持第3状态state=s2;c1=c1-1;c2=c2-1;endif;whens3=当处于第4状态时，探讨ifc2=1then由于进程内部的并列进行，当倒

计时第t0秒时，进入到

第1状态s0

state=s0;

c1=c1-1;

c2=c2-1;

else否则继续保持第4状态

state=s3;

c1=c1-1;

c2=c2-1;

endif;

whenothers=state=s0;

endcase;

ifstate=s0then

r1='0';y1='0';g1='1';

r2='1';y2='0';g2='0';

elsifstate=s1then

r1='0';g1='0';

r2='1';y2='0';g2='0';

ifc1=4orc1=2theny1='1';

elsey1='0';

endif;

elsifstate=s2then

r1='1';y1='0';g1='0';

r2='0';y2='0';g2='1';

elsifstate=s3then

r1='1';y1='0';g1='0';

r2='0';g2='0';

ifc2=4orc2=2theny2='1';

elsey2='0';

endif;

endif;

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各个状态的红绿灯变量的赋值，‘1’亮‘0’熄

endif;

else夜间模式22：00到次日5：00之间

c2=0;c1=0;

r1='0';r2='0';g1='0';g2='0';

y1=k;y2=k红绿灯的状态：脉冲k赋给黄灯变量，黄灯闪烁

endif;

endprocessq2;

该进程用于东西方向倒计时的译码显示

q3:process(c1)

begin

casec1is

when0=ec0=0000;ec1=0000;

when1=ec0=0001;ec1=0000;

when2=ec0=0010;ec1=0000;

when3=ec0=0011;ec1=0000;

when4=ec0=0100;ec1=0000;

when5=ec0=0101;ec1=0000;

when6=ec0=0110;ec1=0000;

when7=ec0=1000;ec1=0000;

when9=ec0=1001;ec1=0000;

when10=ec0=0000;ec1=0001;

when11=ec0=0001;ec1=0001;

when12=ec0=0010;ec1=0001;

when13=ec0=0011;ec1=0001;

when14=ec0=0100;ec1=0001;

when15=ec0=0101;ec1=0001;

when16=ec0=0110;ec1=0001;

when17=ec0=0111;ec1=0001;

when18=ec0=1000;ec1=0001;

when19=ec0=1001;ec1=0001;

when20=ec0=0000;ec1=0010;

when21=ec0=0001;ec1=0010;

when22=ec0=0010;ec1=0010;

when23=ec0=0011;ec1=0010;

when24=ec0=0100;ec1=0010;

when25=ec0=0101;ec1=0010;

when26=ec0=0110;ec1=0010;

when27=ec0=0111;ec1=0010;

when28=ec0=1000;ec1=0010;

when29=ec0=1001;ec1=0010;

when30=ec0=0000;ec1=0011;

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当在设定范围内时，分别为个位十位译码并显示whenothers=ec0=0000;ec1=0000;

否则，LED灯显示0

endcase;

endprocessq3;

该进程用于南北方向倒计时的译码显示

q4:process(c2)

begin

casec2iswhen0=nc0=0000;nc1=0000;when1=nc0=0001;nc1=0000;when2=nc0=0010;nc1=0000;when3=nc0=0011;nc1=0000;when4=nc0=0100;nc1=0000;when5=nc0=0101;nc1=0000;when6=nc0=0110;nc1=0000;when7=nc0=0111;nc1=0000;when8=nc0=1000;nc1=0000;when9=nc0=1001;nc1=0000;when10=nc0=0000;nc1=0001;when11=nc0=0001;nc1=0001;when12=nc0=0010;nc1=0001;when13=nc0=0011;nc1=0001;when14=nc0=0100;nc1=0001;when15=nc0=0101;nc1=0001;when16=nc0=0110;nc1=0001;when17=nc0=0111;nc1=0001;when18=nc0=1000;nc1=0001;when19=nc0=1001;nc1=0001;when20=nc0=0000;nc1=0010;when21=nc0=0001;nc1=0010;when22=nc0=0010;nc1=0010;when23=nc0=0011;nc1=0010;when24=nc0=0100;nc1=0010;when25=nc0=0101;nc1=0010;when26=nc0=0110;nc1=0010;when27=nc0=0111;nc1=0010;when28=nc0=1000;nc1=0010;when29=nc0=1001;nc1=0010;when30=nc0=0000;nc1=0011;当在设定范围内时，分别为个位十位译码并显示whenothers=nc0=0000;nc1=0000;

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endprocessq4;

endarchitectureone;所有进程终止

八、仿真结果

1、clk为输入脉冲；开始令reset为’1’，启动系统，系统正常工作后值为’0；t0为红绿灯循环时间，可自由修改，假使输入值为’0010000’，则为16秒倒计时。如下图：系统从0点开始运行，处于夜间模式时，倒计时都为“00〞，两个方向都为黄灯闪烁，红绿灯都熄灭。

否则，LED灯显示0endcase;

2、5：00之后，进入到白天模式：从第1状态