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双十字路口交通灯控制器解读
目录
1.设计原理 1
1.1设计任务 1
1.2方案构思 1
1.2.1该交通灯控制器应具备的功能 1
1.2.2实现方案 1
2.程序设计 3
3. 编译/仿真 4
3.1编译过程 4
3.1.1 建立顶层设计文件夹TRAFFIC_CTROL 4
3.1.2 TRAFFIC_CTROL.VHD模块设计 4
3.1.3 TRAFFIC_CTROL.SCf波形文件设计 4
3.2仿真结果 5
4.心得体会 5
5参考文献 7
1.设计原理
1.1设计任务
设计一个十字路口的交通灯控制系统,用实验平台上的LED发光二极管显示车辆通过的方向(东西和南北各一组),用数码管显示该方向的剩余时间。
1.2方案构思
1.2.1该交通灯控制器应具备的功能
设东西和南北方向的车流量大致相同,因此红、黄、绿灯的时长也相同,定为红灯35sec,黄灯5sec,绿灯30sec,同时用数码管指示当前状态(红、黄、绿)剩余时间。另外,设计一个紧急状态,当紧急状态出现时,两个方向都禁止通行,指示红灯。紧急状态解除后,重新计数并指示时间。
1.2.2实现方案
交通灯控制器是状态机的一个典型应用,除了计数器是状态机外,还有东西、南北方向的不同状态组合(红绿、红黄、绿红、黄红4个状态),如表1.1所示。
表1.1 交通灯的4种可能亮灯状态
状 态 东 西 方 向 南 北 方 向 红 黄 绿 红 黄 绿 1 1 0 0 0 0 1 2 1 0 0 0 1 0 3 0 0 1 1 0 0 4 0 1 0 1 0 00 我们可以简单的将其看成两个(东西、南北)减1计数器,通过检测两个方向的计数值,可以检测红、黄、绿灯组合的跳变。这样使一个较复杂的状态机设计变成一个较简单的计数器设计。
本例假设东西方向和南北方向的黄灯时间均为5sec,在设计交通灯控制器时,可在简单计数器的基础上增加一些状态检测,即可通过检测两个方向的计数值判断交通灯应处于4种状态中的哪个状态。
本交通灯控制器外部接口如图1.1所示。在表1.2中列出了需检测的状态跳变点,从中可以看出,有两种情况出现了东西和南北方向计数值均为1的情况,因此在检查跳变点时还应同时判断当前是处于状态2还是状态4,这样就可以决定次状态是状态3还是状态1。对于紧急状态,只需设计一个异步时序电路即可解决。
图1.1交通灯控制器方框图
交通灯
现状态 计数器计数值 交通灯
次状态 计数器计数值 东西方向
计数值 南北方向
计数值 东西方向
计数值 南北方向
计数值 1 6 1 2 5 5 2 1 1 3 30 35 3 1 6 4 5 5 4 1 1 1 35 30 表1.2 交通灯设计设计中的状态跳变点
程序中还应防止出现非法状态,即程序运行后应判断东西方向和南北方向的计数值是否超出范围。此电路仅在电路启动运行时有效,因为一旦两个方向的计数值正确后,就可能再计数到非法状态。
2.程序设计
该交通灯控制器的源程序TRAFFIC_CTROL.VHD
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY TRAFFIC_CTROL IS
PORT(clk,urgency: IN STD_LOGIC;
led: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
East_West,South_North:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));
END TRAFFIC_CTROL;
ARCHITECTURE A OF TRAFFIC_CTROL IS
BEGIN
PROCESS(clk,urgency)
BEGIN
IF urgency=0 THEN
led
East_West
South_North
ELSIF clkevent AND clk=1 THEN
IF East_WesOR South_NortHEN
East_West
South_North
led
ELSIF East_
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