VHDLFPGA交通灯

《VHDL与数字系统设计》课程设计报告(2014--2015年度第1学期)名称：VHDL与数字系统设计题目：交通灯控制器院系：电气与电子工程学院班级：电子1301学号：1131230106学生姓名：韩辉指导教师：高雪莲设计周数：2周成绩：日期：2015年1月日课程课程设计报告1一、课程设计的目的与要求1.设计目的（1）熟悉MAXPLUS2/QuartusII软件，掌握软件的VHDL程序输入、程序编译和程序仿真操作；（2）学习利用VHDL语言设计交通灯控制器电路程序。2．设计要求：根据设计正文提出的交通灯控制器功能，实现交通灯控制器设计。（1）分析交通灯控制器的基础功能（见设计正文），在此基础上完善该交通灯控制器功能。（2）根据提出的真值表编写相应的VHDL程序。（3）对编写的程序说明其实现的功能和编程思路，描述程序中出现的端口含义。二、设计正文1.设计思路：设计一个交通灯控制器，该控制器包括两组红黄绿灯（A组和B组）。它们的变化顺序采用实际红绿灯变化顺序，变化时长设置：红灯15秒，绿灯10秒，黄灯5秒。（便于最终仿真结果的观察）2.交通灯控制器的源程序：libraRyieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;——包含库和程序包entitycounteris——定义实体port(clock,reset,hold:instd_logic;——输入变量clock,reset,holdflash:outstd_logic;——输出变量flash，numa，numb，a，bnuma,numb:outintegerrange0to25;aR,aG,aY:outstd_logic;bR,bG,bY:outstd_logic);endcounter;——结束实体architecturertlofcounteris——定义结构体signalcountnum:integerrange0to30;beginprocess(clock)beginifreset='1'then——reset=1时保持原状态countnum=0;elsifrising_edge(clock)then——检测时钟上升沿ifcountnum=29then——计29秒自动跳回0countnum=0;课程课程设计报告2elsecountnum=countnum+1;——在前一秒的基础上加一秒endif;endif;endprocess;process(clock)beginifrising_edge(clock)then——检测时钟上升沿ifcountnum=9then——A路为绿灯numa=10-countnum;aR='0';aG='1';aY='0';elsifcountnum=14then——A路为黄灯numa=15-countnum;aR='0';aG='0';aY='1';elsenuma=30-countnum;——A路为红灯aR='1';aG='0';aY='0';endif;ifcountnum=14thennumb=15-countnum;——b路为红灯bR='1';bG='0';bY='0';elsifcountnum=24thennumb=25-countnum;——B路为绿灯bR='0';bG='1';bY='0';课程课程设计报告3elsenumb=30-countnum;——B路为黄灯bR='0';bG='0';bY='1';endif;endif;endprocess;——结束进程end;三．课程设计结论与总结1.交通灯控制器的仿真波形图及其分析：图1为交通灯控制道路的仿真波形图，由图1分析可得以下结论：（1）如图1中蓝色框内区域所示，当reset=1时，交通灯状态保持不变；当reset=0时，交通灯控制器正常运行，即道路A按照绿—黄—红变化，道路B按照红—绿—黄变化。（2）如图1中绿色直线所示，道路A的绿灯持续时间为10S，之后跳变为黄灯，黄灯持续时间为5S；道路B的红灯持续时间为15S。符合原设计方案。图1交通灯控制道路的仿真波形图一图2交通灯控制道路的仿真波形图二课程课程设计报告4图2为交通灯控制道路的仿真波形图，由图2分析可得以下结论：上一周期道路A的5S黄灯结束后跳变为红灯，并持续15S；上一周期道路B的15S红灯结束后跳变为绿灯，并持续10S，而后又变为黄灯，持续5S。之后的周期继续循环往复。2.课程设计的总结与改进方案考虑到道路在偶遇突发状况的特殊情况，可以考虑在交通灯控制系统中加入特殊控制信号control，其作用为：当道路遇到突发状况时，control=1，此时要求道路A、B均为红灯；在无突发状况时，control=0，交通灯按原方案运行。改进后的交通灯控制器的源程序如下：（红色字体为修改部分）libraRyieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitycounterisport(clock,reset,control:instd_logic;flash:outstd_logic;numa,numb:outintegerrange0to15;aR,aG,aY:outstd_logic;bR,bG,bY:outstd_logic);endcounter;aRchitecturertlofcounterissignalcountnum:integerrange0to30;beginprocess(clock)beginifreset='1'thencountnum=0;elsifrising_edge(clock)thenifcontrol='1'thenflash='1';elseflash='0';ifcountnum=29thencountnum=0;else课程课程设计报告5countnum=countnum+1;endif;endif;endif;endprocess;process(clock)beginifrising_edge(clock)thenifcontrol='1'thenaR='1';bR='1';aG='0';bG='0';aY='0';bY='0';elseifcountnum=9thennuma=10-countnum;aR='0';aG='1';aY='0';elsifcountnum=14thennuma=15-countnum;aR='0';aG='0';aY='1';elsenuma=30-countnum;aR='1';aG='0';aY='0';endif;ifcountnum=14then课程课程设计报告6numb=15-countnum;bR='1';bG='0';bY='0';elsifcountnum=24thennumb=25-countnum;bR='0';bG='1';bY='0';elsenumb=30-countnum;bR='0';bG='0';bY='1';endif;endif;endif;endprocess;end;改进后的交通灯控制器的仿真波形图如下：图3为改进后的交通灯控制器的仿真波形图，由图3分析可得以下结论：当control=1时，道路A、B的交通灯均为红色。其他结论与未改进前相同，在此不再赘述。图3改进后的交通灯控制器的仿真波形图