基于fpga的交通灯控制器设计

2011-2012学年度第二学期

电子技术基础课程设计交通灯控制器设计

院系：控制科学与工程系

专业：测控技术与仪器

班级：0901

姓名：

学号：

指导教师：

目录

一设计内容与要求 (3)

二、交通灯系统的设计过程 (3)

三、交通灯控制系统的结构 (3)

四、QUARTUSⅡ验证与仿真

4.1 运行模块仿真 (7)

4.2 设置模块仿真 (8)

五、管脚分配及下载 (9)

六、程序代码 (10)

七、心得体会 (14)

一、设计内容与要求

①设计一个十字路口交通信号灯的控制电路。要求红、绿灯按一定的规律亮和灭，并在亮灯期间进行倒计时，且将运行时间用数码管显示出来。

②绿灯亮时，为该车道允许通行信号，红灯亮时，为该车道禁止通行信号。要求主干道每次通行时间为Tx秒，支干道每次通行时间为Ty秒。每次变换运行车道前绿灯闪烁，持续时间为5秒。即车道要由X转换为Y时，X在通行时间只剩下5秒钟时，绿灯闪烁显示，Y仍为红灯。

③可以对X，Y车道上交通灯运行的时间进行重新设置，

20≦Tx≦99 ,10≦Ty≦39

④对器件进行在系统编程和实验验证。

⑤写出设计性实验报告，并打印各层次的源文件和仿真波形，然后作简要说明。

二、交通灯系统的设计过程

2.1 经分析，系统的总体结构可以描述为下述的方框图：

2.2 交通灯控制器的控制过程分为四个阶段，对应的输出有四种状态，分别用S 0 (00), S 1 (01), S 2 (10)和S 3 (11)表示：

S0状态：主干道绿灯亮,支干道红灯亮,在主干道绿灯亮了(Tx-5)s 后,控制器发出状态转换信号St ，输出从状态S0转换到S1；

S1状态：主干道绿灯闪烁时间Tf （5S ），支干道红灯亮，进入此状态后，绿灯闪烁足够时间间隔Tx 时，控制器发出状态转换信号St ，输出从状态S1转换到状态 S2；

S2状态：主干道红灯亮,支干道绿灯亮,在支干道绿灯亮了(Ty-5)s 后,控制器发出状态转换信号St ，输出从状态S2转换到S3；

S3状态：主干道红灯亮，支干道绿灯闪烁5S ，进入此状态后，绿灯亮足够时间间隔Ty 时，控制器发出状态转换信号St ，输出从状态S3回到状态 S0；

由上述的状态描述可以得到如下的系统ASM 图及状态转换图：

以下是系统的状态转换图:

交通灯控制电路状态转换图

输入输出

现态状态转换条件次态状态转换标志

n Q

1

n

Q

0x

T

f

T y T1

1

+

n

Q1

+

n

Q

t

S

0 0 0 ××0 0 0

0 0 1 ××0 1 1

0 1 ×0 ×0 1 0

0 1 × 1 × 1 1 1

1 1 ××0 1 1 0

1 1 ×× 1 1 0 1

1 0 ×0 × 1 0 0

1 0 × 1 ×0 0 1

控制器真值表

三、交通灯控制系统的结构

此系统分为两个模块：设置模块和运行模块。运行模块负责交通灯的正常亮和灭，设置模块负责主干道和支干道的红绿灯闪亮时间的设置。

3.1 运行模块

运行模块系统输入输出的方框图如下：

系统的输入输出描述如下：

输入：

CLK：系统时钟，在这里为50MHz；

RESET:复位信号，低电平有效，有效时，TX,TY复位为初始值，这里分别默认为30S,16S；

SET_TYPE:设置类型信号，若为0，则设置的是主干道的绿灯时间TX；若为1，则设置的是支干道的绿灯时间TY；

UP_DOWN:设置方式信号，若为0，则为减设置；若为1，则为加设置；SET_ENABLE:设置使能信号，在它的每一个上升沿进行一次加或者减设置；输出：

H_NUM: 8位计数信号，显示主干道和支干道的时间；

H_LIGHT:两位主干道灯的显示信号，高位为红灯，低位为绿灯；为0表示灭，为1表示亮；

F_LIGHT:两位支干道灯的显示信号，高位为红灯，低位为绿灯；为0表示灭，为1表示亮；

TXY:时间设置显示信号，当设置的是主干道绿灯时显示主干道即时的TX；

当设置的是主干道绿灯时显示支干道即时的TY；

3.2 设置模块

设置模块系统输入输出的方框图如下：

系统的输入输出描述如下：

输入：

RESET:复位信号，低电平有效，有效时，TX,TY复位为初始值，这里分别默认为40S,16S；

SET_TYPE:设置类型信号，若为0，则设置的是主干道的绿灯时间TX；若为1，则设置的是支干道的绿灯时间TY；

UP_DOWN:设置方式信号，若为0，则为减设置；若为1，则为加设置；

SET_ENABLE:设置使能信号，在它的每一个上升沿进行一次加或者减设置；

输出：

TX: 8位时间信号，表示主干道设置后的绿灯亮的时间；

TY: 8位时间信号，表示支干道设置后的绿灯亮的时间；

注：若需要下载时，则考虑到数码管的显示问题，输出端口的说明有所不同，在这里的端口说明是仿真时的端口说明。

四、QUARTUSⅡ验证与仿真

4.1 运行模块仿真

输入信号仿真参数设置：CLK为秒脉冲信号，SET_TYPE、UP_DOWN、SET_ENABLE都为低电平，即在这里没有进行设置部分的仿真。

仿真结果如下图所示：

由上图仿真结果可以看出，主干道和支干道红绿灯亮、闪亮、灭均正常，计时由30-16-30s循环正常计时，设计目的得到验证。

4.2 设置模块仿真