武汉理工大学交通灯控制系统解析

目录

摘要 ................................................ 错误！未定义书签。

1 设计初始条件及任务 (2)

1.1 设计初始条件 (2)

1.2 设计任务 (2)

2 应用工具介绍 (3)

2.1 Verilog语言介绍 (3)

2.2 Max+plusⅡ软件介绍 (3)

3 题目分析及方案确定................................ 错误！未定义书签。

4 系统硬件设计 (6)

4.1 分频器的设计 (6)

4.2控制器的设计 (6)

4.3 计数器的设计 (7)

4.4分位译码电路的设计 (8)

4.5数码管驱动的设计—红灯和绿灯的驱动 (8)

4.6数码管驱动的设计—黄灯的驱动 (9)

4.7顶层连接图 (9)

5 系统软件设计 (10)

6 仿真与结果分析 (18)

结束语 (25)

参考文献 (26)

附录本科生课程设计成绩评定表 (27)

摘要

当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。

伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,EDA 技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA 技术在电子信息，通信，自动，控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。

在现代城市中，随着技术市场与人才市场对DEA 的不断的增加,交通的问题日益突出，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。单单依靠人力来指挥交通已经不可行了, 因此，红绿交通信号灯成为了交管部门管理交通的重要手段。设计交通灯来完成这个需求就显的越加迫切了.为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。

关键词：EDA 交通灯电子控制

1 设计初始条件及任务

1.1设计初始条件

1)计算机、Max+plusⅡ、EDA实验箱

2)Quartus软件；

3)课程设计辅导资料：“数字电路EDA入门”、“VHDL程序实例集”、“EDA技术

与VHDL”、“EDA与数字系统设计”等；

4)先修课程：电路、电子设计EDA、电子技术基础等。

5)门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等。

1.2 设计要求指标

实现南北和东西方向的交通控制，利用控制键对通行时间进行控制，可更改方向与通行时间的调整。分别显示东西、南北方向的红、黄、绿指示灯，并且显示通行与等待时间。

提高部分:设置交通管制开关，选择规定方向的绿灯，其他方向为红灯，不显示通行与等待时间。

2应用工具介绍

2.1 Verilog语言介绍

Verilog HDL是目前应用最为广泛的硬件描述语言．可以用来进行各种层的逻辑设计，可以进行数字系统的逻辑综合，仿真验证和时序分析等。适合算法级，寄存器级，逻辑和版图级等各个层次的设计和描述。Verilog HDL进行设计最大的优点是其工艺无关性。这使得工程师在功能设计，逻辑验证阶段可以不必过多考虑门级及工艺实现的具体细节，只需根据系统设计的要求施加不同的约束条件，即可设计出实际电路．Verilog HDL是一种硬件描述语言(hardware description language)，为了制作数字电路而用来描述ASICs 和FPGA的设计之用。Verilog 的设计者想要以 C 编程语言为基础设计一种语言，可以使工程师比较容易学习。

2.2 Max+plusⅡ软件介绍

Max+plusⅡ是Altera公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境，Altera是世界上最大可编程逻辑器件的供应商之一。Max+plusⅡ界面友好，使用便捷，被誉为业界最易用易学的EDA软件。在Max+plusⅡ上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，是设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。

3题目分析及方案确定

设甲车道和乙车道方向的车流量大致相同，因此红、黄、绿灯的时长也相同，考虑到黄灯的作用是警示已过停车线的司机尽快离开路口，而路口总宽度不变，因此将其固定为5秒，而红灯亮的时间等于绿灯亮的时间加上黄灯亮的时间，因此紧对绿灯点亮时间进行设置就可以同时改变红灯亮的时间，这里将绿灯所能设置的最长时间设置为40 秒即（0<1t<40）。同时用数码管正计时指示当前状态（红、黄、绿）所亮的时间。我们可自行设定，计数值与交通灯的亮灭的关系如图2-1所示：

图3-1计数值与交通灯的亮灭关系

该系统主要由计数模块、控制模块、分频模块、分位模块以及显示电路构成。其中分频模块主要将系统输入的基准时钟信号转换是1Hz的激励信号。驱动计数模块和控制模块工作，控制模块根据计数器的计数情况对交通灯的亮灭及持续时间进行控制，并通过分位电路将灯亮时间以倒计时的形式通过数码管显示出来。交通灯控制器系统框图如图3-2所示：

图3-2 交通灯控制系统框图

4 硬件电路设计

4.1分频器的设计

分频器实现的是将高频时钟信号转换成低频的时钟信号，用于触发控制器和计数器。控制模块的输入是由555产生的10HZ脉冲，输出是经过分频之后的1HZ 脉冲。成的Symbol文件如图4-1所示。

图4-1分频器模块

4.2控制器的设计

控制器的作用是根据计数器的计数值及1t的输入数据控制发光二极管的亮、灭，以及输出正计时数值给七段数码管的分位译码电路。此外，当检测到特殊情况（HOLD=‘1’）发生时，无条件点亮红灯的二极管。本控制器可以有两种设计方法，一种是利用时钟烟的下降沿读取前级计数器的计数值，然后作出反应；另一种则是将本模块设计成纯组合逻辑电路，不需要时钟驱动。这两种方法各有所长，必须根据所用器件的特性进行选择：比如有些FPGA 有丰富的寄存器资源，而且可用与组合逻辑的资源则相对较少，那么使用第一种方法会比较节省资源；而有些CPLD的组合逻辑资源则比较多，用第二种方法可能更好。本控制器是利用时钟沿的下降沿读取前级计数器的计数值，然后作出反应。生成的实体模块如图4-2所示。