VHDL交通灯课程设计

目录引言 (1)1.系统的设计要求 (2)2.系统分析 (2)2.1 系统构成 (2)2.2 系统实现过程 (3)3.具体模块设计 (4)3.1消抖模块 (4)3.2 交通灯模块 (4)3.3 交通灯时长设置模块 (4)3.8 整体结构电路图 (5)4.程序设计 (5)4.1消抖模块源代码 (5)4.2 交通灯时长设置模块 (6)4.3 交通灯模块 (9)4.4 顶层文件源代码 (12)5.运行结果与分析 (15)6.结束语 (17)参考文献 (17)引言不同的城市存在着不同的城市问题，但其中有一个共同的问题就是城市交通。

在交叉路口如何解决混合交通流中的相互影响，就是解决问题的关键所在！随着我国经济的稳步发展，人民生活水平的日渐提高，越来越多的汽车进入寻常百姓的家庭，再加上政府大力地发展公交、出租车行业，道路上的车辆越来越多，使得城市的交通成为了一个主要的问题。

严重的拥堵现象，逐渐恶化的城市环境，都给广大市民带来了许多困扰。

要解决这些问题不仅要求道路越来越宽阔，而且更需要有新的交通管理模式出台。

实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。

但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难。

交通系统未来的发展趋势就是要提高通行能力，加强环境保护，开展智能化运输和环保专项技术的研究，并且要做到以人为本，重点开展交通安全技术的研究，在这个过程中要确定经济合理的目标，促进新材料的广泛应用和开发。

EDA 技术是用于电子产品设计中比较先进的技术，可以代替设计者完成电子系统设计中的大部分工作，而且可以直接从程序中修改错误及系统功能而不需要硬件电路的支持，既缩短了研发周期，又大大节约了成本，受到了电子工程师的青睐。

1.系统的设计要求为了满足步行街的要求，此交通灯须具备以下功能：1．正常情况下保证主干道的畅通。

2.当步行街道上的行人要穿过主干道时，通过设置的按钮来发出请求。

3.当有人按下此按钮时，主干道变为黄灯，设置计数器时间为X秒。

4.X秒过后，主干道变为红灯，计数器继续计时（计时时间为Y秒），在Y秒内若有人再次按按钮，计数器不重新计时。

5.步行街绿灯闪烁时间为Y1秒，（Y-Y1）秒后主干道变为绿灯，车辆通行。

且咬保证车辆通行一定时间（Z秒）。

在此时间内，行人按按钮无效。

Z秒过后，若有人再按下按钮，又出现（3）中的状态。

计数器的计时时间长短X~Y~Z可以任意设定。

2.系统分析2.1 系统构成行人按下红灯按钮设置马路红灯后按键的无效时间步行街自助式交通灯控制器控制器分为3个模块：消抖模块，交通灯模块，交通灯时长设置模块。

2.2 系统实现过程最初状态是人行道红灯，马路绿灯。

当有行人按下按钮时，马路的红灯变为黄灯，持续一个时钟周期的时间。

然后马路的黄灯变为绿灯，此时人行道的红灯也变为绿灯，然后持续HUMAN_TIME个时钟的周期的时间。

然后人行灯的绿灯变为闪烁的绿灯，持续2个时钟的周期的时间，然后人行道的闪烁的绿灯变为红灯，此时马路的红灯也变为绿灯。

然后在VEHICLE_TIME个时钟周期内人行道为红灯，马路为绿灯状态保持不变且行人按键无效。

状态如下：3.具体模块设计3.1消抖模块消抖模块DITHER如图2所示，使用硬件消抖原理。

3.2 交通灯模块交通灯模块LIGHT如图3所示，根据输入GHUMAN_TIME,GHUMAN_CLKT和GVEHICLE_TIME的值，进行减计数，然后根据值判断状态机的状态。

3.3 交通灯时长设置模块交通灯时长设置模块COUNTER如图4所示，根据设置按键人按键设置人行道绿灯时长和按键屏蔽时长。

图2 DITHER模块图3 LIGHT模块图4 COUNTER模块3.8 整体结构电路图图5 整体结构电路图4.程序设计4.1消抖模块源代码LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY DITHER ISPORT(UPIN: IN STD_LOGIC;DOWNIN: IN STD_LOGIC;KEYOUT: OUT STD_LOGIC );END DITHER;ARCHITECTURE BEHA VE OF DITHER ISSIGNAL OUT1: STD_LOGIC;SIGNAL OUT2: STD_LOGIC;BEGINOUT1<=NOT( OUT2 AND UPIN );OUT2<=NOT( OUT1 AND DOWNIN );KEYOUT<=OUT1;END BEHA VE;4.2 交通灯时长设置模块LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY COUNT ISPORT(CLK: IN STD_LOGIC;CLEAR: IN STD_LOGIC;CLKADD: IN STD_LOGIC;CLKSUB: IN STD_LOGIC;PRE_SET: IN STD_LOGIC;HUMAN_SET: IN STD_LOGIC;RST: IN STD_LOGIC;GHUMAN_TIME: OUT INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;GHUMAN_CLKT: OUT INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;GVEHICLE_TIME: OUT INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0);END COUNT;ARCHITECTURE BEHA VE OF COUNT ISSIGNAL HUMAN_TIME: INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;SIGNAL VEHICLE_TIME: INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;SIGNAL SSTATE: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL SCLK: STD_LOGIC;SIGNAL DSCLK: STD_LOGIC;BEGINSSTA TE<="0000" WHEN PRE_SET='0' ELSEHUMAN_SET & CLEAR & CLKADD & CLKSUB;SCLK<=CLKADD OR CLKSUB OR CLEAR;PROCESS (CLK)BEGINIF(CLK' EVENT AND CLK='1')THENDSCLK<=SCLK;END IF;END PROCESS;PROCESS(RST,CLEAR,DSCLK)BEGINIF(RST='1')THENVEHICLE_TIME<=8;ELSIF(DSCLK' EVENT AND DSCLK='1')THENCASE SSTATE ISWHEN "0100" => VEHICLE_TIME<= 0;WHEN "0101" => VEHICLE_TIME<= 0;WHEN "0110" => VEHICLE_TIME<= 0;WHEN "0111" => VEHICLE_TIME<= 0;WHEN "0001" => VEHICLE_TIME<= VEHICLE_TIME-1;WHEN "0010" => VEHICLE_TIME<= VEHICLE_TIME+1;WHEN OTHERS => VEHICLE_TIME<= VEHICLE_TIME;END CASE;END IF;END PROCESS;PROCESS (CLEAR,DSCLK)BEGINIF(RST='1')THENHUMAN_TIME<=4;ELSIF (DSCLK' EVENT AND DSCLK ='1')THENCASE SSTA TE ISWHEN "1100" => HUMAN_TIME<=0;WHEN "1101" => HUMAN_TIME<=0;WHEN "1110" => HUMAN_TIME<=0;WHEN "1111" => HUMAN_TIME<=0;WHEN "1001" => HUMAN_TIME<=HUMAN_TIME-1;WHEN "1010" => HUMAN_TIME<=HUMAN_TIME+1;WHEN OTHERS => HUMAN_TIME<=HUMAN_TIME;END CASE;END IF;END PROCESS;PROCESS(PRE_SET,RST)BEGINIF(RST='1')THENGHUMAN_TIME<=5;GHUMAN_CLKT<=7;GVEHICLE_TIME<=15;ELSIF(PRE_SET' EVENT AND PRE_SET='0')THENGHUMAN_TIME<=HUMAN_TIME+1;GHUMAN_CLKT<=HUMAN_TIME+3;GVEHICLE_TIME<=HUMAN_TIME+VEHICLE_TIME+3;END IF;END PROCESS;END BEHA VE;4.3 交通灯模块LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY LIGHT ISPORT(SRED: OUT STD_LOGIC;ERED: OUT STD_LOGIC;SGREEN: OUT STD_LOGIC;EYELLOW: OUT STD_LOGIC;EGREEN: OUT STD_LOGIC;GT_SET: IN STD_LOGIC;GHUMAN_TIME: IN INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;GHUMAN_CLKT: IN INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;GVEHICLE_TIME: IN INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;REQUEST: IN STD_LOGIC;CLK: IN STD_LOGIC;RST: IN STD_LOGIC);END LIGHT;ARCHITECTURE BEHA VE OF LIGHT ISTYPE IN_STATES IS(ST0,ST1,ST2,ST3,ST4);SIGNAL CURRENT_STA TE: IN_STATES;SIGNAL NEXT_STATE: IN_STATES;SIGNAL START: STD_LOGIC;SIGNAL SIG: INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;BEGINPROCESS(CURRENT_STA TE,RST)BEGINIF(RST='1' OR CURRENT_STA TE=ST0)THENSTART<='0';ELSESTART<='1';END IF;END PROCESS;A:PROCESS(START,CLK,RST)BEGINIF(RST='1')THENSIG<=0;ELSIF(CLK' EVENT AND CLK='1')THENIF(START='1')THENIF(SIG=GVEHICLE_TIME)THENSIG<=0;ELSESIG<=SIG+1;END IF;ELSESIG<=0;END IF;END IF;END PROCESS A;PROCESS(RST,CLK)BEGINIF(RST='1')THENCURRENT_STA TE<=ST0;ELSIF (CLK'EVENT AND CLK='1')THENCURRENT_STA TE<=NEXT_STATE;END IF;END PROCESS;PROCESS(CLK,CURRENT_STATE,REQUEST)BEGINCASE CURRENT_STATE ISWHEN ST0=>ERED<='0';EGREEN<='1';EYELLOW<='0';SRED<='1';SGREEN<='0';IF(REQUEST='1' AND GT_SET='0')THENNEXT_STA TE<=ST1;ELSENEXT_STA TE<=ST0;END IF;WHEN ST1=>ERED<='0';EGREEN<='0';EYELLOW<='1';SRED<='1';SGREEN<='0';IF (SIG=1)THENNEXT_STA TE<=ST2;ELSENEXT_STA TE<=ST1;END IF;WHEN ST2=>ERED<='1';EGREEN<='0';EYELLOW<='0';SRED<='0';SGREEN<='1';IF(SIG=GHUMAN_TIME)THENNEXT_STA TE<=ST3;ELSENEXT_STA TE<=ST2;END IF;WHEN ST3=>ERED<='1';EGREEN<='0';EYELLOW<='0';SRED<='0';SGREEN<=NOT CLK;IF(SIG=GHUMAN_CLKT)THENNEXT_STA TE<=ST4;ELSENEXT_STA TE<=ST3;END IF;WHEN ST4=>ERED<='0';EGREEN<='1';EYELLOW<='0';SRED<='1';SGREEN<='0';IF(SIG=GHUMAN_CLKT)THENNEXT_STA TE<=ST0;ELSENEXT_STA TE<=ST4;END IF;WHEN OTHERS=>ERED<='0';EGREEN<='1';EYELLOW<='0';SRED<='1';SGREEN<='0';NEXT_STATE<=ST3;END CASE;END PROCESS;END BEHA VE;4.4 顶层文件源代码Library ieee;Use ieee.std_logic_1164.all;Use ieee.std_logic_unsigned.all;Entity TrafficLight isPort(clk:in std_logic;clear:in std_logic;rclear:in std_logic;clkADD:in std_logic;rclkADD:in std_logic;clkSUB:in std_logic;rclkSUB:in std_logic;pre_set:in std_logic;human_set:in std_logic;rst:in std_logic;request:in std_logic;rrequest:in std_logic;clk_ls:in std_logic;sred,sgreen:out std_logic;ered,eyellow,egreen:out std_logic);End;Architecture behave of TrafficLight isComponent DITHER isPORT ( UPIN: IN STD_LOGIC;DOWNIN: IN STD_LOGIC;KEYOUT: OUT STD_LOGIC );End component;Component COUNT isPORT(CLK: IN STD_LOGIC;CLEAR: IN STD_LOGIC;CLKADD: IN STD_LOGIC;CLKSUB: IN STD_LOGIC;PRE_SET: IN STD_LOGIC;HUMAN_SET: IN STD_LOGIC;RST: IN STD_LOGIC;GHUMAN_TIME: OUT INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;GHUMAN_CLKT: OUT INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;GVEHICLE_TIME: OUT INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0);End component;Component LIGHT isPORT(SRED: OUT STD_LOGIC;ERED: OUT STD_LOGIC;SGREEN: OUT STD_LOGIC;EYELLOW: OUT STD_LOGIC;EGREEN: OUT STD_LOGIC;GT_SET: IN STD_LOGIC;GHUMAN_TIME: IN INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;GHUMAN_CLKT: IN INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;GVEHICLE_TIME: IN INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;REQUEST: IN STD_LOGIC;CLK: IN STD_LOGIC;RST: IN STD_LOGIC);End component;Signal TEMP_GHUMAN_TIME: INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;Signal TEMP_GHUMAN_CLKT: INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;Signal TEMP_GVEHICLE_TIME: INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0;SignalTEMP_CLEAR,TEMP_CLKADD,TEMP_CLKSUB,TEMP_REQUEST:std_logic;BeginU1:DITHER port map(clear,rclear,TEMP_CLEAR);U2:DITHER port map(clkADD,rclkADD,TEMP_CLKADD);U3:DITHER port map(clkSUB,rclkSUB,TEMP_CLKSUB);U4:DITHER port map(request,rrequest,TEMP_REQUEST);U5:COUNT port map(CLK,TEMP_CLEAR,TEMP_CLKADD,TEMP_CLKSUB,PRE_SET,HUMAN_SE T,RST,TEMP_GHUMAN_TIME,TEMP_GHUMAN_CLKT,TEMP_GVEHICLE_TIME );U6:LIGHT port map(SRED,ERED,SGREEN,EYELLOW,EGREEN,PRE_SET,TEMP_GHUMAN_TIME,TEMP_GHUMAN_CLKT,TEMP_GVEHICLE_TIME,TEMP_REQUEST,CLK_LS,RST);End behave;5.运行结果与分析(1)消抖模块仿真波形图：图6 消抖模块仿真波形图按键弹起为高电平，按下为低电平。