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1、石家庄经济学院信息工程学院数字逻辑课程设计报告题题 目目十字路口交通信号灯控制器的设计姓姓 名名 学学 号号 班班 号号 二班 指导老师指导老师 邹老师 王老师 关老师 成成 绩绩 2009 年 6 月目目 录录1. 课程设计目的课程设计目的522. 开发工具选择开发工具选择523. 设计方案设计方案 524 模块描述模块描述525. VHDL 实现实现526. 调试仿真调试仿真527. 课程设计回顾总结课程设计回顾总结 52参参 考考 文文 献献 52附录附录 521.课程设计目的课程设计目的伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高，汽车的数量在 D 的 DEA 技术的发 展和应用领域的扩大与
2、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。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，单单依靠人力来指挥交通已经不可行了，所以，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。以下就是运用数字电子设计出的交通灯： 其中红灯亮，表示该条路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示允许通行。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为后继专业课的学习和日后工 程实践奠定基础。2. 开发工具选择开发工具选择Quartus II 5.13. 设计方案设计方案在
3、设计方案之前，我们应明确课程设计的任务和要求：该数字系统完成对十字 路口交通信号灯的控制，十字路口由一条南北方向的支干道(简称 A 道)和东西方向 的主干道(简称 B 道)构成。A 道安装有车辆检测传感器 X，当该道有车时，传感器输 出信号为高电平，当该道无车时，传感器输出低电平信号。十字路口交通灯控制规则为：当 A 道无车时，传感器输出 X0，A 道红灯一直 亮，B 道绿灯一直亮，直到 15s 定时时间到且 A 道有车为止；当 B 道通行 15s 且 A 道 有车时，B 道绿灯亮变成黄灯，经过 5s 后变成红灯亮，A 道由红灯亮变成绿灯亮， 直到 10s 定时时间到或者 X0 为止；最后 A
4、 道黄灯亮，B 道红灯亮，直到 5s 定时时 间到，再回到 B 道绿灯亮，A 道红灯亮的初始状态。(1)(1)、首先对问题进行仔细分析、首先对问题进行仔细分析设东西和南北方向的车流量大致相同，定为红灯 15sec，黄 5s 从题目中计数值 与交通灯的亮灭的关系如下图所示：(2)(2) 经过认真分析后制定设计方案经过认真分析后制定设计方案如图 3 十字路口交通灯控制系统由定时器模块、控制器模块和输出模块组成。定 时器模块由 15s、5s、10s 三个定时器构成，分别确定 A 道、B 道通行时间（绿灯亮时 间） 、缓冲时间（黄灯亮时间）和禁止时间（红灯亮时间） 。三个定时器采用以秒为时 钟的计数器
5、来实现，er，ey，er 分别是三个定时计数器的工作使能信号，即当 er，ey，er 为 1 时，相应的定时器计数；tm15、tm5、tm10 为定时计数器的计数指示 信号，当计数器在计数过程中，相应的指示信号为 0，当计时时间到即计时结束时，相 应的指示信号为 1。交通灯控制器模块的作用是对系统工作状态的转换进行控制，根据十字路口交通 控制信号灯控制规则则可得到系统状态转换表如图 4 示，其中 ar，ay，ag 和 br，by，bg 分别表示由控制器输出的 A 道和 B 道红、黄、绿灯点亮信号，eg、ey、er 分别表示由控制器输出传给 15s、5s、10s 三个定时计数器的计数使能信号，x
6、 为输入 控制器的车辆传感器信号，tm15、tm5、tm10 分别表示由 15s、5s、10s 定时计数器产 生的计时时间到信号，它们是控制器的输入信号。从图 4 可知系统有 5 个状态，编码 为 S0（00） 、S1（01） 、S2（10） 、S3（11） 、S4（xx） ，各信号高电平有效，低电平无 效。输出模块的作用是将控制器输出的各个信号进行驱动以点亮对应的信号灯， 。B 道道A 道道0sec30sec黄灯亮黄灯亮红灯亮红灯亮15sec红灯亮红灯亮绿灯亮绿灯亮黄灯亮黄灯亮10sec5sec图图 2绿灯亮绿灯亮十字路口交通灯控制器状态转换表（图 4）控制器输入控制器输出状态转换条件输出说
7、明状态x*tm15 tm5 not（x）+tm20次态br by bgar ay ageg ey erB 道绿灯，A 道红灯S0(0 0)1 x xS1(0 1)001100100B 道黄灯，A 道红灯S1(0 1)x 1 xS2(1 0)010100010B 道红灯，A 道绿灯S2(1 0)x x 1S3(1 1)100001001B 道红灯，A 道绿灯S3(1 1)x 1 xS0(0 0)1000100104 模块描述模块描述cpreset x定时器模块定时器模块控制器模块控制器模块10s 定时器定时器5s 定时器定时器25s 定时器定时器ertm20eytm20egtm15控控 制制 器
8、器brby y bgarayagclkclrx输出模块输出模块图图 3该控制系统主要分为三大模块：定时计数器模块和控制器模块和连接模块 、定时计数器模块：该模块分为三个定时电路，假设时基脉冲为 1Hz，则需要设 计一个 15 进制计数器、一个 5 进制计数器和一个 10 进制计数器，且每个计数器应具 有计数使能控制端和计时时间到信号输出端。本课程设计中可采用异步清零、同步置 位的 4 位十进制加法计数器 74LS160 构成。 (1)、模 10 定时计数器的简化形式如下图：Counter10 cperresettm10模模 10 定时计数器定时计数器(1)、模 5 定时计数器的简化形式如下图：
9、(cpeyresettm5Counter5模模 5 定时计数器定时计数器(3)、模 15 定时计数器的简化形式如下图： cpegresetTm15Counter15模模 15 定时计数器定时计数器、控制器模块的简化形式如下图：tm10tm5tm15xcpresetbr bybgarayager ey egcontroller控控 制制 器器 模模 块块5. VHDL 实现实现下面是程序实现的 vhdl 代码： （1）模）模 5 定时计数器实现代码：定时计数器实现代码： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY counter5 is P
10、ORT (cp, ey,reset: IN STD_LOGIC;tm5: OUT STD_LOGIC); END counter5; ARCHITECTURE cnt5 of counter5 is begin PROCESS(cp, reset)VARIABLE cnt: INTEGER RANGE 5 DOWNTO 0;begin if reset=1 then cnt:=0;elsif (cpEVENT AND cp=1) then if ey=1 and cntif (x AND tm15)=1 THEN stateIF tm5=1 THEN stateif (NOT x)OR tm1
11、0)=1 THEN stateIF tm5=1 THEN state=S0;END IF;END CASE;END IF; END PROCESS;br=1 when state=S2 or state=S3 else 0; by=1 when state=S1 else 0; bg=1 when state=S0 else 0; ar=1 when state=S0 or state=S1 else 0; ay=1 when state=S3 else 0; ag=1 when state=S2 else 0; er=1 when state=S2 else 0; ey=1 when state=S1 or state=S3 else 0; eg=1 when state=S0 else 0; end behave_control; （5） 、连接模块（对各接口进行例化）实现代码：、连接模块（对各接口进行例化）实现代码： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; LIBRARY LATTICE; ENTITY RYG IS PORT(cp, reset, x: IN STD_LOGIC;br, by, bg, ar, ay, ag: OUT STD_LOGIC); END RYG; ARCHITECTURE BE_RYG OF
