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1、HUNAN UNIVERSITY 课程设计实验报告课题：交通信号灯控制 学院：电气与信息工程学院姓名： 班级：电气工程及其自动化（3）班 学号：一、课程设计的要求及目的：1了解电子设计的具体流程和方法。2. 掌握电子设计的基本要求，能够运用所学的知识解决生活中的一些问题。3. 初步掌握VHDL语言编程，并设计出一个有意义的小型系统。4. 掌握Altium Designer6软件的应用，并且了解相关硬件的组成和功能。5. 用EDA（Electronic Design Automation）或者原理图完成一个课题的设计，并达到相应的功能要求。二、设计的功能要求：众所周知，随着生活的进步，我们身边的
2、交通也日益繁忙，在众多的十字交叉路口，为了确保车辆安全，迅速地通行，就必须在每个入口设置红绿灯。本系统中设置了红，绿，黄三色共三种信号灯。红灯亮禁止一切该方向的行人和车辆通行，绿灯亮允许行人和车辆通行，黄灯亮则提示行驶中的车辆注意不要抢道，并让它们有时间停靠到禁行线之外或者加快通过，同时提醒行人加快行进或者等待下一次绿灯。人行道灯亮时，允许行人通过。本交通信号灯控制系统以东西，南北方向走向的十字路口为例讲述设计的功能要求和设计的具体过程1、 用八个发光二极管作信号指示灯。顺序为东西主干道红、绿、黄、人行灯，南北主干道红、绿、黄、人行灯。2、考虑到没有设置到车辆的转弯信号指示灯，而且作为交通繁忙
3、的交通干道，为了节省车辆的等待时间，所以设置了红灯亮的时间为45s，绿灯亮和人行灯亮的时间均为40s，黄灯亮的时间为5s。当东西方向的干道禁止通行时，该干道亮红灯，南北方向干道亮绿灯，同时南北方向的人行道灯亮；当南北方向的干道转变为黄灯闪烁时，进入了黄灯警示时间，黄灯闪烁结束以后，东西方向干道亮绿灯允许通行，同时东西方向的人行道灯亮，南北方向的红灯亮，人行道灯灭；当东西方向干道转变为黄灯闪烁时，进入黄灯警示时间，黄灯闪烁结束以后，东西方向干道亮红灯，人行道灯灭，南北方向亮绿灯亮，人行道灯亮。如此反复进行，当遇到紧急（故障）情况时候，进入到紧急状态。3、该信号控制系统的初始状态为东西方向主干道亮
4、红灯（45S），南北方向主干道亮绿灯(40S)和人行灯，黄灯灭。指示牌会显示出45和40两个数字。4、 交通灯正常运行时，用数字显示器显示东西、南北两主干道允许通过的剩余时间（采用倒计时的形式显示ASCII数字）。5、当出现故障的时候，此时东西，南北两方向主干道均亮红灯，数字显示管均停止计数并将当前的停留时间和错误信号（EEEE）轮流显示。故障解除后能返回正常工作状态（复位后为初始状态）。6、 能实现系统手动复位，复位后回到初始状态，并从初始状态开始倒计时。三、设计方案选择由于该交通控制电路比较复杂，用现有库元器件可能导致耗用较多器件且其功能又不能完全达到设计要求，还可能出现其他的意想不到的情
5、况，造成电路复杂，设计困难，难以排错等问题。而由于该系统的状态有限而且简单可以一一列举，故采用状态机设计方案。状态机设计使得设计更为简单明了，系统容错能力也大为提升，而且状态机顺序控制灵活，结构简单，便于修改，同时其对付竞争冒险的现象能力很强，运行速度快，使其成为数字系统设计中的重要部分，也是调高效率的重要途径。因此本次设计采用状态机的VHDL描述，生成相应的器件模块。最后将器件模块和少数的库元件有机的结合在一起，构成总的原理图，从而形成了交通灯控制系统。而在本次交通灯的控制电路设计中，一共设置有六种状态，分别为S1（初始状态）,S2，S3，S4为正常工作状态；S5，S6为故障时候的状态。四、
6、 设计思路和框架分析 1.交通路口位置东 ：人行过道 ：红绿黄灯：人行过道灯南北 西 2、状态表状态东西主干道南北主干道指示灯亮灯时间指示灯亮灯时间S1红灯亮45s绿灯亮40sS2红灯亮黄灯亮5sS3绿灯亮40s红灯亮45sS4黄灯亮5s红灯亮S5红灯亮当前时间红灯亮当前时间S6红灯亮EE红灯亮EE3、状态转换图复 位S1S2S4S3按复位键S6S5故 障五、交通灯的控制电路的VHDL程序1.主控制电路模块的程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOG
7、IC_ARITH.ALL;ENTITY TRAFFIC LIGHT IS PORT ( HOLD:IN STD_LOGIC; RESET: IN STD_LOGIC; CLK: IN STD_LOGIC; AH: OUT STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0); AL: OUT STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0); BH: OUT STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0); BL: OUT STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0); L: OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0) );EN
8、D TRAFFIC LIGHT;ARCHITECTURE A OF TRAFFIC LIGHT ISTYPE STATE_TYPE IS (S1,S2,S3,S4,S5,S6); SIGNAL S: STATE_TYPE; SIGNAL N,M: STD_LOGIC; SIGNAL A,B,C,D,TAH,TAL,TBH,TBL:STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0);BEGIN ZT:PROCESS(CLK,HOLD,RESET) VARIABLE SNOW:STATE_TYPE; BEGIN IF RESET=1 THEN TBH=0100;TAH=0100; TBL=
9、0000;TAL=0101; N=0; S=S1; ELSIF CLK=1 AND CLK EVENT THEN IF HOLD=1 THEN IF S/=S5 AND S/=S6 THEN S=S5; A=TAH; B=TAL; C=TBH; D=TBL; ELSIF S=S5 THEN S=S6; ELSE IF N=0 THEN N=1; TAH=1111; TBH=1111; TAL=1111; TBL=1111; ELSE N=0; TAH=A;TAL=B;TBH=C;TBL=D; END IF; END IF; ELSIF N=0 THEN N=1; ELSE N IF TBH=0000 AND TBL=0001 AND TAH=0000 AND TAL=0110 THEN S=S2 ;SNOW:=S2; TBL=0101; TAL=TAL-1; ELSE IF TAL=0000 THEN TAL=1001; TAH=TAH-1; ELSE TAL=TAL-1; END IF; IF TBL=0000 THEN TBL=1001; TBH=TBH-1; ELSE TBLIF TAL=1 AND TBL=1 THEN S=S3;SNOW:=S3; TAH=0100;TAL=0000;TBH=0100;TBL=0101; ELSE
