第一篇：基于FPGA的交通灯控制电路的设计
编号：
EDA技术
实训(论文)说明书
题 目： 交通灯控制电路的设计 院（系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师：
2013年月日
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摘要
EDA工具对于电子设计人员来说极其重要，它可以在电子设计的各个阶段、层次进行计算机模拟验证，确保设计的准确性，可缩短设计周期，降低设计成本。交通灯可以实现十字路口红绿灯的自动控制。基于FPGA的交通灯设计系统具有可靠性强、实时快速擦写、运算速度高、故障率低、电路简单,且体积小的特点。本设计采用的是Altera公司CycloneII系列的EP2C5T144芯片作为核心最小系统，它可以方便嵌入到实际的交通灯应用系统中，可以完成简单的逻辑控制、数据采集、信号处理、数学计算等功能；使用QuartusII软件作为开发平台；采用自顶向下的设计思路对系统进行模块化设计和综合，并通过波形仿真和硬件实现两种方式实现并验证交通灯的功能。关键词：交通灯、EDA、FPGA
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Abstract EDA tools for electronic design personnel is very important, it can be in the electronic design of each stage, levels of computer simulation verification, to ensure the accuracy of the design, can shorten the design cycle, reduce design cost.The traffic light can realize intersection traffic light automatic control.Based on the FPGA of traffic light design system has the reliability, real-time fast operation speed is high, integration.it, low failure rate, circuit is simple, and the characteristics of small volume.This design USES is Altera company CycloneII series of EP2C5T144 chip as the core minimum system, it can be convenient to the actual traffic lights embedded application system, can complete the simple logic control, data acquisition, signal processing, mathematical calculations, etc;Use QuartusII software as a development platform, Using the top-down design idea of system modular design and comprehensive, and through the waveform simulation and hardware realization two ways to realize and verify the function of the traffic lights.Key words: traffic lights；EDA；FPGA
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引言
“EDA技术”是一门实践性和实用性都很强的课程，学习的目的在于应用。本设计实训是配合“EDA技术”课堂教学的一个重要的实践教学环节，在本课程设计指导书中列举了一些常用的小型设计系统，旨在起到巩固课堂和书本上所学知识，加强综合能力，提高系统设计水平，启发创新思想的效果。
1设计任务与要求
1.1本综合设计实训任务的内容和要求
① 用EDA实训仪上的4只八段数码管分别显示道路东西和南北通行和禁止的倒计时时间。
② 能设置道路东西和南北两侧通行和禁止的倒计时时间，最大设置时间为99秒，最小设置时间为1秒。
③ 交通灯用红、绿、黄三种发光二极管（LED）显示控制的结果。④ 红、绿、黄灯显示的次序应符合实际交通道路控制的要求。系统概述及设计原理
2.1 系统的主要功能
交通灯控制电路是用于城市交通疏导的管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行,实现红、黄、绿灯的自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题。在城乡街道的十字交叉路口,为了保证交通秩序和行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口城乡交通管理自动化。设计一个十字路口交通控制器，方向分为东南西北四个方向。东西方向的红绿灯状态一样，南北方向的红绿灯状态一样。每个方向上，有四盏灯，分别是左转灯、红灯、绿灯和黄灯。左拐灯亮表示左转车辆可以通行；红灯亮表示左转和直行车辆禁行；绿灯亮表示直行车辆和右转的车辆可以通行；黄灯亮表示左转和直行的车辆即将禁行。
本论文简要介绍了FPGA器件的特点和设计意义，以QuartusII软件为开发平台，通过VHDL硬件描述语言以及原理图的输入方式来设计交通灯。交通灯控制器用于自动控制十字路口交通灯和计时器。
系统的主要功能模块方框图如图2-1所示
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图2-1 系统主要功能模块
2.2交通灯的设计原理
交通灯控制电路的原理框图如图1.3所示。其中，clkgen是分频器，将EDA实训仪主板提供的20MHz的主频经20000000分频后，得到电路所需的1Hz（秒）时钟。Cnt10de（两个）是十进制减法计数器，产生道路东西和南北通行和禁止的倒计时时间。Contr是控制电路，控制整个系统的工作。控制器接收倒计时的结果，当倒计时归0时，改变电路的控制模式，输出倒计时的初始时间和交通灯亮灭控制信号。
图2-2 交通灯控制电路的原理图 系统各个模块的的设计与仿真
3.1 分频器模块的设计
由于采用的FPGA芯片的时钟频率是50MHz，需要将其分频为1Hz。该模块即是实现50M的分频，将频率变为1Hz的脉冲波，从而得到周期为1s的脉冲波。如果要真正的实现分频50M，在仿真结果图中是很难观察的，甚至是没有办法验证的，故在仿真过程中，将分频的倍数变小，变为20分频，这样从图中可容易的得到并验证对时钟输入信号的20分频，如图3-1所示，Reset是复位信号，CLK_50MHz是输入时钟频率，CLK_1Hz是
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输出时钟频率，从图中可以看出，输出频率CLK_1Hz确实是输入时钟频率CLK_50MHz的20分频。
图3-1 分频器仿真图
3.2 状态控制模块的设计
状态控制模块根据输入CLK_1Hz的脉冲信号输出不同的STATUS值，下游的模块依据STATUS的值来确定红绿灯的状态；于此同时对倒计时信号赋初值。在状态控制模块仿真图中，输入信号CLK是一个频率为1Hz的时钟脉冲信号,RESET是复位信号；输出信号STATUS是状态转换信号，控制着下游交通信号灯显示模块的显示情况；LOAD_EW、LOAD_SN是东西、南北方向倒计时开始控制信号，DJS_EW、DJS_SN是东西、南北方向倒计时间信号。其仿真结果图如图3-2所示，由图可得，STATUS共有000（S1）、001(S2)、010(S3)、011(S4)、100(S5)、101(S6)共6个状态，80s为红灯和左转灯的倒计时间，45s为绿灯的倒计时间，5s是黄灯的倒计时间,和状态转换表的状态一致。
图3-2 状态控制模块仿真图
3.3 交通灯信号灯显示模块的设计
交通信号灯显示模块根据输入的STATUS信号，输出对应的红绿黄灯信号，并直接驱动交通信号灯的亮灭。在交通灯信号灯显示模块程序仿真结果图中，STATUS为输入信号，而它依赖于状态控制模块产生的信号STATUS信号，一种六种状态，依次为000（S1）、001(S2)、010(S3)、011(S4)、100(S5)、101(S6)；EW_LRGY（8位）是东西方向上交通信号灯的状态，SN_LRGY（8位）是南北方向上交通信号灯的状态，依次为左转、红、绿、黄，对应着EW_LRGY、SN_LRGY的前四位，‘1’表示点亮，‘0’表示熄灭，后四位均为0，表示四个灯的阴极接负极。例如，在STATUS为001时，对应的是东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，仿真结果符合预期,完全正确。其仿真图如3-3所示：
图3-3 信号灯显示模块仿真图
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3.4东西方向倒计时模块设计
东西方向倒计时模块用来接收状态控制模块的输出并作为初值，每检测到一个CLK脉冲信号，就进行减一动作，最后把减一结果输出。在该模块仿真图中，CLK为1Hz的输入信号，LOAD_EW为计数器的装载信号，当其为高电平时，将输入信号DJS_EW_IN的值装载到计数器中，并开始进行减一操作，每遇一个CLK脉冲，进行一次减一操作，并将结果输出，由于输入的时钟频率是1Hz，所以显示的时间间隔是1s，与现实生活中的时间保持一致。其仿真结果如图3-4所示，由图可得，该模块首先将80秒的倒计时信号装载进去，并进行减一操作。
图3-4 东西方向倒计时仿真图
3.5 南北方向倒计时模块设计
南北方向倒计时模块用来接收状态控制模块的输出并作为初值，每检测到一个CLK脉冲信号，就进行减一动作，最后把减一结果输出。在该模块仿真图中，CLK为1Hz的输入信号，LOAD_SN为计数器的装载信号，当其为高电平时，将输入信号DJS_SN_IN的值装载到计数器中，并开始进行减一操作，每遇一个CLK脉冲，进行一次减一操作，并将结果输出，由于输入的时钟频率是1Hz，所以显示的时间间隔是1s，与现实生活中的时间保持一致。其仿真结果如图3-5所示，由图可得，该模块将45秒的倒计时信号装载进去，并进行减一操作。
图3-5南北方向倒计时仿真图
3.6 译码模块设计
译码模块程序用来将输入的两位倒计时数值，分解成两个整形数值，以此供后面的译码显示模块译码显示。在译码程序TO_8421_BCD模块仿真图中，DJS_EW_OUT,DJS_SN_OUT为上一倒计时模块的输出信号，其范围在0～80，所有倒计时的范围都包含其内；DJS_EW_OUT_SW,DJS_EW_OUT_GW,DJS_SN_OUT_SW,DJS_SN_OUT_GW为输出信号，其范围为0～9，代表了各个方向的倒计时的十位和个位，且数码管所有显示数字的范围均在其内。例如图中DJS_EW_OUT的值不断变化，相应的依次将其分解为十位（DJS_EW_OUT_SW）和个位（DJS_EW_OUT_GW），并依次递减，仿真结果符合预期，完全正确。仿真结果如图3-6所示：
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图3-6 译码仿真结果图
3.7 译码显示模块设计
译码显示模块将上一模块译码模块输出的四个一位数译码成相对应的七位数码管段码，完成倒计时的译码和显示。在译码显示模块仿真图中，DJS_ EW_OUT_ SW,DJS_EW_OUT_GW,DJS_SN_OUT_SW,DJS_SN_OUT_GW是四位的输入信号，也是上一模块TO_8421_BCD的输出信号，它们的范围为数字0～9，DJS_EW_ OUT_SW1,DJS_ EW_ OUT_GW1,DJS_SN_OUT_SW1,DJS_SN_OUT_GW1对应的是相应的七位数码管显示段码的值。图中输出信号的值随着输入信号的变化而相应的变化，例如DJS_EW_OUT_SW为7,DJS_EW_OUT_GW为5时，DJS_EW_OUT_SW1为00000111（a、b、c、d、e、f、g依次对应着1110000，最高位的0表示是数码管的类型是共阴的）,表示数码管显示7,DJS_EW_OUT_GW1为01101101，表示数码管显示5。仿真完全正确，符合预期。其仿真结果如图3-7所示：
图3-7 译码显示模块仿真图
3.8 顶层文件模块设计
顶层设计采用VHDL语言描述方式实现，并在工程文件仿真过后通过工具菜单自动生成原理图文件，从而是设计原理更加清晰明朗。
在顶层设计VHDL描述中，共包含7个元件，分别是：
1、分频器模块，2、状态控制模块，3、交通信号灯显示模块，4、东西方向倒计时模块设计，5、南北方向倒计时模块设计，6、译码模块设计，7、译码显示模块设计。这7个模块经过程序设计、编译仿真，结果均能够达到设计要求。最后在顶层设计中，通过元件例化语句将这7个模块连接起来，生成顶层文件。在顶层设计中，RESET是复位信号，输入的时钟频率CLK是50MHz，经过分频50M的分频器后，变为频率为1Hz的时钟信号，周期为1s，用此时钟信号来控制整个系统的步调，与现实生活中交通灯的步调保持一致。EW_LRGY、SN_LRGY分别为东西和南北方向上交通信号灯的状态，EW_DJS_DISPLAY、SN_DJS_DISPLAY为东西
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和南北方向红绿灯倒计时间。另外，所有的数码管和二极管均为共阴极显示。例如，在EW_LRGY为01000000（即东西方向红灯亮）、SN_LRGY为10000000（即南北方向左转灯亮）时，EW_DJS_DISPLAY的前八位表示倒计时的十位，后八位表示倒计时的个位；图中EW_DJS_DISPLAY的前八位都是00000111表示7，后八位01111101表示6，后八位01101101表示5，后八位01100110表示4；SN_DJS_DISPLAY的前八位是01001111表示3，后八位01011011表示2，后八位00000110表示1，后八位00111111表示0，以上表明红绿灯和倒计时时间显示符合预期。仿真结果如图3-8所示：
图3-8 顶层文件波形仿真图 实训心得体会
本次EDA技术实训的交通灯采用的是Altera公司CycloneII系列的EP2C5T144芯片作为核心最小系统，它可以方便嵌入到实际的交通灯应用系统中，可以完成简单的逻辑控制、数据采集、信号处理、数学计算等功能；使用QuartusII软件作为开发平台；采用自顶向下的设计思路对系统进行模块化设计和综合，并通过波形仿真和硬件实现两种方式实现并验证交通灯的功能。为期两周的实训，我利用网络和图书馆的有效资源，搜集并下载了大量的关于用FPGA做交通灯设计的资料；然后精心阅读，在老师的指导督促下，并和周围同学进行有效学习和沟通，最终确定了自己的设计方案；最后按照既定的设计方案，通过努力有步骤的实现了交通灯的设计。
通过此次实训设计，让我加深了FPGA的理解，更加熟练了VHDL语言，同时，我深深体会到了通过FPGA设计数字电路的方便、简洁的特点，这让我相信未来数字电路的应用必将更加广泛。另外，我还体会到：从事开发设计工作，一定要保持个勤奋、踏实、严谨的工作态度，这样才能更好的完成工作。最后，我觉得在交通灯控制系统设计中还可以增加一些实用功能，如：
1、针对弱视或色盲人群进行声音提示；
2、在遇到突发状况时，可以将红绿灯改为紧急模式控制；
3、当有119、120等特种车辆通过时，系统可转为特种车放行，其他车辆禁行。
但是这次实训我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢靠，所掌握的编程语句还不够，很多程序都看不懂，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次实训，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！
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还有光有知识是不行的，还得有能力、有技术，单干也是不行的，要适当寻求合作，那样才能更好实现我们的价值。在实训中及社会上，我们都要懂得虚心地向别人学习，即使你觉得自己很厉害，但总有一些东西你是不懂的，所以不懂要多向别人请教，这样才能更好地提高自己的水平和能力，全面发展自己。
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谢 辞
在这短短的两周EDA实训中，在这期间同学们都在努力学习，认真做自己各自的实训。在此我要特别感谢各位指导老师们对我的指导，还有各位同学对我的帮助，尤其感谢老师在百忙之中抽出时间为我们讲解设计原理，同时，还要感谢和我一起努力的各位同学，在他们对我的帮助很我自己的努力下，我才能顺利地完成这次实训。
这次实训我受匪颇多，但这多是得益于老师无微不至的关心和细心的教导。在实训中，让我学到了不少知识，给了我一次复习学过的知识的机会，巩固了基础知识。也多亏同学们的无私的帮助和支持，在我无助的时候还是他们伸出他们的友爱之手，帮我渡过难关，在此我也真心的多谢他们默默的帮助。最后再次对老师们说声：谢谢！
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参考文献
[1] 潘松,黄继业.EDA技术实用教程(第三版).北京:科学出版社,2010.1 [2] 刘江海,涂传威,陈玮.EDA技术课程设计.武汉:华中科技大学出版社,2009.5 [3] 夏路易.基于EDA的电子技术课程设计.北京:电子工业出版社,2009.1 [4] 王金明,周顺.数字系统设计与VHDL.北京:电子工业出版社,2010.5 [5] 邹彦,庄严,邹宁.EDA技术与数字系统设计.北京:电子工业出版社,2007.4 [6] 林明权,马维旻.VHDL数字控制系统设计范例.北京:电子工业出版社,2003.1
第二篇：基于FPGA的交通灯控制电路设计
基于FPGA的交通灯控制电路设计
关键字： 交通信号机 FPGA 脉冲发生器
目前交通灯广泛应用于道路交通建设中。本文设计一个十字路口交通灯控制电路，要求东西、南北两条干道的红、绿、黄交通灯按要求循环变化，并以倒计时方式指示干道通行或禁止的维持时间。在QuartusⅡ软件环境中设计、仿真，并在FPGA实验板上实现所设计电路的功能。
系统概述
1．1 设计思想
基于FPGA的交通灯系统控制设计包括4大模块，分别为脉冲发生、状态定时、交通灯闪烁的控制、闪烁时间的控制，基本原理如图1所示。
1．2 总体工作情况
交通灯控制要求如表1所示。
该设计的交通灯控制分为6个状态。由于各状态持续时间不同，所以电路的核心控制部分是状态机和定时器，状态机在定时器触发下周期性循环，状态码控制6个灯以一定的规律变化。变化情况如图2所示。
系统脉冲由FPGA开发板晶振经过分频电路实现。状态定时由74190可逆十进制计数器和T’触发器实现，只要置数合理，翻转信号到位，就可以使电路在东西(I)、南北(J)两个控制状态间翻转。红、黄、绿灯的闪烁由7485数字比较器和组合逻辑控制，其中7485数字比较器用于比较计数器当前持续状态和所需要的状态全部时间，并做出相应的变化。组合逻辑控制由AHDL文件编写真值表实现。时间显示由AHDL文件编写真值表实现，输入正确的逻辑，七段译码电路即能得到正确的时间显示。
1．3 各功能的组成
整个电路可以分为4大部分，包括脉冲发生、状态定时、时间显示和数字比较一组合逻辑控制。
1．3．1 脉冲发生
脉冲发生器为整个系统提供驱动，将输入端分配给FPGA实验板的PIN55引脚，则会由实验板上产生频率为10 MHz的输入脉冲，用7片7490，每一级都构成10分频电路，使频率从10 MHz降低为1Hz。
1．3．2 状态定时
状态定时可由预置BCD码初值的74190级联实现，构成减计数器。级联原则是：低位计数器从全0状态变为最大码值状态时可使高位计数器减1。级联方式分为异步和同步两种，本文采取的是异步级联方式，即低位计数器溢出信号控制高位计数器的记数脉冲输入端。可根据计数器的时钟触发方式，在低位计数器状态码从全“0”变为最大码值的瞬间，为高位计数器提供有效的计数脉冲边沿。具体做法是将低片位的溢出信号RCON端口接到高片位的计数脉冲CLK，实现两位BCD码的置数、翻转和借位，使系统表示的数字能在22～16之间循环。
74190功能说明：
(1)GN为计数器使能控制端，低电平有效。当GN为高电平时，禁止计数。
(2)DNUP为计数方式控制，接高电平为减计数，接低电平为加计数。
(3)LDN为异步预置数控制。当LDN为低电平时，计数器状态QD，QC，QB，QA分别等于D，C，B，A。
(4)计数器位序由高至低顺序为QD，QC，QB，QA。QD为最高位MSB，QA为最低位LSB。
(5)计数脉冲CLK上升沿有效。
(6)当计数器输出QDQCQBQA为十进制加计数的最大状态码“1001”或为减计数的最小状态码全“0”时，极值状态码指示MAX／MIN输出为高电平。
(7)当极值状态码指示MAX／MIN为高电平且CLK为低电平时，溢出信号RCON为低电平，即RCON与计数脉冲同步。
系统记数脉冲为1 Hz时，如表2所示，当I状态(东西控制状态)的定时时间为22 s，计数器应该先预置22的BCD码；同理，J状态(南北控制状态)之前应该预置16的BCD码。
状态计时电路由两片74190级联而成，构成22和16自翻转的电路。其要解决的核心问题包括置数，翻转和借位。根据74190芯片的特点，可分析其实现原理如图4所示，通过溢出信号RCON的上升沿实现借位，使得数字能够从20到19，个位向十位借位，顺利过渡。
置数和翻转之间有先后关系，即须先置数后翻转。如表3所示，分析两个BCD码各位特点，可知两者D7D6D3D0位均为1，D1位均为0，而D5D4D2位不同，如图5，D5D4D2位由状态电平S来控制，当为I状态时，计数器的预置的数为D5=0，D4=D2=1，而为J状态时，计数器的预置的数为D5=1，D4=D2=0，根据74190的功能，将2片74190的MAX／MIN引出，通过与非门，分别连在高位和低位的LDN置数端，通过分析可知，当计数器从01减到00时候，高低位的MAX／MIN均为高电平，经过与非门以后为低电平，74190被置数，其置数值由状态S来决定，S是由LDN端信号经过一个T’触发器决定的，即LDN信号每置数一次，S翻转1次，从而区分16和22状态。按这个结构，可分别置数16和22，使其实现自翻转。
图5为状态定时模块的实际连接图。
1．3．3 时间显示
时间显示要用到7段显示译码电路，由于是两位BCD码，故用二选一数据选择器。选择端S接一个频率很高的方波(如1 kHz)；数据比较器的输出和1 Hz脉冲作为AHDL模块的输入，即可正确显示时间。
为正确显示时间，用AHDL文件自编译码真值表如下：
1．3．4 数字比较一组合逻辑控制
该模块将状态定时模块输出的时间与时间节点进行比较，从而确定电路处于22 s或者16 s的具体的某个状态。由表1可知，东西(I)或南北(J)的控制状态都有3个阶段的控制逻辑，分别对应3个时间段：1～3 s，4～6 s和大于6 s，因此，采用数字比较器进行比较，确定定时值小于4 s或大于6 s，方法如图7所示，采用4片7485数字比较器，两两级联，其中一个由状态定时模块的输出与4即二进制0100比较；另一个由状态定时模块的输出与6即二进制0110比较。
编写组合逻辑真值表，将状态信号S，两个数字比较器的输出Y1，Y2和1 Hz脉冲作为输入，各个灯的状态作为输出。从而根据逻辑关系得出对应时间电路的状态，控制红、黄、绿灯处于不同的状态。S判断电路处于22 s状态还是16 s状态，Y1，Y2区分东西、南北六个阶段状态，1 Hz脉冲实现绿灯闪烁。电路的组构与调试
来用QuartusⅡ软件设计各个模块，并进行仿真。确认结果后，下载至FPGA实验板中，进行相应的硬件调试，调试结果与仿真结果相一致。图8为仿真波形，系统上电需要调整的过程，因此电路正常工作前重复了22s的状态。
第三篇：基于51单片机的交通灯控制电路设计
交通灯
一、功能要求
要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。
二、电路图
说明：1)每一位数码管位选要分开，对应IO口参照程序中红色部分 2）图示数码管为共阳，没加驱动数码管显示较暗，建议加驱动
三、程序
//TrafficLight.c #include“reg52.h”
//IO口定义 sbit red_1 =P2^0;//南北方向 sbit red_2 =P2^3;//东西方向 sbit yellow_1 =P2^1;sbit yellow_2 =P2^4;sbit green_1 =P2^2;sbit green_2 =P2^5;sbit com1_1 =P3^6;//十位 南北方向 数码管位选 sbit com1_2 =P3^7;//个位 南北方向 sbit com2_1 =P3^4;//十位 东西方向 sbit com2_2 =P3^5;//个位 东西方向
//全局变量 char time=30;//倒计时
unsigned char num1=0,num2=0;//辅助计时 unsigned char flag1=0,flag2=0;//黄灯闪标志位 unsigned char shi1,shi2,ge1,ge2;//数码管十位个位
const unsigned char ledNum[] =
{// 0 1
A
b
c
d
E
F
不显示-o(18)H(19)h(20)C(21)0(22)n(23)0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xA7,0xA1,0x86,0x8e,0xFF,0xbf,0xa3,0x89,0x8b,0xc6,0xc0,0xab };//共阳数码管
//中断优先级别T0>T1，数码管显示中断间隔2ms，计时时间间隔50ms //计时要求比较精确，间隔长，不应该被打断，故中断优先级要高，使用T0 //数码管中断可以被打断，打断时间较短，不会影响显示，使用T1 //在交通灯中，计时和数码管显示一直进行，故定时器开启后不用停止 void InitInter(void){ TMOD=0x11;//设置定时器工作方式为16位计时器
TH0=(65535-45872)/256;//11.0592M晶振，50ms TL0=(65535-45872)%256;TH1=(65535-1835)/256;//11.0592M晶振，2ms TL1=(65535-1835)%256;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1;}
void Display(void){ static unsigned char i=1;
switch(i){ case 1:
com2_2=0;
P0=ledNum[shi1];
com1_1=1;
break;case 2:
com1_1=0;
P0=ledNum[ge1];
com1_2=1;
break;case 3:
com1_2=0;
P0=ledNum[shi2];
com2_1=1;
break;case 4:
com2_1=0;
P0=ledNum[ge2];
com2_2=1;
break;
default:;}
i++;if(i>4)i=1;}
//红灯可以直接变成绿灯，但绿灯必须先变成黄灯再变红灯 void main(void){ bit i=0;InitInter();
while(1){
red_1=0;//0为亮
red_2=1;
green_2=0;
time=30;
while(time>5)
{
shi1=time/10;
ge1=time%10;
shi2=(time-5)/10;
ge2=(time-5)%10;
}
green_2=1;
yellow_2=0;
flag2=1;
num2=0;
while(time>0)
{
shi1=time/10;
ge1=time%10;
shi2=time/10;
ge2=time%10;
}
flag2=0;
yellow_2=1;
red_2=0;
red_1=1;
green_1=0;
time=30;
while(time>5)
{
shi2=time/10;
ge2=time%10;
shi1=(time-5)/10;
ge1=(time-5)%10;
}
green_1=1;
yellow_1=0;
flag1=1;
num2=0;
while(time>0)
{
shi2=time/10;
ge2=time%10;
shi1=time/10;
ge1=time%10;
}
flag1=0;
yellow_1=1;
//red_1=0;
//green_2=0;} } void Timer_0(void)interrupt 1//计时 { TH0=(65535-45872)/256;TL0=(65535-45872)%256;num1++;if(num1>=20){
num1=0;
time--;
//if(time<0)time=30;
//处理time，显示方式
} if(flag1||flag2){
num2++;
if(num2>=10)
{
num2=0;
if(flag1)yellow_1=~yellow_1;
if(flag2)yellow_2=~yellow_2;
} } }
void Timer_1(void)interrupt 3 { TH1=(65535-1835)/256;//11.0592M晶振，2ms TL1=(65535-1835)%256;
Display();}
第四篇：课程设计任务书-24交通灯控制电路设计
课程设计任务书
题目：交通灯控制电路设计
时间： 年 月 日—— 年 月 日
设计的说明：
本设计需要用到实验箱上交通灯模块中的发光二极管，即红、黄、绿各三个。依人们的交通常规，“红灯停，绿灯行，黄灯提醒”。交通灯显示用实验箱的交通灯模块和七段码管中的任意两个来显示。系统时钟选择时钟模块的1KHz时钟，黄灯闪烁时钟要求为2Hz，七段码管的时间显示为1Hz 脉冲，即每1s 中递减一次，在显示时间小于3 秒的时候，通车方向的黄灯以2Hz 的频率闪烁。系统中用S1 按键进行复位。
设计的任务和要求：
1、在十字路口的两个方向上各设一组红、绿、黄灯；初始状态是两个路口的红灯全亮之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。
2、设置数码管显示允许通行或者禁止通行的时间，东西路和南北路的通车时间均设定为20s。数码管的时间总是显示为19、18、17……2、1、0、19、18……。在显示时间小于3 秒的时候，通车方向的黄灯闪烁。
3、当各条路中任意一条上出现特殊情况，如消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆时，各方向上均是红灯亮。倒计时停止，且显示数字在闪烁。当特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行。
4、要求对整体电路进行仿真，提供仿真波形图，并分析结果
5、硬件测试结果用照片的形式记录下来。
提高部分：编写能手动控制交通灯通行时间的交通灯控制器。
指导教师：
学生：
日期：
第五篇：交通灯控制逻辑电路设计与总结报告
交通灯控制逻辑电路设计与总结报告
一、设计任务
用CPLD设计路口交通灯控制器
二、设计要求
1、满足一下时序要求：南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；
2、每一方向的红（绿）黄灯总共维持30秒；
3、十字路口要有时间显示，具体为：当某一方向绿灯亮时，置显示器为30秒，然后以每秒减一技术方式工作，直至减到数为4秒时，红绿灯熄灭，黄灯开始间隙闪耀4秒，减到0时，红绿灯交换，一次工作循环结束，进入下一步另一方向的工作循环；
4、红绿灯均采用发光二极管；
5、设计由晶振电路产生1Hz标准秒信号的单元电路(实际秒脉冲由开发箱提供)；
6、要求对整体电路进行仿真，观察并记录下仿真波形；
7、选作部分：
a、手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀；
b、白天黄灯亮时，以2Hz的速度闪烁点亮四秒； c、红绿灯循环点亮时间可以自由修改。
三、设计设备
含有Quartus软件的电脑一台，可下载的试验台；
四、设计方法
使用VHDL语言进行程序的设计运行和仿真，以及波形的运行仿真，最后进行下载仿真；
五、方案论证
方案1：把整个流程分成几个进程来做；
方案2：每个进程都使用if和case语句实现功能的实现； 方案3：使用状态机来实现状态间的转换；
方案论证：
1、要实现整个流程，需要做的输出内容类型不同，如果放在一个进程里面就比较容易混淆，产生混乱。而采用分成几个进程来做的方式就明确了每个模块的内容和分工，使其调理清晰，一目了然；
2、if语句是条件语句，是VHDL语言中常用的基本语句。该流程中的变量比较繁多，而使用case语句分情况列出来，简洁明了。
3、状态机的使用格式简洁，使用简单方便，特别是在进行状态的转换时候。并行的状态转换不易出错，可将状态转换、赋值、计数等多个功能封装在某一个状态中，并且更加便于为系统添加新的状态功能。
方案选定：
通过以上分析，确定用以上方案为本次设计的方案。
六、工作原理
先对所给时钟脉冲进行分频到标准时钟脉冲；设计两个时钟控制倒计时，倒计时的时间可自由修改，由输入决定；设计另一个时钟，用以控制白天与夜间模式的转换；在白天时，根据倒计时的数字进行红绿灯的状态转换；夜间时，红绿灯状态改为夜间模式：黄灯闪烁。
七、程序设计
------交通灯控制系统所使用的库和包
-------------------------library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;
-------------------------------交通灯控制系统的实体
-------------------------entity jt is
port(clk,reset:in std_logic;
------------------时钟脉冲clk由系统直接提供，需要进行分
频；reset是启动键，当reset为1是，系统启动
t0:integer range 0 to30;
------------------红绿灯循环点亮的时间，根据输入的不同
系统运行的不同
r1,y1,g1,r2,y2,g2:out std_logic;
------------------r1为东西方向红灯，y1为东西方
向黄灯，g1为东西方向绿灯；r2为南北方向红灯，y2为南北方向黄灯，g2为南北方向绿灯
ec0,ec1,nc0,nc1:out std_logic_vector(3 downto 0));
------------------ec0,ec1分别为东西方向的倒计时间的个位和十位；
nc0,nc1分别为南北方向的倒计时间的个位和十位
end jt;-------------------------------交通灯控制系统的结构体（5个进程）
-------------------------architecture one of jt is
type state_type is(s0,s1,s2,s3);
------------------定义状态的类型
signal state:state_type;
------------------使用状态机
signal k:std_logic;
------------------分频后的1Hz的标准时钟脉冲
signal c1,c2:integer range 0 to 30;
------------------定义东西、南北方向的两个
倒计时的计数
signal t1:integer range 0 to 3600;
signal t2:integer range 0 to 24;------------------定义一个时钟，用以控制白天与夜间模式 Begin------该进程用以分频
-------------------------q0:process(clk)
variable tt:std_logic_vector(9 downto 0);
------------------中间变量
begin
if clk'event and clk='1' then
if tt=“1111101000” then
----------------------把所给1kHz分频成1Hz的脉冲
k，10000分频，仿真值用“ 0000000100”八分频
tt:=(others=>'0');
k<='1';
else
tt:=tt+1;k<='0';
end if;
end if;end process q0;-------------------------
------该进程用以设计时钟
-------------------------q1:process(k,reset)
begin
if reset='1' then
------------------启动开关为1时，系统开始运行
t1<=0;t2<=0;
------------------从0点开始 elsif k='1' and k'event then if t1=3599 then
------------------一个t1循环是一个秒，仿真值用“35” if t2=23 then
-------------------一个t1循环是一个小时，一天24小时 t2<=0;
else t2<=t2+1;end if;t1<=0;else t1<=t1+1;end if;end if;end process q1;-------------------------------该进程用以控制白天黑天模式和红绿灯状态转换
-------------------------q2:process(k,reset,t2)
begin
if t2>=5 and t2<=22 then
-------------------白天模式5：00到22：00之间
if reset='1' then
-------------------启动开关为1时，系统开始运
行，进行状态转换
r1<='0';y1<='0';g1<='1';-------------------东西方向绿灯亮 r2<='1';y2<='0';g2<='0';-------------------南北方向红灯亮 state<=s0;-------------------红绿灯处于初始状态s0 c1<=t0;
c2<=t0;-------------------倒计时从自由输入值开始递减 elsif k='1' and k'event then
case state is
when s0=>-------------------当处于第1状态时，讨论
if c1=5 then
--------------由于进程内部的并列进
行，当倒计时第4秒时，进入到第2状态s1
state<=s1;
c1<=c1-1;
c2<=c2-1;
--------------倒计时递减
elsif c2=0 then
------------倒计时减到0时，再从
初始值开始
c1<=t0;
c2<=t0;
else
----------------否则继续保持第1状态s0
state<=s0;
c1<=c1-1;
c2<=c2-1;
end if;
when s1=>-------------------当处于第2状态时，讨论
if c1=1 then--------------由于进程内部的并列进行，当
倒计时第t0秒时，进入到第3状态s2
state<=s2;
c1<=c1-1;
c2<=c2-1;
else----------------否则继续保持第2状态
state<=s1;
c1<=c1-1;
c2<=c2-1;
end if;
when s2=>-------------------当处于第3状态时，讨论
if c2=5 then--------------由于进程内部的并列进行，当倒计时第4秒时，进入到第4状态s3
state<=s3;
c1<=c1-1;
c2<=c2-1;
elsif c1=0 then
------------倒计时减到0时，再从初
始值开始
c1<=t0;
c2<=t0;
else
----------------否则继续保持第3状态
state<=s2;
c1<=c1-1;
c2<=c2-1;
end if;
when s3=>-------------------当处于第4状态时，讨论 if c2=1 then--------------由于进程内部的并列进行，当倒
计时第t0秒时，进入到第1状态s0
state<=s0;
c1<=c1-1;
c2<=c2-1;
else----------------否则继续保持第4状态
state<=s3;
c1<=c1-1;
c2<=c2-1;
end if;
when others=> state<=s0;
end case;if state=s0 then
r1<='0';y1<='0';g1<='1';
r2<='1';y2<='0';g2<='0';elsif state=s1 then
r1<='0';g1<='0';
r2<='1';y2<='0';g2<='0';
if c1=4 or c1=2 then y1<='1';
else y1<='0';
end if;elsif state=s2 then
r1<='1';y1<='0';g1<='0';
r2<='0';y2<='0';g2<='1';elsif state=s3 then
r1<='1';y1<='0';g1<='0';
r2<='0';g2<='0';
if c2=4 or c2=2 then y2<='1';
else y2<='0';
end if;end if;
--各个状态的红绿灯变量的赋值，‘1’亮‘0’熄 end if;else-------------------夜间模式22：00到次日5：00之间
c2<=0;c1<=0;r1<='0';r2<='0';g1<='0';g2<='0';y1<=k;y2<=k----------------红绿灯的状态：脉冲k赋给黄灯变量，黄灯闪烁
end if;end process q2;-------------------------------该进程用于东西方向倒计时的译码显示
-------------------------q3:process(c1)
begin case c1 is when 0=>ec0<=“0000”;ec1<=“0000”;when 1=>ec0<=“0001”;ec1<=“0000”;when 2=>ec0<=“0010”;ec1<=“0000”;when 3=>ec0<=“0011”;ec1<=“0000”;when 4=>ec0<=“0100”;ec1<=“0000”;when 5=>ec0<=“0101”;ec1<=“0000”;when 6=>ec0<=“0110”;ec1<=“0000”;when 7=>ec0<=“1000”;ec1<=“0000”;when 9=>ec0<=“1001”;ec1<=“0000”;when 10=>ec0<=“0000”;ec1<=“0001”;when 11=>ec0<=“0001”;ec1<=“0001”;when 12=>ec0<=“0010”;ec1<=“0001”;when 13=>ec0<=“0011”;ec1<=“0001”;when 14=>ec0<=“0100”;ec1<=“0001”;when 15=>ec0<=“0101”;ec1<=“0001”;when 16=>ec0<=“0110”;ec1<=“0001”;when 17=>ec0<=“0111”;ec1<=“0001”;when 18=>ec0<=“1000”;ec1<=“0001”;when 19=>ec0<=“1001”;ec1<=“0001”;when 20=>ec0<=“0000”;ec1<=“0010”;when 21=>ec0<=“0001”;ec1<=“0010”;when 22=>ec0<=“0010”;ec1<=“0010”;when 23=>ec0<=“0011”;ec1<=“0010”;when 24=>ec0<=“0100”;ec1<=“0010”;when 25=>ec0<=“0101”;ec1<=“0010”;when 26=>ec0<=“0110”;ec1<=“0010”;when 27=>ec0<=“0111”;ec1<=“0010”;when 28=>ec0<=“1000”;ec1<=“0010”;when 29=>ec0<=“1001”;ec1<=“0010”;when 30=>ec0<=“0000”;ec1<=“0011”;----------------------------当在设定范围内时，分别为个位十位译码并显示
when others=>ec0<=“0000”;ec1<=“0000”;
-------------------------否则，LED灯显示0
end case;
end process q3;-------------------------------该进程用于南北方向倒计时的译码显示
-------------------------q4:process(c2)
begin
case c2 is when 0=>nc0<=“0000”;nc1<=“0000”;when 1=>nc0<=“0001”;nc1<=“0000”;when 2=>nc0<=“0010”;nc1<=“0000”;when 3=>nc0<=“0011”;nc1<=“0000”;when 4=>nc0<=“0100”;nc1<=“0000”;when 5=>nc0<=“0101”;nc1<=“0000”;when 6=>nc0<=“0110”;nc1<=“0000”;when 7=>nc0<=“0111”;nc1<=“0000”;when 8=>nc0<=“1000”;nc1<=“0000”;when 9=>nc0<=“1001”;nc1<=“0000”;when 10=>nc0<=“0000”;nc1<=“0001”;when 11=>nc0<=“0001”;nc1<=“0001”;when 12=>nc0<=“0010”;nc1<=“0001”;when 13=>nc0<=“0011”;nc1<=“0001”;when 14=>nc0<=“0100”;nc1<=“0001”;when 15=>nc0<=“0101”;nc1<=“0001”;when 16=>nc0<=“0110”;nc1<=“0001”;when 17=>nc0<=“0111”;nc1<=“0001”;when 18=>nc0<=“1000”;nc1<=“0001”;when 19=>nc0<=“1001”;nc1<=“0001”;when 20=>nc0<=“0000”;nc1<=“0010”;when 21=>nc0<=“0001”;nc1<=“0010”;when 22=>nc0<=“0010”;nc1<=“0010”;when 23=>nc0<=“0011”;nc1<=“0010”;when 24=>nc0<=“0100”;nc1<=“0010”;when 25=>nc0<=“0101”;nc1<=“0010”;when 26=>nc0<=“0110”;nc1<=“0010”;when 27=>nc0<=“0111”;nc1<=“0010”;when 28=>nc0<=“1000”;nc1<=“0010”;when 29=>nc0<=“1001”;nc1<=“0010”;when 30=>nc0<=“0000”;nc1<=“0011”;---------------------------当在设定范围内时，分别为个位十位译码并显示
when others=>nc0<=“0000”;nc1<=“0000”;
end process q4;-------------------------end architecture one;
----所有进程结束-------------------------
八、仿真结果
1、clk为输入脉冲；开始令reset为’1’，启动系统，系统正常工作后值为’0； t0为红绿灯循环时间，可自由修改，如果输入值为’0010000’，则为16秒倒计时。如下图：系统从0点开始运行，处于夜间模式时，倒计时都为“00”，两个方向都为黄灯闪烁，红绿灯都熄灭。
---------------------------否则，LED灯显示0
end case;2、5：00之后，进入到白天模式：从第1状态（东西方向绿灯亮、南北方向红灯）开始，倒计时从16秒开始递减。倒计时第4秒后进入第2 状态（东西方向黄灯闪烁，南北方向红灯亮）。
3、倒计时第0秒后进入第3 状态（东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮），倒计时再从16秒开始递减；倒计时第4秒后进入第4 状态（东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪烁）；倒计时第0秒后进入第1 状态（东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮），倒计时再从16秒开始递减
。如此循环。
4、当计时器到22：00时，再次进入夜间模式：东西南北方向黄灯闪烁；到次日5：00时又回到白天模式。如此循环。
九、讨论与改进
特点：
1、在整个设计过程中，分进程实现整个功能，简单明了；
2、状态机的功能和优点得到了较为完整的体现；
3、分夜间和白天模式不同，系统自动调节；
4、黄灯以闪烁的形式亮；系统运行后红绿灯循环点亮的时间也可自由修改。不足：
1、整个系统启动后从夜间0点开始运行，而不能随意调为哪个时间的交通灯状态，只能从程序中改，不能手动调节；
2、整个功能还是比较简单，未能分左右转和直行的情况；
3、紧急情况处理时也无特殊处理的设置。
改进：
1、在进程中可增加一个输入量，用以控制系统的时钟时间，方便调节模式和交通灯状态；
2、在进程中可加入几个红绿灯状态来分别控制东西方向和南北方向的左转、右转和直行的红绿灯状态；
3、在原有程序的基础上，可通过增加一个输入量来控制一种特殊状态，用以控制特殊情况的处理，视该特殊情况而定。
二○一○年九月三日
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