交通信号控制器的VHDL的设计
一、设计任务
模拟十字路口交通信号灯的工作过程，利用实验板上的两组红、黄、绿LED作为交通信号灯，设计一个交通信号灯控制器。能达到的要求：
（1） 交通灯从绿变红时，有4秒黄灯亮的间隔时间；
（2） 交通灯红变绿是直接进行的，没有间隔时间；
（3） 主干道上的绿灯时间为40秒，支干道的绿灯时间为20秒；
（4） 在任意时间，显示每个状态到该状态结束所需的时间。
图1 路口交通管理示意图
表1 交通信号灯的4种状态
二、设计原理
1、设计目的：
学习DEA开发软件和QuartusII的使用方法，熟悉可编程逻辑器件的使用。通过制作来了解交通灯控制系统，交通灯控制系统主要是实现城市十字交叉路口红绿灯的控制
2、设计说明
（1）第一模块：clk时钟秒脉冲发生电路
在红绿灯交通信号系统中，大多数情况是通过自动控制的方式指挥交通的。因此为了避免意外事件的发生，电路必须给一个稳定的时钟（clock）才能让系统正常运作。
模块说明：
系统输入信号：
Clk: 由外接信号发生器提供256的时钟信号；
系统输出信号： full：产生每秒一个脉冲的信号；
（2）第二模块：计数秒数选择电路
计数电路最主要的功能就是记数负责显示倒数的计数值，对下一个模块提供状态转换信号。
模块说明：
系统输入：full: 接收由clk电路的提供的1hz的时钟脉冲信号；
系统输出信号： tm： 产生显示电路状态转换信号
tl：倒计数值 秒数个位变化控制信号
th：倒计数值 秒数十位变化控制信号
（3）第三模块：红绿灯状态转换电路
本电路负责红绿灯的转换。
模块说明：
系统输入信号：full: 接收由clk电路的提供的1hz的时钟脉冲信号；
tm: 接收计数秒数选择电路状态转换信号；
系统输出信号： comb_out: 负责红绿灯的状态显示。
（4）第四模块：时间显示电路
本电路负责红绿灯的计数时间的显示。
模块说明：
系统输入信号：tl：倒计数值 秒数个位变化控制信号；
th：倒计数值 秒数十位变化控制信号；
系统输出信号： led7s1: 负责红绿灯的显示秒数个位。
led7s2： 负责红绿灯的显示秒数十位。
三、设计方案
图2 交通信号灯控制器的原理框图
采用VHDL语言输入的方式实现交通信号灯控制器
图3 交通信号灯控制器程序原理框图
该程序由7个进程组成，进程P1和P2将CLK信号分频后产生1秒信号，进程P3、P4、P5构成两个带有预置数功能的十进制计数器，其中P4产生允许十位计数器计数的控制信号。进程P6实现状态转换和产生状态转换的控制信号，进程P7产生次态信号和信号灯输出信号，以及每一个状态的时间值。
四、VHDL程序：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY traffic IS
PORT (clk:in std_logic;
led7s1:out std_logic_vector(6 downto 0);
led7s2:out std_logic_vector(6 downto 0);
comb_out:out std_logic_vector(5 downto 0));
END;
ARCHITECTURE one OF traffic IS
TYPE dm IS (s0,s1,s2,s3);
SIgnal current_state,next_state:dm;
SIGNAL FULL : STD_LOGIC;
SIGNAL tl :STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
SIGNAL th:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);
SIGNAL tm :STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
SIGNAL TIME :STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
BEGIN
P_REG: PROCESS(CLK)
VARIABLE CNT8:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
BEGIN
IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN
IF CNT8 = "11111111" THEN
CNT8:="01111111";
FULL＜='1';
ELSE CNT8 := CNT8+1;
FULL ＜= '0';
END IF; END IF;
END PROCESS P_REG;
PROCESS(full)
BEGIN
IF full'EVENT AND full='1' THEN
IF TIME＜"1000011" THEN
TIME＜=TIME+1;
ELSe TIME ＜="0000000";
END IF;
END IF;
END PROCESS;
REG:process( full,current_state)
BEGIN
IF full='1' AND full'EVENT THEN
current_state＜=next_state;
END IF;
END process;
COM:process(current_state, time)
begin
case current_state is
when s0=＞comb_out＜="001100";tm＜=39-time;
if time=39 then next_state＜=s1;
else next_state＜=s0;
end if;
when s1=＞comb_out＜="010100";tm＜=43-time;
if time=43 then next_state＜=s2;
else next_state＜=s1;
end if;
when s2=＞comb_out＜="100010";tm＜=63-time;
if time=63 then next_state＜=s3;
else next_state＜=s2;
end if;
when s3=＞comb_out＜="100001";tm＜=67-time;
if time=67 then next_state＜=s0;
else next_state＜=s3;
end if;
end case;
end process;
PROCESS(tm)
BEGIN
IF tm＞=30 THEN th＜="11";tl＜=tm-30;
ELSIF tm＞=20 THEN th＜="10";tl＜=tm-20;
ELSIF tm＞=10 THEN th＜="01";tl＜=tm-10;
ELSE th＜="00";tl＜=tm;
END IF;
END PROCESS;
process(th,tl)
begin
case th is
when"00"=＞led7s1＜="0111111";
when"01"=＞led7s1＜="0000110";
when"10"=＞led7s1＜="1011011";
when"11"=＞led7s1＜="1001111";
when others=＞null;
end case;
case tl is
when "0000000"=＞led7s2＜="0111111";
when"0000001"=＞led7s2＜="0000110";
when "0000010"=＞led7s2＜="1011011";
when"0000011"=＞led7s2＜="1001111";
when"0000100"=＞led7s2＜="1100110";
when "0000101"=＞led7s2＜="1101101";
when "0000110"=＞led7s2＜="1111101";
when"0000111"=＞led7s2＜="0000111";
when "0001000"=＞led7s2＜="1111111";
when "0001001"=＞led7s2＜="1101111";
when others=＞null;
end case;
end process;
end;
五、仿真结果（如下图）
六引脚设置
选择的引脚锁定方法如下图所示。将未使用的管脚设置为三态输入
调试过程中，由于在实验室时间仓促，未能达到理想效果，程序有待改进。
七、实验心得体会
通过这次课程设计，我进一步加深了对电子设计自动化的了解。并进一步熟练了对QuartusII软件的操作。在编写程序的过程中，遇到了很多问题，使我发现自己以前学习上存在的不足。通过与同学探讨，终于把问题都解决了，并加深了对交通灯原理和设计思路的了解。同时也掌握了做课程设计的一般流程，为以后的设计积累了一定的经验。做课程设计时，先查阅相关知识，把原理吃透，确定一个大的设计方向，在按照这个方向分模块的把要实现的功能用流程图的形式展示。最后参照每个模块把输入和输出引脚设定，运用我们所学的VHDL语言进行编程。总之，通过这次的设计，进一步了解了EDA技术，收获很大，对软件编程、排错调试、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。