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 目 十字路口交通灯控制器 姓 名 赵永超 学 号 409109070609 班 号 4091090706 指导老师 成 绩 2010 年 6 月目 录1. 功能描述 522. 开发工具选择 523. 设计方案 524 模块描述 525. VHDL 实现 526. 调试仿真 527. 课程设计回顾总结 52参 考 文 献 52附录 521.功能描述ar,ay,ag 和 br,by,bg 分别表示 A 和 B 道的红灯，黄灯，绿灯的驱动信号。信号灯在高电平时亮，低电平时熄灭。十字路口的交通灯控制电路功能：十字路口交通灯控制规则为：当 A 道无车时，
2、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 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。2.开发工具选择选择 VHDL 语言描述，利用 Quartus II 5.1 工具。3. 设计方案在设计方案之前，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
3、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 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)、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
4、同，从题目中计数值与交通灯的亮灭的关系如下图所示：(2) 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来实现，e15，e5，e10 分别是三个定时计数器的工作使能信号，即当 e15，e5，e10 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
5、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、B 道A 道0sec 35sec黄灯亮 红灯亮15sec红灯亮 绿灯亮 黄灯亮10s 5s图 2绿灯亮15s 5s绿灯点亮信号，e15 、 e10、e5 分别表示由控制器输出传给 15s、10s、5s 三个定时计数器的计数使能信号，x 为输入控制器的车辆传感器信号，tm15、tm5、tm10 分别表示由 15s、10s、5s 定时计数器产生的计时时间到信号，它们是控制
6、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， 。cpresetx定时器模块 控制器模块10s定时器5s定时器25s定时器e10tm10e5tm5e15tm15控 制 器brbyybgarayagclk clr x输出模块图 3十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 输出说明 现态x*tm15 tm5 not（x）tm20次态br by bg ar ay ag e15 e5 e
7、10B 道绿灯，A道红灯S0(0 0) 1 x x S1(0 1) 001 100 100B 道黄灯，A道红灯S1(0 1) x 1 x S2(1 0) 010 100 010B 道红灯，A道绿灯S2(1 0) x x 1 S3(1 1) 100 001 001B 道红灯，A道绿灯S3(1 1) x 1 x S0(0 0) 100 010 0104 模块描述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
8、端和计时时间到信号输出端。本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：表二 模 10 计数器功能真值表输入 计数变量 输出reset cp eg count T_51 置数 00 1 当 countIF (x AND tm15)=1 THEN stateIF tm5=1 THEN stateIF (NOT x)OR tm10)=1 THEN stateIF tm5=1 THEN statecp, e10=tag1, reset=reset, tm10=tag4); -模 10 元件例化U2: counter5
9、PORT MAP(cp=cp, e5=tag2, reset=reset, tm5=tag5); -模 5 元件例化U3: counter15 PORT MAP(cp=cp, e15=tag3,reset= reset, tm15=tag6); -模 15 元件例化U4: controller PORT MAP(cp=cp, x=x, reset=reset, tm10=tag4,tm5=tag5, tm15=tag6, br=br, by=by, bg=bg, ar=ar, ay=ay, ag=ag, e10=tag1, e5=tag2, e15=tag3); -控制器元件例化END BE_RYG;6. 调试仿真（1） 、模 5 计数器调试仿真结果：（2） 、模 10 计数器调试仿真结果：（3） 、模 15 计数器调试仿真结果：（4） 、控制器 controller 调试仿真结果：（5） 、十字路口交通灯控制系统仿真波形：7. 课程设计回顾总结及心得体会设计逻辑电路时，首先分析功能，确定输入和输出，划分功能模块。设计控制模块，处理各模块间的关系，然后针对各个功能模块，编写代码，调试程序。8. 参 考 文 献：徐志军：数字逻辑与 VHDL 设计数字逻辑实验范例（FPT：/202.206.159.243）平时实验的参考资料VHDL 语言设计指南
