交通灯控制程序设计
实验三 交通灯控制程序设计
1. 实验目的和要求
完成交通灯控制器的设计，掌握状态机的使用。 2．实验内容或原理
在十字路口，每条道路各有一组红，黄，绿和倒计时显示器，用以指挥车辆和行人有序的通行。其中，红灯亮表示该道路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示可以通行；倒计时显示器是用来显示允许通行或是禁止通行的时间。
根据交通灯的工作方式，设计的交通灯由两组红绿灯信号控制四组交通灯，其中处于同一个方向的交通灯共用一组红绿灯信号。显示顺序为：方向一为黄灯、红灯、绿灯，方向二为绿灯、黄灯，红灯。‘0’表示灯亮，‘1’表示灯熄。其中绿灯，黄灯，红灯的持续时间分别为25秒，5秒，20秒。系统框图如图2所示，系统包括分频模块及信号灯模块。分频模块对系统时钟进行秒分频，为信号灯提供秒输入信号；信号灯模块实现交通灯控制的逻辑功能。
3. 交通灯控制器的设计方案
设东西方向和南北方向的车流量大致相同，因此红、绿、黄灯的时长也相同，定为红灯20秒，绿灯25秒，黄灯5秒，同时用数码管指示当前状态（红、绿、黄灯）剩余时间。
方案一：采用VHDL语言直接编写，实现交通灯指挥功能。
方案二：采用模块层次化设计，将此设计分为四个模块：计时模块，状态控制模块，信号灯显示模块，数码扫描显示模块。将四个模块再分别用VHDL语言编写成，做成原理图模块，用原理图输入法做整个设计的顶层文件。 4. 交通灯原理分析
当SPC = '1'时，数码管停止计时，S输出为B"010010",即南北、东西方向指示灯示数维持不变。
当SPC=‘1’跳变到SPC=‘0’时，数码管继续计时，恢复正常工作状态。
当SPC = '0'时，交通即开始正常工作。R=‘1’时，进入初始状态S0="001010"经过20秒，变为S1="100010"再经过5秒，变为S2="010001"，再经过20秒，变为S3="010100"，再经过5秒，S变为B"001010"……如此循环下去。
南北、东西方向的红绿灯按表一表二变化。 表一 交通灯状态转换表
表二 交通灯状态转换表
注：S的六位分别对应东西方向（A方向）的红绿黄和南北方向（B方向）的红绿黄。‘1’表示亮，‘0’表示灭。
5.VHDL仿真实验
（1）为此工程新建一个文件夹。启动QuartusII软件工作平台，新建工程设计文件名为traffic.vhd。在新建的VHDL模型窗口下编写源程序代码如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH;
ENTITY traffic IS
PORT (CLK,R,SPC: IN STD_LOGIC;
LIGHT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); Q1,Q2 : OUT INTEGER RANGE 0 TO 25;
LED1,LED2,LED3,LED4 :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)); END traffic ;
ARCHITECTURE behav OF traffic IS TYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3); SIGNAL STATE : STATES ;
SIGNAL T1,T2: INTEGER RANGE 0 TO 25;
SIGNAL L1,L2,L3,L4 : INTEGER RANGE 0 TO 9; BEGIN
P1: PROCESS (CLK,STATE) BEGIN
IF R='1'THEN STATE
ELSIF SPC='1' THEN LIGHT
ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN CASE STATE IS
WHEN S0=> LIGHT
STATE
WHEN S1=> LIGHT
STATE
WHEN S2=> LIGHT
T1
STATE
WHEN S3=> LIGHT
IF T1=0 THEN
STATE
WHEN OTHERS=>STATE
end PROCESS;
p2:PROCESS(T1,T2) begin
L1
L3
CASE L1 IS
WHEN 0=>LED1LED1LED1
WHEN 3=>LED1LED1LED1LED1LED1LED1LED1 LED1
CASE L2 IS
WHEN 0=>LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2
WHEN OTHERS=> LED2
BEGIN
CASE L3 IS
WHEN 0=>LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3 LED3
CASE L4 IS
WHEN 0=>LED4LED4LED4LED4LED4LED4LED4LED4LED4LED4 LED4
END behav;
（2） 创建工程及全程编译。完成源代码输入后即可创建工程然后进入全程编译，检查设计是否正确。选择Tools->Netlist Viewers->RTL Viewers命令，即HDL的RTL级图形观测器，选择好后即自动弹出计数器设计的RTL电路，如下图：
（3） 仿真。建立波形编辑文件进行时序仿真或时序仿真，仿真结果如下图所示， 时序仿真：
（4）硬件测试。完成仿真实验后，若仿真结果无误，则进行锁脚，然后下载到FPGA实验箱上进行硬件测试。
选择试验箱的模式为模式5，时钟CLK选择为CLOCK0（PIN_28脚）,频率f=4Hz,LDE1[3..0] 对应的引脚编号PIN-20,19,18,17，LDE2[3..0] 对应的引脚编号PIN-16,15,14,13，LDE3[3..0] 对应的引脚编号PIN-136,135,134,133，LDE4[3..0] 对应的引脚编号PIN-132,128,41,21，LIGHT[5..0] 对应的引脚编号PIN7,6,4,3,2,1，R对应的引脚编号PIN-233，SPC对应的引脚编号PIN-234. 6.实践教学报告要求
将实验原理、设计过程、编译仿真波形和分析结果、硬件测试实验结果写进实验报告。