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EDA课程设计报告
交通灯控制器
一、设计任务要求
1、控制器按东西、南北两个方向控制两组交通灯（红、绿、黄） 2、两组灯亮的顺序满足交通安全的规则要求.
3、东西向绿灯每次亮30S，接着黄灯亮2S，红灯亮20S；南北向绿灯
每次亮28S，接着黄灯亮2S，红灯亮30S. 4、有两组数码管给出灯亮的时间倒计时显示。
二、设计思路及总体结构框图
设计思路：
1．硬件：由设计任务要求可知，总体输入电路有：
(1)在开始计时之前的等待状态，复位键reset接低电位，接通电源后，首先要将它接高电位，表示计时开始。
(2)当按一下（on_off）键，表示紧急情况发生，两个方向均为红灯亮，计时停止，当再次按下（on_off）键时，控制器恢复原来状态，正常工作。
输出电路：
（1）由于东西和南北方向都要显示时间，因此需要4个数码管，这样在设计中就需要四条输出线choose4，用来选通指定一个LED七段显示数码管。
（2）显示器的每一位都采用LED七段显示数码管进行显示，每一个LED七段显示数码管都要有七条输出线控制，一共使用4个七段数码管，故输出电路使用四个七位输出信号：showtime1,showtime2,showtime3,showtime4。
（3）东西和南北方向都有交通灯亮的情况，故输出电路中要有两个状态控制信号state1,state2分别控制东西和南北的灯，每个方向上有4个灯（增加了左、右转弯显示控制功能），所以state1,state2的类型应该是4位数组型的。
外部电路图如下： 东西方向 clk 4/ State1 交通灯 stas reset 南北方向State2 on_off 4/ 交通灯 7/ Showtime1 7/ Showtime2 7/ Showtime3 7/ Showtime4 Choose4 4/ - 2 -
2．软件：
（1）在VHDL设计描述中，采用自顶向下的设计思路，该思路，首先要描述顶层的接口，上面的描述已经规定了交通灯控制的输入输出信号：
输入信号：复位开关信号reset；
紧急情况控制信号on_off； 外部时钟信号clk。
输出信号：LED七段显示数码管的选通信号choose4(3 downto 0);
LED七段显示数码管的输出信号showtime1(6 downto 0),showntime2(6
downto 0),showtime3(6 downto 0),showtome4(6 downto 0); 交通灯状态控制信号state1(3 downto 0),state2(3 downto 0)。
（2）在自顶向下的VHDL设计描述中，通常把整个设计的系统划分为几个模块，然后采用结构描述方式对整个系统进行描述。根据实验设计的结构功能，来确定使用哪些模块以及这些模块之间的关系。
由于紧急情况控制信号是采用按键的输入方式，其产生时刻和持续时间的长短是随机不定的，且存在因开关簧片反弹引起的电平抖动现象，因此必须在每个开关后面安排一个消抖和同步化电路模块，以保证系统能捕捉到输入脉冲，故需要有防抖动的模块。
由于外部时钟信号clk的频率为1MHz，而实际需要的内部计时时钟频率为1Hz，提供给消抖同步电路的频率为50Hz（满足按键）和提供给产生选通信号电路的时钟频率为200Hz（满足视觉暂留效应）。
当正常计时开始后，需要进行定时计数操作，由于东西和南北两个方向上的时间显示器是由两个LED七段显示数码管组成的，因此需要产生两个2位的计时信息：2个十位信号，2个个位信号，这个定时计数操作可以由一个定时计数器来完成，又因为交通灯的状态变化是在计时为0的情况下才能进行的，因此需要一个计时电路来产生使能信号，因此定时计数的功能就是用来产生2个2位计时信息和使能信号。
另外还需要将时间显示出来，为了节省资源，我采用了循环点亮LED七段显示数码管的方法来显示计时输出。通过信号choose4(3 downto 0)来对4个LED七段显示数码管进行选择。
由于不能使用7448自动译码集成电路，故在LED七段显示数码管显示时间时，要把计时结果转换为七段码输出到相应的LED七段显示数码管上，因此还需要一个转换电路。
交通灯状态控制也需要一个电路，当有使能信号及无紧急情况下，交通灯状态不发生变化，有紧急情况时，两个方向上均为红灯亮，紧急情况消除后，回到原来状态，无使能信号时，交通灯状态不变。
通过上面的分析，不难得知可以把交通灯控制系统划分为6个模块：键输入模块，时
钟分频模块，计时模块，选通模块，显示模块，控制模块 三、总体结构框图
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No
通电 复位 yes 东西为红，南北为绿，计时开始 Yes 是否有紧急情况 No No 计时到20s
Yes 东西为黄，南北为绿
No Yes Yes 是否有紧急情况 是否消除？ No
计时到5s No Yes 两方向均为红，计时停止
东西为红，南北为绿 Yes 是否有紧急情况 No
计时到20s No Yes
东西为红，南北为黄 Yes 是否有紧急情况
No 计时到5s Yes
六、仿真波形
状态变化仿真图：以下显示选通信号的仿真波形
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七、源程序
去抖模块:--------keyin module----- library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all; entity keyin is
port(A,B :in std_logic; C :out std_logic); end keyin;
architecture keyin_arc of keyin is component kand2
port(A,B :in std_logic; C :out std_logic); end component; component kdf
port(A,B :in std_logic; C,D :out std_logic); end component;
component knand2
port(A,B :in std_logic; C :out std_logic); end component;
signal TMP1,TMP2,TMP3,TMP4,TMP5,TMP6:std_logic; begin
u0: knand2 port map(A,TMP1,TMP2); u1: knand2 port map(TMP2,TMP3,TMP1); U2: kdf port map(TMP2,B,TMP4,TMP3); U3: kdf port map(TMP4,B,TMP6,TMP5); u4: kand2 port map(TMP4,TMP5,C); end keyin_arc;
library ieee; ---two inputs and gate description use ieee.std_logic_1164.all; entity kand2 is
port(A,B :in std_logic; C :out std_logic); end kand2;
architecture kand2_arc of kand2 is begin
C<=A and B;
end kand2_arc;---end of two inputs and gate description library ieee; ---two inputs and_not gate description use ieee.std_logic_1164.all; entity knand2 is
port(A,B :in std_logic;
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C :out std_logic); end knand2;
architecture knand2_arc of knand2 is begin
C<=not(A and B);
end knand2_arc;---end of two inputs and_not gate description library ieee; ---D trigger description use ieee.std_logic_1164.all; entity kdf is
port(A,B :in std_logic; C,D :out std_logic); end kdf;
architecture kdf_arc of kdf is begin
process(B) begin
if(B'event and B='1')then C<=A;D<=not A; end if; end process; end kdf_arc;
控制模块:---------keep module--------- library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all; entity keep is
port( a,b,c,g,j: in std_logic;
d,e : out std_logic_vector(3 downto 0); f : out std_logic_vector(1 downto 0)); end keep;
architecture keep_arc of keep is type state_type is (s0,s1,s2,s3,s4); signal current_state:state_type; signal new_state:state_type; begin
newstate_logic:
process(current_state,b,a,g) variable m:integer range 0 to 3; begin
if(g='0')then new_state<=s1;--------通电后给交通灯状态赋初值 else case current_state is when s1 =>m:=0;
if(b='1'and j='0'and a='0')then--当计数到20s且无紧急情况时，交通灯跳至下
一状态
new_state<=s2;
elsif(a='1')then new_state<=s0;-有紧急情况时，交通灯变为紧急状态
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else new_state<=s1;-------------计时未到的时候保持原状态不变 end if;
when s2 =>m:=1;
if(b='1'and j='1'and a='0')then new_state<=s3;-当记数到5s且无紧急情况时，
交通灯变为下一状态
elsif(a='1')then new_state<=s0;---------有紧急情况时，交通灯变为紧急状态 else new_state<=s2; --------------------计时未到的时候保持原状态不变 end if;
when s3 =>m:=2;
if(j='1'and b='0'and a='0')then new_state<=s4;-当记数到20s且无紧急情况
时，交通灯变为下一状态
elsif(a='1')then new_state<=s0;----有紧急情况时，交通灯变为紧急状态 else new_state<=s3; ---------------计时未到的时候保持原状态不变 end if; when s4 =>m:=3;
if(j='1'and b='1'and a='0')then new_state<=s1;--当记数到5s且无紧急情况
时，交通灯变为下一状态
elsif(a='1')then new_state<=s0;-----有紧急情况时，交通灯变为紧急状态 else new_state<=s4; ----------------计时未到的时候保持原状态不变 end if;
when s0=>if(a='0')then---------------紧急情况消除后，回到原来状态 case m is when 0 =>new_state<=s1;
when 1 =>new_state<=s2; when 2 =>new_state<=s3; when 3 =>new_state<=s4;
end case;
else new_state<=s0; end if; end case; end if;
end process;
state_register: process(c) begin
if(c'event and c='1')then current_state<=new_state;--当时钟上升沿触发时，交通
灯状态发生改变
end if; end process; output_logic:
process(current_state)---------------产生与交通灯状态相对应的提示信号，以控制计
时模块的不同状态下的不同赋植
begin
case current_state is when s0 => d<=\"0100\";e<=\"0100\"; when s1 => d<=\"0100\";e<=\"1001\";f<=\"00\"; when s2 => d<=\"0100\";e<=\"0010\";f<=\"01\";
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when s3 => d<=\"1001\";e<=\"0100\";f<=\"10\"; when s4 => d<=\"0010\";e<=\"0100\";f<=\"11\"; end case; end process; end keep_arc;
计时模块:-------time module------- library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity time is
port(a,b,k:in std_logic;
c :in std_logic_vector(1 downto 0);
d,e,f,g :out std_logic_vector(3 downto 0); j,h :out std_logic); end time;
architecture time_arc of time is
signal l,m,n,p:std_logic_vector(3 downto 0); begin
process(a,b,k) begin
if(k='0')then l<=\"0101\";m<=\"0010\";n<=\"0000\";p<=\"0010\";-通电后赋初值 else if(a'event and a='1')then
if(b='1')then l<=l;m<=m;n<=n;p<=p;-----------------有紧急情况时，计时停止 else
if(n=\"0001\" and p=\"0000\")then case c is ----当东西方向倒计时到0时，重
新赋值，并产生使能信号控制交通灯的状态
when \"00\" =>n<=\"0101\";p<=\"0000\";j<='1'; when \"01\"=>n<=\"0101\";p<=\"0010\";j<='1'; when \"11\"=>n<=\"0000\";p<=\"0010\";j<='1'; when \"10\"=>n<=\"0000\";p<=\"0010\";j<='1'; when others =>null; end case;
else j<='0';-----------------------计时未到0时，输出使能信号为0
if(n=\"0000\"and p/=\"0000\")then n<=\"1001\";p<=p-1;---当各位倒计时到0，
而十位没到0时十位减一，个位赋9
else n<=n-1; ---------------------否则，各位减一 end if; end if;
if(l=\"0001\"and m=\"0000\")then--当南北方向倒计时到0时，重新赋值，
并产生使能信号控制交通灯的状态
case c is when \"00\"=>l<=\"0000\";m<=\"0010\";h<='1'; when \"01\"=>l<=\"0000\";m<=\"0010\";h<='1'; when \"10\"=>l<=\"0101\";m<=\"0000\";h<='1'; when \"11\"=>l<=\"0101\";m<=\"0010\";h<='1';
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when others =>null; end case;
else h<='0'; ---------------------计时未到0时，输出使能信号为0
if(l=\"0000\"and m/=\"0000\")then l<=\"1001\";m<=m-1;-当各位倒计时到0，而
十位没到0时十位减一，个位赋9
else l<=l-1; -----------------------------否则，各位减一 end if; end if; end if; end if; end if;
f<=n;g<=p;d<=l;e<=m; end process; end time_arc;
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