VHDL课程设计交通信号灯控制器

1． 课程设计目的

通过理论课的学习，学生已经掌握了不少理论知识。对于一个未来的工程技术人员来说，如何运用所学知识去分析和解决实际问题是至关重要的。本课程设计的目的也正是如此。

2．课程设计内容

基本要求:

1、 设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每

个入口处设置红、绿、黄三色机动车辆信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。

2、 主、支干道两者交替允许通行，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，

用二位七段LED显示45秒、25秒倒计时。

3、 在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，使行驶中的车

辆有时间停到禁行线外。

较高要求:

1、 能设置主干道和支干道每次放行的时间

2、 在每个路口增加红、绿人行道信号灯(即：每个路口共有五盏信号灯)，能实现

现实交通灯控制器的全部功能

3．设计条件

软件：本实验使用到Altera公司的Max+plus 2软件。

硬件：

4．设计思路

4.1题意的理解

依题意可知过程图如下

在仔细画图判断可知当支路绿灯亮到暗再黄灯从亮到暗这个时间刚好为主干道的红灯亮的时间，同理支路红灯亮的时间也刚好等于主干路绿灯和黄灯亮的时间和。由此可以将两个红灯的控制计数器有理地省略。同时还可以知道支路的红灯亮时支路的人行道的绿灯

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亮，人行道绿灯暗时红灯亮；同理主干道的人行道绿灯也和主干道的红灯同时亮暗，红灯相反。因此也可省略人行道的红绿灯控制器。主要的控制就可由主干和支路的黄绿灯的控制器控制，为4个控制器，大大省略了设计时间和成本，也是设计更加简便。如下图为改进后的过程图：

4．2设计过程设想

（1）在开始设计时是设想能否由一个总的计数器来计数，再分段把要的时间通过赋值的形式导出，这个输出也就是黄绿灯的控制点同时也设计一个倒计时计数器显示倒数时间，但通过实验可知这些都可以实现。

但当要设计成可设置通行时间时就出现问题了，在设计总的计数器的过程中发现此时将非常复杂，容易出错且仿真过程需要非常多时间，这就不太符合本设计。因此放弃掉本设想。

（2）再次设计时设想那能否用分频器的方式将所需要的计数时间分出，再设计个倒计时计数器在将计数器的输出通过译码器译码再通过LED显示，计数器的输出也就是黄绿

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灯的控制点，然而后面发现这个设计和上个设计仅仅是想法不同，实际设计时几乎相同的，也是和后面发觉的困难一样很复杂。因此放弃该设想。

（3）这个设计时是将倒计时变成为减法计数来实现，开始时是设想通过计数器来控制这些减法计数器，后面发觉是不太可行的，放弃这个后发觉可以用Moore型状态机来控制这些减法计数器，而方法就只是在减法计数器计数到最后一位时输出1，将这些计数器的输出都输入到Moore型状态机中来实现状态机的输入控制，再通过状态机的输出来控制计数器的开始和关闭时间。即原理相同于S0为主干道的绿灯控制，S1为主干道黄灯控制，S2为支路的绿灯控制，S3为支路的黄灯控制。

同时状态机的输出即为主干和支路的黄绿灯的控制。验证可知这个方案可行且较容易实现。

（4）后面发觉第三个的设计想法中并不能外置设备来更改道路通行时间，所以进行更改后为将所要计的数提前用另外的计数器的输出来控制和更改（可加可减）。然后再计数。其他和第三的相同。

5．设计过程

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5．1所需要计的数的控制器设计

这个控制器原先就设置好计的数，主干道绿灯为45秒，支路绿灯为25秒，黄灯为5秒，但c1为1时计的数就加1，当c2为 1时计的数就减1。

5．2减法计数器的设计

减法计数器设计，用jiqh和jiql来设置所需要的计数数值，clr为清0端为1时清0，当rsest为1时计数器开始工作，当减法计数器减到设置的最后一位时C0输出为1，其他时间均为0。qh和ql为计数器的计数输出。这三个计数器只是在设置计数这个不同其他相同。

5．3译码器的设计

译码器的设计，只是一个简单的LED的显示的译码，为4-7译码器。

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5．4Moore型状态器的设计

Moore型状态机的设计，是一个4个状态的状态机，根据c1c2c3c4的输入改变状态，同时根据状态输出。

5．5单输入非门的设计

这只是一个简单的单输入非门设计。

5．6两输入或门的设计

只是简单的两输入或门设计。

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5．7 4分频设计

5．8总的电路设计

根据设计图来摆放器件和布线。输出a为主干道绿灯控制，b为主干道黄灯控制，h为主干道红灯控制和主干道人行道绿灯控制，g为主干道人行道红灯控制，c为支路绿灯控制，d为支路黄灯控制，e为支路红灯控制和支路人行道绿灯控制，f为支路人行道红灯控制。

上图为第三次设想时的设计图jiaotongdeng1，下图才是本次改进后的实验原理图

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jiaotongdeng2。

6．设计结果

第三种设计的仿真图如下

第四种设计的仿真图

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由仿真图可得到实际设计的设想结果。

7．设计中的不足

本设计中由于本人初次设计，经验不足，设计和布局均不太合理。又由于知识不足，

设计得过于繁杂和过于困难。

8．设计体会和心得

通过编译原理课程设计，掌握了什么是编译程序，编译程序工作的基本过程及其各阶段的基本任务，熟悉了编译程序总流程框图，了解了编译程序的生成过程、构造工具及其相关的技术对课本上的知识有了更深的理解，课本上的知识是机械的，表面的。把原来以为很深奥的书本知识变的更为简单，对实验原理有更深的理解。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。

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而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

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