ASIC系统设计实验报告_交通灯控制器

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1、交通灯控制器的设计汪明2080130204信号与信息处理设计一个十字路口的交通灯控制系统，用于主干道与乡间公路的交叉路口。要求优先保证主干道的畅通，因此平时处于“主绿乡红”状态。控制系统通过一传感器来感知乡路上的行车情况，当感知到乡路上有行车时，如果此时主干道的运行时间超过一分钟，则进入“主黄乡红”的状态，四秒后即进入“主红乡绿”的状态，当传感器一直检测到车辆时，乡路运行的最长时间为20秒，这是，按照主干道运行1分钟、乡路运行20秒的时间规定来设定交通灯的状态。当传感器没有感知到车辆，则乡绿状态随即变为“乡黄主红”状态，运行四秒后，进入“主绿乡红”状态。按照这种规则，设计出合理的系统结构，

2、利用XILINXISE软件对设计的系统进行编程实现。1交通灯控制器系统结构设计1.1系统功能要求该交通灯系统为一个十字路口交通管理信号灯，用于主干道与乡间公路的交叉路口，要求是优先保证主干道的畅通，因此平时处于“主干道绿灯，乡间道红灯”状态，只有在乡间公路有车辆要穿行主干道时才将交通灯切向“主干道红灯，乡间道绿灯”，一旦乡间公路无车辆通过路口，交通灯又回到“主绿，乡红”的状态。此外，主干道每次通行的时间不得短于1分钟，乡间公路每次通行时间不得长于20秒。而在两个状态交换过程中出现的“主黄，乡红”和“主红，乡黄”状态，持续时间都为4秒。交通灯的状态转换规律如图1示。图1交通灯控制器状态转换规

3、律在实验的过程中，要求系统能够按照正确的状态给出各灯的控制信号，不需要设计放大电路。通过6个LED灯来表示主干道和乡路上的6盏灯，在任一时刻，主干道和乡道中必须有一盏灯为亮的状态。通过分析交通灯控制器的状态变化以及变化所需要的条件，画出交通灯控制器的状态转换图，通过有限状态机的设计方法来进行系统的设计。基于这些要求，完成系统的设计，通过XINLINXISE软件将所设计的系统下载到目标板XC3S200FT256上，测试结果的正确性。1.2系统结构设计根据上述要求，对系统的结构进行设计。从要求中可以看出，系统应第6页共6页包含分频器、计数器、交通灯控制器、时间显示模块和片选模块几个部分。目标板

4、T9引脚所提供的时钟为50MHZ，所以先对系统时钟进行分频；交通灯控制信号按照一定的规则改变各交通灯的状态，并将相应信息传递给计数模块，计数模块则开始计时，并将计时的结果反馈给控制模块和时间显示模块，对交通灯控制模块和时间显示模块产生影响。总的系统方案如图2示。在本实验中，我们只需完成交通灯控制模块的设计，安排好其余模块与控制模块之间的接口，便可根据输入信号来进行交通灯状态的变换。图2系统方框图2交通灯控制器的VHDL程序设计经过上面的分析，可设计出系统方案，构造出了系统的方框图。根据方框图，可以将系统划分为分频器模块、交通灯控制模块、计数器模块、片选模块、时间显示模块和顶层设计几个部分。

5、下面将主要针对交通灯控制模块进行设计，完成VHDL程序的编写和仿真。从模块划分中可看出，交通灯控制模块为系统的核心部分。在这里，我们将采用有限状态机的设计方法对这一模块进行设计。从交通灯的状态转换规律图1可看出，改系统总共有四种状态，可认为定义为MGCR、MYCR、MRCG和MRCY。传感器信号S、4秒计时信号CLK4S、20秒计时信号CLK20S、1分钟计时信号CLK1M的变化将会使交通灯的状态发生变化，跟据状态转换规律，可画出交通灯的状态转换图，如图3示。图3交通灯控制模块状态转换图第6页共6页对状态转换图进行分析可知，系统为一有限状态机，并且根据题目的要求，系统的初始状态应为主绿乡红

6、（MGCR），在设计系统的时候，应加入系统时钟信号CLK、复位信号RST，以保证在系统程序出错或者跑飞的情况下能够迅速复位。而且在于其他模块的接口约定上，约定所有的计时信号为1时，表明处在计时当中，而计时信号出现下降沿时，表明计时时间到。根据这些特点，编写的VHDL程序如下示：------------------------------------------------------libraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;-------

7、-------------------------------------------------交通灯控制模块--引脚设定entitycontrolisport(clk:instd_logic;--------系统时钟：displayclk（10KHZ）rst:instd_logic;--------复位信号：对应按钮BTN0S1:instd_logic;--------控制信号：对应开关SW7clk4s:instd_