(推薦下載)基于FPGA的智能交通燈設(shè)計附VHDL語言程序

1、（完整 word 版）基于 FPGA 的智能交通燈設(shè)計附 VHDL 語言程序編輯整理:尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我 們對文中內(nèi)容進行仔細校對,但是難免會有疏漏的地方，但是任然希望（完整word版）基于FPGA的智能交通燈設(shè)計附VHDL語言程序）的內(nèi)容能夠給您的工作和學習帶來便利。同時也 真誠的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進步的源泉，前進的動力。本文可編輯可修改，如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時查閱,最后祝您生活愉快業(yè)績進步, 以下為（完整word版）基于FPGA的智能交通燈設(shè)計附VHDL語言程序的全部內(nèi)容。目錄第一章

2、設(shè)計原理.1仁1使用VHDL語言實現(xiàn)對FPGA器件的編程.12使用的設(shè)計工具.1仁2。1硬件部分.1仁2.2軟件部分.11.3軟件框圖.2仁4紅綠燈拓展模塊.2第二章程序設(shè)計及分析.32。1分頻器器件的設(shè)計.32.2數(shù)碼管顯示驅(qū)動器件的設(shè)計.42。3頂層器件設(shè)計.42。3. 1按鍵消抖.42。3.2數(shù)碼管掃描顯示.52.3。3 24小時時鐘.62.3。4改變時間設(shè)定.62.3。5交通燈主控程序.7第三章使用說明及實驗結(jié)果.83.1使用說明.83. 2實驗結(jié)果.9第四章結(jié)論與體會.12附錄程序源碼.13第一章設(shè)計原理1o 1使用VHDL語言實現(xiàn)對FPGA器件的編程FPGA(Field Progr

3、ammabIe Gate Array),即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電 路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克 服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。對于目前的FPGA器件，可以使用硬件描述語言(VeClog或VHDL)完成電路 設(shè)計，可以經(jīng)過簡單的綜合與布局，快速的燒錄至FPGA上進行測試,是現(xiàn)代IC設(shè)計驗證的技術(shù)主流.這些可編輯元件可以被用來實現(xiàn)一些基本的邏輯門電路 (比如AND、OR、XOR、NOT)或者更復雜一些的組合功能比如解碼器或數(shù)學方程 式.1.2使用的設(shè)計工具1.2O

4、1硬件部分Cyc I one i i是一款FPGA器件，于2004年由AI tera公司推出.Cyc I one I I FPGA的成本比第一代Cyclone器件低30%,邏輯容量大了三倍多，同時具有豐富 的I/O引腳實驗板采用EP2C5T144C8芯片并配有SDRAM芯片，時鐘頻率為50MHz。 同時，實驗板包含4個數(shù)碼管以及5個按鍵，同時將豐富的I/O口用排針進行了 引出。從系統(tǒng)資源以及運行速度的方面考慮，均足以完成智能交通燈的設(shè)計。1o 2o 2軟件部分Quartus II是Altera公司的綜合性PLD/FPGA開發(fā)軟件，原理圖、VHDL、Ver i logHDL以及AHDL (Alt

5、era Hardware支持Descr ipt ion Language)等多種 設(shè)計輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設(shè)計輸入到硬件配置 的完整PLD設(shè)計流程。VHDL語言是一種用于電路設(shè)計的高級語言。它在80年代的后期出現(xiàn)。具有 設(shè)計靈活、支持廣泛、易于修改、獨立于器件的設(shè)計或工藝等優(yōu)秀的特性十分適合于對FPGA器件進行編程。1 3軟件框圖本系統(tǒng)包含一個頂層以及兩個子器件（分頻器以及數(shù)碼管顯示驅(qū)動）。分頻器將系統(tǒng)時鐘分為1000Hz, 1Hz等待信號供頂層程序使用。頂層包含了整個系統(tǒng)數(shù)碼管亠圖1o 1關(guān)彳處直扌頂層*Processl:按鋌5消抖.數(shù)碼管模式選擇（s6Proce

6、ss2:按鋌1 2 3 4消抖、改變預設(shè)時間（s2 s3 s4 s5）Process3:紅綠:燈點亮控制丿Process4:紅綠燈左控卅序Processo:數(shù)碼管掃描計時Process6:數(shù)碼管不冋模式卜的顯/jProcess?: 24小時時鐘卩匚LED燈，丁ED分頻瓠Processl:分出Ims的時鐘信號卩Process2:分出50ms的時鐘信號卩Process3:分出Is的時鐘佶號卩Process4:分出lmin的時鐘佶號卩Processor分岀lh的時鐘佶號數(shù)碼管顯示驅(qū)動Processl:根據(jù)輸入的移型信號以 及位選信號驅(qū)動數(shù)碼管顯示-0, 1 293, 4 596： 71 8, 9,

7、AB, C, D, E 21 o 4紅綠燈拓展模塊為了達到更好的人機交互效果， 本系統(tǒng)將紅綠燈在電路板上通過不同的顏色 的LED進行實物化。模塊原理圖如下：PCB設(shè)計如下:第二章程序設(shè)計及分析2o 1分頻器器件的設(shè)計本系統(tǒng)將分頻器單獨設(shè)置為一個器件，目的是便于對時間倍率進行修改以及 方便調(diào)用。具體思路如下：(以1ms為周期的輸出信號為例)process (clk_in)一一1ms系統(tǒng)時圭中輸入beginif rising_edge (elk in) then-當檢測到時鐘信號為上丹沿時if (data_ms=25000) ehen-由計數(shù)需實現(xiàn)分頻的功能，-由SOM/(25000*2)得到信號

8、翻轉(zhuǎn)周期。-修改的判斷値就可以實現(xiàn)不同的分頻比data ms=0;Q_ms=not Q_ms；-茁暫存狀態(tài)重進行翻轉(zhuǎn)elsedata ms=daca ms+二；end if;end If;Glk_ouv_ms daca_ _ouc dataout dataout dataout dataout dataout NULLend case;end process;圖2. 22. 3頂層器件設(shè)計2.3.1按鍵消抖本系統(tǒng)對于按鍵采取了消抖的處理辦法，可以有效的增加穩(wěn)定性消抖的實現(xiàn) 原理基于計數(shù)器，當檢測到有按鍵按下則開始計數(shù)，當計數(shù)達到設(shè)定值時給出按 鍵按下的信號并執(zhí)行相應功能，其中key5實現(xiàn)模式選

9、擇，其余按鍵實現(xiàn)對時間 設(shè)定的更改。process (sysclk:, key5)-按鍵 5 消抖+數(shù)碼管模式選擇(s6variab：Lw COUNT 1 : integer range 0 to 1000000;beginif key5=l0 thenif RISING_EDGE(sysclk) thenif COUNTKL000000 thenCOUNT 1: =COUNT1+1 ；else COUNTl:=COUfTTl;end if;if COUNT1=999999 thendata_mode = d.ata_mo de+1;else dat.a_mocie dataoutdataou

10、t=when2=dataoutdataoutdataoutdataoutdataout-IOOOOOIO；when7dacaouc=r,11111000r,；when3dataoucdataour=,10010000r,；0 0 1212 3 3 4 4 5 5 6 67 7 didi 9 9process(intern)begincase int in xs2o 3o 2數(shù)碼管掃描顯示實驗板采用了四個共陽的數(shù)碼管，若需要讓每個數(shù)碼管都顯示不一樣的內(nèi)容, 則需要對數(shù)碼管進行掃描顯示。本系統(tǒng)采用1000Hz的頻率對數(shù)碼管進行掃描顯 不,實際效果可以穩(wěn)定的顯不而不會出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象。程序設(shè)計方面采用

11、了兩個process,分別對數(shù)碼管位選進行掃描以及輸入段 選信號pxoce3s (tirtp_si. data_counc_5eg) -生成數(shù) 碼管位選掃描beginif xising_ed.ge (t-iRp_sig_ms) then data_count_seg = dara_counr_seg+l:if(data_count_seg = 4) then data_conn.t_seg = 0;end if;end if;end process;圖2.4process (sysclk)數(shù)碼管掃描各模式顯示樣式beginif (data_mode = 0) then-if (data cou

12、nt seg = 0) then-位選掃描輸入seg7com =r0111r,;-位迭tmp_seg7daca = data_min_low;段選 elsif (data_coun.t_seg = 1) then seg7com =r,1011r;tmp seg7daca = data min high;elsif (data_coun.t_seg = 2) Chen seg7com =rf1101r,;tmp_seg7data = data_h_low;elseseg7com =r,1110r,;tmp seg7data = data h high;end if;圖2。52. 3. 3 24

13、小時時鐘為了實現(xiàn)白天與夜間的模式切換效果，需要加入24小時制的時鐘.本系統(tǒng)對于 時鐘的實現(xiàn)依然基于計數(shù)器。具體流程如下：對分頻器輸出的分鐘信號進行檢測，當檢測到上升沿時執(zhí)行計數(shù)，當達到該 位最大值時執(zhí)行進位與清零。process (sysciK)一一24小時時神計數(shù)beginif rising_edge |tnp_sig_min) then輜入信號為分時，當分即輸入信號為上升沿時術(shù)發(fā)da* a_itin_low then分軸悵位達到駅大伯，執(zhí)行邊1立data_min_iow =o；淸瑟daLa_min_hlgh=dac a_min_high1;if (daoa_nin_high - S) th

14、en満一小時進位綸小時data xiin lew =D;濟窓data min high r=0：data_h_low = da*a_h_low+i;dauah = daua_n+l;if (datc_h_low - 9 ) then小時佞位游進檢給小時高位daca nin low =0;-瘠壽daa nin high =0;daca_h_low =0;daa_n_nign =data_n_nigh-ri ；end if;end if;ir(data_n = 2)tren daa min low -G;da*a itin high =C; daa h low =0;da匸a_h_hi0h =0:

15、 da匚a n - data time nightin or data h data time nightout) *hcn一一白天黑夜別生f night =1;elseniaht =0; end ir； end pxcccos;2o 3.4改變時間設(shè)定本程序?qū)崿F(xiàn)了對行人通行時間，汽車通行時間以及夜間時間段的設(shè)定。設(shè)定 方式為由按鍵實現(xiàn)加減。主要代碼已經(jīng)內(nèi)嵌于按鍵消抖程序中。if (keyOjchenif(datamode = 2)chendata timc cp data time cp+1;elsif(datamode =3)thendata_tiine_niahtouc = data_c

16、ime_niahtout+2; end if;eni ir；if(key2=l0)Chenif (data_nvode = 2) chendata time cn tmp_sig_s. cIk_out_ms=tmp_s ig_ms.clk_out_min二tmp_sig_min, clk_ out_h = tinp_sig_h cIk_out_50ms二tmp_s i g_50ms)；dis: seg7led PORT MAP (-數(shù)碼管int_in二tmp_seg7data, data_out = seg7data)；process (sysclk, key5) -按鍵5消抖+數(shù)碼管模式選擇

17、(s6)var i abIe COUNT1 : i nteger range 0 to 1000000; beg i ni f key5二O thenif RISING EDGE (syscIk) thenif C0UNT1 1000000 thenC0UNT1: =C0UNT1+1；else C0UNT1:二C0UNT1;end if；if C0UNT1=999999 thendata mode二data_mode+1；eIse data jnode二data_mode;end if;end if;else C0UNT1:=0;END if；17i f (datajnode二4)thenda

18、ta_mode二0；end if；end process ;process (sysclk)-按鍵1 2 3 4消抖+改變設(shè)定時間(s2 s3 s4 s5)var i abIe COUNT1 : i nteger range 0 to 1000000；beg i nif key1=,O or key2二O or key3=O or key4= O theni f r i s i ng_edge (syscIk) thenif C0UNT11000000 thenC0UNT1:=C0UNT1+1；else C0UNT1:=C0UNT1;end if;if C0UNT1=999999 thenif

19、 (key1=,O) theni f (data_mode二2)thendata time cp= data time_cp+1;eIs i f (data mode =3)thendata_time_nightout二data_time_nightout+1； end if；end i f；if (key2=,O) theni f (data_mode二2)thendata_time_cp = data_time_cpT;eIs i f (data_mode =3) thendata t i me_n i ghtout二data_t i me_n i ghtout1； end i f；end

20、 if；if (key3=0,)theni f (data_mode = 2) thendata_time_pp二data_time_pp+1;eIs i f (data_mode =3)thendata t i me_n i ght i n二data_t i me_n i ght i n+1 ；end if;end i f；if(key4=,O)thenif (data_mode = 2)thendata_time_pp二data_time_pp1;eIs i f (data mode =3) thendata t i me n i ght i n二data_t ime_n i ght i

21、nT; end if；end if；end if；end if；else COUNT1:二0;end i f；end process;process (syscIk)beg i nif (led一c二0) then led c r二；led_c_gU 01; led_c_y二0；eIs i f (led_c = 1) then1 ed,c_r = 0* ;1 ed_c_g=*r；1 ed_.c_y二o*；e 1se1 ed_c_r=*0；1 ed_c_g二0；1 ed_.c_y八endif；if(led_p = 0) then Ied_p_r = T ； Ied_p_g二，O;e I seIe

22、d_p_r二O;Ied_p_g = T；end if；end process;process (syscIk)beginif r i sing_edge (tmp_sig一s) then data timecount=data time count+1；17紅綠燈點亮定義紅綠燈主控程序18i f (n i ght= 11)then-if(key_flag二1) thenif (data time count二data time cp) thenled_p =0;-進入黃燈led_c二2；data mode led =3:9end if；i f (data_time_count二(data_ti

23、me_cp+3) ) then led_p =1;行人通行l(wèi)ed_c二0;data mode Ied二2;end if;i f(data t i me count二(data_t ime cp+3+data t ime_pp)then led_p =0；一-車通行Ied_c =1;key_flag二0；data time count =0：9data mode led = 0;MMend i f;e I seled_pled_cdata_mode_led=0;end if；end if;if (night0)then-白天模式i f (data_time一count二data_time_cp)

24、thenled_p二0;-進入黃燈Ied_c二2；data_mode一led=3；end if;i f (data_time_count二(data_time_cp+3) )thenled_p =1;行人通行l(wèi)ed_c=0；data_mode_led=2；end if;i f (data_t i me_count= (data t i me_cp+3+data t i me pp) ) thenI ed_p =0;-車通行Ied_c =1;黑夜模式二0；=1;19data_t i me_count二0；data_mode_led=1;end if;end if;end if;if(key6=,

25、0 and key_flag = 0)then datatime_count二0； data_mode_led=1;end i f；if (key6=01) then key_flag =1;end i f;end process;process (tmp_s i g_ms, data_count_seg) -生成數(shù)碼管位選掃描beg i ni f r i si ng_edge (tmp_s ig_ms) thendata_count_seg二data_count_seg+1；if (data_count_seg二4) thendata_count_seg = 0;end if;end if;

26、end process； process (syscI k)數(shù)碼管掃描各模式顯示樣式beg i ni f (data mode二0)then-一-模式0,時命顯示i f (data_count_seg = 0) then-位選掃描輸入seg7com二”0111n;位選tmpseg7da ta =data_m inflow;段選eIsif (data_count_seg二then seg7com =1011n；tmp一seg7data = datajnin_high；elsif (data_count_seg = 2) thenseg7com二”01;tmp seg7data = data hl

27、ow；e I seseg7com = 10”；tmp一seg7data = data_h_high；end if;e I s i f (data mode二1 ) then-20模式r,紅綠燈剩余時間顯示i f (data_mode_led = 0) then-夜間模式一直車走，顯示i f (data_count_seg = 0) then seg7com 0111n;tmpseg7data =16；eIs i f (data_count_seg = 1) then seg7com二1011” ；tmpseg7data =16；elsif (data_count_seg = 2) then s

28、eg7com =n110r*； tmp_seg7data二16； e I seseg7com=”1110；tmpseg7data =16;end if;elsif (data_mode一I ed = 1) then-車通行剩余時間if (data_count_seg二0) thenseg7com二0111;tmp_seg7data二(data一time一cp data_time_count)rem 10; elsif (data_count_seg二1) thenseg7com =1011n;tmp_seg7data = (data_time_cp - data_time_count) / 1

29、0; elsif (data_count_seg = 2) thenseg7com =1101n；tmp_seg7data =16；e I seseg7com =n1110；tmp_seg7data =16；end if;elsif (data_mode_Ied = 2) then-人通行剩余時間i f (data_count_seg = 0)then seg7com二0111” ； tmpseg7data =( data一time一cp+3+data_time一pp )data time count) rem 10;elsif (data_count_seg = 1)thenseg7com二

30、1011n;tmp_seg7data二 (data_t ime_cp+3+data_t i me_pp )data_time_count)/ 10；elsif (data_count_seg二2)then seg7com =n1101； tmp_seg7data二16；seseg7com =n1110,f;tmp_seg7data二16；end if；e I se-黃燈則顯示00if (data_count_seg二0) then seg7com二0111n;tmp_seg7data = 0;elsif (data_count_seg二thenseg7com=1011” ；tmp一seg7da

31、ta二0；elsif (data_count_seg = 2) then seg7com =n1101H;tmp_seg7data=16;e I seseg7com二”1110n；tmp_seg7data=16；end if;end if;elsif (data_mode二2) then-模式2,紅綠火T時間顯示i f (data_count_seg二0)then seg7com二”0111；tmp_seg7data二data_time_pp rem 10; elsif (data_count_seg = 1) then seg7com =1011;tmp_seg7data二data_time

32、_pp / 10; elsif (data.count_seg = 2) then seg7com =1101n；tmp_seg7data = data_time_cp rem 10;e I seseg7com =1110；tmp_seg7data二data_time_cp /10；end if;e I se- 模式3,白天黑夜設(shè)定時間顯示if (data_count_seg二0) then seg7com二”0111n；tmp_seg7data二data_time_nightin rem 10； elsif (data_count_seg二1)then seg7com =1011n;tmp_

33、seg7data二data_time_nightin / 10; elsif (data_count_seg二2) then seg7com二”1101” ；tmp_seg7data二data_time_nightout rem 10;22e I seseg7com =,1110n；tmp_seg7data二data_time_nightout / 10; end if;end if；end process；process (sysc I k) -24小時時鐘計數(shù)data mi n_h i gh=data_m i n h i gh+1;i f (data_min_high = 5) then滿

34、一小時進位給小時data_min_low =0;清零data_mi n_h i gh=0；data_h_low二data一h_low+1； data h = data_h+1；if (data_h_low = 9 ) then -小時低位滿進位給小時高位data_m inflow二0；-清零data_m i n_h igh二0；data_h_low二0;data_h_h i gh二data一h_h i gh+1;end if；end if;begi nif rising一edge (tmp一sig_min) then時觸發(fā) _data_min_low二data一min_low+1； if(da

35、ta_min_low二9)then data_min_low二0;輸入信號為分鐘，當分鐘輸入信號為上升沿開始計數(shù)一分鐘低位達到最大值，執(zhí)行進位if(data_h = 24)then data_min_low二0; data min_h igh二0；data_h_low二0； data_h_high二0;滿24小時，全部清零23end i f；i f (data h白天黑夜判斷night =二data_time_night in ordata_hdata一t i me一n i ghtout) thenseV；0;24分頻器器件I ibrary ieee;USE ieee.std_logic_11

36、64Oa I I；ENTITY clkdiv ISPORT （ clk_in: IN STD一LOGIC；時鐘信號輸入clk_out_ms： OUT STD_LOGIC；時鐘信號輸岀clk_out_s： OUT STD_LOGIC;時鐘信號輸岀cIk out min： OUT STD LOGIC;elk out h： OUT STD LOGIC;MMcIk out_50ms : OUT STD LOG IC）;end clkdiv;arch i tecture d i v of clkdiv i sms: integer range 0 to 1000000; s:i nteger range

37、 0 to 100000000： min:integer range 0 to 100;h： integer range 0 to 100;50ms: i nteger range 0 to 10000000；SIGNAL Qjns, Q_s. Q_min, Q _h, Q 50ms:std_logic； beg i n process (c I k_ i n) 1 ms系統(tǒng)時鐘輸入beg i nif r ising_edge (clk_in) then-當檢測到時鐘信號為上升沿時if(data_ms=25000) then -由計數(shù)器實現(xiàn)分頻的功能，-由50M/ (25000*2)得到信號翻

38、轉(zhuǎn)周期。修改data_ms的判斷值就 可以實現(xiàn)不同的分頻比data_ms二0;Q_ms=not Q_ms;對暫存狀態(tài)量進行翻轉(zhuǎn)e I sedata ms二data_ms+1；night =（/;end if;end process;END main；SIGNALdataSIGNALdataSIGNALdataSIGNALdataSIGNAL data25end if；end if；elk out ms=Q ms;end process;process (clkn) -50ms當前輸岀為實際時間(最終沒有用到)beginif r ising_edge (clk_in) thenif(data_50ms=1250000 ) then此句 為你想要的分頻比，in/out二data*2+1 ;data=(in/out -1)/2data_50ms=0；Q_50ms二not Q一50ms;e I sedata_50ms二data_50ms+1;en